基于ARM的嵌入式软硬件系统设计与实现

2018-02-19刘振东

信息记录材料 2018年4期

关键词：外设嵌入式芯片

刘振东

（大连760研究所辽宁大连 116000）

1 引言

现阶段，嵌入式系统有着十分广阔的应用空间，需要科研人员对该项系统多加研究，以此设计出合理的系统框架，使其可以在基础教学、工厂生产中进行有效的应用，更好的发挥出对学生相关技能学习指导、工厂设备运行质量监控等作用。

2 ARM微处理器、嵌入式系统分析

在嵌入式系统中，发挥着关键性作用的是嵌入式微处理器。其中ARM微处理器，属于32位精简指令集计算机微处理器。该种微处理器的性能较好、成本极低，因此有着良好的应用系统适应性，在实际的应用中也可以减少工厂的运作成本。

嵌入式系统，指的是嵌入式计算机系统，结构包括：软件（系统的应用软件、操作系统）、硬件（系统的设备、处理器）两个部分。这种计算机的系统特点为：较低的能耗，以及较高的集成度，程序开发需要在特定的环境中进行开发，系统无法自行进行程序的开发，所有的系统应用程序均固定（固化）在芯片中。并且该种系统的性能较为稳定，可以长时间进行使用。因此学校和工厂在应用嵌入式系统时，需要在特定的场合下使用[1]。

3 基于ARM的嵌入式软硬件系统设计、实现的研究分析

3.1 功能需求的研究

在本文的该系统的设计中，需要结合学生、工业生产的需要进行详细的设计。因此在设计中，其系统硬件的接口设计，要具有通用性，并且可以满足学校实验分析的需要，且接口也可以进行扩展应用。软件设计中，需要设计完整的方案。首先在硬件设计中，其结构主要分为嵌入式处理器、电源和晶振电路，以及存储器、外设的电路这四个方面的结构。外设的接口可以分为USB接口、以太网接口、RS232串行接口、SD卡接口等，以适应各种不同的需要。其次在软件设计需求方面，需要进行操纵系统移植等的开发研究，使得系统的软件平台具有完整性[2]。

3.2 硬件设计

首先，需要选择合适的ARM微处理器。选择的该种微处理器芯片需要具备MMU的功能，具有着较高的时钟频率，以此才可以提高处理的工作效率。目前ARM芯片处理器的频率多处于20～133、100～233兆赫兹，型号为AMR7/9。同时选择的ARM芯片，需要具有较多的外接口控制器和DMA集成控制器，以此提高嵌入式系统的应用范围和数量，实现数据信息的快速、大量传输。此外，在芯片选择上，还需要重视成本问题，选择性能质量好、价格适中的芯片即可。本次设计中可以选择型号为S3C2440、MC9328MX21的ARM9芯片，其均符合上述嵌入式系统微处理器的选择标准，可以满足工厂设备监控、学校教学所需的各项要求，且价格较低。其次，设计硬件系统。本次设计出的系统可以实现微处理器、中央处理器之间的有效转换，并且可以在多平台上进行有效的应用。其具体的结构为子母板，设计人员可以将系统中涉及的一些重要的电路、外设电路，按照系统运行的需要，分别设置在子板、母板结构中，并使用金手指接口进行有效的联结处理。该种硬件系统设计结构较之于单板结构，具有着成本低、占用面积小的特点。最后需要进行外设电路的设计。研究中根据选择的ARM芯片，选择相应的网路控制器，具体的型号为CS8900，选择的接口为以太网。使用的ARM芯片为S3C2440时，需要通过芯片本身自带的触摸屏实现控制；使用MC9328MX21微处理器，进行触摸屏的控制时，需要借助于AD芯片来进行[3]。

3.3 软件设计

设计中，结构主要包括：系统软件、GUI、BootLoader、上层应用软件。其中的系统软件，包含有操作和文件两种嵌入式系统。在系统运行中，发挥着对硬软件的资源分配、控制、调度等作用，以及对涉及的所有运行文件进行有效存储、检查等多项功能进行实现。GUI，即就是图形用户接口层。用户在操作该嵌入式系统时，该功能下提供的设计界面，具有着操作简单、界面美观的优势。较之于以往使用的嵌入式系统，人们不用对系统的命令进行强迫记忆，在操作中，仅需要根据界面上展示的菜单栏、窗口栏来进行相应的操作即可。BootLoader，该项软件结构在系统运行中，属于其中的初始化设备的代码、程序，在其运行一段时间后，可以让该系统处于良好的运行环境中，促使设备作用的有效发挥。最后，则为上层应用软件。系统上层的接口，需要借助于操作系统，来实现软件开发。在软件平台的设计中，还要选择适合的嵌入式操作系统，目前常用的系统类型主要包括：Linux、VXWORKS、WINCE等系统。在Linux系统中，由于其具有着的稳定性、可靠性、多任务性、模块加载性等特点，在目前的应用领域较多，并且该系统可以和多种网络协议、硬件平台实现良好的适应和应用。如果嵌入式系统属于设计类的，应用该系统的效果较好。另一种系统则为VXWORKS系统，多使用在精密仪器的监测中。该系统在实际的应用中，具有着实时性强的热点，并且可以对系统中的各项任务进行有效的调度管理，以及各项信息之间的有效通信处理。但是该系统的使用成本较高。此外，还有WINCE系统，多应用在硬件较多的系统运行中。该系统在软件开发时的速度较快，并且开发时的操作较为便捷，其也存在着成本过高的局限性。在本次的系统设计中，可以选择Linux系统进行软件开发和应用[4]。