嵌入式開發(fā)之路.doc

（1） 掌握主流嵌入式微處理器的結(jié)構(gòu)與原理 （2） 必須掌握一個嵌入式操作系統(tǒng) （3） 必須熟悉嵌入式軟件開發(fā)流程并至少做過一個嵌入式軟件項目。1） 嵌入式微處理器結(jié)構(gòu)與應用：這是一門嵌入式硬件基礎(chǔ)課程，我院用這門課取代了傳統(tǒng)的“微機原理與接口”課程uClinux就很實用。況且熟悉了Linux開發(fā)，不僅在嵌入式領(lǐng)域有用，對開發(fā)Linux應用軟件，對加深操作系統(tǒng)的認識也有幫助，可謂一舉多得。以下幾個方面的人特別難找，一是能將Linux移植到某個新型號的開發(fā)版上；二是能寫Linux驅(qū)動程序的人；三是熟悉Linux內(nèi)核裁減和優(yōu)化的人。我院在該嵌入式Linux方面的課程系列是：本科生操作系統(tǒng)必修課，然后是Linux程序設(shè)計選修課，最后是嵌入式Linux系統(tǒng)選修課。我院在Linux方面目前已有較強力量，魏老師和張老師熟悉Linux開發(fā)，金老師和唐老師熟悉Linux系統(tǒng)管理。第三類、 WindowsCE嵌入式操作系統(tǒng)：學過Windows程序設(shè)計課程的同學都不會有多大難度，這也是WinCE容易被人們接受的原因，開發(fā)環(huán)境方便快速，微軟的強大技術(shù)支持，WinCE開發(fā)難度遠低于嵌入式Linux。我院可能是全國高校中唯一一家開設(shè)專門的Windows CE嵌入式操作系統(tǒng)課程的學校，這主要是基于以下原因：我院本身前面便有Windows程序設(shè)計課程，同學學過VC+后再學WinCE,非常方便自然，總結(jié)關(guān)于嵌入式操作系統(tǒng)類課程，若您覺得自己功底較深且能鉆研下去，則可去學嵌入式Linux；若您覺得自己VC+功底較好且想短平快地學嵌入式開發(fā)，則我院的WinCE課程是最好的選擇。(3) 嵌入式開發(fā)的其它相關(guān)軟件課程 搞嵌入式若能熟悉嵌入式應用的一些主要領(lǐng)域，這樣的人更受企業(yè)歡迎。主要的相關(guān)領(lǐng)域包括： A、數(shù)字圖像壓縮技術(shù)：這是嵌入式最重要最熱門的應用領(lǐng)域之一，主要是應掌握MPEG編解碼算法和技術(shù)，如DVD、MP3、PDA、高精電視、機頂盒等都涉及MPEG高速解碼問題。為此，我院已預訂了一位能開設(shè)數(shù)字圖像處理課程的博士。 B、通信協(xié)議及編程技術(shù)：這包括傳統(tǒng)的TCP/IP協(xié)議和熱門的無線通信協(xié)議。首先，大多數(shù)嵌入式設(shè)備都要連入局域網(wǎng)或Internet，所以首先應掌握TCP/IP協(xié)議及其編程，這是需首要掌握的基本技術(shù)；其次，無線通信是目前的大趨勢，所以掌握無線通信協(xié)議及編程也是是很重要的。無結(jié)通信協(xié)議包括無線局域網(wǎng)通信協(xié)議802.11系列，Bluetooth，以及移動通信（如GPRS、GSM、CDMA等）。 C、網(wǎng)絡與信息安全技術(shù)：如加密技術(shù)，數(shù)字證書CA等。我院有這方面的選修課。 D、DSP技術(shù)：DSP是Digital Signal Process數(shù)字信號處理的意思，DSP處理器通過硬件實現(xiàn)數(shù)字信號處理算法，如高速數(shù)據(jù)采集、壓縮、解壓縮、通信等。數(shù)字信號處理是電子、通信等硬件專業(yè)的課程，對于搞軟件的人若能了解一下最好。目前DSP人才較缺。如果有信號與系統(tǒng)、數(shù)字信號處理等課程基礎(chǔ)，對于學習MPEG編解碼原理會有很大幫助。（4）嵌入式開發(fā)的相關(guān)硬件基礎(chǔ) 對于軟件工程專業(yè)的學生，從事嵌入式軟件開發(fā)，像數(shù)字電路、計算機組成原理、嵌入式微處理器結(jié)構(gòu)等硬件課程是較重要的。另外，匯編語言、C/C+、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法、特別是操作系統(tǒng)等軟件基礎(chǔ)課也是十分重要的。