【正文】 程序、應(yīng)用程序測試、整個系統(tǒng)測試、開發(fā)結(jié)束。直至最終完成設(shè)計目標(biāo)。需求一般分功能需求和非功能需求兩方面。操作系統(tǒng)是計算機(jī)中最基本的程序。根據(jù)如何實現(xiàn)系統(tǒng)的功能，對軟硬件功能的劃分進(jìn)行系統(tǒng)軟件、硬件的選型，這是設(shè)計成功與否的關(guān)鍵。要確定這個問題，首先對于我們剛接觸這新技術(shù)的學(xué)生來說，就是如何學(xué)習(xí)嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)和應(yīng)用。因此，這要求我們要有一定的硬件、軟件基礎(chǔ)，要不斷的深入學(xué)習(xí)。硬件包括ARM處理器、存儲器，輸入輸出設(shè)備。實時操作系統(tǒng)（RTOS）是一段在嵌入式系統(tǒng)啟動后首先執(zhí)行的背景程序，用戶的應(yīng)用程序是運(yùn)行于RTOS之上的各個任務(wù)，RTOS根據(jù)各個任務(wù)要求，進(jìn)行資源（包括存儲器、外設(shè)等）管理、消息管理、任務(wù)調(diào)度及異常處理等工作[5]。目前常用的嵌入式外圍設(shè)備按功能可以分為存儲設(shè)備、通信設(shè)備和顯示設(shè)備三類。目前存在的絕大多數(shù)通信設(shè)備都可以直接在嵌入式系統(tǒng)中應(yīng)用，包括RS232接口(串行通信接口)、SPI(串行外圍設(shè)備接口)、IrDA(紅外線接口)、I2C(現(xiàn)場總線)、USB(通用串行總線接口)、Ethernet(以太網(wǎng)接口)等。 2．3 系統(tǒng)設(shè)計框圖 根據(jù)需求分析系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖23所示，S3C44BOX開發(fā)板通過串口實現(xiàn)與PC機(jī)的通信及調(diào)試。步進(jìn)電機(jī)PCServer 串口開發(fā)板串 S3C44B0口圖23 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 此次設(shè)計選用的這塊CPU核心板上除了S3C44BOX的最小系統(tǒng)外還增加了：兩個串口，一個USB口，一個IDE接口，一套IIC電路，一個FLASH電路，RTC電路，液晶接口及調(diào)試電路，所以它可以完成獨(dú)立的進(jìn)行調(diào)試和工作。第3章 硬件電路設(shè)計3．1 硬件開發(fā)平臺概述3．1．1 S3C44B0X開發(fā)板概述此次設(shè)計我們選用的是內(nèi)核為RAM7 TDMI微控制器的開發(fā)板。電源電路LCD電路串口1電路 串口0電路IIC電路24C08電池 FLASH電路（實時 RAM7 TDMI時鐘 S3C44B0X RTC） SDRAM電路 （CPU） 復(fù)位電路 USB1。在此開發(fā)板上我們利用了RAM7TDMI芯片、電源電路及串口1電路等[7]。為了降低整個系統(tǒng)成本，S3C44BOX還提供以下部件:8KB Cache、可選內(nèi)部SRAM,LCD控制器、2個UART, 4個DMA、系統(tǒng)管理(芯片選擇邏輯、FP/EDO/SDRAM控制器)、6個帶PWM的定時器、I/0口、RTC, 8通道12位ADC, IIC/IIS總線接口、同步SIO接口和時鐘PLL.S3C44BOX如圖32所示，是使用ARM7TDMI核、 um的CMOS標(biāo)準(zhǔn)單元和存儲器編譯開發(fā)的。S3C44BOX的杰出特性是它的CPU核，是由ARM公司設(shè)計的ARM7TDMI RISC處理器。ARM7TDMI是ARM公司最早為業(yè)界普遍認(rèn)可且贏得了最廣泛應(yīng)用的處理器核。片上PLL使得MUC的工作時鐘頻率最高為66MHZ。