畢業(yè)論文—arm9嵌入式系統(tǒng)編程

1、<p>　　畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 論 文</p><p>　　設(shè)計(jì)題目 ARM9嵌入式系統(tǒng)編程</p><p>　　學(xué)生姓名 </p><p><b>　　學(xué)生學(xué)號(hào) </b></p><p>　　所在學(xué)院 通信與信息工程學(xué)院</p><p><b>　　所學(xué)專業(yè) 通信工程&

2、lt;/b></p><p><b>　　指導(dǎo)教師</b></p><p>　　指導(dǎo)單位 抗干擾重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，越來(lái)越多的設(shè)備開(kāi)始具備“智能”，而嵌入式系統(tǒng)就是各種設(shè)備里實(shí)現(xiàn)智能的重要手段。今天，嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)融

3、入我們工作和生活的各個(gè)領(lǐng)域。嵌入式系統(tǒng)除了在傳統(tǒng)的工業(yè)控制、電信設(shè)施繼續(xù)發(fā)揮它的巨大作用外，它還在家用電器、醫(yī)療保健設(shè)備、數(shù)碼相機(jī)、多媒體播放設(shè)備、手機(jī)、PDA等各個(gè)領(lǐng)域越來(lái)越重要的角色。本論文以博睿MC2410E開(kāi)發(fā)板為硬件平臺(tái)，使用EVC4.0開(kāi)發(fā)出基于Microsoft Windows CE .NET 4.2嵌入式操作系統(tǒng)的發(fā)射機(jī)控制系統(tǒng)。系統(tǒng)使用了自己開(kāi)發(fā)的虛擬儀表控件，提供了友好的人機(jī)界面，并通過(guò)RS485總線實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)射機(jī)遙控

4、、遙測(cè)等功能。</p><p>　　關(guān)鍵字：嵌入式系統(tǒng)，虛擬儀表,ARM9，S3C2410，Windows CE .NET 4.2 ，EVC4.0</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　With the development of semiconductor technology, more and mor

5、e equipment began with "intelligent", Embedded systems and equipment is an important means to construct smart equipment. Today, the system has been embedded into our work and in all spheres of life. Embedded sy

6、stems not only in the traditional industrial control, telecommunications facilities continue to play its significant role, but also it has many applications in health care equipment, digital cameras, multimedia broadcast

7、 equipme</p><p><b>　　.</b></p><p>　　Keywords: Embedded System,Virtual Meter,ARM9,S3C2410,Windows CE. NET 4.2 ,EVC4.0</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>

8、　　第一章 引 言5</p><p>　　1.1 課題背景和價(jià)值5</p><p>　　1.2 論文工作5</p><p>　　第二章嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)5</p><p>　　2.1嵌入式系統(tǒng)簡(jiǎn)介5</p><p>　　2.1.1嵌入式系統(tǒng)的定義5</p><p>　　2.1.2嵌入

9、式系統(tǒng)的組成5</p><p>　　2.1.3嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn)5</p><p>　　2.1.4嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)5</p><p>　　2.2嵌入式處理器5</p><p>　　2.2.1嵌入式微處理器（Embedded Microprocessor Unit, EMPU）5</p><p>　　2

10、.2.2嵌入式微控制器（Microcontroller Unit, MCU）5</p><p>　　2.2.3嵌入式DSP（Embedded Digital Signal Processor, EDSP）5</p><p>　　2.2.4嵌入式片上系統(tǒng)（System On Chip）5</p><p>　　2.3典型的嵌入式操作系統(tǒng)5</p>

11、<p>　　2.3.1 Linux5</p><p>　　2.3.2 C/OS-Ⅱ5</p><p>　　2.3.3 Windows CE5</p><p>　　第三章 基于ARM9處理器的硬件開(kāi)發(fā)平臺(tái)5</p><p>　　3.1 ARM處理器簡(jiǎn)介5</p><p>　　3.1.1 ARM公司簡(jiǎn)

12、介5</p><p>　　3.1.2 ARM微處理器系列5</p><p>　　3.2 ARM9微處理器簡(jiǎn)介5</p><p>　　3.2.1 ARM9處理器的特點(diǎn)5</p><p>　　3.2.2 三星S3C2410處理器詳解5</p><p>　　3.3 MC2410E開(kāi)發(fā)板5</p>&

13、lt;p>　　3.3.1開(kāi)發(fā)板外觀以及硬件資源5</p><p>　　3.3.2核心板外觀以及硬件資源5</p><p>　　第四章 Windows CE. NET操作系統(tǒng)平臺(tái)搭建5</p><p>　　4.1 Windows CE操作系統(tǒng)介紹5</p><p>　　4.1.1 Windows CE的結(jié)構(gòu)5</p>

14、;<p>　　4.2.2 Windows CE的特點(diǎn)5</p><p><b>　　4.2存儲(chǔ)系統(tǒng)5</b></p><p>　　4.2.1內(nèi)存管理5</p><p>　　4.2.2內(nèi)存結(jié)構(gòu)5</p><p>　　4.3進(jìn)程和線程5</p><p>　　4.3.1進(jìn)程(Pr

15、ocess)5</p><p>　　4.3.2線程(Thread)5</p><p>　　4.3.3 Windows CE中的調(diào)度5</p><p>　　4.4 Platform Builder定制操作系統(tǒng)的過(guò)程5</p><p>　　4.4.1 Platform Builder源代碼的結(jié)構(gòu):5</p><p&g

16、t;　　4.4.2 定制一個(gè)Windows CE映像的過(guò)程5</p><p>　　4.4.3 創(chuàng)建和編譯新項(xiàng)目5</p><p>　　第五章 Windows CE 應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)5</p><p>　　5.1 事件驅(qū)動(dòng)和消息響應(yīng)機(jī)制5</p><p>　　5.2 選擇EVC作為開(kāi)發(fā)工具5</p><p>　　

17、5.3 虛擬儀表控件CMeterCtrl類的設(shè)計(jì)5</p><p>　　5.3.1設(shè)計(jì)思路5</p><p>　　5.3.2 CMeterCtrl類的接口函數(shù)介紹5</p><p>　　5.3.3 CMeterCtrl類的使用5</p><p>　　5.3.4 效果圖5</p><p>　　第六章 發(fā)射機(jī)控

18、制系統(tǒng)5</p><p>　　6.1 系統(tǒng)需求5</p><p>　　6.2 系統(tǒng)的具體開(kāi)發(fā)實(shí)現(xiàn)5</p><p>　　6.2.1 Windows CE下串口通信的實(shí)現(xiàn)5</p><p>　　6.2.2通信協(xié)議(規(guī)約)類的實(shí)現(xiàn)5</p><p>　　6.2.3 定時(shí)開(kāi)關(guān)機(jī)及報(bào)警功能的實(shí)現(xiàn)5</p>

19、;<p>　　6.2.4 人機(jī)交互界面的設(shè)計(jì)5</p><p><b>　　6.3系統(tǒng)調(diào)試5</b></p><p>　　6.3.1 調(diào)試步驟及調(diào)試結(jié)果5</p><p>　　6.3.2 調(diào)試過(guò)程遇到的問(wèn)題及解決辦法5</p><p><b>　　第七章 結(jié)論5</b>&l

20、t;/p><p><b>　　參考文獻(xiàn)5</b></p><p><b>　　致 謝5</b></p><p><b>　　外文資料原文5</b></p><p><b>　　翻譯文稿5</b></p><p><b>

21、;　　第一章 引 言</b></p><p>　　1.1 課題背景和價(jià)值</p><p>　　嵌入式系統(tǒng)是指以應(yīng)用為核心，以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，軟硬件可裁減，對(duì)功能、可靠性、成本、體積和功耗有嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。在當(dāng)前數(shù)字信息技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)高速發(fā)展的后PC時(shí)代，嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)滲透到各領(lǐng)域。現(xiàn)在，嵌入式技術(shù)無(wú)處不在，而ARM幾乎成為嵌入式技術(shù)的代名詞[1]。</p&g

