【正文】 － 極低的功耗，適合對功耗要求較高的應用，如便攜式產(chǎn)品。ARM7微處理器系列：ARM7系列微處理器為低功耗的32位RISC處理器，最適合用于對價位和功耗要求較高的消費類應用。－ ARM7系列－ ARM9系列－ ARM9E系列－ ARM10E系列－ SecurCore系列－ Inter的Xscale－ Inter的StrongARM其中，ARMARMARM9E和ARM10為4個通用處理器系列，每一個系列提供一套相對獨特的性能來滿足不同應用領域的需求。除此以外，ARM微處理器及技術還應用到許多不同的領域，并會在將來取得更加廣泛的應用。⑤ 成像和安全產(chǎn)品：現(xiàn)在流行的數(shù)碼相機和打印機中絕大部分采用ARM技術。此外，ARM在語音及視頻處理上進行了優(yōu)化，并獲得廣泛支持，也對DSP的應用領域提出了挑戰(zhàn)。② 無線通訊領域：目前已有超過85%的無線通訊設備采用了ARM技術， ARM以其高性能和低成本，在該領域的地位日益鞏固。ARM架構是面向低預算市場設計的第一款RISC微處理器。目前，總共有30多家半導體公司與ARM簽訂了硬件技術使用許可協(xié)議，其中包括Intel、IBM、LG半導體、NEC、SONY、菲利浦和國民半導體這樣的大公司，至于軟件系統(tǒng)的合伙人，則包括微軟、升陽和MRI等一系列知名公司。 ARM概述ARM（Advanced RISC Machines）是微處理器行業(yè)的一家知名企業(yè)，1991年ARM公司成立于英國劍橋。 （4）友好的人機界面大多數(shù)的嵌入式系統(tǒng)都與人進行交互，所以友好的人機界面是開發(fā)嵌入式系統(tǒng)的基本要求。未來的嵌入式產(chǎn)品，是軟硬件高度集成的產(chǎn)品。其開發(fā)工具包括硬件工具和軟件工具。（1）開發(fā)平臺的完備性嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)是一項系統(tǒng)的工程，涉及到軟件，硬件，系統(tǒng)集成等諸多方面。第四階段是以基于Internet為標志的嵌入式系統(tǒng)，這是一個正在迅速發(fā)展的階段。第二階段是以嵌入式CPU為基礎、以簡單操作系統(tǒng)為核心的嵌入式系統(tǒng)。 嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展歷史及趨勢 嵌入式系統(tǒng)的出現(xiàn)至今已經(jīng)有30多年的歷史了，嵌入式技術也歷經(jīng)了幾個發(fā)展階段。（7）電信設備。（6）網(wǎng)絡通信設備。還有各種協(xié)議分析器，用于分析網(wǎng)絡協(xié)議。（5）現(xiàn)場儀器。（4）生物醫(yī)學系統(tǒng)。（3）控制系統(tǒng)與工業(yè)自動化。（2）辦公自動化產(chǎn)品。如：（1）消費類電子產(chǎn)品。大部分嵌入式系統(tǒng)開發(fā)人員選用的軟件開發(fā)模式是先在PC機上編寫軟件，再進行軟件的移植工作。應用程序直接對底層硬件進行訪問。(2) 嵌入式操作系統(tǒng)在嵌入式操作系統(tǒng)中，一般都要采用嵌入式實時操作系統(tǒng)（RTOS），RTOS一般包括實時內核（kernel）及用戶特定的板級支持包（BSP），它介于硬件系統(tǒng)及上層軟件之間，為所有的上層軟件提供一個多任務的實時操作系統(tǒng)環(huán)境及一整套API。嵌入式系統(tǒng)也稱為嵌入式計算機，因此嵌入式系統(tǒng)被定義為非通用計算機系統(tǒng)，即專用計算機系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)被定義為：以應用為中心、以計算機技術為基礎、軟件硬件可裁剪、能適應應用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴格要求的專用計算機系統(tǒng)。