功耗管理模式為：正常模式正常運(yùn)行模式；低速模式不帶PLL的低頻時鐘；休眠模式只使CPU的時鐘停止；停止模式所有時鐘都停止。UART(通用異步收發(fā)器)有2個基于DMA或基于中斷的UART,支持5位，6位，7位。3．2 步進(jìn)電機(jī)簡介步進(jìn)電機(jī)是一種能夠?qū)㈦娒}沖信號轉(zhuǎn)換成角位移或線位移的機(jī)電元件，它實際上是一種單相或多相同步電動機(jī)。多相步進(jìn)電動機(jī)有多相方波脈沖驅(qū)動，用途很廣。每輸入一個脈沖到脈沖分配器，電動機(jī)各相的通電狀態(tài)就發(fā)生變化，轉(zhuǎn)子會轉(zhuǎn)過一定的角度（稱為步距角）。由于步進(jìn)電動機(jī)能直接接收數(shù)字量的輸入，所以特別適合于微機(jī)控制。隨著微電子和計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，步進(jìn)電機(jī)的需求量與日俱增，在各個國民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域都有應(yīng)用。當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動器接收到一個脈沖信號，它就驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運(yùn)行的。步進(jìn)電機(jī)可以作為一種控制用的特種電機(jī)，利用其沒有積累誤差(精度為100%)的特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于各種開環(huán)控制。 永磁式步進(jìn)電機(jī)一般為兩相，轉(zhuǎn)矩和體積較小， 或15度；反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)一般為三相，可實現(xiàn)大轉(zhuǎn)矩輸出，但噪聲和振動都很大。混合式步進(jìn)電機(jī)是指混合了永磁式和反應(yīng)式的優(yōu)點(diǎn)。（二） 步進(jìn)電機(jī)的一些基本參數(shù)： 電機(jī)固有步距角： 它表示控制系統(tǒng)每發(fā)一個步進(jìn)脈沖信號，電機(jī)所轉(zhuǎn)動的角度。/176。、176。 步進(jìn)電機(jī)的相數(shù)： 步進(jìn)電機(jī)的相數(shù)是指電機(jī)內(nèi)部的線圈組數(shù)，目前常用的有二相、三相、四相、五相步進(jìn)電機(jī)。/176。/176。/176。如果使用細(xì)分驅(qū)動器，則‘相數(shù)’將變得沒有意義，用戶只需在驅(qū)動器上改變細(xì)分?jǐn)?shù)，就可以改變步距角。DETENT TORQUE 在國內(nèi)沒有統(tǒng)一的翻譯方式，容易使大家產(chǎn)生誤解；由于反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子不是永磁材料，所以它沒有DETENT TORQUE。 2．步進(jìn)電機(jī)外表允許的最高溫度。 3．步進(jìn)電機(jī)的力矩會隨轉(zhuǎn)速的升高而下降。在它的作用下，電機(jī)隨頻率（或速度）的增大而相電流減小，從而導(dǎo)致力矩下降。 步進(jìn)電機(jī)有一個技術(shù)參數(shù)：空載啟動頻率，即步進(jìn)電機(jī)在空載情況下能夠正常啟動的脈沖頻率，如果脈沖頻率高于該值，電機(jī)不能正常啟動，可能發(fā)生丟步或堵轉(zhuǎn)。如果要使電機(jī)達(dá)到高速轉(zhuǎn)動，脈沖頻率應(yīng)該有加速過程，即啟動頻率較低，然后按一定加速度升到所希望的高頻（電機(jī)轉(zhuǎn)速從低速升到高速）。