22、t;<p>　　ARM(Advance RISC Machines Ltd．) 自1991年11月正式成立以來(lái)，在32位RISC（Reduce Instruction Set Computer，精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī)）CPU開(kāi)發(fā)領(lǐng)域中不斷趨的突破。ARM作為IP(Intelligence Property ，知識(shí)產(chǎn)權(quán))供應(yīng)商，靠轉(zhuǎn)讓許可，由合作公司來(lái)生產(chǎn)各具特色的芯片。其設(shè)計(jì)的芯核具有功耗低、成本低等優(yōu)點(diǎn)，獲得眾多半導(dǎo)體廠家和整

23、機(jī)廠商的大力支持。在全世界，ARM公司的合作伙伴已經(jīng)超過(guò)100家，在32位嵌入式應(yīng)用領(lǐng)域取得了巨大成功。</p><p>　　隨著嵌入式技術(shù)不斷的發(fā)展，ARM9處理器已成為嵌入式開(kāi)發(fā)的主流。目前，在世界范圍內(nèi)嵌入式系統(tǒng)帶來(lái)的工業(yè)年產(chǎn)值已經(jīng)超過(guò)了1萬(wàn)億美元我國(guó)國(guó)內(nèi)的嵌入式軟件市場(chǎng)已處于整體啟動(dòng)階段。國(guó)內(nèi)的嵌入式軟件市場(chǎng)的發(fā)展重點(diǎn)在于對(duì)應(yīng)用范圍的拓展，而手持設(shè)備、信息家電和工業(yè)控制則是近期市場(chǎng)的三大熱點(diǎn)。</p

24、><p>　　盡管嵌入式產(chǎn)品層出不窮，發(fā)展勢(shì)頭迅猛，但仍需要我們研究探索。本課題研究了ARM9嵌入式系統(tǒng)的相關(guān)技術(shù)、Windows CE內(nèi)核的定制及基于Windows CE的應(yīng)用開(kāi)發(fā)，有較高的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值[2]。</p><p><b>　　1.2 論文工作</b></p><p>　　論文最終實(shí)現(xiàn)的是一套發(fā)射機(jī)控制系統(tǒng)的軟件，系統(tǒng)提供了友好的人機(jī)

25、界面，實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)射機(jī)的遙測(cè)和遙控，具有定時(shí)開(kāi)關(guān)機(jī)和報(bào)警功能。</p><p>　　論文共分為七章，各章內(nèi)容如下：</p><p>　　第一章：引言。介紹本課題的研究背景、論文工作。</p><p>　　第二章：嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)。首先介紹嵌入式系統(tǒng)的定義、組成、特點(diǎn)、應(yīng)用、發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)，再介紹嵌入式處理器的分類，最后介紹典型的嵌入式操作系統(tǒng)。</p>&l

26、t;p>　　第三章：基于ARM9處理器的硬件開(kāi)發(fā)平臺(tái)。重點(diǎn)介紹了三星S3C2410處理器及博睿MC2410E開(kāi)發(fā)板的硬件資源。</p><p>　　第四章：Windows CE. NET操作系統(tǒng)平臺(tái)搭建。首先介紹Windows CE. NET操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)，再介紹Windows CE. NET操作系統(tǒng)的定制過(guò)程 。</p><p>　　第五章：Windows CE 應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)

27、。使用EVC使用編寫(xiě)虛擬儀表控件。</p><p>　　第六章：發(fā)射機(jī)控制系統(tǒng)。對(duì)系統(tǒng)的具體開(kāi)發(fā)實(shí)現(xiàn)涉及的重點(diǎn)難點(diǎn)分別進(jìn)行討論.</p><p>　　第七章：結(jié)論。對(duì)本文所作的工作加以總結(jié)，得出結(jié)論。</p><p>　　第二章 嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)</p><p>　　2.1嵌入式系統(tǒng)簡(jiǎn)介</p><p>　　嵌入式系統(tǒng)

28、已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各個(gè)科技領(lǐng)域和日常生活的每個(gè)角落，由于其本身的特性，使得我們很難發(fā)現(xiàn)它的存在。甚至一些從事嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的科技人員也只知單片機(jī)，不知道嵌入式系統(tǒng)。本節(jié)從嵌入式系統(tǒng)的定義開(kāi)始，闡述嵌入式系統(tǒng)的含義、特點(diǎn)等，以使讀者加深對(duì)嵌入式系統(tǒng)的理解</p><p>　　2.1.1嵌入式系統(tǒng)的定義</p><p>　　廣義的地講，凡不用于通用目的的可編程計(jì)算機(jī)設(shè)備，就可以算是嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)

29、。舉例來(lái)說(shuō)，個(gè)人計(jì)算機(jī)（PC）不是嵌入式系統(tǒng)，因?yàn)樗怯糜谕ㄓ媚康牡挠?jì)算機(jī)系統(tǒng)。最典型的嵌入式系統(tǒng)如手機(jī)、可視電話、傳真機(jī)、打印機(jī)等。</p><p>　　狹義上而言，嵌入式系統(tǒng)是指以應(yīng)用為核心，以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，軟硬件可裁減，對(duì)功能、可靠性、成本、體積和功耗嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。一般嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程是：從產(chǎn)品定義開(kāi)始，接著進(jìn)行硬件設(shè)計(jì)，然后將軟件或操作系統(tǒng)移植到硬件上，并且進(jìn)行應(yīng)用程序的開(kāi)發(fā)，最后經(jīng)過(guò)

30、測(cè)試與調(diào)試后即開(kāi)始銷售或使用[1]。</p><p>　　根據(jù)英國(guó)電機(jī)工程師協(xié)會(huì)所做的定義“嵌入式系統(tǒng)是控制、監(jiān)視或輔助某個(gè)設(shè)備、機(jī)器甚至工廠運(yùn)行的設(shè)備”，嵌入式系統(tǒng)應(yīng)該具備以下4個(gè)特性：</p><p><b>　　執(zhí)行特定的功能；</b></p><p>　　以微處理器與外圍設(shè)備構(gòu)成核心；</p><p>　　需要嚴(yán)

31、格的時(shí)序與穩(wěn)定性；</p><p><b>　　全自動(dòng)操作；</b></p><p>　　由上述可知，嵌入式系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)軟件與硬件的綜合體，整個(gè)綜合體的設(shè)計(jì)目的在于滿足某種特殊功能，并應(yīng)用于各類具體的應(yīng)用系統(tǒng)中，例如，實(shí)驗(yàn)儀器、辦公設(shè)備、醫(yī)療設(shè)備甚至航天設(shè)備，等等。</p><p>　　由于對(duì)嵌入式系統(tǒng)含義的理解因人而異，所以不同的書(shū)籍對(duì)嵌入式

32、系統(tǒng)的定義也不盡相同。下面給出了一些文獻(xiàn)中對(duì)嵌入式系統(tǒng)的定義：</p><p>　　“Computer as Components – Principles of Embedded Computing System Design”一書(shū)的作者Wayne Wolf認(rèn)為：“什么是嵌入式計(jì)算系統(tǒng)？如果不嚴(yán)格地定義，它是任何一個(gè)包含可編程計(jì)算機(jī)的設(shè)備，但是它本身卻不是一個(gè)通用計(jì)算機(jī)?！?lt;/p><p&g

33、t;　　“Embedded Microcontrollers”一書(shū)的作者Todd D. Morton認(rèn)為：“嵌入式系統(tǒng)是一種電子系統(tǒng)，它包含微處理器或者微控制器，但是我們不認(rèn)為它是計(jì)算機(jī)——計(jì)算機(jī)隱藏或者嵌入在系統(tǒng)中?！?lt;/p><p>　　“Embedded Software Primer”一書(shū)的作者Davie E. Simon認(rèn)為：“人們使用嵌入式系統(tǒng)這個(gè)術(shù)語(yǔ)，指的是隱藏在任一產(chǎn)品中的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)?！?lt;/

34、p><p>　　“An Introduction to the Design of Small Scale Embedded System with example from PIC，80C51 and 68HC05/08 Microcontrollers”一書(shū)的作者Tim Wilmshurst認(rèn)為：“嵌入式系統(tǒng)是這樣一個(gè)系統(tǒng)，它的首要功能并不是計(jì)算，而是受嵌入其中的計(jì)算機(jī)控制的一個(gè)系統(tǒng)?！度搿凳玖怂嬖谟谡麄€(gè)系

