【正文】 用開發(fā) 12 第 3 章 ARM 處理器及開發(fā)板介紹 ARM 處理器概述 ARM處理器當前主要有 6個系列產(chǎn)品： ARM ARM ARM9E、 ARM10E、 SecurCore 及最新的 ARM11 系列。 湖南工程學院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 11 (8) 良好的移植性 。 在嵌入式系統(tǒng)中，嵌入式操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件被固化在嵌入式系統(tǒng)的 ROM 中。嵌入式操作系統(tǒng)的用戶接口一般不提供操作命令，它通過系統(tǒng)的調(diào)用命令向用戶程序提供服務(wù)。 (6) 穩(wěn)定性，弱交互性 。 (5) 提供強大的網(wǎng)絡(luò)功能 。 (4) 操作方便、簡單、提供友好的圖形用戶界面 GUI。 針對不同的 CPU，如 ARM、 PowerPC、 x86 等，嵌入式操作系統(tǒng)都提供了統(tǒng)一接口。 多數(shù)嵌入式操作系統(tǒng)都是硬實時的操作系統(tǒng)，搶占式的任務(wù)調(diào)度機制。這樣可以減少操作系統(tǒng)內(nèi)核所需的存儲器空間（ RAM 和 ROM）。 嵌入式操作系統(tǒng)可以根據(jù)產(chǎn)品的需求進行裁剪。它一般由內(nèi)核、嵌入式 TCP/IP網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和嵌入式文件系統(tǒng)組成。它實際是硬件和應(yīng)用之間的一層軟件，負責管理整個系統(tǒng)，同時將嵌入式硬件和應(yīng)用隔離開來，為應(yīng)用提供更容易理解和高效的程序設(shè)計接口。由于嵌入式系統(tǒng)自身的特點，決定了嵌入式應(yīng)用軟件不僅要求做到準確性、安全性和穩(wěn)定性等方面需要，而且還要盡可能地進行代碼優(yōu)化，以減少對系統(tǒng)資源的消耗，降低硬件成本。嵌入式操作系統(tǒng)不僅具有通用操作系統(tǒng)的一般功能，如向上提供對用戶的接口，向下提供與硬件設(shè)備交互的接口，管理復雜的系統(tǒng)資源，同時，它還在系統(tǒng)實時性、硬件依賴性、軟件固化性以及應(yīng)用專用性等方面，具有鮮明的特點。目前常用的嵌入式設(shè)備按功能可以分為存儲設(shè)備、通信設(shè)備和顯示設(shè)備 3 類。如今，全世界嵌入式處理器已經(jīng)超過 1000 多種，流行的體系結(jié)構(gòu)有 30 多個系列，其中以 ARM、 PowerPC、MC68000、 MIPS 等使用得最為廣泛。 圖 嵌入式系統(tǒng)各部分之間的關(guān)系 硬件設(shè)備包括嵌入式處理器和外圍設(shè)備。 嵌入式系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu) 嵌入式系統(tǒng)作為一類特殊的計算機系統(tǒng)，一般包括以下 3 個方面：硬件設(shè)備、嵌入式操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件。 湖南工程學院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 9 (5) 為了提高執(zhí)行速度和系統(tǒng)可靠性， 嵌入式系統(tǒng) 中的軟件一般都固化在存儲器 芯片 或單片機本身中，而不是存貯于磁盤等載體中。 (3) 嵌入式系統(tǒng) 的硬件和軟件都必須高效率地設(shè)計，量體裁衣、去除冗余，力爭在同樣的硅片面積上實現(xiàn)更高的性能，這樣才能在具體應(yīng)用中對處理器的選擇更具有競爭力。 (2) 嵌入式系統(tǒng) 是將先進的計算機技術(shù)、 半導體 技術(shù)和電子技術(shù)與各個行業(yè)的具體應(yīng)用相結(jié)合后的產(chǎn)物。應(yīng)用程式控制著系統(tǒng)的運作和行為；而操作系統(tǒng)控制著應(yīng)用程式編程和硬件的交互作用。嵌入式系統(tǒng)有別于一般的電腦處理系統(tǒng)，他不具備像硬盤那樣大容量的存儲介質(zhì)，而大多使用 EPROM、 EEPROM 或閃存 (Flash Memory)作為存儲介質(zhì)。 