基于ARM的嵌入式系统设计硕士学位论文
硕士学位论文
基于ARM的嵌入式系统设计
第一章摘要
嵌入式系统以其小型、专用、易携带、可靠性高的特点，已经在各个领域得到了广泛的应用，如军事国防、消费电子、通信设备、工业控制等。嵌入式处理器内嵌实时操作系统(RTOS)，具有实时性、低成本、小型化、专用化和高可靠性，克服了传统的基于单片机控制系统功能不足和基于PC的系统非实时性的缺点。随着嵌入式系统软硬件技术的飞速发展，其应用领域必将更为广阔，嵌入式系统的研究将会有非常广泛的前景。
本课题的目的就是研究适用于学校教学的嵌入式系统平台，这对于提高对嵌入式系统的理解具有重要意义。本课题以嵌入式系统设计原理和实际应用为核心，从理论上和技术方法上开展了一系列研究。主要工作有: 1、全面系统地概述了嵌入式系统的发展过程和分类，及其在各个领域内的应用，以及嵌入式系统的发展方向;
2、基于嵌入式系统设计原理的嵌入式开发平台的设计的总体方案，从硬件和软件两个方面讲述了嵌入式系统的设计思想和方法，及其可行性的论证;
3、嵌入式系统硬件平台的设计与调试，着重叙述了硬件平台的整体设计方案，包括各个设计模块的选型与接口电路的设计;
4、嵌入式系统所采用的操作系统的移植与调试，详细讲叙了μC/OS-II实时操作系统在基于LPC2136的嵌入式控制器硬件平台上的移植过程及注意事项;
5、对μC/OS-II内核实时性能进行了深入的分析，通过实际测试得出了在特定条件下μC/OS-II的实时响应参数。
6、在后继的工作中，我们还要在实时嵌入式操作系统的基础上完成对操作系统的扩展以及对各个模块的驱动。
总之，本文完成了嵌入式系统的硬件平台构架、实时嵌入式操作系统的移植，为今后嵌入式系统的后继开发提供了一个嵌入式平台。
关键词:嵌入式系统ARM RTOS μC/OS-II
第二章Abstract
With the development of IT network technology, embedded system shows a new direction of technology development. Embedded system has been applied in military, electronics, communication, industrial control and so on, with respect to its small size, high performance, low cost, high reliability and oriented object program.
Embedded controller with RTOS gets over the traditional microcontroller and the disadvantage of the un-real time specialty base on pc, instead it is real-time, low cost ,miniaturized ,customized ,and high dependability. It also has a broad foreground , along with the fast development of hardware of embedded system .
This intention of this topic is designing the embedded system, which is important for enhancing the understanding of embedded system. The research is highlighted in both design theory and applications of embedded system, which extended its developments. This paper is organized into six parts:
1. This article essentially introduced the development of embedded system, its classification, applications in numerous areas, and its development orientation.
2. The second chapter covers the general design of the embedded system, based on the elements of embedded system design. then it shows the devise ideology and methods in either hardware or software, and the demonstration of its accessibility.
3. The third chapter gives out the hardware of the embedded system, including design, test and implementation of each module, as well as their interface circuitry.
4. The forth chapter introduces the process and attentions of RTOS μC/OS-II, when explanted to the LPC2136 embedded controller hardware platform.
5. It covers a in-dept analyzing in the real-time performance in μC/OS-II core, as
well as the real time respond parameter in the very condition.
6. In the future, we will expand the operation system based on RTOS, and derivations of each module.
In a word, the article provides keen insight into the platform architecture of hardware and explants of the RTOS, in addition to affording an embedded platform for the subsequence developments.
Key word: embedded system ARM RTOS μC/OS-II
目录
第一章绪论......................................................................... 错误！未定义书签。
1.1嵌入式系统简介 (2)
1.1.1 嵌入式系统的定义和特点 (2)
1.1.2 嵌入式系统的发展和趋势 (2)
1.2嵌入式处理器概述 (4)
1.2.1 嵌入式处理器的分类 (4)
1.2.2 ARM处理器简介 (6)
1.3本文主要研究的问题背景和内容 (7)
1.3.1 本文主要研究的问题背景 (7)
1.3.2 本文主要内容描述和安排 (8)
第二章嵌入式系统总体设计 (9)
2.1嵌入式系统设计方法讨论 (9)
2.2开发平台的功能需求分析 (11)
2.3开发平台软硬件的选择 (12)
2.3.1 系统硬件平台的选择 (13)
2.3.1.1 嵌入式ARM处理器的选型 (13)
2.3.1.2 LPC2136芯片简介 (15)
2.3.1.3片外外围设备的选择 (16)
2.3.2 系统软件的选择 (17)
2.3.2.1实时操作系统的选型原则 (18)
2.3.2.2几种开源的嵌入式操作系统的比较 (20)
2.3.2.3μC/OS-II的特点 (24)
2.4开发平台方案总体规划 (25)
2.4.1 硬件规划 (25)
2.4.2 软件规划 (27)
第三章嵌入式系统硬件详细设计 (29)
3.1LPC2136芯片结构 (29)
3.1.1 LPC2136功能模块 (29)
3.1.2 LPC2136管脚配置 (30)
3.2硬件原理 (30)
3.2.1 电源电路 (30)
3.2.2 复位电路 (31)
3.2.3 系统时钟电路 (32)
3.2.4 JTAG接口电路 (33)
3.2.5 串口及MODEM接口电路 (33)
3.2.6 按键电路 (34)
3.2.7 LED显示电路 (35)
3.2.8 蜂鸣器控制电路 (37)
3.2.9 I2C电路 (38)
3.2.10 直流电压测量电路 (38)
3.2.11 DAC电路 (39)
3.2.12 RTC电路 (40)
3.2.13 USB电路 (40)
第四章软件系统的基础构建与设计 (42)
4.1启动代码综述 (42)
4.1.1 一般ARM芯片启动过程 (42)
4.1.2 LPC2136启动文件组成 (44)
4.1.3 LPC2136启动代码工作流程 (47)
4.2移植μC/OS-II到LPC2136 (48)
4.2.1 移植规划 (48)
4.2.2 编写移植代码 (51)
4.2.3 移植μC/OS-II体会 (63)
4.3μC/OS-II实时性能测试分析 (64)
4.3.1 测试方案设计 (64)
4.3.2 内核函数时间参数测试 (65)
4.3.3 中断时间参数测试 (69)
4.3.4 测试结果与性能分析 (71)
第五章结论与展望 (73)
参考文献 (75)
致谢 (78)