35、統(tǒng)中，從外部觀察不到，形成了更大整體的一個(gè)完整部分。”</p><p>　　可以看出，雖然各種書(shū)籍對(duì)嵌入式系統(tǒng)的定義稍有差異，但是基本的思想和理解是相同的。我們可以從以下幾個(gè)方面來(lái)理解嵌入式系統(tǒng)的含義：</p><p>　　嵌入式系統(tǒng)是面向用戶、面向產(chǎn)品、面向應(yīng)用的，必須與具體應(yīng)用相結(jié)合才會(huì)具有生命力。正因?yàn)榕c具體應(yīng)用的緊密結(jié)合，嵌入式系統(tǒng)才具有很強(qiáng)的專用性。</p><

36、;p>　　嵌入式系統(tǒng)將先進(jìn)的半導(dǎo)體技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和電子技術(shù)，以及各個(gè)行業(yè)的具體應(yīng)用相結(jié)合，是一個(gè)技術(shù)密集、資金密集、學(xué)科交叉和不斷創(chuàng)新的知識(shí)集成系統(tǒng)。</p><p>　　由于嵌入式系統(tǒng)必須根據(jù)應(yīng)用需要對(duì)硬件和軟件進(jìn)行裁剪，以滿足應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)功能、可靠性、成本、體積和功耗的要求。因此，嵌入式系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)難度比較大，技術(shù)門檻較高。比較好的開(kāi)發(fā)模式是：首先建立相對(duì)通用的硬件和軟件基礎(chǔ)，然后針對(duì)具體的應(yīng)用做最少量的

37、軟硬件改動(dòng)。</p><p>　　由上述可以看出，嵌入式系統(tǒng)是一個(gè)外延極廣的概念，凡是與產(chǎn)品結(jié)合在一起的、具有嵌入式系統(tǒng)特點(diǎn)的系統(tǒng)都可以稱為嵌入式系統(tǒng)。</p><p>　　2.1.2嵌入式系統(tǒng)的組成</p><p>　　嵌入式系統(tǒng)一般有3個(gè)主要的組成部分[1]：</p><p>　　硬件。圖2-1給出了嵌入式系統(tǒng)的硬件組成。其中，處理器是系

38、統(tǒng)的運(yùn)算核心；存儲(chǔ)器（ROM、RAM）用來(lái)保存可執(zhí)行代碼，以及中間結(jié)果；輸入輸出設(shè)備完成與系統(tǒng)外部的信息交換；其他部分輔助系統(tǒng)完成功能。</p><p>　　應(yīng)用軟件。應(yīng)用軟件是完成系統(tǒng)功能的主要軟件，它可以由單獨(dú)的一任務(wù)來(lái)實(shí)現(xiàn)，也可以由多個(gè)并行的任務(wù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)（Real-Time Operating System，RTOS）。該系統(tǒng)用來(lái)管理應(yīng)用軟件，并提供

39、一種機(jī)制，使得處理器分時(shí)地執(zhí)行各個(gè)任務(wù)并完成一定的時(shí)限要求 。</p><p>　　圖2-1 嵌入式系統(tǒng)的硬件組成</p><p>　　嵌入式系統(tǒng)的關(guān)鍵在于結(jié)合系統(tǒng)硬件電路與其特定的軟件，以達(dá)到系統(tǒng)運(yùn)行性能成本的最高比。系統(tǒng)中硬件的設(shè)計(jì)包括微處理器及存儲(chǔ)器電路的設(shè)計(jì)、網(wǎng)絡(luò)功能設(shè)計(jì)、無(wú)線通信設(shè)計(jì)及接口電路設(shè)計(jì)，等等；而嵌入式軟件則專門負(fù)責(zé)硬件電路的驅(qū)動(dòng)、控制處理，以提升硬件產(chǎn)品的價(jià)值，是硬

40、件產(chǎn)品不可或缺的重要部分，它常以固件（Firmware）的形式出現(xiàn)，如控制或驅(qū)動(dòng)程序等。</p><p>　　由于嵌入式系統(tǒng)領(lǐng)域的硬件、軟件種類繁多，產(chǎn)品研發(fā)需要適應(yīng)多種不同硬件與軟件的組合。為了克服多樣化，現(xiàn)在的研發(fā)方式多以平臺(tái)化設(shè)計(jì)（Platform-Based Design，PBD）為主。平臺(tái)化設(shè)計(jì)的基本思路是，以某一種基礎(chǔ)的硬件與軟件參考設(shè)計(jì)（reference design）為平臺(tái)，自行加上額外所需要的

41、硬件與軟件，以適應(yīng)多樣化的產(chǎn)品需求，而不必每款產(chǎn)品都從頭設(shè)計(jì)。這種設(shè)計(jì)方式可以縮短研發(fā)進(jìn)程，加速產(chǎn)品的上市時(shí)間。這樣的參考設(shè)計(jì)平臺(tái)大多會(huì)由微處理器制造公司提供，例如，Intel、三星、Motorola等廠商提供微處理器的參考設(shè)計(jì)電路，以及建議的外圍設(shè)備布局，包括內(nèi)存、基本I/O甚至包括LCD控制接口、IDE設(shè)備接口，等等，并且配合某一款操作系統(tǒng)，例如，Linux、WinCE，以及相應(yīng)的軟件源代碼。將這樣的組合包以授權(quán)的方式提供給產(chǎn)品開(kāi)發(fā)

42、廠商來(lái)開(kāi)發(fā)產(chǎn)品，一般這樣的組合包稱為“板級(jí)支持包”（Board Support Package，BSP）。</p><p>　　由于嵌入式系統(tǒng)的硬件強(qiáng)調(diào)的不是執(zhí)行速度而是功能穩(wěn)定，因此硬件設(shè)計(jì)方面的技術(shù)瓶頸并不高；反而在軟件組件方面，強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)集成及友善的用戶界面。隨著網(wǎng)絡(luò)與無(wú)線通信的發(fā)展需要，軟件組件的發(fā)展更加重要。未來(lái)的軟件開(kāi)發(fā)將逐漸由現(xiàn)在的簡(jiǎn)易窗口與低速通信，向高速通信與多樣化的用戶界面發(fā)展。</p&g

43、t;<p>　　2.1.3嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn)</p><p>　　作為專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的嵌入式系統(tǒng)與通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)相比，具有以下幾個(gè)重要特征：</p><p>　　嵌入式系統(tǒng)通常是面向特定應(yīng)用的。嵌入式CPU大多工作在為特定用戶群設(shè)計(jì)的系統(tǒng)中，它通常都具有低功耗、體積小、集成度高等特點(diǎn)。</p><p>　　嵌入式系統(tǒng)的硬件和軟件都必須高效率地設(shè)計(jì)，量體裁

44、衣、去除冗余，力爭(zhēng)在同樣的硅片面積上實(shí)現(xiàn)更高的性能，這樣才能完成功能、可靠性和功耗的苛刻要求。</p><p>　　實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)支持。嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用程序可以不需要操作系統(tǒng)的支持直接運(yùn)行，但是為了合理地調(diào)度多任務(wù)，充分利用系統(tǒng)資源，用戶必須自行選配實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)開(kāi)發(fā)平臺(tái)。</p><p>　　嵌入式系統(tǒng)與具體應(yīng)用有機(jī)地結(jié)合在一起，它的升級(jí)換代也是和具體產(chǎn)品同步進(jìn)行的，因此嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)品一旦進(jìn)

45、入市場(chǎng)，具有較長(zhǎng)的生命周期。</p><p>　　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(chǔ)器芯片或單片機(jī)本身中，而不存儲(chǔ)在磁盤等載體中。</p><p>　　專門開(kāi)發(fā)工具支持。嵌入式系統(tǒng)本身不具備自主開(kāi)發(fā)能力，即使在設(shè)計(jì)完成以后，用戶通常也不能對(duì)程序功能進(jìn)行修改，必須有一套開(kāi)發(fā)工具和環(huán)境才能進(jìn)行開(kāi)發(fā)。 </p><p>　　2.1.4嵌入式系