伴隨著不同的數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展以及步進(jìn)電機(jī)本身技術(shù)的提高，步進(jìn)電機(jī)將會在更多的領(lǐng)域得到應(yīng)用。定子鐵心上有六個形狀相同的大齒，相鄰兩個大齒之間的夾角為60 度。各個大齒的內(nèi)表面上又有若干個均勻分布的小齒。轉(zhuǎn)子小齒的齒距是和定子相同的。但某一項繞組通電，而轉(zhuǎn)子可自由旋轉(zhuǎn)時，該相兩個大齒下的各個小齒將吸引相近的轉(zhuǎn)子小齒，使電動機(jī)轉(zhuǎn)動到轉(zhuǎn)子小齒與該相定子小齒對齊的位置，而其它兩相的各個大齒下的小齒必定和轉(zhuǎn)子的小齒分別錯開正負(fù)1/3 的齒距，形成“齒錯位”，從而形成電磁引力使電動機(jī)連續(xù)的轉(zhuǎn)動下去?；旌鲜讲竭M(jìn)電動機(jī)的繞組電流也要求正、反向流動，故驅(qū)動電路通常也要做成雙極性。所以步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速與脈沖信號的頻率成正比。 使用、控制步進(jìn)電機(jī)必須由環(huán)形脈沖，功率放大等組成的控制系統(tǒng)，其方框圖如下圖33所示： 圖33 電機(jī)控制系統(tǒng) 脈沖信號的產(chǎn)生。 脈沖信號一般由單片機(jī)或CPU產(chǎn)生，電機(jī)轉(zhuǎn)速越高，占空比則越大。四相電機(jī)工作方式也有二種，四相四拍為ABBCCDDAAB,；四相八拍為ABBBCCCDDAB,(）。 功率放大功率放大是驅(qū)動系統(tǒng)最為重要的部分。平均電流越大電機(jī)力矩越大，要達(dá)到平均電流大這就需要驅(qū)動系統(tǒng)盡量克服電機(jī)的反電勢。步進(jìn)電機(jī)一經(jīng)定型，其性能取決于電機(jī)的驅(qū)動電源。（二） 步進(jìn)電機(jī)的速度控制步進(jìn)電機(jī)速度控制是靠輸入的脈沖信號的變化來改變的，從理論上說，只需給驅(qū)動器脈沖信號即可，每給驅(qū)動器一個脈沖（CP），步進(jìn)電機(jī)就旋轉(zhuǎn)一個步距角（細(xì)分時為一個細(xì)分步距角）但是實際上，如果脈沖CP信號變化太快，步進(jìn)電機(jī)由于慣性將跟隨不上電信號的變化，這時會產(chǎn)生堵轉(zhuǎn)和丟步現(xiàn)象，所以步進(jìn)電機(jī)在啟動時，必須有升速過程，在停止時必須有降速過程。突跳頻率是指步進(jìn)電機(jī)在靜止?fàn)顟B(tài)時突然施加的脈沖啟動頻率，此頻率不可太大，否則也會產(chǎn)生堵轉(zhuǎn)和丟步。用戶需根據(jù)自己的負(fù)載選擇合適的突跳頻率和升降速曲線，找到一條理想的曲線并不容易，一般需要多次‘試機(jī)’才行。如下圖34所示： 圖34 升速曲線降速曲線的設(shè)計直接影響電機(jī)運(yùn)行的平穩(wěn)性、升降速快慢、電機(jī)運(yùn)行聲音、最高速度、定位精度。轉(zhuǎn)速n可以表示為： n=60/NT(轉(zhuǎn)/每分鐘) 公式31式中為電機(jī)轉(zhuǎn)動一周應(yīng)設(shè)定的字節(jié)數(shù)。則有N=360/X,所以速度與頻率成正比關(guān)系，特定步進(jìn)電機(jī)步距角成反比。35表示了電機(jī)的外徑；BY表示電機(jī)系列代號；48表示每步轉(zhuǎn)數(shù)。 通電導(dǎo)線形成一個磁場， 定子磁場分布的改變， 定子在磁場的作用下轉(zhuǎn)動來帶動負(fù)載。兩相繞阻中的A向通電產(chǎn)生磁場， 因為轉(zhuǎn)子受定子磁極吸引由向A向繞阻轉(zhuǎn)動。磁場轉(zhuǎn)到A向繞阻，轉(zhuǎn)子由B向繞阻向A向繞阻轉(zhuǎn)動。每使電動機(jī)轉(zhuǎn)子順時針轉(zhuǎn)過90度，即步進(jìn)電機(jī)向前進(jìn)一步。