基于ARM嵌入式系统的设计及其应用

刘丹

摘 要：21世纪现代计算机科技的两大重要分支就是嵌入式系统与PC系统，随着计算机通信技术以及网络技术的发展，嵌入式系统也取得了一定的进步，成为IT行业的重要发展内容。如今嵌入式系统在社会生活的各个领域都有应用，并且也获得了一定的成就，嵌入式系统能够改变人们的生活、工作，若能够将嵌入式系统与网络技术相结合，将实现更好地发展。本文就ARM嵌入式系统的设计及其应用进行探讨和分析。

关键词：ARM嵌入式系统；设计；应用

嵌入式系统的基础就是计算机技术，应用是核心部分，嵌入式系统中的硬件、软件都能够进行裁剪，使得计算机系统的功能需要、成本等得以满足。嵌入式系统能够结合用户的实际需要，裁剪系统的硬件以及软件，使其集成性得到提升，并减少体积以及功耗，有助于实现网络化、智能化的系统建设。ARM处理器拥有良好的性能，体积不大，功耗也比较高，最为主要的就是成本不高，将其与嵌入式系统相结合，能够获得更好地价值。

一、ARM与嵌入式系统概述

1、ARM

ARM架构，是一个32位元精简指令集中央处理器的架构，以ARM架构为基础生产出的产品功耗比较低，质量水平比较高，成本比较少，因此在嵌入式控制、多媒体、移动式应用以及DSP中有很好的应用。ARM32的体系结构是32位嵌入式RISC的微处理器结构[1]，在这个行业中处于先进水平，能够被ARM处理器共享。这种结构有很好的节能性，适合在移动通信领域中应用，满足该领域设计中的节能减耗需要。

2、嵌入式系统

嵌入式系统涉及以下部分，分别是处理器、储存器、输入输出以及相关软件等。系统中最为关键的部分就是嵌入式的处理器，嵌入式处理器目前有几千种，但是每一种嵌入式处理器都有自身的优势与特点，性能高，功耗以及成本比较少。储存器也是嵌入式系统中重要内容之一，需要与处理器相配套，要对储存器的容量以及稳定性给予关注。对于系统外围设备，需要依据实际需要以及处理器的情况进行全面的分析研究。

二、基于ARM嵌入式系统的设计应用

1、硬件设计

ARM嵌入式系统硬件设计过程中需要将用户的实际需要作为基本，对成本进行科学的控制，减少开发的难度；本次研究使用32位嵌入式处理器LPC2104芯片，体积不大，有很强的性能，并且功耗也比较低。

实际应用中，非插入式的JTAG调试是比较常见的方法，通过JTAG边界扫描，能够与ARM CPU进行通信。调试主机能够对ARM程序进行编译，通过调试程序开展调试工作。蜂鸣器的作用是能够报警，或者将指纹识别系统的工作情况反馈出来。LPC2104芯片有两组电源，电压为3.3V的I/O口供电电源以及1.5V的内核供电电源，通常选择电压为5V的电源芯片作为输入电源。使用I2C总线[2]，保证实现看门狗时钟电路与处理器之间的通讯，该系统使用X1228芯片，若电压明显大于或小于正常值，就需要马上复位，保存比较重要的数据信息。

利用键盘上的6个功能性按键，实现上、下、左、右、进入、退出的功能。

本系统使用SMG12864B点阵型LED的液晶，必须要先初始化，然后正常使用，能够显示出姓名、ID号、时间等相关信息，控制系统中包含一个数据地址页指针，一个数据地址列指针，为用户访问系统内部的RAM提供便利。

Flash存储器操作起来比较简单，成本不高，并且读写起来比较可靠，还能够擦写，因为这种优势在嵌入系统中应用比较多。该系统中使用的芯片是K9F6408u0b芯片，这是由三星公司研发的，能够很好的保存用户信息、指纹库中的数据以及出入情况等。

通讯模块是该系统中的重要内容，LPC2104芯片中有两个UART，其寄存器基本上是一样的，两个UART主要是与上位机的PC以及指纹识别模块进行通信。使用RS232协议和电平电路。

LPC2104的数据处理只针对寄存器中的内容，并不是储存器，能够减少操作的难度，将相关数据信息写入到发送缓冲区中，就能够实现数据的发送。利用FIQ中断接受数据，数据进入到接收缓冲区中，就会中断，然后就会开始执行中断程序。

本次研究中使用的设计系统主要是RS232电平转换芯片MAX3232，其具有两组RS232电平转换，能够使两口有效串联，并保证通信的正常推进。将MAX3232芯片的TTL/CMOS输入及输出信号与LPC2104的UART 的输入及输出相结合[3]，并将MAX3232的输入输出口与9针连接器的串口相连接。如果需要UART0，需要设置TXD0和RXD0管脚，然后再设置串口波特率和相应的工作模式，这些设置都结束后，才能够正常的开始发送、接收。

2、指纹识别模块与软件设计

设计嵌入式系统的硬件之后，通过UART0串口嵌入指纹识别模块能够使通信正常进行。本次设计中，一般使用SM-60指纹识别模块，功耗比较低。SM-60指纹识别模块中包含光学指纹传感器，并且设计DSP处理器和Flash等[4]，能够对指纹图像进行处理，将模板进行提取、配置和保存、搜索等，需要整合相关指令，保证其功能顺利实现。

本文研究的系统程序主要涉及管理和通讯两个方面的内容，将指纹识别模块协议作为主要的参考对系统的程序进行编写。发送指令帧，接受检验相关数据的准确性，同时将用户信息加入到数据库中，比如用户的ID号、姓名、门禁开关时间等。通过液晶屏菜单选择，增加、删减指纹库，修改个人信息等。利用LPC2104单片机，还能够对指纹进行录入，对图像进行处理，获取相关的特征，并生成模板，同时对其保存，搜索、对比指纹等。这些程序操作只需要按键就能够进行。

结束语：

总而言之，基于ARM嵌入式系统的指纹识别系统能够使得用户的基本需要得以满足，指纹识别系统将朝着嵌入式的方向發展，将指纹识别技术与嵌入式系统相结合，能够有效的控制系统成本，能够有效的识别出不同领域的身份特点，有很大的发展前景。

参考文献

[1]程小艳，胡毅. 基于ARM Cortex-M3内核的嵌入式多机通信系统设计与应用[J]. 仪表技术，2012，04：31-33+36.

[2]刘芳宇. 基于ARM嵌入式系统的设计及其应用[J]. 计算机光盘软件与应用，2012，09：173-174.

[3]杨泽林，何莉，陈亮文. ARM嵌入式系统课程教学辅助系统的设计与应用[J]. 计算机时代，2017，03：40-43.

[4]杜智敏，谢维波，谢毅勇. 基于ARM-Linux的GUI系统体系分析及其应用设计[J]. 计算机应用与软件，2011，10：127-130.