46、統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)</p><p>　　嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)品目前的分類大致可分為三大種，個(gè)人型/移動(dòng)型(personal/mobile)信息家電產(chǎn)品，如電子書(shū)、可攜式全球定位系統(tǒng)裝置(Portable global positioning devices)、可上網(wǎng)移動(dòng)電話、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)之個(gè)人數(shù)字助理(PDA with wireless network)及穿戴式計(jì)算機(jī)(Wearable computers)。家庭式/娛樂(lè)式/

47、視聽(tīng)式(Home/Entertainment & Audio/Video)，如網(wǎng)絡(luò)電視(WebTV)、多媒體視訊設(shè)備(Multimedia Video Set-Top Box)、家庭娛樂(lè)設(shè)備及其它傳統(tǒng)家電與網(wǎng)絡(luò)界面的整合等。企業(yè)型/網(wǎng)絡(luò)型(Enterprise/Networking)，如嵌入式服務(wù)器(embedded server)及精簡(jiǎn)型終端設(shè)備(thin client)等。</p><p>　　強(qiáng)大的

48、嵌入式應(yīng)用軟件開(kāi)發(fā)工具和操作系統(tǒng)的支持</p><p>　　隨著因特網(wǎng)技術(shù)的成熟、頻寬的提高，因特網(wǎng)上提供的信息內(nèi)容日趨豐富、應(yīng)用項(xiàng)目多樣性，像手機(jī)、電話及電冰箱、微波爐等嵌入式信息電子設(shè)備的功能不再單一，信息家電的結(jié)構(gòu)也更為復(fù)雜。為了滿足應(yīng)用功能的升級(jí)，軟硬件設(shè)計(jì)師們一方面采用了更強(qiáng)大的核心嵌入式處理器如32位、64位RISC(Reduced Instruction Set Computing)處理主要系統(tǒng)任務(wù)

49、，另外也會(huì)利用數(shù)字信號(hào)處理器(Digital Signal Processor，即DSP)來(lái)增強(qiáng)處理能力，輔助核心系統(tǒng)；同時(shí)還采用實(shí)時(shí)多任務(wù)編程技術(shù)、核心系統(tǒng)與周邊輔助芯片交叉開(kāi)發(fā)工具技術(shù)，來(lái)控制強(qiáng)大多樣化的信息載具功能，以期達(dá)到簡(jiǎn)化應(yīng)用程序設(shè)計(jì)、保障軟件質(zhì)量和縮短系統(tǒng)軟件開(kāi)發(fā)周期。</p><p><b>　　必備功能：網(wǎng)絡(luò)</b></p><p>　　網(wǎng)絡(luò)為現(xiàn)代信

50、息流通的重要媒介，每一分一秒都有新的信息在網(wǎng)絡(luò)上出現(xiàn)，上網(wǎng)的人口也隨著計(jì)算機(jī)、教育、網(wǎng)絡(luò)的遍及和 ISP(Internet Service Provider)業(yè)者的推廣而成大比例的增加。上網(wǎng)的需求在未來(lái)趨勢(shì)只增不減。</p><p>　　嵌入式系統(tǒng)的記憶儲(chǔ)存容量并非可隨意擴(kuò)充，絕大部分信息都需要透過(guò)網(wǎng)絡(luò)跟中央服務(wù)器聯(lián)系存取，為分布式網(wǎng)絡(luò)存取處理架構(gòu)，所以針對(duì)絕大部分的信息家電產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，網(wǎng)絡(luò)為其賴以更新版本功能、修

51、補(bǔ)系統(tǒng)漏洞及抓取其余數(shù)據(jù)的重要媒介。針對(duì)此些要求，嵌入設(shè)備必需配有通訊接口,相對(duì)應(yīng)需要TCP/IP的通訊協(xié)議支持，更進(jìn)一步地，由于信息家電相互的信息連接，如防盜報(bào)警、燈光能源控制、影視設(shè)備和信息終端交換、遠(yuǎn)程監(jiān)視操控工作等要求，新一代嵌入式設(shè)備還需具備IEEE1394、USB、802.11b、Bluetooth等通訊接口，同時(shí)也需要提供相對(duì)應(yīng)的通訊協(xié)議軟件和驅(qū)動(dòng)程序。為了支持應(yīng)用軟件的特定模式，如Wired Web或Wireless W

52、eb模式，還需要相應(yīng)的瀏覽操控通訊協(xié)議，如HTML等。 </p><p>　　小尺寸、微功率和低成本的小型信息家電</p><p>　　為滿足這種特性，必須對(duì)嵌入式產(chǎn)品作出一些限制，例如為了保持散熱的效果，就要降低處理器的性能，或是為了達(dá)到微功率等其它要求，限制內(nèi)存容量和使用復(fù)用接口芯片組等動(dòng)作。也因?yàn)槿绱?，相?duì)應(yīng)提高了對(duì)嵌入式的軟件設(shè)計(jì)技術(shù)要求。如選用最佳化的內(nèi)存編排、不斷改進(jìn)的各式排程

53、算法、采用Java編程模式，最佳化編譯器性能。為此，軟件研發(fā)人員需要有豐富經(jīng)驗(yàn)，及先進(jìn)嵌入式軟件技術(shù)及開(kāi)發(fā)觀念。</p><p>　　細(xì)致且人性化多媒體界面</p><p>　　為了使開(kāi)發(fā)出來(lái)的嵌入式系統(tǒng)容易吸引消費(fèi)者，被消費(fèi)者接受，也易于被操作使用，一個(gè)重要因素是讓它們與使用者之間產(chǎn)生的親和力，自然的人機(jī)操作接口，例如司機(jī)操縱高度自動(dòng)化的汽車主要還是通過(guò)習(xí)慣的方向盤、油門和排檔。人們與信

54、息終端溝通要以GUI(Graphic User Interface)屏幕為中心的多媒體接口，如下圖2-2所示。這方面，手寫(xiě)文字輸入、語(yǔ)音撥號(hào)上網(wǎng)、收發(fā)電子郵件以及彩色圖形、影像已經(jīng)有所進(jìn)展。目前一些先進(jìn)的PDA在顯示屏幕上已實(shí)現(xiàn)中文字寫(xiě)入、短程語(yǔ)音廣播等。</p><p>　　圖2-2 Sony Clie PDA系列</p><p><b>　　2.2嵌入式處理器</

55、b></p><p>　　嵌入式系統(tǒng)的核心部件是嵌入式處理器，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，到2000年全世界嵌入式處理器的品種總量已經(jīng)超過(guò)1000種，流行體系結(jié)構(gòu)有30多個(gè)系列，其中8051體系的占了多半。生產(chǎn)8051單片機(jī)的半導(dǎo)體廠家有20多個(gè)，共350多種衍生產(chǎn)品，僅Philips就有近百種。現(xiàn)在幾乎每個(gè)半導(dǎo)體制造商都生產(chǎn)嵌入式處理器，而且越來(lái)越多的公司有自己的處理器設(shè)計(jì)部門。嵌入式處理器的尋址空間一般從64KB到1

56、6MB，處理速度從0.1MIPS到2000MIPS，常用封裝從8個(gè)引腳到144個(gè)引腳。</p><p>　　微處理器可以分成幾種不同的等級(jí)，一般用字符寬度來(lái)區(qū)分：8位微處理器大部分都是用在低端應(yīng)用上，也包括了外圍設(shè)備或是內(nèi)存的控制器；16位微處理器通常用在比較精密的應(yīng)用上，需要比較長(zhǎng)的字符寬度來(lái)處理；32位微處理器，大部分是RISC的微處理器，則提供高性能的運(yùn)算能力，以滿足需要大量運(yùn)算的應(yīng)用。</p>