个人简历 ................................................................................. 错误！未定义书签。
第一章绪论
随着社会的日益信息化，计算机和网络已经全面渗透到日常生活的每一个角落。对于我们来说，需要的已经不再仅仅是哪种桌面计算机，任何一个人都可能拥有从小到大的各种使用嵌入式技术的电子产品，小到MP3、PDA、信息家电等消费数码，大到网络通信、车载电子、工业控制、国防武器等设备。目前，各种新型的嵌入式系统设备的应用领域和数量已经远远超过了通用计算机，如果说我们生活在一个充满嵌入式系统的世界中，是毫不夸张的。
嵌入式系统（Embedded S ystem）是当今最热门的技术之一，然而到底什么是嵌入式系统呢？什么样的技术可以称之为嵌入式技术呢？
2.1嵌入式系统简介
2.1.1嵌入式系统的定义和特点
嵌入式系统是指以应用为中心，以计算机技术为基础，软件硬件可裁减，适应应用系统对功能、成本、体积、功耗和可靠性严格要求的专用计算机系统。嵌入式系统主要由嵌入式处理器、外围硬件设备、嵌入式实时操作系统（RTOS）以及特定的应用程序等四部分组成，是集软/硬件于一体的可独立工作的“器件”。
嵌入式系统与通用型的相比其主要特点是：
1.嵌入式系统通常是面向特定应用的。嵌入式CPU与通用型的最大不同就是嵌入式CPU大多工作在为特定用户群设计的系统中，
它通常都具有低功耗、体积小、集成度高等特点，能够把通用CPU 中许多由板卡完成的任务集成在芯片内部，从而有利于嵌入式系统设计趋于小型化，移动能力大大增强，跟网络的耦合也越来越紧密。
2.嵌入式系统的硬件和软件都必须高效率地设计，量体裁衣、去除冗余，力争在同样的硅片面积上实现更高的性能，这样才能在具体应用中对处理器的选择更具有竞争力。
3.为了提高执行速度和系统可靠性，嵌入式系统中的系统程序（包括操作系统）和应用程序是浑然一体的，这些程序被编译连接成一个可以执行的二进制映像文件，然后被固化在系统存储空间中。
4.嵌入式系统本身不具备自举开发能力，即使设计完成以后用户通常也是不能对其中的大部分程序功能进行修改的，所以嵌入式系统的开发系统和实际运行系统并不是同一个，需要交叉编译系统和适当的调试系统；
5.高可靠性和高实时性。即在恶劣的环境或突然断电的情况下，系统仍然能够正常工作；同时对于特殊的信号、消息、中断有极高的响应。
2.1.2嵌入式系统的发展和趋势
虽然嵌入式系统是近几年才风靡起来的，但是这个概念并非最近才出现。它是随着微电子技术和计算机技术的发展，从而越来越来引人注目。从20世纪70年代单片机的出现到今天各种各样的嵌入式微处理器、微控制器的大规模应用，嵌入式系统已经有近30年的发展历史。
作为一个越来越复杂的系统，往往都是在硬件和软件双螺旋式交替发展下逐渐趋于成熟和稳定，嵌入式系统也不例外。嵌入式系统最初的应用是基于单片机的。20世纪70年代单片机的出现，使得汽车、家电、工业机器、通信设备以及成千上万种产品可以通过内嵌电子装置来获得更多性能，更容易使用，更便宜。这些设备已
经初步具备了嵌入式的特点，但是这只是8位芯片，内部不过几万到十几万个门；执行单线程的程序，程序不过几千行；还不是“系统”。
随着深亚微米技术的不断进步，集成度大幅度提高，现在芯片工艺已经从0.5um变成90nm，将整个嵌入式系统集成在单一芯片上已成为现实，即嵌入式系统，也就是通常所说的SOC。除了以前的微处理器内核以外，还在内部集成了必要的ROM/RAM/FLASH、系统总线、定时/计数器、看门狗、串口、脉宽调制输出、A/D、D/A、I/O等各种必要功能和外设，更有的特定应用芯片还有视频编解码、以太网控制、DSP等模块。现在主流的嵌入式芯片已经从8位的51、AVR、PIC系列拓展到32位的ARM、MIPS、POWERPC系列。
为了满足应用功能的升级，设计师在采用更强大的嵌入式处理器如32位、64位RISC芯片或信号处理器DSP增强处理能力的同时，还采用C/C++等高级语言编程、实时多任务操作系统和交叉开发工具技术来控制功能复杂性，简化应用程序设计、保障软件质量和缩短开发周期。90年代以后，随着实时性要求的提高，软件规模不断上升，嵌入式控制技术逐渐发展为实时多任务操作系统（RTOS，Real Time Operation System），并作为一种软件平台逐步成为目前嵌入式系统的主流。现在除了几家老牌的公司的实时多任务操作系统外，还出现了PalmOS、WindowsCE、嵌入式Linux、Nucleus、μC/OS-II以及国内的Hopen等嵌入式操作系统。
据权威杂志IC INS IGHT指出：未来5到10年，仅移动计算设备和信息家电2项，国内对嵌入式系统的需求容量至少可达 1.5-2亿套。整个嵌入式软件市场金额可达700亿美元。可见嵌入式技术的发展前景日益广阔，嵌入式工业的应用规模、应用深度和应用广度也将日益扩大。
2.2嵌入式处理器概述
2.2.1嵌入式处理器的分类
嵌入式系统的核心部件是各种类型的嵌入式处理器，目前据不完全统计，全世界嵌入式处理器的品种总量已经超过1500多种，流行体系结构有30几个系列。现在几乎每个半.导体制造商都生产嵌入式处理器,越来越多的公司有自己的处理器设计部门。嵌入式处理器的寻址空间一般从64KB到256MB,处理速度从0.1MIPS 到2000MIPS，常用封装从8个引脚到292个引脚。
过去国际上公认的通用嵌入式处理器有三大类： MCU、DSP和MPU。TI公司曾把处理器比作汽车，有个生动的比喻： MPU是轿车，追求的是经济性与速度的折中；DSP是跑车，追求的是速度；MCU 是满足特殊用途的车。现在嵌入式处理器已经发展到SOC阶段。
●嵌入式微控制器(Microcontroller Unit, MCU)
嵌入式微控制器又称单片机，从20世纪70年代就出现到今天。嵌入式微控制器一般以某一种微处理器内核为核心，芯片内部集成ROM/EPROM、RAM、总线、定时/计数器、WatchDog、I/O、串行口、脉宽调制输出、A/D、D/A、Flash RAM、EEPROM 等各种必要功能和外设。为适应不同的应用需求，一般一个系列的单片机具有多种衍生产品，每种衍生产品的处理器内核都是一样的，不同的是存储器和外设的配置及封装。这样可以使单片机最大限度地和应用需求相匹配，功能不多不少，从而减少功耗和成本。微控制器的片上外设资源一般比较丰富，适合于控制，因此称为微控制器。嵌入式微控制器目前的品种和数量最多，比较有代表性的通用系列包括51、AVR、PIC、MC68K 等。目前MCU占嵌入式系统约60％的市场份额。
●嵌入式DSP处理器(Digital Signal Processor, DSP)
DSP处理器对系统结构和指令进行了特殊设计，使其适合于执行DSP算法，编译效率较高，指令执行速度也较高。在数字滤波、FFT、谱分析等方面DSP算法正在大量进入嵌入式领
域，DSP应用正从在通用单片机中以普通指令实现 DSP 功能，过渡到采用嵌入式 DSP处理器。推动嵌入式DSP 处理器发展的另一个因素是嵌入式系统的智能化，例如各种带有智能逻辑的消费类产品，生物信息识别终端，带有加解密算法的键盘，ADSL 接入、实时语音压解系统，虚拟现实显示等。这类智能化算法一般都是运算量较大，特别是向量运算、指针线性寻址等较多，而这些正是DSP处理器的长处所在。嵌入式DSP处理器比较有代表性的产品是Texas Instruments的TMS320系列和Motorola 的DSP56000系列。
●嵌入式微处理器(Microprocessor Unit, MPU)
嵌入式微处理器的基础是通用计算机中的 CPU。在应用中，将微处理器装配在专门设计的电路板上，只保留和嵌入式应用有关的母板功能，这样可以大幅度减小系统体积和功耗。
为了满足嵌入式应用的特殊要求，嵌入式微处理器虽然在功能上和标准微处理器基本是一样的，但在工作温度和工业控制计算机相比，嵌入式微处理器具有体积小、重量轻、成本低、可靠性高的优点，嵌入式处理器目前主要有Power PC、68000、MIPS、ARM 系列等。
●嵌入式片上系统(System On Chip)
随着EDA的推广和VLSI设计的普及化，及半导体工艺的迅速发展，在一个硅片上实现一个更为复杂的系统的时代已来临，这就是 System On Chip(SOC)。各种通用处理器内核将作为SOC 设计公司的标准库，和许多其它嵌入式系统外设一样，成为VLSI 设计中一种标准的器件，用标准的Verilog等语言描述，存储在器件库中。用户只需定义出其整个应用统，仿真通过后就可以将设计图交给半导体工厂制作样品。这样整个嵌入式系统大部分均可集成到一块或几块芯片中去，应用系统电路板将变得很简洁，对于减小体积和功耗、提高可靠性非常有利。目前常见的SOC架构包括TriCore、M-Core、ARM、 Neuron等系列。
特别需要提出的是ARM系列的应用最为广阔。
2.2.2ARM处理器简介
ARM嵌入式处理器是一种高性能、低功耗的32位R ISC系列芯片。它是英国先进R ISC机器公司的产品。ARM公司只出售芯片技术IP授权，购买授权的公司将ARM内核嵌入到芯片中，通过总线将自己的外设和模块加入其中。目前ARM芯片广泛应用于无线产品、PDA、GPS、网络、消费电子产品、STB及智能卡。采用RISC 架构的ARM微处理器三大特点归纳如下：
●体积小、低功耗、低成本、高性能
●支持Thumb（16位）/ARM（32位）双指令集；指令执行速度更
快；寻址方式灵活简单，执行效率高
●全球众多的合作伙伴，拥有最完整的产业链
目前非常流行的ARM核有ARM7TDMI、ARM720T、ARM9TDMI、ARM920T、ARM940T、ARM946T、ARM10TDM I、ARM1156T和XSCALE 等。ARM7适合于中低端的网络设备、终端、各种通用型的嵌入式应用和工业控制等领域。ARM9适合于智能手机、PDA和先进的控制管理和仪器仪表应用。Intel XSCALE系列产品提供了高性能价格比、低功耗、适用于智能无线终端、PDA、家庭网络和网络存储器设备等应用。