其中一路的電路原理如圖35所示：圖35 一路驅(qū)動電路原理圖其余三路類似， 如下圖36所示：圖36 驅(qū)動電路原理圖這是個驅(qū)動電路是簡單的， 在實際運(yùn)用中， 由于電機(jī)一般功率比較大， 我們在控制后端還要加上驅(qū)動電路，提高驅(qū)動能力。要使用步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動，只要輪流給各引出端通電即可用一個簡單的單級驅(qū)動電路來作為驅(qū)動，通過JB1~JB4來控制各線圈的接通與切斷。如果要改變電機(jī)的轉(zhuǎn)動速度只要改變兩次接通之間的時間，而要改變電機(jī)的轉(zhuǎn)動方向，只要改變各線圈接通的順序。在嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)過程中，一般采用的方法是先在通用PC機(jī)上編程；然后通過交叉編譯和鏈接，將程序做成目標(biāo)平臺上可運(yùn)行的二進(jìn)制代碼格式；最后將程序下載到目標(biāo)平臺上的特定位置，由目標(biāo)板上啟動代碼運(yùn)行這段二進(jìn)制代碼，從而運(yùn)行起嵌入式系統(tǒng)。首先，是在主機(jī)上的編程工作。源代碼編寫完成后保存為源文件。由于無法保證目標(biāo)板一次就可以運(yùn)行編譯、鏈接成功的程序，因此后期的調(diào)試排錯工作就特別重要。 基于交叉開發(fā)環(huán)境的嵌入式應(yīng)用軟件開發(fā)主要分如下5個基本階段：開發(fā)環(huán)境的建立、源代碼編輯階段、交叉編譯和鏈接、重定位和下載、聯(lián)機(jī)調(diào)試。按照使用方式分，交叉開發(fā)工具主要分為使用Makefile和IDE開發(fā)環(huán)境2種類型。新類型的開發(fā)環(huán)境一般有一個用戶友好的IDE界面，方便管理和控制項目的開發(fā)，如Code Warrior等。編寫程序的第一件事就是要會寫程序，即要先會程序的規(guī)劃，將問題需求跟程序功能很明確地寫下來，依據(jù)規(guī)劃好的函數(shù)逐個寫好。匯編語言編寫完成后，代碼轉(zhuǎn)向C語言的程序入口點(diǎn)，執(zhí)行C語言代碼。編譯通常所說的編譯程序能夠把某一種語言的程序（稱為源程序）轉(zhuǎn)換成另一種語言程序語言（稱為目標(biāo)語言程序），而后者與前者在邏輯上是等價的。現(xiàn)在目標(biāo)代碼有2大類：COFF(mon Object File Format)與ELF（Extended Linker Format）。目標(biāo)文件格式的規(guī)定是為了不同的供應(yīng)商提供的開發(fā)工具（如編譯器、匯編器和調(diào)試器）可以遵循很好的標(biāo)準(zhǔn)，以實現(xiàn)相互操作。編譯器只能在一個模塊內(nèi)部完成符號名到地址的轉(zhuǎn)換工作，不同模塊間的符號解析需要由鏈接器完成。但在燒寫之前，應(yīng)先將BootLoader先燒寫到ROM中，在啟動系統(tǒng)時BootLoader就可以管理系統(tǒng)操作。調(diào)試嵌入式系統(tǒng)的調(diào)試分為軟件調(diào)試和硬件調(diào)試2種：軟件調(diào)試是通過軟件調(diào)試器調(diào)試嵌入式軟件；硬件調(diào)試是通過仿真調(diào)試器完成調(diào)試過程。通常作為調(diào)試軟件部分的調(diào)試器是被集成在安裝在目標(biāo)機(jī)上的嵌入式軟件開發(fā)集成環(huán)境（IDE）中的，軟件調(diào)試工具一般都具有ISS功能，即完成代碼在無硬件調(diào)試環(huán)境下的模擬調(diào)試。硬件調(diào)試器，可以獲得比軟件功能強(qiáng)大得多的調(diào)試性能。在本次的設(shè)計中我們主要用軟件調(diào)試方法。4．