劉振東

（大連760研究所 遼寧 大連 116000）

1 引言

現(xiàn)階段，嵌入式系統(tǒng)有著十分廣闊的應用空間，需要科研人員對該項系統(tǒng)多加研究，以此設計出合理的系統(tǒng)框架，使其可以在基礎教學、工廠生產(chǎn)中進行有效的應用，更好的發(fā)揮出對學生相關技能學習指導、工廠設備運行質量監(jiān)控等作用。

2 ARM微處理器、嵌入式系統(tǒng)分析

在嵌入式系統(tǒng)中，發(fā)揮著關鍵性作用的是嵌入式微處理器。其中ARM微處理器，屬于32位精簡指令集計算機微處理器。該種微處理器的性能較好、成本極低，因此有著良好的應用系統(tǒng)適應性，在實際的應用中也可以減少工廠的運作成本。

嵌入式系統(tǒng)，指的是嵌入式計算機系統(tǒng)，結構包括：軟件（系統(tǒng)的應用軟件、操作系統(tǒng)）、硬件（系統(tǒng)的設備、處理器）兩個部分。這種計算機的系統(tǒng)特點為：較低的能耗，以及較高的集成度，程序開發(fā)需要在特定的環(huán)境中進行開發(fā)，系統(tǒng)無法自行進行程序的開發(fā)，所有的系統(tǒng)應用程序均固定（固化）在芯片中。并且該種系統(tǒng)的性能較為穩(wěn)定，可以長時間進行使用。因此學校和工廠在應用嵌入式系統(tǒng)時，需要在特定的場合下使用[1]。

3 基于ARM的嵌入式軟硬件系統(tǒng)設計、實現(xiàn)的研究分析

3.1 功能需求的研究

在本文的該系統(tǒng)的設計中，需要結合學生、工業(yè)生產(chǎn)的需要進行詳細的設計。因此在設計中，其系統(tǒng)硬件的接口設計，要具有通用性，并且可以滿足學校實驗分析的需要，且接口也可以進行擴展應用。軟件設計中，需要設計完整的方案。首先在硬件設計中，其結構主要分為嵌入式處理器、電源和晶振電路，以及存儲器、外設的電路這四個方面的結構。外設的接口可以分為USB接口、以太網(wǎng)接口、RS232串行接口、SD卡接口等，以適應各種不同的需要。其次在軟件設計需求方面，需要進行操縱系統(tǒng)移植等的開發(fā)研究，使得系統(tǒng)的軟件平臺具有完整性[2]。

3.2 硬件設計

首先，需要選擇合適的ARM微處理器。選擇的該種微處理器芯片需要具備MMU的功能，具有著較高的時鐘頻率，以此才可以提高處理的工作效率。目前ARM芯片處理器的頻率多處于20～133、100～233兆赫茲，型號為AMR7/9。同時選擇的ARM芯片，需要具有較多的外接口控制器和DMA集成控制器，以此提高嵌入式系統(tǒng)的應用范圍和數(shù)量，實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的快速、大量傳輸。此外，在芯片選擇上，還需要重視成本問題，選擇性能質量好、價格適中的芯片即可。本次設計中可以選擇型號為S3C2440、MC9328MX21的ARM9芯片，其均符合上述嵌入式系統(tǒng)微處理器的選擇標準，可以滿足工廠設備監(jiān)控、學校教學所需的各項要求，且價格較低。其次，設計硬件系統(tǒng)。本次設計出的系統(tǒng)可以實現(xiàn)微處理器、中央處理器之間的有效轉換，并且可以在多平臺上進行有效的應用。其具體的結構為子母板，設計人員可以將系統(tǒng)中涉及的一些重要的電路、外設電路，按照系統(tǒng)運行的需要，分別設置在子板、母板結構中，并使用金手指接口進行有效的聯(lián)結處理。該種硬件系統(tǒng)設計結構較之于單板結構，具有著成本低、占用面積小的特點。最后需要進行外設電路的設計。研究中根據(jù)選擇的ARM芯片，選擇相應的網(wǎng)路控制器，具體的型號為CS8900，選擇的接口為以太網(wǎng)。使用的ARM芯片為S3C2440時，需要通過芯片本身自帶的觸摸屏實現(xiàn)控制；使用MC9328MX21微處理器，進行觸摸屏的控制時，需要借助于AD芯片來進行[3]。