并且為我以后的工作和學習打下堅實的基礎。所以，對我來說，任務就更加繁重。顯然，本次設計的任務量是繁重的。包括硬件開發(fā)和應用程序開發(fā)。本次畢業(yè)設計的題目正是“基于LPC2114微處理器的嵌入式系統(tǒng)研究”。雖然現(xiàn)在經(jīng)濟全球化，但我們得到的只是一些落后的技術。我國目前還沒有生產(chǎn)出可以在市場上競爭的芯片，但是隨著國家的重視和投資，以及不斷吸收世界先進技術，在一些領域已經(jīng)能夠實現(xiàn)國產(chǎn)化了。微處理器的嵌入式系統(tǒng)研究畢業(yè)論文目 錄前言 11 緒論 2 嵌入式系統(tǒng)定義 2 嵌入式系統(tǒng)的組成 2 嵌入式系統(tǒng)的應用領域 2 嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展歷史及趨勢 3 ARM概述 32 系統(tǒng)需求分析 7 需求分析 7 系統(tǒng)總體設計 73 系統(tǒng)硬件設計 9 核心處理器LPC2114簡介 9 系統(tǒng)功能模塊 10 電源模塊 10 復位電路 10 系統(tǒng)時鐘電路 11 JTAG接口電路 12 鍵盤電路 12 I2C接口電路 12 134 嵌入式系統(tǒng)軟件開發(fā) 14 嵌入式系統(tǒng)軟件的組成 14 嵌入式系統(tǒng)軟件運行流程 15 LPC2114的啟動代碼 15 μC/OSⅡ簡介 20 選擇μC/OSⅡ的原因 21 應用程序開發(fā) 22 鍵盤輸入控制 22 中斷程序 23 定時器控制程序 255 系統(tǒng)調試 29 程序調試 29 CodeWarrior IDE集成開發(fā)環(huán)境和AXD調試器說明 29 工程的編輯 30 工程的調試 35 程序調試 37 固化程序 39 使用JTAG接口下載 40 使用ISP下載 40總結 43參考文獻 44致謝詞 45附錄 46 前言隨著電子技術和計算機技術的進一步發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)將起著越來越重要的作用，無論是民用還是軍用隨處都可以看見嵌入式系統(tǒng)的身影。在我國，到目前為止，在嵌入式系統(tǒng)研究方面，比起世界先進技術，落后了很多，基本上沒多少核心技術，先進技術的知識產(chǎn)權都在國外。但是這離許多世界先進技術還相差甚遠。因此必須培養(yǎng)自己的人才，研究核心技術，掌握核心技術。本次設計涉及到了嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的兩個重要模塊。旨在研究嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)流程，掌握嵌入式系統(tǒng)的基本開發(fā)方法，以及掌握一些硬件和軟件的開發(fā)和調試工具。再加上，以前我并沒有接觸過嵌入式系統(tǒng)這一領域。但我相信，通過我的努力，一定可以完成本次設計的任務。1 緒論 嵌入式系統(tǒng)定義從應用來看：嵌入式系統(tǒng)是計算機的一種應用形式，通常是指嵌入到對象系統(tǒng)中的專用計算機系統(tǒng)。從組成來看：把基于處理器（通用處理器和嵌入式處理器）的設備稱為計算機，把計算機分成兩大部分，即通用計算機和嵌入式計算機。 嵌入式系統(tǒng)的組成一個典型的嵌入式系統(tǒng)主要由以下幾部分組成：(1) 硬件系統(tǒng)硬件系統(tǒng)由嵌入式微處理器、外圍接口硬件設備組成。當然，在一些簡單的嵌入式應用系統(tǒng)中，并沒有操作系統(tǒng)的支持。(3) 應用軟件應用軟件是針對特定的應用需求開發(fā)的軟件，完成嵌入式系統(tǒng)的主要功能。 嵌入式系統(tǒng)的應用領域嵌入式系統(tǒng)廣泛地應用在人們生活、工作的各個方面。如機頂盒，個人移動設備（PDA），數(shù)碼音頻播放器（MP3），數(shù)碼相機，視頻游戲播放器，IP電話等等。