此外，ARM芯片还获得了许多实时操作系统（RTOS）供应商的支持，比较出名的有Windows CE、μC Linux、pSOS、VxWorks、μC/OS和Palm OS等。
采用ARM核的嵌入式处理器具有低功耗、低成本等卓越性能和显著优点，越来越多的芯片厂商早已看好ARM的前景。ARM处理器核得到了众多半导体厂家和整机厂商的大力支持，在32位嵌入式应用领域获得了巨大的成功，如INTEL、MOTOROLA、NS、ATMEL、PHILIPS、NEC、SONY等世界上几乎所有知名的半导体公司都获得了ARM公司的授权，开发具有自己特色的嵌入式系统芯片。
ARM公司具有完整的产业链，其全球合作伙伴主要为半导体和系统伙伴、操作系统伙伴、开发工具伙伴、应用伙伴和ARM技
术共享计划伙伴。ARM公司的紧密合作伙伴已发展为122家半导体和系统合作伙伴、50家操作系统合作伙伴、35家技术共享合作伙伴，并于2002年在上海成立中国全资子公司。
目前，80%的GSM手机，99%的CDMA手机，以及未来3G手机也都是采用基于ARM核的嵌入式处理器。提供研究分析信息的机构Gartner Inc,早在1999年，ARM核就已突破 1.5亿个，市场份额超过嵌入式处理器的50%。而最新的市场调查表明，在2001年度，ARM占据了整个32位和64位嵌入式微处理器市场的75%；2002年度，占据了79.5%。全世界已使用20多亿个ARM核。2003年6月份统计，2002年ARM在全球半导体IP供应商中排名第一，占市场份额的19.8%，销售收入达 1.8亿美圆，比2001年增长10%。目前，除了像TI OMAP, Intel的Xscale和Motorola的iMX系列这样的移动终端处理器采用ARM核外，也还有象Samsung, Atmel, Sharp, OKI和Philip等半导体公司设计一些通用ARM核的处理器，可以广泛应用在各种嵌入式系统，现在市场上看到比较多的有Philip的LPC系列、Samsung的S3C44B0、4510、2410, Atmel 的AT91系列和Intel PXA255等。
ARM公司已经成为业界的龙头老大，“每个人口袋中都装着ARM”是毫不夸张的，应为几乎所有的手机、移动设备、PDA几乎都是用具有ARM核的系统芯片开发的。
2.3本文主要研究的问题背景和内容
2.3.1本文主要研究的问题背景
从上面的阐述可以看出嵌入式系统的需求量很大，特别是在未来10年嵌入式的需求量达到了巅峰。从IT产业在国内的发展来看，国内设备开发商有从众心理，为了可靠性，都去用别人用过的比较成熟的产品，但是这些产品往往价格昂贵，而且技术核心都掌握在别人手里，长期受制于人，不利于自身的发展和成长。
由于嵌入式系统不同于以往PC市场，硬件和软件已经不可能出
像一家垄断的情况。实际上对硬件及软件的选择来说，主要因素是由应用决定的，国内应该抓住这个机会加入到这个竞争行列中来。
ARM微处理器因其卓越的低功耗、高性能在32位嵌入式应用中已位居世界第一，是高性能、低功耗嵌入式处理器的代名词。为了顺应当今世界技术革新的潮流，了解、学习和掌握嵌入式技术，就必然要学习和掌握以ARM微处理器为核心的嵌入式开发环境和开发流程，这对于研究和开发高性能微处理器、DSP以及开发基于SOC 芯片设计及应用系统是非常必要的。作为电子信息专业的本科、研究生很有必要了解和掌握32位嵌入式应用的开发技术。通过对嵌入式的学习使学生具有较强的综合素质，成为具有良好的实际操作能力设计能力符合社会需求的开拓性电子应用人才。
所以，针对这一紧迫的问题，就特别需要在大专院校开设嵌入式系统设计的实验课程。本文所涉及的嵌入式系统设计，就是为了给高年级本科生、研究生提供一个可扩展的嵌入式系统设计平台。
2.3.2本文主要内容描述和安排
本文以上述的设计实现为背景，对嵌入式系统的总体开发流程、功能论证、设计原则、平台选型和技术难点进行探讨，不仅涉及嵌入式系统实现的一般方法，而且也对项目本身的细节进行了详细的描述。
与通用PC系统相比，嵌入式系统于硬件的关系更为密切，因而每个设计都有自己特定的硬件平台。本文将以笔者进行项目开发时设计的实验板为例子，介绍嵌入式系统开发需要使用的基本软硬件模块：、LED、IIC、SPI/SSP、VIC、A/D、WDT、UART、GPIO、RTC 和低功耗等。
就嵌入式系统设计的工作量而言，系统开发的重点在于软件，而其中操作系统内核的移植往往是整个设计最关键也是难度最大的部分。所以，我们在简要介绍基于ARM核的LPC2136芯片的启动程序后，重点介绍μC/OS-II的移植过程这个部分。
论文通过对比研究，归纳、总结出嵌入式系统设计和实现过程
中所必需面对的问题、难点及其解决办法，以及在实际应用中，对嵌入式系统进行构建的诸多决定因素。
第二章嵌入式系统总体设计
本章介绍当前流行的嵌入式设计流程，并针对嵌入式系统开发平台这一具体的项目功能要求，从硬件和软件两个角度分别进行分析，阐述嵌入式系统设计的总体设计方案。
2.4嵌入式系统设计方法讨论
在设计过程中，一个好的学习方法可以事半功倍，同样在嵌入式系统设计中，一个合理、科学的设计方法可以令设计在规定的时间内很容易达到性能指标。
传统嵌入式系统在开发应用中，是按照瀑布式的流程进行的。其工作模式简单，任务的划分协调、人员安排及物质材料的分配管理都比较简单。如图2-1所示，全部开发都按流水线式进行。
出错出错
图2-1 瀑布式开发过程
这种开发采用的是软件开发与硬件开发分离的模式，虽然可以各部分独立进行，但不一定是系统综合性能达到最佳。各自部分的
修改和缺陷很容易导致系统集成出现问题，这些问题不但难于定位，而且更重要的是，对它们的修改往往会涉及整个软件结构或硬件配置的改动。显然，这是灾难性的。
为避免上述问题，20世纪90年代，国外有些学者提出了一种新的开发方式—软硬件协同设计方法。首先，应用独立于任何硬件和软件的功能性规格方法对系统进行描述，其作用是对硬件/软件统一表示，便于功能的划分和综合；然后，从系统的功能要求和限制条件出发对硬件/软件进行划分，即对硬件/软件的功能模块进行分配，同时需要对划分的结果做出性能评估、指令参数评估。如果评估结构不满足要求，说明划分方案选择不合理，需要重新划分；以上重复直到获得一个满意的硬件/软件实现为止。图2-2就是该方法的框图。
图2-2 软硬件协同设计方法
这种方法的特点在协同设计、协同测试和协同验证上，充分考虑了软硬件的关系，并在涉及的每个层次上给以验证，使得尽早发现和解决问题。显然，对于具体应用系统而言，这种方法很容易获得满足综合性能指标的最佳解决方案。所以，我们的项目也是按照这种方法设计。
2.5开发平台的功能需求分析
在实际设计前我们要明确的就是嵌入式系统开发平台需要实现的功能，也就是对项目进行需求分析。要确定这个问题，我们首先要知道对于学生来说，如何学习嵌入式系统的开发和应用：技术基础是关键。技术基础决定了一个人学习知识、掌握技能的能力。嵌入式技术融合了具体应用系统技术、嵌入式微处理器、DSP技术、系统芯片SOC设计制造技术、应用电子技术和嵌入式操作系统及应用软件技术，具有极高的系统集成性，可以满足不断增长的信息处理技术对嵌入式系统设计的要求。因此，学习嵌入式系统首先是基础知识的学习，主要是相关的基本硬件知识，例如一般接口电路（FLASH/SRAM/SDRAM/CACHE、UART、TIMER、WATCHDOG、GPIO、USB、IIC、IIS等）等硬件知识，至少了解一种CPU的体系结构；至少了解一种嵌入式操作系统（中断、优先级、任务间通信、同步等）。对于应用编程，要掌握C/C++和汇编语言程序设计（至少会C语言），对处理器的体系结构、组织结构、指令系统、编程模式和应用编程要有一定的了解。在此基础上，还需在实际工程实践中掌握一定的实际项目开发技能。
其次，对于嵌入式系统开发的学习者来说，必须要有一个较好的嵌入式开发教学平台。功能全面的开发平台，一方面为学习提供了良好的开发环境，另一方面开发平台本身也是一般的典型实际应用系统。在教学开发平台上开发一些基础例程和典型实际应用例程，对于初学者和进行实际工程应用也是非常必要的。
嵌入式系统的学习必须对基本内容有深入的了解。在处理器指令系统编程学习的基础上，重点是加强外围功能接口的应用学习，主要是人机接口和通信接口，如UART、SPI/SSP、VIC、USB接口、A/D转换、GPIO、以太网、IIC串行数据通信、音频接口和液晶屏等知识的掌握。
嵌入式操作系统也是嵌入式系统学习重要的一部分，在此基础
上才能进行各种设备的驱动应用程序的开发。
通过上面的分析，我们可以得出项目的具体要求：整个系统的结构框图如图2-3所示，嵌入式系统的基本组成部分是硬件和软件。前者是整个系统的物理基础，它是软件运行的平台；后者实际控制系统的运行。硬件包括ARM处理器、存储器、输入输出设备。软件包括启动代码、嵌入式操作系统、外设接口驱动程序和应用程序。
图2-3 嵌入式开发平台框图
2.6开发平台软硬件的选择
嵌入式系统开发平台硬件和软件的选择一般都要求考虑以下几个方面：
●利于二次开发。对于嵌入式系统开发平台而言，一个设计的成
功与否很大程度在于系统是否可以二次开发。因为一个扩展性很强、移植方便、可靠的设计可以为学习者或评估者缩短二次开发的时间，加快产品推出。
●确保系统的稳定性。系统的稳定性对于开发平台来说是至关重
要的，试想一个很不稳定的开发平台会让用户立刻失去兴趣。
●底层软件的安排。对嵌入式系统来说，软件是应用的最终实现
途径，所以是否需要监控程序、操作系统都是必须考虑的。特别是选用何种操作系统是设计进度的重要保证。
2.6.1系统硬件平台的选择
2.6.1.1嵌入式ARM处理器的选型