3.3 軟件設計

設計中，結構主要包括：系統(tǒng)軟件、GUI、BootLoader、上層應用軟件。其中的系統(tǒng)軟件，包含有操作和文件兩種嵌入式系統(tǒng)。在系統(tǒng)運行中，發(fā)揮著對硬軟件的資源分配、控制、調(diào)度等作用，以及對涉及的所有運行文件進行有效存儲、檢查等多項功能進行實現(xiàn)。GUI，即就是圖形用戶接口層。用戶在操作該嵌入式系統(tǒng)時，該功能下提供的設計界面，具有著操作簡單、界面美觀的優(yōu)勢。較之于以往使用的嵌入式系統(tǒng)，人們不用對系統(tǒng)的命令進行強迫記憶，在操作中，僅需要根據(jù)界面上展示的菜單欄、窗口欄來進行相應的操作即可。BootLoader，該項軟件結構在系統(tǒng)運行中，屬于其中的初始化設備的代碼、程序，在其運行一段時間后，可以讓該系統(tǒng)處于良好的運行環(huán)境中，促使設備作用的有效發(fā)揮。最后，則為上層應用軟件。系統(tǒng)上層的接口，需要借助于操作系統(tǒng)，來實現(xiàn)軟件開發(fā)。在軟件平臺的設計中，還要選擇適合的嵌入式操作系統(tǒng)，目前常用的系統(tǒng)類型主要包括：Linux、VXWORKS、WINCE等系統(tǒng)。在Linux系統(tǒng)中，由于其具有著的穩(wěn)定性、可靠性、多任務性、模塊加載性等特點，在目前的應用領域較多，并且該系統(tǒng)可以和多種網(wǎng)絡協(xié)議、硬件平臺實現(xiàn)良好的適應和應用。如果嵌入式系統(tǒng)屬于設計類的，應用該系統(tǒng)的效果較好。另一種系統(tǒng)則為VXWORKS系統(tǒng)，多使用在精密儀器的監(jiān)測中。該系統(tǒng)在實際的應用中，具有著實時性強的熱點，并且可以對系統(tǒng)中的各項任務進行有效的調(diào)度管理，以及各項信息之間的有效通信處理。但是該系統(tǒng)的使用成本較高。此外，還有WINCE系統(tǒng)，多應用在硬件較多的系統(tǒng)運行中。該系統(tǒng)在軟件開發(fā)時的速度較快，并且開發(fā)時的操作較為便捷，其也存在著成本過高的局限性。在本次的系統(tǒng)設計中，可以選擇Linux系統(tǒng)進行軟件開發(fā)和應用[4]。

4 結語

目前，我國的工業(yè)生產(chǎn)中離不開嵌入式系統(tǒng)的應用，同時社會中的許多行業(yè)對于掌握了豐富嵌入式系統(tǒng)相關知識的技能型人才有著極大的需求量，因此要設計出一款適應性較強，可靠性高、占地面積小、性能質量好的ARM嵌入式系統(tǒng)，為工業(yè)生產(chǎn)和學校的有效教學，提供助益。

[1]胡振國.基于ARM的嵌入式軟硬件系統(tǒng)設計與實現(xiàn)[D].電子科技大學，2010.

[2]趙一夔.基于ARMCortex-M3的嵌入式系統(tǒng)設計與實現(xiàn)[D].西安電子科技大學，2010.

[3]孫毅.基于ARM的手持終端PDA軟硬件系統(tǒng)設計[D].杭州電子科技大學，2009.

[4]李天佑.嵌入式網(wǎng)管軟硬件系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[J].計算機工程與設計，2006，(01)：145-148.