【文章內(nèi)容簡介】 型打印機在開發(fā)板的 GPIO 口上。 工作流程為：開發(fā)板將掃描儀的數(shù)據(jù)從串口讀出，然后通過網(wǎng)口將數(shù)據(jù)發(fā)送給主機進行檢索處理。 開發(fā)板等待直至接收到主機處理完畢的數(shù)據(jù)后轉(zhuǎn)發(fā)給打印機，將信息打印出來。 嵌入式打印終端系統(tǒng)設(shè)計方案 本系統(tǒng)設(shè)計分為硬件和軟件兩大部分，硬件部分主要是處理器平臺的選擇；軟件部分包括系統(tǒng)級軟件（操作系統(tǒng)、設(shè)備驅(qū)動）與用戶級軟件（應(yīng)用程序）。 嵌入式處理器平臺的選擇 嵌入式 處理器是嵌入式系統(tǒng)的核心，所以選擇以款合適的嵌入式處理器是非常重要的。嵌入式處理器的選擇應(yīng)該從應(yīng)用工程背景，處理器性能，處理器功耗，開發(fā)成本，開發(fā)難易程度等方面綜合靠慮。 目前，市場上的嵌入式處理器種類非常多，典型的嵌入式處理器有 ARM、MIPS、 PowerPC 等等。 ARM 公司是全球領(lǐng)先的 16/32 位 RISC 微處理器產(chǎn)權(quán)設(shè)計供應(yīng)商，基本上已經(jīng)成為移動通信、手持設(shè)備、多媒體數(shù)字消費嵌入式解決方案的 RISC 標準； MIPS 技術(shù)公司是一家設(shè)計制造高性能、高檔次的嵌入式 32/64位處理器廠商。 PowerPC 以其可伸縮 性好和方便靈活的特點也成為應(yīng)用十分廣泛的嵌入式處理器，從高端的工作站、服務(wù)器到臺式計算機系統(tǒng)，從消費類電子產(chǎn)南華大學(xué)電氣工程學(xué)院課程設(shè)計 第 6 頁 共 30 頁 品到大型通信設(shè)備，無所不包。 ARM 價格低廉，并且功耗很低，開發(fā)也相對比較簡單，所以本系統(tǒng)使用 ARM 內(nèi)核來進行系統(tǒng)設(shè)計和開發(fā)。 本嵌入式系統(tǒng)硬件平臺是基于 ARM 的 S3C2410 開發(fā)板，這款開發(fā)板是三星公司主要為高性價比，低功耗的應(yīng)用場合而設(shè)計，其資源豐富，十分適合本次的設(shè)計系統(tǒng)。 嵌入式操作系統(tǒng)的選擇 嵌入式操作系統(tǒng)與嵌入式系統(tǒng)密不可分，是嵌入式系統(tǒng)的一個十分重要的組成部分。嵌入式操作系統(tǒng)的 選擇主要從以下幾個方面考慮： （ 1） 操作系統(tǒng)的硬件支持 （ 2） 開發(fā)工具的支持程度 （ 3） 應(yīng)用需求 目前的嵌入式操作系統(tǒng)主要有 VxWorks、 QNX、 PalmOS、 WindowsCE、HopenOS 和嵌入式 Linux 等。 WindowsCE 內(nèi)核較小，能作為一種嵌入式操作系統(tǒng)應(yīng)用到工業(yè)控制等領(lǐng)域。其優(yōu)點在于便攜性、提供對微處理器的選擇以及非強行的電源管理功能。另外，它特有的與 Windows 類似的用戶界面使最終用戶易于使用。 WindowsCE 的缺點是速度慢、效率低、價格偏高、開發(fā)應(yīng)用程序相對較難。 3COM 公司的 PalmOS 在掌上電 腦和 PDA 市場上獨占其霸主地位，它有開放的操作系統(tǒng)應(yīng)用程序接口，開發(fā)商可根據(jù)需要自行開發(fā)所需要的應(yīng)用程序。Linux 是一個與生俱來的網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)，成熟而且穩(wěn)定。 Linux 是源代碼開放軟件，任何人都可以修改它，或者用它開發(fā)自己的產(chǎn)品。 Linux 系統(tǒng)是可以定制的，系統(tǒng)內(nèi)核目前已經(jīng)可以做得很小。 Linux 作為一種可剪裁的軟件平臺系統(tǒng)，是發(fā)展未來嵌入設(shè)備產(chǎn)品的絕佳資源。 嵌入式打印終端系統(tǒng)對操作系統(tǒng)的需求是需要有良好的實時性， Linux 符合需求。經(jīng)綜合考慮，本系統(tǒng)采用 Linux 操作系統(tǒng)來進行開發(fā)。 嵌入 式打印終端系統(tǒng)設(shè)計方案 經(jīng)過對本系統(tǒng)的應(yīng)用說明與軟硬件的選型，最終定制出一套打印功能的嵌入式平臺系統(tǒng)。圖 2 是該系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。 