嵌入式系統(tǒng)幾乎包括了生活中的任何電器設(shè)備，如掌上 PDA、移動計算設(shè)備、電視機頂盒、手機上網(wǎng)、數(shù)字電視、多媒體、汽車、微波爐、數(shù)字相機、家庭自動化系統(tǒng)、電梯、空調(diào)、安全系統(tǒng)、自動售貨機、蜂窩式電話、消費電子設(shè)備、工業(yè)自動化儀表和醫(yī)療儀器等。簡單地說，嵌入式系統(tǒng)集系統(tǒng)的應(yīng)用軟件和硬件于一體，類似于 PC 中 BIOS 的工作方式，具備軟件代碼小、高度自動化、響應(yīng)速度快等特點，特別適合于需要實時和多任務(wù)的體系。 基于 ARM 的嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用開發(fā) 8 第 2 章 嵌入式系統(tǒng)簡介 嵌入式系統(tǒng)概述 嵌入式系統(tǒng)一般指非 PC 系統(tǒng)，有電腦功能但又不稱之為電腦的設(shè)備或器材。第 6 章為 RTC 模塊的設(shè)計。 本文章節(jié)安排如下：第 2 章為嵌入式系統(tǒng)的介紹，包括嵌入式系統(tǒng)的特點、體系結(jié)構(gòu)以及嵌入式操作系統(tǒng)的特點；第 3 章為 ARM 處理器及開發(fā)板介紹，主要包括 ARM的介紹和此次使用的 S3C44BOX 的介紹；第 4 章為嵌入式開發(fā)平臺的搭建，主要介紹交叉編譯和交叉調(diào)試， ADS 開發(fā)平臺和 Bootloader。 本文主要 的工作和章節(jié)安排 本文以當下嵌入式熱點為背景，研究嵌入式系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)和應(yīng)用移植。手寫文字輸入、語音撥號上網(wǎng)、收發(fā)電子郵件以及彩色圖形、圖像都會使使用者獲得自由的感受。圖像界面，靈活的控制方式，使得人們感覺嵌入式設(shè)備就象是一個熟悉的老朋友。 (5) 提供友好的多媒體人機界面 。未來的嵌入式產(chǎn)品是軟硬件緊密結(jié)合的設(shè)備，為了減低功耗和成本，需要設(shè)計者盡量精簡系統(tǒng)內(nèi)核，只保留和系統(tǒng)功能緊密相關(guān)的軟硬件，利用最低的資源實現(xiàn)最適當?shù)墓δ?，這就要求設(shè)計者選用最佳的編程模型和不斷改進算法，優(yōu)化編譯器性能。軟件方面系統(tǒng)系統(tǒng)內(nèi)核支持網(wǎng)絡(luò)模塊，甚至可以在設(shè)備上嵌入 Web 瀏覽器，真正實現(xiàn)隨時隨地用各種設(shè)備上網(wǎng)。未來的嵌入式設(shè)備為了適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的要求，必然要求硬件上提供各種網(wǎng)絡(luò)通信接口。軟件方面采用實時多任務(wù)編程技術(shù)和交叉開發(fā)工具技術(shù)來控制功能復雜性，簡化應(yīng)用程序設(shè)計、保障軟件質(zhì)量和縮短開發(fā)周期。 (2) 網(wǎng)絡(luò)化、信息化的要求隨著因特網(wǎng)技術(shù)的成熟、帶寬的提高日益提高，使得以往單一功能的設(shè)備如電話、手機、冰箱、微波爐等功能不再單一，結(jié)構(gòu)更加復雜。比如三星在推廣ARM7， ARM9 芯片的同時還提供開發(fā)板和版及支持包（ BSP）， 而 WindowCE 在主推系統(tǒng)時也提供 Embedded VC＋＋作為開發(fā)工具，還有 Vxworks 的 Tonado 開發(fā)環(huán)境，DeltaOS 的 Limda 編譯環(huán)境等等都是這一趨勢的典型體現(xiàn)。 嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展前景 信息時代，數(shù)字時代使得嵌入式產(chǎn)品獲得了巨大的發(fā)展契機，為嵌入式市場展現(xiàn)了美好的前景，同時也對嵌入式生產(chǎn)廠商提出了新的挑戰(zhàn)，從中我們可以看出未來嵌入式系統(tǒng)的幾大發(fā)展趨勢： (1) 嵌入式開發(fā)是一項系統(tǒng)工程，因此要求嵌入式系統(tǒng)廠商不僅要提供嵌入式軟硬件系統(tǒng)本身，同時還需要提供強大的硬件開發(fā)工具和軟件包支持。