57、<p>　　但是從應(yīng)用的角度來(lái)劃分，嵌入式處理器可分為嵌入式微處理器、嵌入式微控制器、嵌入式DSP、嵌入式片上系統(tǒng)等類型。</p><p>　　2.2.1嵌入式微處理器（Embedded Microprocessor Unit, EMPU）</p><p>　　嵌入式微處理器的基礎(chǔ)是通用計(jì)算機(jī)中的CPU。在應(yīng)用中，將微處理器裝配在專門設(shè)計(jì)的電路板上，只保留與嵌入式應(yīng)用有關(guān)的功

58、能，這樣可以大大減小系統(tǒng)體積和功耗。為了滿足嵌入式應(yīng)用的特殊要求，嵌入式微處理器雖然在功能上和標(biāo)準(zhǔn)微處理器基本是一樣的，但在工作溫度、抗電磁干擾、可靠性等方面一般都做了各種增強(qiáng)。</p><p>　　嵌入式處理器目前主要有Am186/88、386EX、SC-400、Power PC、68000、MIPS、ARM系列等。</p><p>　　嵌入式微處理器又可分為CISC和RISC兩類。大家

59、熟悉的大多數(shù)臺(tái)式PC都是使用CISC微處理器，如Intel的x86。RISC結(jié)構(gòu)體系有兩大主流：Silicon Graphics公司（硅谷圖形公司）的MIPS技術(shù)；ARM公司的Advanced RISC Machines技術(shù)。此外，Hitachi（日立公司）也有自己的一套R(shí)ISC技術(shù)SuperH。</p><p>　　2.2.2嵌入式微控制器（Microcontroller Unit, MCU）</p>

60、;<p>　　嵌入式微控制器又稱單片機(jī)，就是將整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)集成到一塊芯片中。嵌入式微控制器一般以某一種微處理器內(nèi)核為核心，芯片內(nèi)部集成ROM、RAM、總線邏輯、定時(shí)器等各種必要的功能模塊。與嵌入式微處理器相比，微控制器的最大特點(diǎn)是單片化，體積大大減小，從而使功耗和成本下降，可靠性提高。</p><p>　　微控制器是目前嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用的主流。由于微控制器的片上資源一般比較豐富，適合于控制，因此稱微

61、控制器。為適應(yīng)不同的應(yīng)用需求，一般一個(gè)系列的單片機(jī)具有多種衍生產(chǎn)品，每種衍生產(chǎn)品的處理器內(nèi)核都是一樣的，不同的是存儲(chǔ)器和外設(shè)的配置及封裝。這樣可以最大限度地與應(yīng)用需求相匹配，從而減小功耗和成本。</p><p>　　嵌入式微控制器目前的品種和數(shù)量最多，比較有代表性的通用系列包括8051、P51XA、MCS-251、MCS-96/196/296、C166/167、MC68HC05/11/12/16、68300等。另

62、外，還有許多半通用系列，如支持USB接口的MCU 8XC930/931、C540、C541。</p><p>　　值得注意的是，近年來(lái)提供X86微處理器的著名廠商AMD公司，將Am186CC/CH/CU等嵌入式處理器也稱為Microcontroller，Motorola公司把以Power PC為基礎(chǔ)的PPC505和PPC555列入單片機(jī)行列，TI公司也將其TMS320C2XXX系列DSP作為MCU來(lái)推廣應(yīng)用。&l

63、t;/p><p>　　2.2.3嵌入式DSP（Embedded Digital Signal Processor, EDSP）</p><p>　　DSP對(duì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和指令進(jìn)行了特殊設(shè)計(jì)，使其適合于執(zhí)行DSP算法，編譯效率較高，指令執(zhí)行速度也較高。在數(shù)字濾波、FFT、譜分析等方面，DSP算法正在大量進(jìn)入嵌入式領(lǐng)域。</p><p>　　推動(dòng)嵌入式DSP發(fā)展的一個(gè)重要因素是

64、嵌入式系統(tǒng)的智能化。例如，各種帶有智能邏輯的消費(fèi)類產(chǎn)品、生物信息識(shí)別終端、帶有加解密算法的鍵盤、ADSL接入、實(shí)時(shí)語(yǔ)音壓縮解壓系統(tǒng)、虛擬現(xiàn)實(shí)顯示，等等。這類智能化算法一般運(yùn)算量都比較大，特別是向量運(yùn)算、指針線性尋址等較多，而這些正是DSP的長(zhǎng)處所在。</p><p>　　嵌入式DSP有兩個(gè)發(fā)展來(lái)源，一是DSP經(jīng)過(guò)單片化、EMC改造、增加片上外設(shè)成為嵌入式DSP，TI的TMS320C2000/C5000等屬于此范疇

65、；二是在通用單片機(jī)或片上系統(tǒng)（SOC）中增加DSP協(xié)處理器，例如Intel的MCS-296。</p><p>　　嵌入式DSP比較有代表性的產(chǎn)品是Texas Instruments的TMS320系列和Motorola的DSP56000系列。TMS320系列處理器包括用于控制的C2000系列，用于移動(dòng)通信的C5000系列，以及性能更高的C6000和C8000系列。DSP56000目前已經(jīng)發(fā)展成為DSP56000，D

66、SP56100，DSP56200和DSP56300等幾個(gè)不同系列的處理器。DSP的設(shè)計(jì)者們把重點(diǎn)放在了處理連續(xù)的數(shù)據(jù)流上。如果嵌入式應(yīng)用中強(qiáng)調(diào)對(duì)連續(xù)的數(shù)據(jù)流的處理及高精度復(fù)雜運(yùn)算，則應(yīng)該選用DSP器件。</p><p>　　2.2.4嵌入式片上系統(tǒng)（System On Chip）</p><p>　　隨著VLSI設(shè)計(jì)的普及和半導(dǎo)體工藝的迅速發(fā)展，可以在一塊硅片上實(shí)現(xiàn)一個(gè)更為復(fù)雜的系統(tǒng)，這就

67、是SOC（System on-Chip）。各種通用處理器內(nèi)核和其他外圍設(shè)備都將成為SOC設(shè)計(jì)公司的標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)中的器件，用標(biāo)準(zhǔn)的VHDL等硬件描述語(yǔ)言描述。用戶只需定義出整個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)，仿真通過(guò)后就可以將設(shè)計(jì)圖交給半導(dǎo)體工廠制作芯片樣品。這樣，整個(gè)嵌入式系統(tǒng)大部分都可以集成到一塊芯片中去，應(yīng)用系統(tǒng)的電路板將變得很簡(jiǎn)潔，這將有利于減小體積和功耗，提高系統(tǒng)的可靠性。</p><p>　　SOC可以分為通用和專用兩類。通用系列

68、包括Motorola的M-Core、某些ARM系列器件、Echelon 和Motorola聯(lián)合研制的Neuron芯片等。專用SOC一般專用于某類系統(tǒng)中，不為一般用戶所知。一個(gè)有代表性的產(chǎn)品是Philips的Smart XA，它將XA單片機(jī)內(nèi)核和支持超過(guò)2048位復(fù)雜RSA算法的CCU單元制作在一塊硅片上，形成一個(gè)可加載JAVA或C語(yǔ)言的專用的SOC，可用于Internet安全方面。</p><p>　　2.3典型

69、的嵌入式操作系統(tǒng)</p><p>　　從20世紀(jì)80年代開(kāi)始，市場(chǎng)上出現(xiàn)了各種各樣的嵌入式操作系統(tǒng)，這些操作系統(tǒng)都是為專有系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的，從而逐步演化成了現(xiàn)在多種形式的商用嵌入式操作系統(tǒng)百家爭(zhēng)鳴的局面。這些操作系統(tǒng)有VxWork、pSOS、Neculeus、QNX、Linux和Windows CE等。</p><p>　　2.3.1 Linux</p><p>　　Li

70、nux是目前最為流行的一款開(kāi)放源代碼的操作系統(tǒng)，從1991年問(wèn)世到現(xiàn)在，不僅在PC平臺(tái)，還在嵌入式應(yīng)用中大放光彩，逐漸形成了與其他商業(yè)EOS抗衡的局面。目前正在開(kāi)發(fā)的嵌入式系統(tǒng)中，70%以上的項(xiàng)目選擇Linux作為嵌入式操作系統(tǒng)。</p><p>　　經(jīng)過(guò)改造后的嵌入式Linux具有適合于嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn)。</p><p>　　內(nèi)核精簡(jiǎn)，高性能、穩(wěn)定；</p><p&g