南華大學(xué)電氣工程學(xué)院課程設(shè)計 第 7 頁 共 30 頁 軟 件 硬 件 應(yīng)用程序 文件系統(tǒng) 嵌入式 Linux BootLoader ARM 開發(fā)平臺 I/O 數(shù)據(jù) 網(wǎng) 口 打印機 串口 GP I O S3C2410 主 機 掃描儀 網(wǎng) 口 圖 2 嵌入式打印終端系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 嵌入式系統(tǒng) 設(shè)計 流程 嵌入式系統(tǒng)是一個復(fù)雜而專用的系統(tǒng)，在進行系統(tǒng)設(shè)計之前，必須對系統(tǒng)的功能需求進行分析 并明確定義系統(tǒng)的外部功能和內(nèi)部軟硬件結(jié)構(gòu)，然后對系統(tǒng)進行總體結(jié)構(gòu)設(shè)計和系統(tǒng)的各個模塊分割，分別實現(xiàn)硬件的規(guī)劃與設(shè)計，應(yīng)用軟件的規(guī)劃與設(shè)計以及操作系統(tǒng)的剪裁。在完成操作系統(tǒng)的剪裁和應(yīng)用軟件的設(shè)計后，通常還需要將它們移植 到同系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的硬件平臺上進行系統(tǒng)調(diào)試、功能模擬、明確系統(tǒng)調(diào)試無誤后，才將操作系統(tǒng)及相關(guān)軟件移植到自己的專用硬件平臺上，再進行系統(tǒng)整體功能測試。 3 系統(tǒng)硬件設(shè)計 本系統(tǒng)硬件設(shè)計是采用三星公司的 S3C2410 處理器，基于 ARM9 核。主機通過網(wǎng)口，微型打印機通過 GPIO 口，掃描儀通過串口接入 S3C2410，在外圍電路的配合下，共同完成打印任務(wù)。所以本系統(tǒng)硬件設(shè)計將主要圍繞嵌入式處理器與外圍電路而進行設(shè)計。硬件系統(tǒng)設(shè)計原理框圖如圖 3 所示。 圖 3 嵌入式打印終端系統(tǒng)硬件設(shè)計原理圖 南華大學(xué)電氣工程學(xué)院課程設(shè)計 第 8 頁 共 30 頁 硬 件開發(fā)平臺 S3C2410 介紹以及 結(jié)構(gòu) 在本次設(shè)計中，硬件平臺的中央處理器選擇三星公司的 S3C2410。 S3C2410是使用 ARM920T 核，采用 工藝 CMOS 標準宏單元和存儲編輯器開發(fā)而成的。由于采用了由 ARM 公司設(shè)計的 16/32 位 ARM920T RISC 處理器，因此S3C2410 實現(xiàn)了 MMU 和獨立的 16KB 指令緩存和 16KB 數(shù)據(jù)緩存，且每個緩存均為 8 各字長度的流水線。它的低功耗、精簡而出色的全靜態(tài)設(shè)計特別適用于對成本和功耗敏感的領(lǐng)域。 S3C2410 提供全面的、通用的片上外設(shè)，大大降低系 統(tǒng)的成本， S3C2410 的主要片上資源如下： ． ARM920T 內(nèi)核供電 ,； ． 16KB 指令和 16KB 數(shù)據(jù)緩存的 MMU 內(nèi)存管理單元； ．外部存儲器控制（ SDROM 控制和芯片選擇邏輯）； ．提供 LCD 控制器（最大支持 4K 色的 STN 或 256K 色 TFT 的 LCD），并帶有一個通道的 LCD 專用 DMA 控制器； ．提供 4 通道 DMA 控制器，具有外部請求引腳； ．提供 3 通道 UART（支持 ， 16 字節(jié)發(fā)送 FIFO 及 16 字節(jié)接收 FIFO）、2 通道 SPI 接口； ．提供 1 個通 道為主 IIC 總線控制器、 1 通道 IIS 總線控制器； ．兼容 SD 主機接口及 MMC 卡； ．提供 2 個主機接口的 USB 口、 1 個設(shè)備 USB 口（ 版本）； ． 4 通道 PWM 定時器、 1 通道內(nèi)部計時器； ．提供看門狗定時器； ．提供 117 個通道 I/O 口、 24 通道外部中斷源； ．提供電源控制不同模式：正常、慢速、空閑及電源關(guān)閉模式； ．提供帶觸摸屏接口的 8 通道 10 位 ADC； ．提供帶日歷功能的實時時鐘控制器（ RTC）； ．具有 PLL 的片上時鐘發(fā)生器。 S3C2410 的結(jié)構(gòu)示意圖如圖 4 所示： 南華大學(xué)電氣工程學(xué)院課程設(shè)計 第 9 頁 共 30 頁 Clock Generator (MPLL) Bridge amp。 