在國內(nèi)，雖然嵌入式應(yīng)用、開發(fā)很廣，但該領(lǐng)域卻幾乎還是空白，只有三兩家公司和極少數(shù)人員在從事這方面工作。在國內(nèi)， “維納斯計劃 ”和 “女鍋計劃 ”一度鬧得沸沸揚揚，機頂盒、信息加電這兩年更成了 IT 熱點，而實際上這些都是嵌入式系統(tǒng)在特定環(huán)境下的一個特定應(yīng)用。美國汽車大王福特基于 ARM 的嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用開發(fā) 6 公司的高級經(jīng)理也曾宣稱， “福特出售的 ?計算能力 ?已超過了 IBM”，由此可以想見嵌入式計算機工業(yè)的規(guī)模和廣 度。這就使得很多生手能夠比較快的進入研究狀態(tài)，利于發(fā)揮大家的積極創(chuàng)造性。這對于我們從事這方面的研發(fā)，無疑是 個資源寶庫。我國自主開發(fā)的嵌入式系統(tǒng)軟件產(chǎn)品如科銀 (CoreTek)公司的嵌入式軟件開發(fā)平臺 DeltaSystem，中科院推出的 Hopen 嵌入式操作系統(tǒng)（雖然還不夠完善）。 從軟件方面講，也有相當部分的成熟軟件系統(tǒng)。目前低層系統(tǒng)和硬件平臺經(jīng)過若干年的研究，已經(jīng)相對比較成熟，實現(xiàn)各種功能的芯片應(yīng)有盡有。近期長虹推出的 ADSL 產(chǎn)品，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)，控制，信息，這種智能化，網(wǎng)絡(luò)化將是家電發(fā)展的新趨勢。對于企業(yè)專用解決方案，如物流管理、 條碼掃描、移動信息采集等，這種小型手持嵌入式系統(tǒng)將發(fā)揮巨大的作用。手寫文字輸入、語音撥號上網(wǎng)、收發(fā)電子郵件以及彩色圖形、圖像已取得初步成效。在個人領(lǐng)域中，嵌入式產(chǎn)品將主要是個人商用，作為個人移動的數(shù)據(jù)處理和通訊軟件。所有上述產(chǎn)品中，都離不開嵌入式系統(tǒng)技術(shù)。數(shù)字音頻廣播（ DAB）也已進入商品化試播階段。在通信領(lǐng)域，數(shù)字技術(shù)正在全面取代模擬技術(shù)。 1999 年世界電子湖南工程學院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 5 產(chǎn)品產(chǎn)值已超過 12020 億美元， 2020 年達到 13000 億美元，預計 2020 年，銷售額將達18000 億美元。美國著名未來學家尼葛洛龐帝 99 年 1 月訪華時預言， 4～ 5 年后嵌入式智能（電腦 ) 工具將是 PC 和因特網(wǎng)之后最偉大的發(fā)明。隨著嵌入式技術(shù)的發(fā)展前景日益廣闊，相信會有更多的嵌入式操作系統(tǒng)軟件出現(xiàn)。這時候更多的公司看到了嵌入式系統(tǒng)的廣闊發(fā)展前景，開始大力發(fā)展自己的嵌入式操作系統(tǒng)。這些嵌入式實時多任務(wù)操作系統(tǒng)的出現(xiàn)，使得應(yīng)用開發(fā)人員得以從小范圍的開發(fā)解放出來，同時也促使嵌入式有了更為廣闊的應(yīng)用空間。其中比較著名的有 Ready System 公司的 VRTX、 Integrated System Incorporation (ISI)的 PSOS 和 IMG 的 VxWorks、 QNX 公司的 QNX 等。 從 80 年代早期開始，嵌入式系統(tǒng)的程序員開始用商業(yè)級的“操作系統(tǒng)”編寫嵌入式應(yīng)用軟件，這使得可以獲取更短的 開發(fā)周期，更低的開發(fā)資金和更高的開發(fā)效率，“嵌入式系統(tǒng)”真正出現(xiàn)了。 Motorola同時推出了 68HC05，Zilog 公司推出了 Z80 系列，這些早期的單片機均含有 256 字節(jié)的 RAM、 4K 的 ROM、4 個 8 位并口、 1 個全雙工串行口、兩個 16 位定時器。這些裝置已經(jīng)初步具備了嵌入式的應(yīng)用特點，但是這時的應(yīng)用只是使用 8 位的芯片，執(zhí)行一些單線程的程序，還談不上“系統(tǒng)”的概念。 嵌入式系統(tǒng)的出現(xiàn)最初是基于單片機的。