基于ARM的嵌入式开发硬件平台的选择主要是ARM处理器的选择。在一个系统中使用什么样的ARM处理器内核主要取决于应用的领域、用户的需求、成本问题、开发的难易程度等因数。由于ARM 微处理器有多达十几种的内核结构，几十个芯片生产厂家，以及千变万化的内部功能配置组合，给开发人员在选择方案时带来一定的困难，所以，对ARM芯片做一些对比研究是十分必要的。
ARM微处理器目前在国内常见的有这几个系列：ARM7、ARM9、ARM9E、ARM10E、ARM11和XSCALE。ARM7系列微处理器为低功耗的32位RISC处理器，最适合用于对价位和功耗要求较高的消费类应用。ARM9系列微处理器在高性能和低功耗特性方面提供最佳的性能。ARM9E系列微处理器为可综合处理器，使用单一的处理器内核提供了微控制器、DSP、Java应用系统的解决方案，极大的减少了芯片的面积和系统的复杂程度。ARM9E系列微处理器提供了增强的DSP处理能力，很适合于那些需要同时使用DSP和微控制器的应用场合。ARM10E系列微处理器具有高性能、低功耗的特点，由于采用了新的体系结构，与同等的ARM9器件相比较，在同样的时钟频率下，性能提高了近50％，同时，ARM10E系列微处理器采用了两种先进的节能方式，使其功耗极低。XSCALE 处理器是基于ARMv5TE 体系结构的解决方案，是一款全性能、高性价比、低功耗的处理器。它支持16位的Thumb指令和DSP指令集，已使用在数字移动电话、个人数字助理和网络产品等场合。
ARM微处理器内核的选择
从前面所介绍的内容可知，ARM微处理器包含一系列的内核结构，以适应不同的应用领域，用户如果希望使用WinCE或标准Linux 等操作系统以减少软件开发时间，就需要选择ARM720T以上带有
MMU（Memory Management Unit）功能的ARM芯片，ARM720T、ARM920T、ARM922T、ARM946T、XSCALE都带有MMU功能。而ARM7TDMI则没有MMU，不支持Windows CE和标准Linux，但目前有μC/OS-II、μCLinux 等不需要MMU支持的操作系统可运行于ARM7TDMI硬件平台之上。事实上，μC/OS-II、uCLinux已经成功移植到多种不带MMU的微处理器平台上，并在稳定性和其他方面都有上佳表现。
ARM系列的处理器版本越高功能越强大，但是版本越高，成本就越贵，功耗就越高、设计就越复杂，相对周期也越长，对于实验和学习来说，底端的处理器往往是最佳的选择。ARM7TMDI是最适合应用于对成本敏感的产品，也是目前使用最广泛的32位嵌入式RISC处理器。我们综合考虑了系统性能、功耗、价格、开发难度和技术支持等因数后确定ARM7TMDI内核适用于我们的开发方案。
ARM7TMDI微处理器系列具有如下特点：
●具有嵌入式ICE、片上Debug，支持片上断点和调试点调试，开
发方便。
●极低的功耗，适合对功耗要求较高的应用，如便携式产品。
●能够提供0.9MIPS/MHz的三级流水线结构。
●代码密度高并兼容16位的Thumb指令集。
●指令系统与ARM9系列、ARM9E系列和ARM10E系列兼容，便于
用户的产品升级换代。
●主频最高可达130MIPS，高速的运算处理能力能胜任绝大多数
的复杂应用。
系统工作频率的选择
系统的工作频率在很大程度上决定了ARM微处理器的处理能力。ARM7系列微处理器的典型处理速度为0.9MIPS/MHz，常见的ARM7芯片系统主时钟为20MHz-133MHz，ARM9系列微处理器的典型处理速度为 1.1MIPS/MHz，常见的ARM9的系统主时钟频率为100MHz-233MHz，ARM10最高可以达到700MHz。不同芯片对时钟的处理不同，有的芯片只需要一个主时钟频率，有的芯片内部时钟控
(完整word版)嵌入式系统设计与应用
嵌入式系统设计与应用 本文由kenneth67贡献 ppt文档可能在W AP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。 课程名称：课程名称：嵌入式系统设计与应用 总学时：其中讲课36学时，上机实践环节12 36学时12学时总学时：其中讲课36学时，上机实践环节12学时教材：嵌入式系统设计教程》教材：《嵌入式系统设计教程》电子工业出版社马洪连参考书：参考书：1、《嵌入式系统开发与应用》北航出版社、田泽编著. 嵌入式系统开发与应用》北航出版社、田泽编著. 2、《ARM体系结构与编程》清华大学出版社杜春雷编著ARM体系结构与编程体系结构与编程》嵌入式系统设计与实例开发—ARM ARM与C/OS3、《嵌入式系统设计与实例开发ARM与μC/OS-Ⅱ》清华大学出版社王田苗、魏洪兴编著清华大学出版社王田苗、ARM嵌入式微处理器体系结构嵌入式微处理器体系结构》4、《ARM嵌入式微处理器体系结构》北航出版社、马忠梅等著. 北航出版社、马忠梅等著. 张石．ARM嵌入式系统教程嵌入式系统教程》5、张石．《ARM嵌入式系统教程》．机械工业出版2008年社．2008年9月 1 课程内容 绪论：绪论： 1）学习嵌入式系统的意义2）高校人才嵌入式培养情况嵌入式系统设计（实验课）3）嵌入式系统设计（实验课）内容安排 第1章嵌入式系统概况 1.1 嵌入式系统的定义1.2 嵌入式系统的应用领域及发展趋势1.3 嵌入式系统组成简介 第2章嵌入式系统的基本知识 2.1 2.2 2.3 嵌入式系统的硬件基础嵌入式系统的软件基础ARM微处理器的指令系统和程序设计ARM微处理器的指令系统和程序设计 2 第3章 3.1 3.2 3.3 基于ARM架构的嵌入式微处理器基于ARM架构的嵌入式微处理器ARM 概述嵌入式微处理器的组成常用的三种ARM ARM微处理器介绍常用的三种ARM 微处理器介绍 第4章 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 嵌入式系统设计 概述嵌入式系统的硬件设计嵌入式系统接口设计嵌入式系统人机交互设备接口嵌入式系统的总线接口和网络接口设计嵌入式系统中常用的无线通信技术 3 第5章嵌入式系统开发环境与相关开发技术 5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 6.1 6.2 6.3 6.4 概述嵌入式系统的开发工具嵌入式系统调试技术嵌入式系统开发经验嵌入式系统的Bootloader Bootloader技术嵌入式系统的Bootloader技术μC/OS-II操作系统概述C/OS-II操作系统概述ADS开发环境ARM ADS开发环境C/OS-II操作系统在ARM系统中的移植操作系统在ARM μC/OS-II操作系统在ARM系统
嵌入式系统设计与应用
嵌入式系统设计与应用第五章程序设计与分析（1） 西安交通大学电信学院 任鹏举
本章主要内容 Software Design Cycle ●嵌入式软件中的组件(状态机 、循环缓存器、队列) ●编程模型，如数据流和控制图●编译方法介绍 ●根据性能、大小和功耗来分析 和优化程序 ●如何测试程序以验证其正确性
1 嵌入式程序组件 ●状态机（State machine） 用变量来表示内部的状态，根据输入完成状态的转移交通灯控制、CPU design controller ●循环缓冲区（Circular buffer） I/O input buffer ●队列（Queue）
状态机（1） ● 反应系统（reactive system ）：响应外部事件的系统。 ●外部输入是间歇到达● 适合使用状态机描述 ● 有限状态机是表示有限个状态以及在这些状态之间的转移和动作等行为的数学模型。 ●Moore 机：● Mealy 机：输出只由当前状态确定 输出依赖于当前状态和输入
状态机（2） 例子：一个简单的座位安全带控制器 idle buzzer seated belted 未入座/-入座/定时器启动 未系安全带且定时器未超时/- 未系安全带/定时器启动系好安全带/-系好安全带/蜂鸣器关闭 定时器超时/蜂鸣器启动 未入座/-未入座/蜂鸣器关闭输入/输出-= 无动作
状态机（3） #define IDLE 0#define SEATED 1#define BELTED 2#define BUZZER 3switch (state) { case IDLE: if (seat) { state = SEATED; timer_on = TRUE; } break; case SEATED: if (belt) state = BELTED; else if (timer) state = BUZZER; break; case BELTED: if (!seat) state = IDLE; else if (!belt) state = SEATED; break; case BUZZER: if (belt) state = BELTED; else if (!seat) state = IDLE; break; } Inputs ：seat, belt, timer Outputs: buzzer
嵌入式毕业论文：嵌入式系统的应用.doc
嵌入式毕业论文：嵌入式系统的应用 古典文学中常见论文这个词，当代，论文常用来指进行各个学术领域的研究和描述学术研究成果的文章，简称为论文。以下就是由编为您提供的嵌入式毕业论文。 一、嵌入式系统及其应用概述 嵌入式系统是以应用为中心,以计算机技术为基础,软件可编程,硬件可剪裁、重构的专用计算机系统。该系统通常嵌入在对象环境中,并通过其在对象环境下运行的特定程序,完成对外界物理参数地采集、处理,达到对控制对象地响应或人机交互的功能。 目前,嵌入式系统的发展方向主要是解决接口多样性、适应性、灵活性和集成开发环境等的特定应用问题。嵌入式系统应用的底层性与对象系统的紧耦合性是其显着的基本特征。所以,最大限度的满足对象数据采集、控制、开发环境、功耗,以及适应能力、可靠性等品质因数是选择嵌入式系统的标准。 为适应技术发展需求,嵌入系统在不断追求结构紧凑、坚固可靠、技术密集、高度分散的同时,尤以不断创新为嵌入式系统的发展核心。使嵌入系统凸现了高技术门槛,主要表现在软硬件设计的紧密相关性上,特别是构建rtos系统需透彻了解rtos 的工作机制和系统资源配制,掌握底层软件、系统软件和应用软件的设计、调试方法。