如激光打印機，傳真機，掃描儀，復印機和LCD投影儀等。如智能控制設備，智能儀表、現(xiàn)場總線設備，數(shù)控機床，機器人等。如X光機的控制部件，EEG和ECG設備，CT，超聲檢測設備，核磁共振設備等。如測量溫度，濕度，電壓，電流的儀器。還有數(shù)字示波器等。調制解調器，數(shù)據(jù)通信基礎設備，IP網(wǎng)上多媒體設備，網(wǎng)關，路由器，加密解密設備，GPS設備，交換機，網(wǎng)絡接入盒等。電話交換機，終端適配器TA，ATM交換機，幀中繼和一些通信設備。第一階段是以單芯片為核心的可編程控制器形式的系統(tǒng)，同時具有與監(jiān)測、伺服、指示設備相配合的功能。第三階段是以嵌入式操作系統(tǒng)為標志的嵌入式系統(tǒng)。就嵌入式系統(tǒng)的而言，其發(fā)展趨勢表現(xiàn)在如下幾個方面。有的嵌入式廠商不公僅提供處理器，還提供完備的開發(fā)工具。（2）嵌入式系統(tǒng)的網(wǎng)絡化網(wǎng)絡化主要表現(xiàn)在在兩個方面，一方面是嵌入式處理器集成了網(wǎng)絡接口，另一方面是嵌入式設備應用于網(wǎng)絡環(huán)境中（3）系統(tǒng)的集成度的提高和性能指標的提高。這就要求設計者盡可能地提高系統(tǒng)的可靠性，降低系統(tǒng)的功耗，精簡系統(tǒng)的內核，降低成本，對操作系統(tǒng)進行裁剪，用高效率的算法開發(fā)應用程序。隨著嵌入式技術的發(fā)展，新的人機界面不斷被開發(fā)出來，如手寫輸入技術，語音輸入/輸出技術，圖像輸出技術。ARM公司是專門從事基于RISC技術芯片設計開發(fā)的公司，作為知識產(chǎn)權供應商，本身不直接從事芯片生產(chǎn)，靠轉讓設計許可由合作公司生產(chǎn)各具特色的芯片，世界各大半導體生產(chǎn)商從ARM公司購買其設計的ARM微處理器核，根據(jù)各自不同的應用領域，加入適當?shù)耐鈬娐?，從而形成自己的ARM微處理器芯片進入市場?；贏RM技術的微處理器應用約占據(jù)了32位RISC微處理器75％以上的市場份額，ARM技術正在逐步滲入到我們生活的各個方面。到目前為止，ARM微處理器及技術的應用幾乎已經(jīng)深入到各個領域：① 工業(yè)控制領域：作為32位的RISC架構，基于ARM核的微控制器芯片不斷占據(jù)了高端微控制器市場的大部分市場份額，同時也逐漸向低端微控制器應用領域擴展，ARM微控制器的低功耗、高性價比，向傳統(tǒng)的8位/16位微控制器提出了挑戰(zhàn)。③ 網(wǎng)絡應用：隨著寬帶技術的推廣，采用ARM技術的ADSL芯片正逐步獲得競爭優(yōu)勢。④ 消費類電子產(chǎn)品：ARM技術在目前流行的數(shù)字音頻播放器、數(shù)字機頂盒和游戲機中得到廣泛采用。手機中的32位SIM智能卡也采用了ARM技術。采用RISC架構的ARM微處理器一般具有如下特點： ① 體積小、低功耗、低成本、高性能； ② 支持Thumb（16位）/ARM（32位）雙指令集，能很好的兼容8位/16位器件；③ 大量使用寄存器，指令執(zhí)行速度更快；④ 大多數(shù)數(shù)據(jù)操作都在寄存器中完成；⑤ 尋址方式靈活簡單，執(zhí)行效率高；⑥ 指令長度固定；ARM微處理器目前包括下面幾個系列，以及其它廠商基于ARM體系結構的處理器，除了具有ARM體系結構的共同特點以外，每一個系列的ARM微處理器都有各自的特點和應用領域。SecurCore系列專門為安全要求較高的應用而設計。ARM7微處理器系列具有如下特點：－ 具有嵌入式ICE－RT邏輯，調試開發(fā)方便。 － 。－ 對操作系統(tǒng)的支持廣泛，包括Windows CE、Linux、Palm OS等。－ 主頻最高可達130MIPS，高速的運算處理能力能勝任絕大多數(shù)的復雜應用。ARM7系列微處理器包括如下幾種類型的核：ARM7TDMI、ARM7TDMIS、ARM720T、ARM7EJ。