【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 型打印機(jī)在開(kāi)發(fā)板的 GPIO 口上。 工作流程為：開(kāi)發(fā)板將掃描儀的數(shù)據(jù)從串口讀出，然后通過(guò)網(wǎng)口將數(shù)據(jù)發(fā)送給主機(jī)進(jìn)行檢索處理。 開(kāi)發(fā)板等待直至接收到主機(jī)處理完畢的數(shù)據(jù)后轉(zhuǎn)發(fā)給打印機(jī)，將信息打印出來(lái)。 嵌入式打印終端系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案 本系統(tǒng)設(shè)計(jì)分為硬件和軟件兩大部分，硬件部分主要是處理器平臺(tái)的選擇；軟件部分包括系統(tǒng)級(jí)軟件（操作系統(tǒng)、設(shè)備驅(qū)動(dòng)）與用戶(hù)級(jí)軟件（應(yīng)用程序）。 嵌入式處理器平臺(tái)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(kāi)發(fā)成本，開(kāi)發(fā)難易程度等方面綜合靠慮。 目前，市場(chǎng)上的嵌入式處理器種類(lèi)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(jì)供應(yīng)商，基本上已經(jīng)成為移動(dòng)通信、手持設(shè)備、多媒體數(shù)字消費(fèi)嵌入式解決方案的 RISC 標(biāo)準(zhǔn)； MIPS 技術(shù)公司是一家設(shè)計(jì)制造高性能、高檔次的嵌入式 32/64位處理器廠(chǎng)商。 PowerPC 以其可伸縮 性好和方便靈活的特點(diǎn)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(tái)式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，從消費(fèi)類(lèi)電子產(chǎn)南華大學(xué)電氣工程學(xué)院課程設(shè)計(jì) 第 6 頁(yè) 共 30 頁(yè) 品到大型通信設(shè)備，無(wú)所不包。 ARM 價(jià)格低廉，并且功耗很低，開(kāi)發(fā)也相對(duì)比較簡(jiǎn)單，所以本系統(tǒng)使用 ARM 內(nèi)核來(lái)進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)。 本嵌入式系統(tǒng)硬件平臺(tái)是基于 ARM 的 S3C2410 開(kāi)發(fā)板，這款開(kāi)發(fā)板是三星公司主要為高性?xún)r(jià)比，低功耗的應(yīng)用場(chǎng)合而設(shè)計(jì)，其資源豐富，十分適合本次的設(shè)計(jì)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(gè)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(gè)方面考慮： （ 1） 操作系統(tǒng)的硬件支持 （ 2） 開(kāi)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(diǎn)在于便攜性、提供對(duì)微處理器的選擇以及非強(qiáng)行的電源管理功能。另外，它特有的與 Windows 類(lèi)似的用戶(hù)界面使最終用戶(hù)易于使用。 WindowsCE 的缺點(diǎn)是速度慢、效率低、價(jià)格偏高、開(kāi)發(fā)應(yīng)用程序相對(duì)較難。 3COM 公司的 PalmOS 在掌上電 腦和 PDA 市場(chǎng)上獨(dú)占其霸主地位，它有開(kāi)放的操作系統(tǒng)應(yīng)用程序接口，開(kāi)發(fā)商可根據(jù)需要自行開(kāi)發(fā)所需要的應(yīng)用程序。Linux 是一個(gè)與生俱來(lái)的網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)，成熟而且穩(wěn)定。 Linux 是源代碼開(kāi)放軟件，任何人都可以修改它，或者用它開(kāi)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(tái)系統(tǒng)，是發(fā)展未來(lái)嵌入設(shè)備產(chǎn)品的絕佳資源。 嵌入式打印終端系統(tǒng)對(duì)操作系統(tǒng)的需求是需要有良好的實(shí)時(shí)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(lái)進(jìn)行開(kāi)發(fā)。 嵌入 式打印終端系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案 經(jīng)過(guò)對(duì)本系統(tǒng)的應(yīng)用說(shuō)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(tái)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(jì) 第 7 頁(yè) 共 30 頁(yè) 軟 件 硬 件 應(yīng)用程序 文件系統(tǒng) 嵌入式 Linux BootLoader ARM 開(kāi)發(fā)平臺(tái) I/O 數(shù)據(jù) 網(wǎng) 口 打印機(jī) 串口 GP I O S3C2410 主 機(jī) 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(jì) 流程 嵌入式系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜而專(zhuān)用的系統(tǒng)，在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)之前，必須對(duì)系統(tǒng)的功能需求進(jìn)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(duì)系統(tǒng)進(jìn)行總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和系統(tǒng)的各個(gè)模塊分割，分別實(shí)現(xiàn)硬件的規(guī)劃與設(shè)計(jì)，應(yīng)用軟件的規(guī)劃與設(shè)計(jì)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(jì)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(tái)上進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試、功能模擬、明確系統(tǒng)調(diào)試無(wú)誤后，才將操作系統(tǒng)及相關(guān)軟件移植到自己的專(zhuān)用硬件平臺(tái)上，再進(jìn)行系統(tǒng)整體功能測(cè)試。 3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)是采用三星公司的 S3C2410 處理器，基于 ARM9 核。