随着对嵌入式系统的智能化愈加关注,现场可编程、调试、引脚配置变得非常重要和必不可少。所以,用户可配置的sco(在片系统)已成为现阶段嵌入式系统的核心发展技术。通过现场可编程阵列把接口应用设计和系统开发留给系统设计者,提供灵活、多样的片上电路设计平台,使电路板设计变成在片的芯片配置,将嵌入系统地设计带入了软硬件的双编程时期,进一步缩短 了产品开发周期。而下一代的在片系统还将发展成一个muc数量可缩放的集合体。 在嵌入式应用系统中,虽然高端产品不断涌现,但由于应 用对象、环境的不同特点,嵌入系统的8位机产品仍因应用对象的有限响应时间、完备的集成开发环境、良好的性价比等优势仍然占据着低端应用系统的主流地位。cygnel公司的c8051f系列产品就充分印证了这点。 回顾嵌入式系统的发展历程,已经历了由模拟向数字的演进过程,现又逐步演变为数模并存情形。由最初软件编程主宰的微处理器(嵌入式微处理器、数字信号处理器、单片机),到硬编程主宰的专用集成电路时代,再到今天的现场可编配置时代。嵌入式系统的核心技术正沿着"许氏循环"的浪潮不断前行。而配套的软件设计平台也随着科技进步在不断得到完善。可以预期,软硬双可编程的嵌入式系统时代必会带来更加便捷的开发环境和 技术支持。 二、嵌入系统的设计原则
嵌入式系统设计报告
嵌入式系统设计实验报告 班级： 20090612 学号： 2009112107 姓名：侯金钟 成绩： 指导教师：武俊鹏、刘书勇
1. 实验一 1.1 实验名称 嵌入式系统硬件开发环境 1.2 实验目的 1．熟悉UP-net3000实验平台。 2. 超级终端设置及BIOS 功能使用。 1.3 实验环境 硬件：ARM 嵌入式开发平台、用于ARM7TDMI 的JTAG 仿真器、PC 机Pentium100 以上、串口线。 软件：PC 机操作系统win98、Win2000 或WinXP、ARM SDT 2.51 或ADS1.2 集成开发 环境、仿真器驱动程序、超级终端通讯程序。 1.4 实验内容及要求 熟悉UP-net3000实验平台的硬件电路和外设，ARM JTAG的安装和使用，利用超级终端检验外设的工作状态。 1.5 实验设计与实验步骤 １．建立工程 （1）运行ARM SDT 2.5 集成开发环境（ARM Project Manager）. （2）在新建的工程中，如图1A-2 所示，选中工程树的“根部”。 （3）因为开发板上的嵌入式处理器ARM7TDMI 没有浮点处理器，所以，如图1A-3 所 示，在弹出的对话框中设置Floating Point Processor 为none，并保持其他的设置不变。（4）选中工程树的“根部”，通过菜单Project | Tool Configuration for work1.apj | asmlink | Set，对整个工程的连接方式进行设置。 （5）在弹出的对话框中，选中Entry and Base 标签，如图1A-4 所示，设置连接的Read-Only （只读）和Read-Write（读写）地址。 （6）选择Linker Configuration 的ImageLayout 标签， （7）选择Project | Edit Project Tamplete 菜单，弹出Project Template Editor 对话框。 （8）选择Project | Edit Variables for work1.apj，弹出Edit Variables for work1.apj 对话框。 2．进行程序的在线仿真、调试 1.6 实验过程与分析 熟悉UP-net3000实验平台的硬件电路和外设，安装了ARM JTAG，利用超级终端检验了外设的工作状态。
嵌入式系统课程设计
《嵌入式系统设计与应用》课程设计 题目嵌入式系统的实践教学探讨 1．嵌入式系统设计与应用课程的内容概述 1.1 内容概述 本课程适用于计算机类专业，是一门重要的专业课程。它的任务是掌握嵌入式系统的基本概念；掌握嵌入式处理器 ARM 体系结构，包括ARM总体结构、存储器组织、系统控制模块和I/O外围控制模块；掌握ARM指令集和Thumb指令集；掌握ARM汇编语言和C语言编程方法；了解基于ARM 的开发调试方法。它的目的是了解和掌握嵌入式处理器的原理及其应用方法。 1）介绍嵌入式系统开发的基础知识，从嵌入式计算机的历史由来、嵌入式系统的定义、嵌入式系统的基本特点、嵌入式系统的分类及应 用、嵌入式系统软硬件各部分组成、嵌入式系统的开发流程、嵌入 式技术的发展趋势等方面进行了介绍，涉及到嵌入式系统开发的基 本内容，使学生系统地建立起的嵌入式系统整体概念。 2）对ARM技术进行全面论述，使学生对ARM技术有个全面的了解和掌握，建立起以ARM技术为基础的嵌入式系统应用和以ARM核为基础 的嵌入式芯片设计的技术基础。 3）ARM指令系统特点，ARM 指令系统，Thumb 指令系统，ARM 宏汇编，ARM 汇编语言程序设计，嵌入式 C 语言程序设计。 1.2实践教学探讨 在IEEE 计算机协会2004年6月发布的Computing Curricula Computer Engineering Report， Ironman Draf t 报告中把嵌入式系统课程列为计算机工程学科的领域之一，把软硬件协同设计列为高层次的选修课程。美国科罗拉多州立大学“嵌入式系统认证”课程目录包括实时嵌入式系统导论、嵌入式系统设计和嵌入式系统工程训练课程。美国华盛顿大学嵌入式系统课程名称是嵌入式系统
嵌入式系统设计与应用复习资料.docx
嵌入式系统设计与应用复习资料 （一）?单项选择题： 1. 下面哪个系统属于嵌入式系统。 （ 八、“天河一号”计算机系统 C 、联想S10±网木 D ） B 、联想T400笔记本计算机 D 、联想OPhone 手机 2. 软硕件协同设计方法与传统设计方法的最大不同Z 处在于（B ）。 A 、软硬件分开描述 C 、协同测试 3. 卜?面关于哈佛结构描述正确的是（A A 、程序存储空间与数据存储空间分离 C 、程序存储空间与数据存储空间合并 4. 下面哪一种工作模式不属于ARM 特权模式 A 、用户模式 B 、系统模式 C 、 5. ARM7TDM1的工作状态包括（D ）。 A 、测试状态和运行状态 C 、就绪状态和运行状态 6. USB 接口移动硬盘最合适的传输类型为（ A 、控制传输 B 、批量传输 C 、 7. 下而哪一种功能单元不属于I/O 接口电路。（D ） A 、USB 控制器 B 、UART 控制器 C 、以太网控制器 &下面哪个操作系统是恢入式操作系统。（B ） As Red-hat Linux B 、 PCLinux C 、 Ubuntu Linux D 、 SUSE Linux 9. 使用Host-Target 联合开发嵌入式应用，（B ）不是必须的。 A 、宿主机 B 、银河麒麟操作系统 C 、目标机 D 、交叉编译器 10. 下面哪个系统不属于嵌入式系统（D ）。 A 、MP3播放器 B 、GPS 接收机 C 、“银河玉衡”核心路由器 D 、“犬河一号”计算机系统 11. 在嵌入式系统设计中，嵌入式处理器选型是在进行（C ）吋完成。 A 、需求分析 B 、系统集成 C 、体系结构设计 D 、软便件设计 12. 下面哪一类嵌入式处理器最适合于用于工业控制（B ）。 A 、嵌入式微处理器 B 、微控制器 C 、DSP D 、以上都不合适 13. 关于ARM 了程序和Thumb 了程序互相调用描述正确的是（B ）。 A 、 系统初始化Z 后，ARM 处理器只能工作在一种状态，不存在互相调用。 B 、 只要遵循一定调用的规则，Thumb 子程序和ARM 子程序就可以互相调用。 C 、 只要遵循一定调用的规则，仅能Thumb 子程序调用ARM 子程序。 D 、 只耍遵循一定调用的规则，仅能ARM 子程序调用Thumb 子程序。 14. 关于ARM 处理器的异常的描述不正确的是（C ）。 A 、复位属于异常 B 、除数为零会引起异常 B 、软硬件统一描述 D 、协同验证 B 、存储空间与10空间分离 D 、存储空间与10空间合并 （A ）0 软中断模式 D 、FTQ 模式 B 、挂起状态和就绪状态 D 、ARM 状态和Thumb 状态 B ）0 中断传输 D 、等时传输 D 、LED
基于STM32的嵌入式操作系统程序设计及实现本科毕业论文 精品
本科毕业论文（设计） 论文题目：基于STM32的嵌入式操作系统程序设计及实现 姓名：郝宇 学号：0930******** 班级：01班 年级：2009级 专业：电子信息工程学院：信息工程学院指导教师：丁光哲讲师完成时间：2013年5月20日
作者声明 本毕业论文（设计）是在导师的指导下由本人独立撰写完成的，没有剽窃、抄袭、造假等违反道德、学术规范和其他侵权行为。对本论文（设计）的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。因本毕业论文（设计）引起的法律结果完全由本人承担。 毕业论文（设计）成果归武昌工学院所有。 特此声明 作者专业：电子信息工程 作者学号：0930******** 作者签名： 年月日
基于STM32的嵌入式操作系统 程序设计及实现 郝宇 The Design and Implementation of embedded operating system program based on STM32 Hao, Yu 2013年5月20日
