【正文】 ........................... 21 主應(yīng)用程序的設(shè)計(jì) ........................................................................................ 21 6 總結(jié) 與體會(huì) .............................................................................................................. 23 總結(jié) ................................................................................................................ 23 體會(huì) ................................................................................................................ 23 參考文獻(xiàn) ...................................................................................................................... 25 南華大學(xué)電氣工程學(xué)院課程設(shè)計(jì) 第 1 頁 共 30 頁 1 緒論 課題來源及其意義 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)成為計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的一個(gè)重要部分，是繼 PC 和 Inter 以后又一個(gè)新的 IT 熱點(diǎn)。 20 世紀(jì) 70 年代單片機(jī)的出現(xiàn)，是嵌入式系統(tǒng)的開端，那時(shí)候的應(yīng)用只局限于用 8 位的芯片執(zhí)行一些單線程的程序，根本談不上是一個(gè)“系統(tǒng)”。 20 世紀(jì) 90 年代出現(xiàn)了實(shí)時(shí)多任務(wù)的操作系統(tǒng) ，并作為一種嵌入式系統(tǒng)軟件平臺(tái)一躍成為國(guó)際嵌入式系統(tǒng)的主流。 隨著現(xiàn)代信息技術(shù)和 Inter技術(shù)的飛速發(fā)展，各種各樣的數(shù)字化產(chǎn)品得到普及；嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)滲透于現(xiàn)代生活的各個(gè)角落 ，各種新的嵌入式系統(tǒng)的硬件設(shè)備層出不窮。在人們的日常工作與生活中，嵌入式系統(tǒng)正在變得越來越重要，而幾乎所有 的電器設(shè)備，比如電視機(jī)頂盒、汽車、手機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、空調(diào)熱水器、工業(yè)自動(dòng)化設(shè)備和醫(yī)療儀器，都已經(jīng)離不開嵌入式技術(shù)。 打印機(jī)將采集和處理后儲(chǔ)存的信息以圖像、文字或者數(shù)字等方式打印出來，直接地顯示給用戶，是人類信息表達(dá)和傳遞的一個(gè)重要載體。在現(xiàn)實(shí)生活中，銀行、郵局、機(jī)場(chǎng)等場(chǎng)所使用的快速抄表系統(tǒng)，超市、商店、便利店使用的快速結(jié)賬系統(tǒng)，都使用了嵌入式打印技術(shù)。 嵌入式系統(tǒng)的定義 IEEE 就用途方面是這樣定義嵌入式系統(tǒng)的：嵌入式系統(tǒng)是用來控制或者訪問機(jī)器、裝置、工廠等大規(guī)模系統(tǒng)的設(shè)備。它主要由嵌入式微處理器、外圍硬件設(shè)備、嵌入式操作系統(tǒng)以及用戶應(yīng)用軟件等部分組成?！扒度胄浴北硎鞠到y(tǒng)通常需要嵌入到其他對(duì)象系統(tǒng)中，小到計(jì)算器、 MP3，大到導(dǎo)彈、航天飛機(jī)等等。“計(jì)算性”表示嵌入式系統(tǒng)必須是能滿足對(duì)象系統(tǒng)控制要求的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)是針對(duì)特定的用戶群設(shè)計(jì)的，綜合功耗、體積、集成度各方面考慮以滿足不同的要求。 （ 2） 嵌入式系統(tǒng)中的軟件一般固化在存儲(chǔ)芯片上或者單片機(jī)本身中，不是存儲(chǔ)在磁盤中，因?yàn)閷④浖袒诖鎯?chǔ)芯片或者單片機(jī)上可以提高執(zhí)行的速度和系統(tǒng)的可靠性。尤其是軟件代碼，更加要求高質(zhì)量，高可靠性。嵌入式系統(tǒng)本身并不具備二 次開發(fā)的能力，系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成以后用戶通常不能對(duì)其中的程序功能進(jìn)行修改。 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)。這種系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能相對(duì)單一，價(jià)格低，因此以前在國(guó)內(nèi)工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用較為普遍，但是現(xiàn)在已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能適應(yīng)高效的、需要大容量存儲(chǔ)的現(xiàn)代工業(yè)控制和新興信息家電等領(lǐng)域的需求。其主要特點(diǎn)是： CPU 種類繁多，系統(tǒng)開銷小，效率高；操作系統(tǒng)達(dá)到一定的兼容性和擴(kuò)展性；應(yīng)用軟件較專業(yè)化。 第三階段是以嵌入式操作系統(tǒng)為標(biāo)志的嵌入式系統(tǒng)。 第四階段是以 Inter 為標(biāo)志的嵌入式系統(tǒng)。目前大多數(shù)嵌入式系統(tǒng)還孤立于 Inter之外，但隨著 Inter的發(fā)展以及 Inter技術(shù)與信息家電、工業(yè)控制技術(shù)結(jié)合日益密切，嵌入式設(shè)備與 Inter 的結(jié)合將代表嵌入式系統(tǒng)的未來。在超市之類的場(chǎng)合，打印模塊負(fù)責(zé)票據(jù)打印工作，打印的內(nèi)容往往是一些數(shù)字和文字的組合。嵌入式打印技術(shù)既具有嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn)，也有打印功能的實(shí)現(xiàn)。在現(xiàn)實(shí)的系統(tǒng)中，打印模塊都是與其他功能模塊結(jié)合使用的，如果脫離了其他功能模塊，那么打印模塊也就失去了存在的意義?；?ARM9和 Linux的嵌入式系統(tǒng)既具有以 ARM為內(nèi)核的 32 位微處理器的優(yōu)良特性，也盡可能地發(fā)揮了 Linux 操作系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì) 。開發(fā)板將掃描儀的數(shù)據(jù) 從串口讀出，然后轉(zhuǎn)發(fā)給打印機(jī)將數(shù)據(jù)打印出來。 主要由開發(fā)板、主機(jī)、打印機(jī)和掃描儀四部分組成。開發(fā)板采用的是三星公司的 S3C2410開發(fā)板， ARM9 的核，跑的是 內(nèi)核版本的嵌入式 Linux 操作系統(tǒng)。再加一臺(tái)微型打印機(jī)在開發(fā)板的 GPIO 口上。 開發(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。 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。 目前，市場(chǎng)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。 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 共 30 頁 品到大型通信設(shè)備，無所不包。 本嵌入式系統(tǒng)硬件平臺(tái)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(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。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。 WindowsCE 的缺點(diǎn)是速度慢、效率低、價(jià)格偏高、開發(fā)應(yīng)用程序相對(duì)較難。Linux 是一個(gè)與生俱來的網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)，成熟而且穩(wěn)定。 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。 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。 嵌入 式打印終端系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案 經(jīng)過對(duì)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(tái)系統(tǒng)。 南華大學(xué)電氣工程學(xué)院課程設(shè)計(jì) 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(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。 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。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)。 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 共 30 頁 硬 件開發(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。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。 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 總線控制器、 1 通道 IIS 總線控制器； ．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。 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 共 30 頁 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)要說明一下 S3C2410 處理器的特性。 （ 2）時(shí)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(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。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來。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）?？梢酝ㄟ^設(shè)置 DCON 寄存器來選擇 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。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。 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。當(dāng)系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)， CPU 首先從復(fù)位地址 0X0 處