從 20 世紀七十年代單片機的出現(xiàn)到今天各式各樣的嵌入 式微處理器，微控制器的大規(guī)模應(yīng)用，嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)有了近 30 年的發(fā)展歷史。系統(tǒng)啟動引導的成功與否決定了應(yīng)用程序的運行環(huán)境是否能正確構(gòu)建，即系統(tǒng)啟動成功是應(yīng)用正確運行的前提。目前國內(nèi)外采用 ARMμClinux 作為 嵌入式開發(fā) 系統(tǒng)非常普遍。 32 位 ARM嵌入式處理器具有高性能、低 功 耗的特性，已被廣泛應(yīng)用于消費電子產(chǎn)品、無線通信和網(wǎng)絡(luò)通信等領(lǐng)域。隨著國內(nèi)外各 種嵌入式產(chǎn)品的進一步開發(fā)和推廣，嵌入式技術(shù)越來越和人們的生活緊密結(jié)合。硬件以嵌入式處理器為核心，集成存儲器和系統(tǒng)專有的輸入 /輸出設(shè)備；軟件包括初始化代碼及驅(qū)動、嵌入式操作系統(tǒng)及應(yīng)用程序等組成。 IEEE（國際電氣和電子工程師協(xié)會）對它的定義是“ device used to control， or monitor ， or assist the operation of the equipment， machinery or plants”。 Transplantation 湖南工程學院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 3 第 1 章 緒 論 課題的來源與意義 嵌入式是看不見的計算機，一般只運行平臺，它滲透在生活得各個領(lǐng)域、各個方面。 Microprocessor。本文闡述的原理和方法對于各種嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)和應(yīng)用具有通用性。主要的技術(shù)熱點包括嵌入式操作系統(tǒng)、系統(tǒng)芯片設(shè)計、應(yīng)用軟件開發(fā)和 各種服務(wù)性的研究工作。 目 錄 摘 要 .......................................................................................................................................... 1 Abstract ...................................................................................................................................... 2 第 1 章 緒 論 ........................................................................................................................ 3 課題的來源與意義 ....................................................................................................... 3 課題的歷史、現(xiàn)狀及前景 .......................................................................................... 3 嵌入式系統(tǒng)的歷史 ............................................................................................ 3 嵌入式系統(tǒng)的現(xiàn)狀 ............................................................................................. 4 嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展前景 ..............................................................................