摘要 随着科学技术不断的进步，工业生产越来越先进复杂，操作系统μC/OS-II 是高效、稳定、可靠、节能的系统，广泛应用安防，消费电子中。而基于Cortex-M3架构下的STM32是一款性价比优越新型微处理器，将μC/OS-II移植到STM32 上能够发挥其高效的性能，从而投入社会生产，制造出很多有用又实惠的电子产品，为我们的生活带来便利。 本文主要的研究内容是μC/OS-II操作系统理论分析、移植方法、应用程序设计及调试仿真实现。首先，对μC/OS-II的理论分析，研究其实际应用及系统结构；其次，分析STM32硬件平台及μC/OS-II的移植需求；最后，在μC/OS-II 上开发LCD，LED，按键KEY等应用程序，并对多任务系统调试分析。主要研究结论如下： （1）μC/OS-II操作系统主要分为任务管理、内存管理和时间管理三大部分，其间通信是通过消息队列和消邮箱。 （2）μC/OS-II移植主要在OS_CPU.H，OS_CPU_C.C，OS_CPU_A.ASM三个文件中，涉及到数据类型、堆栈、中断定义和任务切换等。 （3）应用程序设计优先级分配要合理，硬件平台初始化模块化处理。 关键词：嵌入式系统；μC/OS-II；移植
(完整版)基于ARM嵌入式系统的Socket通信设计毕业设计
毕业论文 题目基于ARM嵌入式系统的Socket通信设计
摘要 嵌入式系统是计算机技术、半导体技术和电子技术的综合体，已经广泛应用于科学研究、工程设计、国防军事、自动化控制等各个领域。随着网络通讯技术的迅猛发展，生产和生活中广泛要求嵌入式系统终端能够完成网络通讯功能。论文就是以ARM7 TDMI为嵌入式开发平台，开发具有网络通信功能的嵌入式终端。 SOCKET是一个通信链的句柄，通过套接字向网络发出请求或者应答网络请求，用于TCPIP协议的应用程序之间的相互通信。论文选择了ARM体系结构的嵌入式LPC2200处理器,根据系统的需求，在综合各种设计方案的基础上，选择移植带有TCPIP协议的ucLinux嵌入式操作系统。裁剪和定制系统后，构建相关的文件系统。在此基础上，编写应用程序，调用系统的Socket通信函数，实现服务器端和客户端的通信。描述IP地址和端口，用于在两个 论文成功的实现了嵌入式设备的网络接入功能，各个带有网络通讯功能的嵌入式终端可以相互通讯，扩大了和提高了嵌入式设备的应用范围，对嵌入式系统的发展有较大的意义。
关键词：嵌入式系统；ARM7TDMI；socket；TCPIP Abstract The embedded system is a complex system with the computer technology, semiconductor technology and electronic technology .It widely used in scientific research, engineering, national defense, automation and other fields. With the rapid development of network communication technology,our production and life requires the terminal to complete the network communication function in a wide range of embedded systems. The Paper select the ARM7 TDMI for embedded development platform, develop the embedded network communication terminal. Socket is a communication chain applications,. The paper select LPC2200 embedded ARM as processor architecture, with the system need, design the integration based on transplantation with TCP IP protocol ucLinux embedded operating system. The paper build related file system.after cutting and custom systems. On this basis, finished an application, and call the system function of Socket Communications, achieve server and client communication. The paper achieved the network access functions of the embedded device, the embedded with a network communication terminal can communicate with each other, and expand and improve
基于ARM的嵌入式系统设计硕士学位论文
硕士学位论文 基于ARM的嵌入式系统设计 第一章摘要 嵌入式系统以其小型、专用、易携带、可靠性高的特点，已经在各个领域得到了广泛的应用，如军事国防、消费电子、通信设备、工业控制等。嵌入式处理器内嵌实时操作系统(RTOS)，具有实时性、低成本、小型化、专用化和高可靠性，克服了传统的基于单片机控制系统功能不足和基于PC的系统非实时性的缺点。随着嵌入式系统软硬件技术的飞速发展，其应用领域必将更为广阔，嵌入式系统的研究将会有非常广泛的前景。 本课题的目的就是研究适用于学校教学的嵌入式系统平台，这对于提高对嵌入式系统的理解具有重要意义。本课题以嵌入式系统设计原理和实际应用为核心，从理论上和技术方法上开展了一系列研究。主要工作有: 1、全面系统地概述了嵌入式系统的发展过程和分类，及其在各个领域内的应用，以及嵌入式系统的发展方向; 2、基于嵌入式系统设计原理的嵌入式开发平台的设计的总体方案，从硬件和软件两个方面讲述了嵌入式系统的设计思想和方法，及其可行性的论证; 3、嵌入式系统硬件平台的设计与调试，着重叙述了硬件平台的整体设计方案，包括各个设计模块的选型与接口电路的设计; 4、嵌入式系统所采用的操作系统的移植与调试，详细讲叙了μC/OS-II实时操作系统在基于LPC2136的嵌入式控制器硬件平台上的移植过程及注意事项; 5、对μC/OS-II内核实时性能进行了深入的分析，通过实际测试得出了在特定条件下μC/OS-II的实时响应参数。 6、在后继的工作中，我们还要在实时嵌入式操作系统的基础上完成对操作系统的扩展以及对各个模块的驱动。
总之，本文完成了嵌入式系统的硬件平台构架、实时嵌入式操作系统的移植，为今后嵌入式系统的后继开发提供了一个嵌入式平台。 关键词:嵌入式系统ARM RTOS μC/OS-II 第二章Abstract With the development of IT network technology, embedded system shows a new direction of technology development. Embedded system has been applied in military, electronics, communication, industrial control and so on, with respect to its small size, high performance, low cost, high reliability and oriented object program. Embedded controller with RTOS gets over the traditional microcontroller and the disadvantage of the un-real time specialty base on pc, instead it is real-time, low cost ,miniaturized ,customized ,and high dependability. It also has a broad foreground , along with the fast development of hardware of embedded system . This intention of this topic is designing the embedded system, which is important for enhancing the understanding of embedded system. The research is highlighted in both design theory and applications of embedded system, which extended its developments. This paper is organized into six parts: 1. This article essentially introduced the development of embedded system, its classification, applications in numerous areas, and its development orientation. 2. The second chapter covers the general design of the embedded system, based on the elements of embedded system design. then it shows the devise ideology and methods in either hardware or software, and the demonstration of its accessibility. 3. The third chapter gives out the hardware of the embedded system, including design, test and implementation of each module, as well as their interface circuitry. 4. The forth chapter introduces the process and attentions of RTOS μC/OS-II, when explanted to the LPC2136 embedded controller hardware platform. 5. It covers a in-dept analyzing in the real-time performance in μC/OS-II core, as