TDMI的基本含義為：T： 支持16位壓縮指令集Thumb；D： 支持片上Debug；M： 內嵌硬件乘法器（Multiplier）I： 嵌入式ICE，支持片上斷點和調試點；ARM處理器共有37個寄存器，被分為若干個組（BANK），這些寄存器包括：－ 31個通用寄存器，包括程序計數(shù)器（PC指針），均為32位的寄存器。同時，ARM處理器又有7種不同的處理器模式，在每一種處理器模式下均有一組相應的寄存器與之對應。在所有的寄存器中，有些是在7種處理器模式下共用的同一個物理寄存器，而有些寄存器則是在不同的處理器模式下有不同的物理寄存器。其中，ARM指令為32位的長度，Thumb指令為16位長度?！RM的設計實現(xiàn)了非常小但高性能的結構。ARM是精簡指令集計算機(RISC)，因為它集成了非常典型的RISC結構特性：① 一個大的、統(tǒng)一的寄存器文件；② 加載／存儲結構，數(shù)據(jù)處理的操作只針對寄存器的內容，而不直接對存儲器進行操作；③ 簡單的尋址模式，所有加載／存儲的地址都只由寄存器的內容和指令域決定；④ 統(tǒng)一和固定長度的指令域，簡化了指令的譯碼。 這些在基本RISC結構上增強的特性使ARM處理器在高性能、低代碼規(guī)模、低功耗和小的硅片尺寸方面取得了良好的平衡。CPU模塊是系統(tǒng)中最核心的部分，系統(tǒng)通過CPU處理數(shù)據(jù)，控制系統(tǒng)中的其他模塊，使其他模塊根據(jù)系統(tǒng)發(fā)出的指令工作并且使各個部分協(xié)調工作。CPU通過時鐘信號的驅動，一步一步的控制程序執(zhí)行。 通過外部輸入的5V電壓，在系統(tǒng)的濾波以及電壓轉換芯片后。鍵盤電路主要是通過按鍵控制程序的執(zhí)行，有時也作為參數(shù)實現(xiàn)一些簡單的數(shù)據(jù)輸入。仿真器接口用來對程序進行調試和固化。3 系統(tǒng)硬件設計 核心處理器LPC2114簡介根據(jù)本系統(tǒng)的需求分析，從性能、功耗、價格等方面進行考慮，我們發(fā)現(xiàn)飛利蒲的LPC2114已完全能滿足本系統(tǒng)的設計要求。LPC2114 是基于一個支持實時仿真和跟蹤的32位ARM7TDMIS CPU，并帶有128 KB的高速Flash存儲器，128位寬度的存儲器接口和獨特的加速結構，使32位代碼能夠在最大時鐘速率下運行。由于LPC2114具有非常小的尺寸和極低的功耗，它們非常適合于那些將小型化作為主要要求的應用，例如存儲控制和POS機。而多個32位定時器、PWM輸出和32個GPIO，使它們特別適用于工業(yè)控制和醫(yī)療系統(tǒng)。 －16 KB片內靜態(tài)RAM。 －通過片內boot裝載程序實現(xiàn)在系統(tǒng)編程（ISP）和在應用編程（IAP）。單扇區(qū)或整片擦除時間為400ms。當使用片內RealMonitor軟件對前臺任務進行調試時，中斷服務程序可繼續(xù)運行。 －4路10位A/D轉換器。 －多個串行接口，包括2個16C550工業(yè)標準UART、高速I2C接口（400 kbit/s）和2個SPI口。 －向量中斷控制器。 －多達46個通用I/O口（可承受5V電壓），9個邊沿或電平觸發(fā)的外部中斷引腳。 －2個低功耗模式：空閑和掉電。 －可通過個別使能/禁止外部功能來優(yōu)化功耗。 V) ② I/O操作電壓范圍：~ V( V177。 系統(tǒng)功能模塊 電源模塊LPC2114要使用兩組電源，I/。復位電路可由簡單的RC電路構成，也可使用其他的相對較復雜，但功能更完善的電路。復位電路如圖3所示：圖3 系統(tǒng)復位電路本系統(tǒng)采用的低電平復位。從而達到復位的目的。而當C4兩端達到高電平的門限電壓時，RESET為高電平，系統(tǒng)進入正常工作狀態(tài)。倘若不使用片內PLL功能及ISP下載功能，則外部晶振頻率范圍是1MHz～30MHz，外部時鐘頻率范圍是1MHz～50MHz；若使用了片內PLL功能或ISP下載功能，則外部晶振頻率范圍是10