2 嵌入式系統(tǒng)的程序設(shè)計方法不同于基于PC平臺的程序開發(fā)，嵌入式系統(tǒng)的程序設(shè)計具有其自身的特點(diǎn)，程序設(shè)計的方法也會因系統(tǒng)或因人而異，但其程序設(shè)計還是有其共同的特點(diǎn)及規(guī)律的。(2)合理配置系統(tǒng)資源:與基于8位或16位微控制器的系統(tǒng)相比較，基于32位微控制器的系統(tǒng)資源要豐富得多，但合理的資源配置可最大限度的發(fā)揮系統(tǒng)的硬件潛能，提高系統(tǒng)的性能。 (3)程序的設(shè)計、調(diào)試與優(yōu)化:根據(jù)軟件的總體結(jié)構(gòu)編寫程序，同時采用各種調(diào)試手段，找出程序的各種語法和邏輯錯誤，最后應(yīng)使各功能程序模塊化，縮短代碼長度以節(jié)省存儲空間并減少程序執(zhí)行時間。（一） 應(yīng)用系統(tǒng)中的存儲映射在ARM體系結(jié)構(gòu)中，系統(tǒng)復(fù)位后將跳轉(zhuǎn)到地址0x0處執(zhí)行，該處存放的是復(fù)位異常中斷的中斷向量。因此在系統(tǒng)復(fù)位時，地址0x0處該為ROM，即系統(tǒng)復(fù)位后應(yīng)該首先從ROM中開始執(zhí)行。圖41為S3C44B0X復(fù)位后的存儲器地址分配圖。特殊功能寄存器位于0x01C00000~0x02000000的4MB空間內(nèi)；Bank6的起始地址是固定的，空間可配置為2/4/8/16/32MB；圖41 S3C44B0X復(fù)位后的存儲器地址分配因為相對于ROM來說，RAM的數(shù)據(jù)寬度較大，速度較快，這會使系統(tǒng)響應(yīng)異常中斷的速度更快。（二） 系統(tǒng)初始化盡管各種嵌入式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)以及功能相差很大，但其系統(tǒng)初始化部分完成的操作有很大一部分是相似的。（1）系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境的初始化 對于嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)和具有操作系統(tǒng)支持的應(yīng)用系統(tǒng)來說，相同運(yùn)行環(huán)境初始化部分的工作是不同的。操作系統(tǒng)在加載應(yīng)用程序后，將控制權(quán)轉(zhuǎn)交到應(yīng)用程序的main（）函數(shù)。而對于嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)來說，由于沒有操作系統(tǒng)的支持，存放在ROM中的代碼必須進(jìn)行所有的初始化工作。初始化存儲系統(tǒng)如果系統(tǒng)中存在MMU或者M(jìn)PU，在進(jìn)行下列操作時必須初始化好這些部件：使能IRQ中斷及FIQ中斷、涉及到RAM的操作。初始化數(shù)據(jù)指針 在ARM體系中，各種處理器模式都擁有其自己的數(shù)據(jù)棧。初始化關(guān)鍵的IO設(shè)備使能異常中斷（2）應(yīng)用程序的初始化應(yīng)用程序的初始化主要完成將己經(jīng)初始化的數(shù)據(jù)搬運(yùn)到可寫的數(shù)據(jù)區(qū)，并初始化要用到的C程序的變量。4．3 本系統(tǒng)應(yīng)用程序設(shè)計 4．3．1 系統(tǒng)軟件部分設(shè)計構(gòu)思一個完整的測試系統(tǒng)必須要有一個操作簡潔方便、質(zhì)量高的軟件系統(tǒng)來支持。研制一臺便攜式儀器，軟件工作量往往大于硬件，可以認(rèn)為，便攜式儀表的設(shè)計，很大程度上是軟件的設(shè)計。代碼使用C語言來編寫。這樣一個程序段，可以看作一個可調(diào)用的子程序，即一個