主機(jī)通過(guò)網(wǎng)口，微型打印機(jī)通過(guò) GPIO 口，掃描儀通過(guò)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(jì)將主要圍繞嵌入式處理器與外圍電路而進(jìn)行設(shè)計(jì)。硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(jì)原理圖 南華大學(xué)電氣工程學(xué)院課程設(shè)計(jì) 第 8 頁(yè) 共 30 頁(yè) 硬 件開(kāi)發(fā)平臺(tái) S3C2410 介紹以及 結(jié)構(gòu) 在本次設(shè)計(jì)中，硬件平臺(tái)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(biāo)準(zhǔn)宏單元和存儲(chǔ)編輯器開(kāi)發(fā)而成的。由于采用了由 ARM 公司設(shè)計(jì)的 16/32 位 ARM920T RISC 處理器，因此S3C2410 實(shí)現(xiàn)了 MMU 和獨(dú)立的 16KB 指令緩存和 16KB 數(shù)據(jù)緩存，且每個(gè)緩存均為 8 各字長(zhǎng)度的流水線(xiàn)。它的低功耗、精簡(jiǎn)而出色的全靜態(tài)設(shè)計(jì)特別適用于對(duì)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(chǔ)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(gè)通道的 LCD 專(zhuān)用 DMA 控制器； ．提供 4 通道 DMA 控制器，具有外部請(qǐng)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(gè)通 道為主 IIC 總線(xiàn)控制器、 1 通道 IIS 總線(xiàn)控制器； ．兼容 SD 主機(jī)接口及 MMC 卡； ．提供 2 個(gè)主機(jī)接口的 USB 口、 1 個(gè)設(shè)備 USB 口（ 版本）； ． 4 通道 PWM 定時(shí)器、 1 通道內(nèi)部計(jì)時(shí)器； ．提供看門(mén)狗定時(shí)器； ．提供 117 個(gè)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(shí)時(shí)時(shí)鐘控制器（ RTC）； ．具有 PLL 的片上時(shí)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(jì) 第 9 頁(yè) 共 30 頁(yè) 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(jì) 第 10 頁(yè) 共 30 頁(yè) 圖 4 S3C2410 的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 對(duì)照 S3C2410 的體系結(jié)構(gòu)圖，結(jié)合本次設(shè)計(jì)要用到的功能模塊，簡(jiǎn)要說(shuō)明一下 S3C2410 處理器的特性。 （ 1）存儲(chǔ)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(gè) 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(lèi)型 ROM(NOR/NAND Flash， EEPROM等 )。 （ 2）時(shí)鐘和電源管理 可以用有源晶體或者無(wú)源晶體作為系統(tǒng)的時(shí)鐘源，經(jīng)內(nèi)部的 PLL 電路產(chǎn)生CPU 工作時(shí)鐘和 USB 工作時(shí)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(shí)，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(bào)警中斷從掉電模式喚醒過(guò)來(lái)。 （ 3）中斷控制器 有 55 個(gè)中斷源（ 1 個(gè)看門(mén)狗定時(shí)器、 5 個(gè)定時(shí)器、 9 個(gè)通用異步串行口、 24個(gè)外部中斷、 4 個(gè) DMA、 2 個(gè) RTC、 2 個(gè) USB、 1 個(gè) LCD 和 1 個(gè)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(qǐng)求（ FIQ）。 （ 4） DMA 控制器 具有 4 通道的 DMA 控制器，支持存儲(chǔ)器到存儲(chǔ)器、 I/O 到存儲(chǔ)器、存儲(chǔ)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(jì) 第 11 頁(yè) 共 30 頁(yè) 到 I/O 和 I/O 到 I/O 的傳輸。可以通過(guò)設(shè)置 DCON 寄存器來(lái)選擇 H/W DMA 請(qǐng)求模式，每一個(gè) DMA 控制器通道能夠選擇一個(gè)數(shù)據(jù)源。 （ 5） UART S3C2410 提供 3 個(gè)獨(dú)立的異步串行 I/O 口，每一個(gè)端口都能在中斷模式或者DMA 模式下運(yùn)行。在使用系統(tǒng)時(shí)鐘的時(shí)候， UART 能夠支持的最高比特率為，而當(dāng) UART 使用外部時(shí)鐘時(shí)，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(hù)模式，而出現(xiàn)服務(wù)中斷或異常等情況時(shí)就會(huì)進(jìn)入非用戶(hù)模式。 ARM920T 一共有 37 個(gè)寄存器 —— 31 個(gè) 通用寄存器和6 個(gè)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(chǔ)器 SDRAM 是嵌入式系統(tǒng)的內(nèi)存，具備單位空間存儲(chǔ)容量大和價(jià)格便宜的優(yōu)點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用在各種嵌入式系統(tǒng)中。當(dāng)系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)， CPU 首先從復(fù)位地址 0X0 處讀取啟動(dòng)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(yùn)行，以提高系統(tǒng)的運(yùn)行速度。同時(shí)，系統(tǒng)及用戶(hù)堆棧、運(yùn)行數(shù)據(jù)也都放在 SDRAM 中，是系統(tǒng)啟動(dòng)后進(jìn)行存取操作的主要存儲(chǔ)器。但 SDRAM 需要定時(shí)刷新以保持存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)， S3C2410 具有獨(dú)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(chǔ)器控制器共支持 8個(gè)存儲(chǔ)器 bank，其中 6個(gè) bank可用作