71、t;<b>　　良好的多任務(wù)支持；</b></p><p>　　適用于不同的CPU體系架構(gòu)：支持多種體系架構(gòu)，如X86、ARM、MIPS、 ALPHA、SPARC等；</p><p>　　可伸縮的結(jié)構(gòu)：可伸縮的結(jié)構(gòu)使Linux適合于從簡(jiǎn)單到復(fù)雜的各種嵌入式應(yīng)用；</p><p>　　外設(shè)接口統(tǒng)一：以設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的方式為應(yīng)用提供統(tǒng)一的

72、外設(shè)接口；</p><p>　　開(kāi)放源碼，軟件資源豐富：廣泛的軟件開(kāi)發(fā)者的支持，價(jià)格低廉，結(jié)構(gòu)靈活，適用面廣；</p><p>　　完整的技術(shù)文檔，便于用戶的二次開(kāi)發(fā)。</p><p>　　2.3.2 C/OS-Ⅱ</p><p>　　C/OS-Ⅱ是Jean J. Labrosse在1990年前后編寫(xiě)的一個(gè)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)內(nèi)核。名稱C/OS-II

73、來(lái)源于術(shù)語(yǔ)Micro-Controller Operating System（微控制器操作系統(tǒng)）。它通常也稱為MUCOS或者UCOS。</p><p>　　嚴(yán)格地說(shuō)，C/OS-Ⅱ只是一個(gè)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)內(nèi)核，它僅僅包含了任務(wù)調(diào)度、任務(wù)管理、時(shí)間管理、內(nèi)存管理和任務(wù)間通信和同步等基本功能，沒(méi)有提供輸入輸出管理、文件管理、網(wǎng)絡(luò)等額外的服務(wù)。但由于C/OS-Ⅱ良好的可擴(kuò)展性和源碼開(kāi)放，這些功能完全可以由用戶根據(jù)需要自己實(shí)現(xiàn)

74、。</p><p>　　C/OS-Ⅱ的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)一個(gè)基于優(yōu)先級(jí)調(diào)度的搶占式實(shí)時(shí)內(nèi)核，并在這個(gè)內(nèi)核之上提供最基本的系統(tǒng)服務(wù)，例如信號(hào)量、郵箱、消息隊(duì)列、內(nèi)存管理、中斷管理等。雖然C/OS-Ⅱ并不是一個(gè)商業(yè)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，但C/OS-Ⅱ的穩(wěn)定性和實(shí)用性卻被數(shù)百個(gè)商業(yè)級(jí)的應(yīng)用所驗(yàn)證，其應(yīng)用領(lǐng)域包括便攜式電話、運(yùn)動(dòng)控制卡、自動(dòng)支付終端、交換機(jī)等。</p><p>　　C/OS-Ⅱ獲得廣泛使用不僅僅是

75、因?yàn)樗脑创a開(kāi)放，還有一個(gè)重要原因，就是它的可移植性。C/OS-Ⅱ的大部分代碼都是用C語(yǔ)言寫(xiě)成的，只有與處理器的硬件相關(guān)的一部分代碼用匯編語(yǔ)言編寫(xiě)?？梢哉f(shuō)，C/OS-Ⅱ在最初設(shè)計(jì)時(shí)就考慮到了系統(tǒng)的可移植性，這一點(diǎn)和同樣源碼開(kāi)放的Linux很不一樣，后者在開(kāi)始的時(shí)候只是用于x86體系結(jié)構(gòu)，后來(lái)才將和硬件相關(guān)的代碼單獨(dú)提取出來(lái)。</p><p>　　目前C/OS-Ⅱ支持ARM、PowerPC、MIPS、68k/Col

76、dFire和x86等多種體系結(jié)構(gòu)。 </p><p>　　2.3.3 Windows CE</p><p>　　從多年前發(fā)表Windows CE開(kāi)始，微軟就開(kāi)始涉足嵌入式操作系統(tǒng)領(lǐng)域，如今歷經(jīng)WinCE 2.0、3.0，新一代的WinCE呼應(yīng)微軟.NET的意愿，定名為“Windows CE.NET”（目前最新版本為5.0）。WinCE主要應(yīng)用于PDA，以及智能電話（smart phone）

77、等多媒體網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品。微軟于2004年推出了代號(hào)為“Macallan”的新版WinCE系列的操作系統(tǒng)。</p><p>　　Windows CE.NET的目的，是讓不同語(yǔ)言所寫(xiě)的程序可以在不同的硬件上執(zhí)行，也就是所謂的.NET Compact Framework，在這個(gè)Framework下的應(yīng)用程序與硬件互相獨(dú)立無(wú)關(guān)。而核心本身是一個(gè)支持多線程以及多CPU的操作系統(tǒng)。在工作調(diào)度方面，為了提高系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性，主要設(shè)置了2

78、56級(jí)的工作優(yōu)先級(jí)以及可嵌入式中斷處理。</p><p>　　如同在PC Desktop環(huán)境，Windows CE系列在通信和網(wǎng)絡(luò)的能力，以及多媒體方面極具優(yōu)勢(shì)。其提供的協(xié)議軟件非常完整，如基本的PPP、TCP/IP、IrDA、ARP、ICMP、Wireless Tunable TCP/IP、PPTP、SNMP、HTTP，等等幾乎應(yīng)有盡有，甚至還提供了有保密與驗(yàn)證的加密通信，如PCT/SSL。而在多媒體方面，目前

79、在PC上執(zhí)行的Windows Media和DirectX都已經(jīng)應(yīng)用到Windows CE 3.0以上的平臺(tái)。這些包括Windows Media Technologies 4.1、Windows Media Player 6.4 Control、DirectDraw API、DirectSound API和DirectShow API，其主要功能就是對(duì)圖形、影音進(jìn)行編碼譯碼，以及對(duì)多媒體信號(hào)進(jìn)行處理。 </p><p&

80、gt;　　第三章 基于ARM9處理器的硬件開(kāi)發(fā)平臺(tái)</p><p>　　3.1 ARM處理器簡(jiǎn)介</p><p>　　3.1.1 ARM公司簡(jiǎn)介</p><p>　　ARM（Advanced RISC Machines），既可以認(rèn)為是一個(gè)公司的名字，也可以認(rèn)為是對(duì)一類微處理器的通稱，還可以認(rèn)為是一種技術(shù)的名字。</p><p>　　1991

81、年ARM公司成立于英國(guó)劍橋，主要出售芯片設(shè)計(jì)技術(shù)的授權(quán)。目前，采用ARM技術(shù)知識(shí)產(chǎn)權(quán)（IP）核的微處理器，即我們通常所說(shuō)的ARM微處理器，已遍及工業(yè)控制、消費(fèi)類電子產(chǎn)品、通信系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、無(wú)線系統(tǒng)等各類產(chǎn)品市場(chǎng)，基于ARM技術(shù)的微處理器應(yīng)用約占據(jù)了32位RISC微處理器75％以上的市場(chǎng)份額，ARM技術(shù)正在逐步滲入到我們生活的各個(gè)方面。</p><p>　　ARM公司是專門從事基于RISC技術(shù)芯片設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的公司，

82、作為知識(shí)產(chǎn)權(quán)供應(yīng)商，本身不直接從事芯片生產(chǎn)，靠轉(zhuǎn)讓設(shè)計(jì)許可由合作公司生產(chǎn)各具特色的芯片，世界各大半導(dǎo)體生產(chǎn)商從ARM公司購(gòu)買其設(shè)計(jì)的ARM微處理器核，根據(jù)各自不同的應(yīng)用領(lǐng)域，加入適當(dāng)?shù)耐鈬娐罚瑥亩纬勺约旱腁RM微處理器芯片進(jìn)入市場(chǎng)。目前，全世界有幾十家大的半導(dǎo)體公司都使用ARM公司的授權(quán)，因此既使得ARM技術(shù)獲得更多的第三方工具、制造、軟件的支持，又使整個(gè)系統(tǒng)成本降低，使產(chǎn)品更容易進(jìn)入市場(chǎng)被消費(fèi)者所接受，更具有競(jìng)爭(zhēng)力。</p&