DMA(4Ch) LCD CONT LCD DMA BUS CONT Interrupt CONT Power Management Memory CONT SRAM/NOR/SDRAM USB Host CONT ExtMaster NAND CONT NAND Flash Boot Loader A H B B U S Instruction MMU C13 ARM9TDMI Processor core (Internal Embedded ICE) Data MMU C13 Instruction CACHE (16KB) CP15 Data CACHE (16KB) External Coproc Interface AMBA Bus I/F Write Buffer WriteBack PA Tag RAM 南華大學(xué)電氣工程學(xué)院課程設(shè)計 第 10 頁 共 30 頁 圖 4 S3C2410 的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 對照 S3C2410 的體系結(jié)構(gòu)圖，結(jié)合本次設(shè)計要用到的功能模塊，簡要說明一下 S3C2410 處理器的特性。 （ 1）存儲器管理 支持 ARM 和 Thumb 兩種工作狀態(tài)，支持小 /大端模式，共有 8 個 BANK，可以尋址 1G 空間， BANK0 到 BANK6 具有固定的 BANK 起始地址， BANK7具有可編程的起始地址和大小，支持多種類型 ROM(NOR/NAND Flash， EEPROM等 )。 （ 2）時鐘和電源管理 可以用有源晶體或者無源晶體作為系統(tǒng)的時鐘源，經(jīng)內(nèi)部的 PLL 電路產(chǎn)生CPU 工作時鐘和 USB 工作時鐘。電源管理模式：可以軟件控制系統(tǒng)處于正常、慢速、空閑或者掉電模式。處于掉電模式時，所有外圍設(shè)備全部掉電，僅內(nèi)核電源供電，借助于 EINT[15： 0]或 RTC 報警中斷從掉電模式喚醒過來。 （ 3）中斷控制器 有 55 個中斷源（ 1 個看門狗定時器、 5 個定時器、 9 個通用異步串行口、 24個外部中斷、 4 個 DMA、 2 個 RTC、 2 個 USB、 1 個 LCD 和 1 個電池故障）。外部中斷具有電平觸發(fā)和邊沿觸發(fā)兩種模式，支持快速中斷請求（ FIQ）。 （ 4） DMA 控制器 具有 4 通道的 DMA 控制器，支持存儲器到存儲器、 I/O 到存儲器、存儲器UART0,1,2 USB Device SDIMMC Watchdog Timer BUS CONT Arbitor/Decde SPI0,1 IIC IIS GPIO RTC ADC Timer/PWM 0~3,4(Internal) A P B B U S 南華大學(xué)電氣工程學(xué)院課程設(shè)計 第 11 頁 共 30 頁 到 I/O 和 I/O 到 I/O 的傳輸?？梢酝ㄟ^設(shè)置 DCON 寄存器來選擇 H/W DMA 請求模式，每一個 DMA 控制器通道能夠選擇一個數(shù)據(jù)源。 （ 5） UART S3C2410 提供 3 個獨立的異步串行 I/O 口，每一個端口都能在中斷模式或者DMA 模式下運行。在使用系統(tǒng)時鐘的時候， UART 能夠支持的最高比特率為，而當(dāng) UART 使用外部時鐘時，它可以支持更好的比特率。 S3C2410 共有七種工作模式： User、 FIQ、 IRQ、 Supervisor、 Abort、 System和 Undefined，大部分應(yīng)用程序工作在用戶模式，而出現(xiàn)服務(wù)中斷或異常等情況時就會進入非用戶模式。 ARM920T 一共有 37 個寄存器 —— 31 個 通用寄存器和6 個狀態(tài)寄存器，這些寄存器有不同的用途， 處理器的狀態(tài)和工作模式?jīng)Q定了哪些寄存器需要使用。 存儲器 SDRAM 是嵌入式系統(tǒng)的內(nèi)存，具備單位空間存儲容量大和價格便宜的優(yōu)點，已廣泛應(yīng)用在各種嵌入式系統(tǒng)中。當(dāng)系統(tǒng)啟動時， CPU 首先從復(fù)位地址 0X0 處讀取啟動代碼，在完成系統(tǒng)的初始化后，程序代碼一般應(yīng)調(diào)入 SDRAM 中運行，以提高系統(tǒng)的運行速度。同時，系統(tǒng)及用戶堆棧、運行數(shù)據(jù)也都放在 SDRAM 中，是系統(tǒng)啟動后進行存取操作的主要存儲器。但 SDRAM 需要定時刷新以保持存儲的數(shù)據(jù)， S3C2410 具有獨立的 SDRAM 刷新控制邏輯，且可支持 SDRAM 的自刷新模式，因此可方便地與 SDRAM 接口。 S3C2410的存儲器控制器共支持 8個存儲器 bank，其中 6個 bank可用作