嵌入式考勤系统的研究与应用

2009-06-05涂娟

新媒体研究 2009年9期

关键词：多任务IC卡总线

涂　娟

[摘要]多年来嵌入式系统一直被应用在各个领域当中，它的优越性也被越来越多的人认识到，从硬件的角度讨论嵌入式系统在校园考勤系统中的新应用。

[关键词]考勤机 IC卡嵌入式Linux操作系统。

中图分类号：G47文献标识码：A文章编号：1671－7597（2009）0510045－01

一、嵌入式系统简介

嵌入式系统一般指非PC系统，有计算机功能但又不称之为计算机的设备或器材。它是以应用为中心，软硬件可裁减的，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗等综合性严格要求的专用计算机系统。简单地说，嵌入式系统集系统的应用软件与硬件于一体，类似于PC中BIOS的工作方式，具有软件代码小、高度自动化、响应速度快等特点，特别适合于要求实时和多任务的体系。嵌入式系统主要由嵌入式处理器、相关支撑硬件、嵌入式操作系统及应用软件系统等组成，它是可独立工作的“器件”。嵌入式系统的硬件部分，包括处理器/微处理器、存储器及外设器件和I/O端口、图形控制器等。嵌入式系统有别于一般的计算机处理系统，它不具备像硬盘那样大容量的存储介质，而大多使用EPROM、EEPROM或闪存（Flash Memory）作为存储介质。软件部分包括操作系统软件（要求实时和多任务操作）和应用程序编程。应用程序控制着系统的运作和行为；而操作系统控制着应用程序编程与硬件的交互作用。

二、嵌入式处理器特点

嵌入式系统的核心是嵌入式微处理器。嵌入式微处理器一般具备4个特点：（1）对实时和多任务有很强的支持能力，能完成多任务并且有较短的中断响应时间，从而使内部的代码和实时操作系统的执行时间减少到最低限度；（2）具有功能很强的存储区保护功能，这是由于嵌入式系统的软件结构已模块化，而为了避免在软件模块之间出现错误的交叉作用，需要设计强大的存储区保护功能，同时也有利于软件诊断；（3）可扩展的处理器结构，以能迅速地扩展出满足应用的高性能的嵌入式微处理器；（4）嵌入式微处理器的功耗必须很低，尤其是用于便携式的无线及移动的计算和通信设备中靠电池供电的嵌入式系统更是如此，功耗只能为mW甚至μW级。

三、嵌入式操作系统

嵌入式操作系统是一种支持嵌入式系统应用的操作系统软件，它是嵌入式系统（包括硬、软件系统）极为重要的组成部分，通常包括与硬件相关的底层驱动软件、系统内核、设备驱动接口、通信协议、图形界面、标准化浏览器等Browser。嵌入式操作系统具有通用操作系统的基本特点，如能够有效管理越来越复杂的系统资源；能够把硬件虚拟化，使得开发人员从繁忙的驱动程序移植和维护中解脱出来；能够提供库函数、驱动程序、工具集以及应用程序。与通用操作系统相比较，嵌入式操作系统在系统实时高效性、硬件的相关依赖性、软件固态化以及应用的专用性等方面具有较为突出的特点。嵌入式操作系统的种类有实时操作系统和非实时操作系统两种。

四、嵌入式Internet方法在考勤机中的运用

考勤机的硬件设计组成如图4.1所示。系统采用ARM控制器LPC2104为核心，LPC2104带有一个支持实时仿真和跟踪的ARM7TDMI-S CPU，并嵌入了128KB高速Flash存储器。与片内存储器控制器接口的ARM7局部总线、与中断控制器接口的AMBA高性能总线（AHB）和连接片内外设功能功能的VLSI外设总线（VPB、ARM AMBA总线的兼容超集）。LPC2104将ARM7TDMI-S配置为小端字节顺序。128位宽度的存储器接口和独特的加速结构使32位代码能够在最大时钟频率下运行。由于LPC2104具有非常小的尺寸和极低的功耗，因此非常适合本系统的需要。LPC2104还带有通用I/O口、LCD控制器、双UART，其中一个带有完全的调制解调器接口和带PLL的时钟发生器。

为能够运行嵌入式操作系统，使用了4Mb的Flash只读存储器，8Mb的DRAM。嵌入式操作系统、应用程序的代码和文件系统存储在Flash中，采用CS8900A以太网控制器为嵌入式控制器扩展了一个10Mbase的以太网端口将系统接入Internet。由于在系统运行时需要存储一些可配置信息，如本地IP地址、服务器IP地址、运行方式等，使用了串行EEPROM存储各种配置信息。为了具有良好的人机界面，设计了键盘和LCD显示。

IC卡读写器由滑动式卡座与I/O接口连接以及程序组成。IC卡座的连接电原理图如图4.2所示。系统上电即处于复位状态，P0.24通过T1控制IC卡的工作电源，P0.21由IC卡的SDA将数据串行输入，P0.22将时钟送SCL，P0.23为启动信号。