83、gt;<p>　　3.1.2 ARM微處理器系列</p><p>　　ARM微處理器目前包括下面幾個(gè)系列，以及其它廠商基于ARM體系結(jié)構(gòu)的處理器，除了具有ARM體系結(jié)構(gòu)的共同特點(diǎn)以外，每一個(gè)系列的ARM微處理器都有各自的特點(diǎn)和應(yīng)用領(lǐng)域。</p><p><b>　　－ARM7系列</b></p><p><b>　?。?/p>

84、ARM9系列</b></p><p><b>　?。瑼RM9E系列</b></p><p>　　－ARM10E系列</p><p>　?。璖ecurCore系列</p><p>　　－Inter的Xscale</p><p>　?。璉nter的StrongARM</p

85、><p>　　其中，ARM7、ARM9、ARM9E和ARM10為4個(gè)通用處理器系列，每一個(gè)系列提供一套相對(duì)獨(dú)特的性能來(lái)滿足不同應(yīng)用領(lǐng)域的需求。SecurCore系列專門為安全要求較高的應(yīng)用而設(shè)計(jì)</p><p>　　3.2 ARM9微處理器簡(jiǎn)介</p><p>　　由于開(kāi)發(fā)平臺(tái)使用了基于ARM9核心的處理器，因此將重點(diǎn)介紹這款處理器。目前市場(chǎng)上主流的ARM處理器基本上都

86、是使用ARM7或ARM9的。兩者在性能上有不小的差異，不過(guò)這也正符合各種產(chǎn)品的需要。</p><p>　　3.2.1 ARM9處理器的特點(diǎn)</p><p>　　ARM9系列微處理器在高性能和低功耗特性方面提供最佳的性能。具有以下特點(diǎn)：</p><p>　?。?級(jí)整數(shù)流水線，指令執(zhí)行效率更高。</p><p>　　－提供1.1MIPS/MH

87、z的哈佛結(jié)構(gòu)。</p><p>　　－支持32位ARM指令集和16位Thumb指令集。</p><p>　?。С?2位的高速AMBA總線接口。</p><p>　?。阅艿腗MU，支持Windows CE、Linux、Palm OS等多種主流嵌入式操作系統(tǒng)。</p><p>　　－MPU支持實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。</p>&

88、lt;p>　?。С?jǐn)?shù)據(jù)Cache和指令Cache，具有更高的指令和數(shù)據(jù)處理能力。</p><p>　　ARM9系列微處理器主要應(yīng)用于無(wú)線設(shè)備、儀器儀表、安全系統(tǒng)、機(jī)頂盒、高端打印機(jī)、數(shù)字照相機(jī)和數(shù)字?jǐn)z像機(jī)等。</p><p>　　ARM9系列微處理器包含ARM920T、ARM922T和ARM940T三種類型，以適用于不同的應(yīng)用場(chǎng)合。</p><p>　　3

89、.2.2 三星S3C2410處理器詳解</p><p>　　本設(shè)計(jì)使用的硬件平臺(tái)是博睿工作室開(kāi)發(fā)的MC2410E開(kāi)發(fā)板，其中央處理器采用韓國(guó)三星電子公司的S3C2410。這塊處理器是一款基于ARM920T內(nèi)核的16/32位RISC嵌入式微處理器，主要面向手持式設(shè)備以及高性價(jià)比、低功耗的應(yīng)用。 </p><p>　　ARM920T核由ARM9TDMI ,存儲(chǔ)管理單元(MMU)和高速緩存三部分

90、組成。其中，MMU可以管理虛擬內(nèi)存，高速緩存由獨(dú)立的16KB地址和16KB數(shù)據(jù)高速Cache組成。ARM920T有兩個(gè)內(nèi)部協(xié)處理器:CP14和CP15。CPl4用于調(diào)試控制，CP15用于存儲(chǔ)系統(tǒng)控制以及測(cè)試控制。</p><p>　　S3C2410的資源包括:</p><p>　　1個(gè)LCI7控制器(支持ST1V和TFT帶有觸摸屏的液晶顯示屏)。</p><p>&

91、lt;b>　　SRAM控制器。</b></p><p><b>　　3個(gè)通道的UART</b></p><p><b>　　4個(gè)通道的DMA</b></p><p>　　4個(gè)具有PWM功能的計(jì)時(shí)器和1個(gè)內(nèi)部時(shí)鐘、</p><p>　　8通道的10位ADC</p>&l

92、t;p><b>　　觸摸屏接口。</b></p><p><b>　　I2S總線接口。</b></p><p>　　2個(gè)USB主機(jī)接口，1個(gè)USB設(shè)備接口。</p><p><b>　　2個(gè)SPI接口。</b></p><p>　　SD接口和MMC卡接口。</p&g

93、t;<p><b>　　看門狗計(jì)數(shù)器。</b></p><p>　　117位通用I/O口和24位外部中斷源。</p><p>　　8通道10位AD控制器。</p><p>　　在時(shí)鐘方面S3C2410也有突出的特點(diǎn)，該芯片集成了一個(gè)具有日歷功能的RTC和具有PLL ( MPLL和UPLL)的芯片時(shí)鐘發(fā)生器。MPLL產(chǎn)生主時(shí)鐘，能夠

94、使處理器工作頻率最高達(dá)到203MHz。這個(gè)工作頻率能夠使處理器輕松運(yùn)行于Windows CE, Linux等操作系統(tǒng)以及進(jìn)行較為復(fù)雜的信息處理。UPLL產(chǎn)生實(shí)現(xiàn)主從USB功能的時(shí)鐘。</p><p>　　S3C2410將系統(tǒng)的存儲(chǔ)空間分成8組(Bank ),每組的大小是128MB，共1GB。BankO到Bank5的開(kāi)始地址是固定的，用于RAM或SRAM 。 Bank6和Bank7用于ROM、SRAM或SDRAM，

95、這兩個(gè)組可編程而且大小相同。Bank7的開(kāi)始地址是Bank6的結(jié)束地址，靈活可變。所有內(nèi)存塊的訪問(wèn)周期都可編程。S3C2410采用nGCS[7:0] 8個(gè)通用片選信號(hào)選擇這些組。</p><p>　　S3C2410支持從NAND Flash啟動(dòng)，NAND Flash具有容量大、比NOR Flash價(jià)格低等特點(diǎn)。系統(tǒng)采用NAND Flash一與SDRAM組合，可以獲得非常高的性價(jià)比。S3C2410具有三種啟動(dòng)方式，

96、可通過(guò)OM[1:0]管腳進(jìn)行選擇:</p><p>　　OM[1:0]=00時(shí)處理器從NAND Flash啟動(dòng)；</p><p>　　OM[1:0]=01時(shí)處理器從16位寬的ROM啟動(dòng)；</p><p>　　OM[1:0]=10時(shí)處理器從32位寬的ROM啟動(dòng)。</p><p>　　用戶可以將引導(dǎo)代碼和操作系統(tǒng)鏡像存放在外部的NAND Fla

97、sh中，并從NAND Flash啟動(dòng)。當(dāng)處理器在這種模式下上電復(fù)位時(shí)，內(nèi)置的NAND Flash將訪問(wèn)控制接口，并將引導(dǎo)代碼自動(dòng)加載到內(nèi)部SRAM(此時(shí)該SRAM定位于起始地址空間0x00000000，容量為4KB)并且運(yùn)行。之后，SRAM中的引導(dǎo)程序?qū)⒉僮飨到y(tǒng)鏡像加載到SDRAM中，操作系統(tǒng)就能夠在SDRAM中運(yùn)行。啟動(dòng)完畢后，4KB的啟動(dòng)SRAM就可以用于其他用途。如果從其他方式啟動(dòng)，啟動(dòng)ROM就要定位于內(nèi)存的起始地址空間0x000