嵌入式毕业设计课题
课题一：嵌入式远程视频实时监控 实现原理： 通过在s3c2440（samsung 的arm9芯片）上植入嵌入式web服务器boa及嵌入式数据库SQLite，搭建一个视频webserver，使得PC或者智能手机可以利用网页方式访问摄像头采集的实时视频，达到远程监控录像等应用！ 涉及到的知识点： ①原理图，PCB，元器件的认识，通过开发板的原理图及CPU的datasheet写程序； ②arm架构的理解，arm cpu的工作原理，汇编代码级调试理解； ③2440 cpu的GPIO,UART,I2C,SPI,AD,WA TCHDOG,RTC，lcd等接口技术原理，C代码级调试理解； ④嵌入式linux(linux-2.6.30)系统工作原理，驱动框架结构以及摄像头驱动实现； ⑤嵌入式linux(linux-2.6.30)下，webserver的实现，包括，SDL，mjpg-streamer应用软件的移植。 团队组织： 实现该项目可以按一下方式组队（考虑到学生可能动手能力有限，每个模块安排两个人，这样有讨论，该分配方法供参考） Linux系统部分，三个人： 一个人负责硬件部分，也不是设计原理图，此人需要电子专业，要能看懂原理图，负责各个模块能在开发板正常运行； 一个人负责软件部分，linux系统编译问题，负责给第一个人完好的镜像文件； 第三个人，协调软硬件，需要既懂硬件也懂软件； 驱动部分，两个人： 同时进行，做相同的事情，目的在于一起讨论，要看image sensor（通俗的说叫摄像头）的数据手册，搞清楚芯片工作原理，成像原理，以及参考驱动进行移植工作，会设计到信号不同，编译问题，协同工作！ Webserver，两个人： 在嵌入式linux系统上搭建webserver，涉及到一些应用软件的整合移植工作，主要是SDL,Mjpg-streamer，其中SDL是一个非常有名的开源库，3D就是通过它来实现的，而Mjpg-streamer是一个流媒体的开源库，实现视频流在网上的传输，这连个库在企业用得很多。 课题二：嵌入式温湿度报警系统 实现原理： 通过在cortex-m0（lpc1114）上部署一个温湿度传感器，采集到
嵌入式系统设计论文解读
嵌入式系统设计论文 专业：电子信息工程（信号处理） 班级： 姓名： 指导教师： 评分： 年月日
【摘要】 当今信息时代，嵌入式系统的应用无处不在，而ARM嵌入式系统应用市场份额约占75%。从嵌入式系统的基本概念入手，分别从ARM的定义、ARM微处理器、ARM开发工具及调试方法来介绍ARM嵌入式系统基础知识。接着，讨论了ARM嵌入式系统的实时性要求，介绍了目前市场上的实时多任务操作系统（RTOS）。最后，概括了ARM技术的应用领域及其产业化发展，并预测ARM技术发展的前景。 关键词：嵌入式系统；ARM；微处理器；RTOS
目录 1.引言 (1) 2 .嵌入式系统 (1) 2.1 (1) 2.2 (1) 3 .ARM嵌入式系统 (2) 3.1 什么是ARM (2) 3.2 ARM (2) 3.3 ARM (3) 3.4 ARM (3) 3.5 ARM (4) 4. ARM嵌入式系统的实时性要求 (5) 4.1 嵌入式系统软件需要RTOS (5) 4.2 RTOS (6) 5.嵌入式系统的信息产业化发展 (6) 5.1 ARM (6) 5.2 嵌入式系统产业化发展 (7) 6 (7) 参考文献 (8)
1.引言 随着计算机技术、网络技术和微电子技术的深入发展，嵌入式系统的应用无处不在。 ARM是目前公认的业界领先的32位嵌入式RISC（精简指令计算机）微处理器。ARM技术日益成熟和不断发展，正在逐步渗入到我们生活的各个方面。 本文从实际出发，首先介绍嵌入式系统的基本概念，随之重点阐述了由ARM 微处理器构成的嵌入式系统（简称ARM嵌入式系统）的基础知识，最后分析了ARM技术的产业化发展过程及发展趋势。 2 .嵌入式系统 2.1 嵌入式系统的英文叫做Embedded System，是一种包括硬件和软件的完整的计算机系统，但又跟通用计算机系统不同。嵌入式系统的定义是：“嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，并且软硬件可剪裁，适用于应用系统对功能、可靠性、成本、体积和功耗有严格要求的专用计算机系统。”嵌入式系统所用的计算机是嵌入到被控对象中的专用微处理器，但是功能比通用计算机专门化，具有通用计算机所不能具备的针对某个方面特别设计的、合适的运算速度、高可靠性和较低比较成本的专用计算机系统。 2.2 嵌入式系统作为一类特殊的计算机系统，自底向上包含有3个部分，如图1所示。 （1）硬件环境：是整个嵌入式操作系统和应用程序运行的硬件平台，硬件平台包括嵌入式处理器和外围设备。嵌入式处理器是嵌入式系统的核心，是控制、辅助系统运行的硬件单元。 （2）嵌入式操作系统：完成嵌入式应用的任务调度和控制等核心功能。具有内核较精简、可配置、与高层应用紧密关联等特点。嵌入式操作系统具有相对
嵌入式系统设计与应用-西安交通大学教师个人主页
嵌入式系统设计与应用第六章进程和操作系统（3）西安交通大学电信学院孙宏滨 i n S u n i 'a n J i a o t o n g U i v e r s i t y I n t e r n a l T e a c h i n g U s e O n l y
● 我们该如何评估调度策略？● 能满足所有截止时限 ● CPU 利用率---CPU 执行有用工作所占的时间比例● 调度开销---做调度决策所需的时间 i n S u n i 'a n J i a o t o n g U i v e r s i t y I n t e r n a l T e a c h i n g U s e O n l y
● 分配优先级主要有两种方法：● 静态优先级：在整个执行过程中优先级始终不变● 动态优先级：在执行过程中优先级发生变化 i n S u n i 'a n J i a o t o n g U i v e r s i t y I n t e r n a l T e a c h i n g U s e O n l y
● 单调速率调度（Rate-Monotonic Scheduling, RMS ）：首先为实时操作系统开发的调度策略之一，直至现在仍然被广泛使用。● RMS 属于静态调度策略。事实证明，固定优 先级的做法在许多情况下都足以有效地调度进程。● RMS 的理论基础是单调速率分析（Rate Monotonic Analysis, RMA ）。i n S u n i 'a n J i a o t o n g U i v e r s i t y I n t e r n a l T e a c h i n g U s e O n l y
(嵌入式)毕业设计论文
广东科学技术职业学院 毕业设计（论文） 第六组 题目：学生选课管理系统 组成员姓名跟学号：××× 指导教师：××× 所在系部：×××××× 专业名称：计算机应用技术嵌入式方向 2011年11 月30 日 摘要
20世纪末，随着计算机科学的发展，数据库技术在Internet中的应用越来越广泛，为广大网络用户提供了更加周到和人性化的服务。个性化已逐渐成为当今Web应用的潮流。本文研究了一种基于数据关联规则网上选课系统，此方案与现今网上已采用的一些方案相比，具有用户使用更简单、界面更直观等优点。网上选课在我国刚起步，但发展很快。随着我国互联网的更加普及和网上选课的更趋成熟，会有越来越多的群体，对网上选课需求，无助于问题的解决。临渊慕鱼，不如退而结网。所以我们开发了一套供大家使用的选课系统。 学生选课系统是典型的信息管理系统(MIS),本系统是根据现代化校园的发展而设计的基于VC++的学生选课管理系统，本系统可以方便老师、家长来学校查找学生。对于前者要求建立起数据一致性和完整性强、数据安全性好的库。而对于后者则要求应用程序功能完备,易使用等特点。实现全校学生信息在线查询。还可以对新来的学员信息进行信息录入。由于学员上课情况复杂，可以实现信息修改，及时调整学员的基本情况。对MS SQL Server2000数据库管理系统、SQL 语言原理、ASP数据库技术进行了较深入的学习和应用，主要完成对学生选课系统的需求分析、功能模块划分、数据库模式分析，并由此设计了数据库结构和应用程序。系统运行结果证明，本文所设计的学生选课系统方便了学生,老师,家长三方面的需要。 关键词：VC++，管理员操作平台，学生选课，信息录入 目录
嵌入式课程设计论文
广西大学行健文理学院 嵌入式课程设计报告题目：基于ARM平台实现音乐播放 学部：电气信息学部 专业：电子科学与技术 班级： 2011级(1)班 学号： 1138340107 学生姓名：梁婷婷 指导教师：黄江 2014年10月
