基于ARM的嵌入式系统设计

嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础的，能满足应用系统对价格、可靠性、体积、功耗等方面严格要求的专用计算机系统。 从二十世纪八十年起，国际上就有些组织和公司开始进行商用嵌入式系统和专用操作系统的研发。但是最初开发的嵌入式系统只是一个简单的功能较弱的产品，只能提供一些初始的管理功能。随着信息技术和半导体工艺的发展，32位微处理器的价格已经和8位机相近，有些时候从系统的整体成本考虑采用32位处理器的系统成本还会更低些，而且32位处理器的资源要比8位机丰富得多，这将使32位处理器逐渐成为市场的主流。现在随着嵌入式系统的功能增强，程序代码变得越来越复杂，传统的软件设计方式很难保证系统的可靠性和稳定性，使用嵌入式操作系统作为软件开发平台是解决这个问题的有效途径。目前国内外嵌入式实时操作系统的开发商有数十家，它们可以提供实时性较好、功能强大的内核，并提供编辑、编译和仿真的集成开发环境。当前，嵌入式系统正处在一个飞速发展的阶段，就技术和市场而言，嵌入式系统的应用将成为二十一世纪的热点之一。 本文主要研究基于ARM的嵌入式系统的设计。从成本、性能和功耗三方面考虑，系统硬件平台采用ARM微处理器。从系统的稳定性、可靠性和资源有效管理的角度，软件平台采用实时操作系统，操作系统可以将应用分解成多个任务，简化应用系统软件的设计。系统采取软硬件协同设计的方法完成整个平台的构建。 全文从硬件平台的设计、关键代码的设计、操作系统的移植和设备驱动程序的设计四方面阐述了基于ARM的嵌入式系统的设计过程。 硬件平台设计了两块基于ARM的开发板。论文从处理器选用、资源分布和单元电路的设计三方面，阐述了ARM开发平台的设计过程。研制这两套开发板的目的是建立一个基于ARM微处理器的开发平台，为嵌入式系统开发提供一个完整的硬件环境。 关键代码的设计包括启动代码、中断处理程序、重映射、Semihosting的处理和FLASH烧写程序的设计和开发。文章分析了各部分代码的设计流程，并给出关键程序流程图和部分源码。这些代码完成系统硬件和软件运行环境的初始化，是设计嵌入式系统开发的关键部分。 操作系统的移植过程中，实现了嵌入式系统对ARM微处理器的移植。在文中说明了uC/OS-Ⅱ的文件结构和ARM7的寄存器结构及运行模式，结 合具体源代码讨论了操作系统移植的实现流程。操作系统移植的目的是使实时内核能在ARM处理器平台上运行，是构建系统软件平台的基础。操作系统移植的技术难点在于开发者必须深入了解处理器和操作系统的体系结构。 在驱动程序的设计中，完成了串行通讯接口设备驱动程序的编写。文章最后说明对整个系统测试过程，结合信息产业的发展趋势对嵌入式系统的发展进行了讨论，并对今后要做的工作提出了一些建议。