98、00000，處理器直接在ROM上運(yùn)行啟動(dòng)程序，而4KB啟動(dòng)SRAM被定位于內(nèi)存地址的0x40000000處。</p><p>　　S3C2410K對(duì)于片內(nèi)的各個(gè)部件采用了獨(dú)立的電源供給方式:</p><p>　　內(nèi)核采用1.8V供電；</p><p>　　存儲(chǔ)單元采用3.3V獨(dú)立供電，對(duì)于一般SDRAM可以采用3.3V，對(duì)于移動(dòng)SDRAM可以采用VDD等于1.8/2

99、.5 V ；</p><p>　　VDDQ等于3.0/3.3 V；</p><p>　　I/O采用獨(dú)立3.3V供電。</p><p>　　3.3 MC2410E開(kāi)發(fā)板</p><p>　　3.3.1開(kāi)發(fā)板外觀以及硬件資源</p><p>　　MC2410E開(kāi)發(fā)板外觀及接口布局如圖3-1所示：</p>&l

100、t;p>　　圖3-1 MC2410E開(kāi)發(fā)板外觀及接口布局</p><p>　　3.3.2核心板外觀以及硬件資源</p><p>　　核心板正面外觀及布局圖如圖3-2所示：</p><p>　　圖3-2 核心板正面外觀及布局圖</p><p>　　核心板背面外觀及布局圖如圖3-3所示： </p><p>　　圖3

101、-3 核心板背面外觀及布局圖</p><p>　　MC2410E核心板采用6層板設(shè)計(jì)，面積為6.78cmX4.32cm，通過(guò)200PIN DDR SDRAM接口將所有資源引出。核心板走線經(jīng)過(guò)精心的優(yōu)化，穩(wěn)定可靠。同時(shí)具有高度集成和可配置性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)：板上集成了CS8900A 10M以太網(wǎng)卡芯片和UDA1341TS音頻芯片，簡(jiǎn)化了擴(kuò)展板的設(shè)計(jì)，為用戶的二次開(kāi)發(fā)節(jié)約了寶貴的時(shí)間和精力；核心板的FLASH和SDRAM可以

102、根據(jù)用戶的需要自由配置，F(xiàn)LASH可以選擇為容量為1M、2M、4M NOR FLASH或者8M、16M、32M、64M、128M的NAND FLASH，SDRAM的容量可選擇為16M、32M、64M、128M字節(jié)，同時(shí)板上集成的以太網(wǎng)功能和音頻功能也可自由選擇，當(dāng)不選擇板上集成以太網(wǎng)功能或集成音頻功能時(shí)，該功能相關(guān)的所有引腳將通過(guò)接口引出，用戶可根據(jù)自己的實(shí)際需要在擴(kuò)展板上實(shí)現(xiàn)。核心板供電電壓可選擇為5V或者3.3V。正由于MC2410

103、E的高度靈活性，從而使之可以滿足用戶從低端到高端的各種需求。</p><p>　　第四章 Windows CE. NET操作系統(tǒng)平臺(tái)搭建</p><p>　　4.1 Windows CE操作系統(tǒng)介紹</p><p>　　Windows CE是微軟推出的一個(gè)功能強(qiáng)大的、開(kāi)放的32位實(shí)時(shí)的嵌入式操作系統(tǒng)，適用于快速構(gòu)建新一代內(nèi)存少、體積小的智能設(shè)備。隨著網(wǎng)絡(luò)、通信和芯

104、片等技術(shù)的飛速發(fā)展，嵌入式操作系統(tǒng)不僅在家用電器、移動(dòng)電話、掌上電腦和娛樂(lè)設(shè)備等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景，在通信設(shè)備、工業(yè)控制、航空航天、交通以及軍事武器等領(lǐng)域也有著不可替代的作用。</p><p>　　Windows CE的外觀很像Windows 95，這樣用戶看到的是一個(gè)熟悉的界面。它是在操作系統(tǒng)內(nèi)部用嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)一個(gè)Win32 AP工的子集，具有多線程、多任務(wù)、完全搶占式的特點(diǎn)，是專門為各種

105、有很嚴(yán)格資源限制的硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)的。Windows CE的模塊化設(shè)計(jì)使得應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)者能夠方便地定制嵌入式系統(tǒng)，以便適應(yīng)一系列不同的產(chǎn)品。</p><p>　　4.1.1 Windows CE的結(jié)構(gòu)</p><p>　　Windows CE操作系統(tǒng)采用了層狀體系結(jié)構(gòu)，如圖4-1所示。從邏輯功能的角度來(lái)看，從底到頂有硬件支持層、操作系統(tǒng)服務(wù)層和應(yīng)用層。 應(yīng)用層主要由應(yīng)用支持庫(kù)、應(yīng)用開(kāi)發(fā)組件等組

106、成，如MFC, ATL, NET, COM/DCOM, GWES,COMM, STORAGE等。</p><p>　　操作系統(tǒng)服務(wù)層包括CoreDLL, NK、設(shè)備管理、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、圖形系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)通信等。</p><p>　　CoreDLL的作用是隔離應(yīng)用和操作系統(tǒng)內(nèi)部的其他模塊，它是系統(tǒng)穩(wěn)定的一個(gè)保護(hù)性屏障。主要功能有兩類:外部調(diào)用系統(tǒng)功能的代理，實(shí)際是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)AP工的管理和按名稱調(diào)用;另

107、一類是類似字符串的處理、隨機(jī)數(shù)生成、時(shí)間計(jì)算等基本支持函數(shù)。</p><p>　　NK在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)體現(xiàn)為NK. exe，它是操作系統(tǒng)真正的核心。主要完成的功能是:處理器調(diào)度、內(nèi)存管理、異常處理、系統(tǒng)內(nèi)的通信機(jī)制、為其它部分提供核心調(diào)用例程、為系統(tǒng)范圍內(nèi)的調(diào)試提供支持。它的代碼非常的緊湊，始終運(yùn)行在較高的優(yōu)先級(jí)和處理器特權(quán)級(jí)別上，一般除了中斷處理例程外，系統(tǒng)其它的線程不能搶占內(nèi)核，并且在虛擬存儲(chǔ)管理模式下，內(nèi)核也總

108、是被禁止換出的，它存放在系統(tǒng)存儲(chǔ)空間的從0x2000000起始的位置。</p><p>　　設(shè)備管理運(yùn)行時(shí)體現(xiàn)為Device. exe，它是Windows CE設(shè)備管理的核心。它提供系統(tǒng)范圍內(nèi)基本的設(shè)備列表管理、即插即用管理、電源管理、工/0資源管理并實(shí)現(xiàn)了設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序得以工作的基本機(jī)制。</p><p>　　數(shù)據(jù)存儲(chǔ)運(yùn)行時(shí)體現(xiàn)為Filesys. exe，提供基本的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)能力。完整的磁盤

109、I/0存儲(chǔ)時(shí)，通過(guò)存儲(chǔ)管理，首先到達(dá)過(guò)濾層Filters、必要時(shí)將文件進(jìn)行一些處理如加密、壓縮等，然后交文件系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)程序完成最終的操作。</p><p>　　圖 4－1 Windows CE的體系結(jié)構(gòu)</p><p>　　圖形系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)體現(xiàn)為GWES. exe，是Windows CE提供的圖形用戶界面的實(shí)現(xiàn)部分，負(fù)責(zé)提供操作系統(tǒng)、應(yīng)用程序和用戶之間的交互接口。主要的功能是:基本的繪圖引擎、

110、窗口管理、界面的事件機(jī)制等。</p><p>　　硬件支持層的OAL ( OEM Adaptation Layer)是Windows CE操作系統(tǒng)OEM開(kāi)發(fā)者提供操作系統(tǒng)和具體硬件平臺(tái)的隔離手段，沒(méi)有固定的形態(tài)，主要是包括一些跟硬件有關(guān)的功能，例如處理器的專用支持代碼、總線控制器的驅(qū)動(dòng)、系統(tǒng)引導(dǎo)程序、系統(tǒng)初始化程序等。它主要包括部分驅(qū)動(dòng)程序、CPU支持包CSP ( CPU Support Package)和板級(jí)支