随着社会的发展，科学的进步，人们的生活水平在逐步的提高。微电子技术的快速发展，使得电子产品无处不在，ARM的应用也越来越贴近人们的生活，用ARM来实现一些电子设计也变得越来越容易。 脉宽控制技术（PWM）简称脉宽调制，是非常重要的电力电子控制技术，利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术，对提高电力电子装置的性能，促进电力电子技术的发展有着巨大的推动作用。本系统主要介绍了基于LPC2132的PWM信号发生器制作系统，主要功能是对PWM输出波形的频率、占空比的连续调节，并能对运行信号参数用示波器进行实时显示。电路主要分为三个模块，核心模块采用LPC2138中央控制单元，通道选择模块，键盘控制模块采用了五个按键控制，分别调节PWM信号的占空比加和减、频率的加和减、输出PWM通道选择。经测试验证，该信号发生器便于观察和调节，控制精确误差小。 本课题的CPU核心芯片采用的是 ARM7 的LPC2138，实现了采用LPC2138的一个I/O口控制speaker发声，实现音乐播放。实验主要通过程序将歌曲简谱和节拍数各自放在一数组中，依次从简谱数组中得到相应频率后放到PWMMR0中，然后进行所存，改变PWM输出频率，并从节拍数组中获得相应的延时参数，两者配合得到音乐输出。改变PWMMR0的值，来改变PWM输出的频率。实验设定PWM输出单边沿PWM方波，控制蜂鸣器BEEP发出声音，以此实现音乐的播放。设计的关键所在，必须熟悉ARM的原理与结构，同时还要对整个设计流程有很好的把握，衔接好各个模块。 关键词：LPC2138；PWM的频率；蜂鸣器；占空比；频率
《嵌入式系统》设计方案
移动打印终端终嵌入式系统设计方案 阅读目录 一项目概述 (2) 二系统总体架构 (2) 2.1.1 各功能部件作用 (3) 2．2．1 手持式扫描仪 (3) 2．2．2 嵌入式开发板 (4) 2．2．3 微型打印机的选型 (5) 2．2．4．远程服务器 (5) 三软/硬件设计 (5) 3．2 硬件设计 (7) 3．2．1 嵌入式开发板和扫描仪的连接 (7) 3．2．2嵌入式开发板和远程服务器的连接 (7) 3．2．3 嵌入式开发板和微型打印机的连接 (7) 四各驱动程序的设计（软件设计） (7) 4．1 打印机驱动的设计 (7) 4．1．1定义设备号和设备名 (7) 4.1.2 设备驱动初始化函数和清除函数 (8) 4．编译扫描仪制备驱动 (12) 5.加载设备 (12) 4.1.3 扫描仪驱动设计 (13) 4.1.4 网络通信模块及服务器的开发 (14) 4.1.5系统应用程序设计 (15) 五系统调试 (16)
一 项目概述 1．1 系统设计的必要性与PC 终端的比较 在信息社会中，打印终端应用非常广泛，比如超市的收银系统、图书管的借还书系统、移动营业厅的话费打印系统等场合，我们都可以看到打印终端的身影。传统打印终端通常都是由PC 加上一个微型打印机构成，这种架构的打印终端价格比较昂贵，体积庞大，移动笨拙，使用十分不方便。 随着嵌入式技术的发展，许多原来基于PC 的应用都纷纷转向基于嵌入式技术来实现。基于嵌入式技术的产品具有非常明显的优势，如价格便宜、功耗低、体积小及移动方便等。 具体到打印终端这个产品上来说，可以从下表看出基于PC 的打印终端和基于嵌入式的打印 1．2 系统的主要功能 本项目实例中拟开发的嵌入式移动打印终端是解决从数据输入、数据处理和数据输出的一体化系统，它提供下列几个功能 ● 数据录入功能：支持从扫描仪端录入数据； ● 通过网络到数据库查询； ● 数据打印功能 二 系统总体架构 嵌入式移动终端是一套完整的嵌入式应用系统，包括和硬件和软件两部分，这一节先说一下硬件方面的设计。 2．1 系统硬件组成的部件 ● 数据输入部件（手持扫描仪）—完成数据输入功能； ● 数据处理部件（嵌入式开发板和远程服务器）—完成数据处理任务 ● 数据输出部件（微型打印机）—完成数据打印功能； 各个部件之间的关系如图
江苏科技大学通信专业嵌入式系统设计及应用_复习大纲
嵌入式系统设计复习 题型： 1、填空，15分左右 2、选择，30分左右 3、简答题40分左右 4、综述15分左右 第一章嵌入式系统概述 提纲： 1、掌握嵌入式系统的定义 2、了解嵌入式系统的一般组成 嵌入式微处理器、外围硬件设备、嵌入式操作系统以及用户的应用程序 （嵌入式系统一般由嵌入式计算机和执行部件组成。其中嵌入式计算机是整个嵌入式系统的核心，主要包括硬件层、中间层、系统软件层以及应用软件层） 知识点： 1、嵌入式系统的定义与特点 定义：是以应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬件可裁剪、适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统 特点：软件硬件可裁剪 ①专用性：嵌入式系统具有特定的功能,用于特定的任务； ②低成本：嵌入式系统极其关注成本； ③低功耗：嵌入式系统大都有功耗的要求； ④高实时性OS； ⑤嵌入式系统的运行环境广泛； ⑥嵌入式系统的软件通常要求固态化存储； ⑦嵌入式系统的软件、硬件可靠性要求更高； 2.RISC指令系统的特点 答：指令系统：RISC设计者把上要精力放在那些经常使用的指令上，尽量使它们具有简单高效的特色。对不常用的功能，常通过组合指令来实现。因此，在RISC机器上实现特殊功能时，效率可能较低。但可以利用流水技术和超标量技术加以改进和弥补。 存储器操作：RISC对存储器操作有限制，使控制简单化 程序：RISC汇编语言程序一般需要较大的内存空间，实现特殊功能时程序复杂，不易设计 中断：RISC机器在一条指令执行的适当地方可以响应中断 CPU：由于RISC CPU包含少的单元电路，因而面积小、功耗低 设计周期：RISC微处理器结构简单，布局紧凑，设计周期短，且易于采用最新技术易用性：RISC微处理器结构简单，指令规整，性能容易把握，易学易用 应用范围：由于RISC指令系统的确定与特定的应用领域有关，所以RISC机器更适合于嵌入式应用 3、嵌入式系统由硬件与软件组成，其中软件的组成 答：由实时多任务操作系统、文件系统、图形用户界面接口、网络系统及通用组件模块组成 4、嵌入式系统的运行可靠性指标
嵌入式系统论文
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一．嵌入式系统的发展趋势 在信息和知识经济时代，使当今的计算机科学技术的发展会越来越深入到国民生活的方方面面，特别是高性能多核处理器、光纤与Myrinet等高速网络和高性能分布计算的标准工具更是推动了集群计算从高性能计算向高效能计算更是的转变。 而与此同时我们又面临着但如何管理调度庞大的资源集合，充分发挥每个部件的工作能力和降低系统耗能的压力，进一步如何使计算和通信无所不在并成为普通用户都能方便享用的服务，跨越移动计算、嵌入式系统、自然人机交互、软件结构等多个研究领域的普适计算技术正在发挥着作用，还存在实现上下文感知和应用无缝迁移等问题需要解决。 另一方面，利用通信、嵌入式计算和传感器等技术，人们研制出了各种具有感知、计算和通信等能力的微型传感器，通过这些无线传感器网络人们可以在任何时间、地点和任何环境条件下协作地实时监测、感知、采集网络分布区域内的各种环境或监测对象的信息，并对这些信息进行处理，获得详尽准确的信息，传送到需要这些信息的用户。因此，这种网络系统被广泛地应用于国防军事、国家安全、环境监测、交通管理、医疗卫生、制造业、反恐抗灾等领域。 综上所述，嵌入式系统正是以其组网灵活﹑可靠性高﹑抗干扰能力强﹑低功耗和网络容量大等特点在计算机应用领域发挥着显著的作用。嵌入式控制器体积小、可靠性高、功能强、灵活方便等许多优点，其应用已深入到多个领域。
如分布式光纤管道安全监测系统。众所周知，管道输送是一种经济方便的运输方式，在石油和天然气运输中具有独特优势，石油行业对长距离输油气管道安全预警系统的需求主要有以下：（1）对管道周边环境的长距离全天候的实时监控；（2）传感器采集的数据有智能信息处理的能力；（3）对新的地质环境及新的破坏手段的自适应能力。根据已有的监测系统，提出长距离输油气管线安全预警系统的实现模型，信号采集、光电转换以及PGC解调由分布式光纤光相位传感系统完成，该系统同时进行振动源定位。解调后的土壤振动信号经USB口传入一块运行嵌入式Windows XP系统的855主板，在此系统上运行的程序实现土壤振动信号的分析与破坏性行为的模式分类。分类后产生的报警信号经串口发往值守报警终端FU，FU为一块运行嵌入式Linux系统的ARM板卡。与此同时，振动片段的原始信号以及破坏性行为的识别结果将通过网口传往FST（服务器），在FST 上。每个FST接收来自8个基站的信号，即对应8个FU和8块855主板，这样，每个FST的监控距离达400Km，可实现区域级的管道安全监控与预警，通过FST 的级联可实现国家级覆盖的管道安全监控与预警。 二．BootLoader BootLoader代码是芯片复位后进入操作系统之前执行的一段代码，主要用于完成由硬件启动到操作系统启动的过渡，从而为操作系统提供基本的运行环境，如初始化CPU、堆栈、存储器系统等。BootLoader代码与CPU芯片的内核结构、具体型号、应用系统的配置及使用的操作系统等因素有关，其功能类似于ＰＣ机的BOIS程序。通常，BootLoader是严重地依赖于硬件而实现的，特别是在嵌入式世界。因此，在嵌入式世界里建立一个通用的BootLoader几乎是不可能的。尽管如此，我们仍然可以对BootLoader归纳出一些通用的概念来，以指导用户特定的BootLoader设计与实现。 下面我们介绍几种常用的Bootloader： 1. ARMBoot Armboot是一个bootloader,是为基于ARM或者StrongARM CPU的嵌入式系统所设计的。它支持多种类型的Flash；允许映像文件经由bootp、、tftp 从网络传输；支持从串口线下载S-record或者binary文件；允许内存的显示及