我們的主要目地是能看懂硬件工作原理，但重點應是在嵌入式軟件，特別操作系統(tǒng)級軟件，那將是我們的優(yōu)勢。 較好的模擬電路和單片機基礎(chǔ)，學嵌入式非常合適。嵌入式本身就是從單片機發(fā)展過來的，只是單片機不帶OS，另外，為追求更高速的信號處理速度，現(xiàn)在在一些速度要求較高的場合，有不少公司是將一些DSP算法，如MPEG壓縮解壓縮算法等用硬件來實現(xiàn)，這就涉及到HDL數(shù)字電路設(shè)計技術(shù)及其FPGA/IP核實現(xiàn)技術(shù)，這方面的人目前市場上也很缺。十一開發(fā)流程這里是我的開發(fā)流程1設(shè)計原理圖（含WIGGLER的JTAG訪真器）2設(shè)計PCB（含WIGGLER的JTAG訪真器）3制版4焊接電壓，確定電壓沒問題5焊接44B0+JTAG電路+WIGGLER的JTAG訪真器+周邊電路，用BANYANT+仿真器連接，BANYANT提示錯誤，但可以顯示44B0編號，好象是0X0F0F0F0F只類的，說明44B0沒問題6焊接晶體+RAM+ROM+周邊電路，用BANYANT+仿真器連接，可以顯示正確的44B0了7用BANYANT+仿真器連接，開AXD，在命令行窗口操作RAM，看可不可以修改，可以的話（用內(nèi)存窗口看RAM地址）RAM就沒問題可以用這個命令“setmem0xc000000,0xffffffff,32”我的RAM掛在BANK6上所以地址是0XC000000，你要是改了就也得改。8用我寫的自己寫了個C工程模板又寫了個使用說明里的方法調(diào)試程序吧，寫個簡單的，我當時寫個LED閃爍的。看好使不。9把程序按照FLASH燒寫總結(jié)里的燒到FLASH里，測試一下10按照UBOOT移植操作移植UBOOT11按照UCLINUX下載簡單說明下個UCLINUX12看看驅(qū)動開發(fā)的方法，自己寫個驅(qū)動看看13還有很多事東西著你玩呵呵/國外設(shè)計./epc/prod_SBC.htm清華的快速PCB制版系統(tǒng)論文之家查找已有論文題目基于ARM處理器的高速總線控制系統(tǒng)設(shè)計發(fā)布: 2008-5-01 08:34 | 作者: 楊秀 | 來源: 微計算機信息 | 查看: 44次摘要: 現(xiàn)場總線技術(shù)、嵌入式系統(tǒng)技術(shù)及Ethernet網(wǎng)絡技術(shù)的飛速發(fā)展，使得工業(yè)對于現(xiàn)場總線控制器的要求越來越高，幾種技術(shù)的結(jié)合是現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的一大趨勢，也是工業(yè)執(zhí)行實現(xiàn)智能化、網(wǎng)絡化、遠程控制化的客觀要求。本課題涉及的主要內(nèi)容有：Profibus-DP智能化從站的硬件選型，嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計和控制算法的研究。關(guān)鍵字: ARM, 現(xiàn)場總線, 控制系統(tǒng)1 引言目前,國內(nèi)外針對嵌入式總線控制器的研究日漸興起,不過它們多是針對特定的應用領(lǐng)域,比如環(huán)境監(jiān)測、網(wǎng)絡通信、醫(yī)療電子、視頻電話等,不具備工業(yè)現(xiàn)場控制器的通用性。嵌入式總線控制器應該具備如下特點:集成輸入輸出I/O點,能夠?qū)崿F(xiàn)現(xiàn)場控制;集成顯示和操作模塊,能夠?qū)崿F(xiàn)現(xiàn)場狀態(tài)顯示以及人機操作功能;具有多種網(wǎng)絡接口,可以和周圍設(shè)備互聯(lián)組成控制網(wǎng)絡;具有低成本的Ethernet的接口,能夠?qū)崿F(xiàn)遠程監(jiān)測和控制功能;控制系統(tǒng)穩(wěn)定可靠,可以實現(xiàn)網(wǎng)絡冗余控制;集成嵌入式操作系統(tǒng),支持多任務調(diào)度等。因此,研究基于嵌入式系統(tǒng)和控制網(wǎng)絡技術(shù)的嵌入式總線控制器是當前控制系統(tǒng)的一個發(fā)展趨勢。本文把現(xiàn)場總線技術(shù)與嵌入式技術(shù)有機的結(jié)合起來,研制出一種新型的高速現(xiàn)場總線控制器,使其具有更好的性能,以達到更優(yōu)的控制效果。2 控制器的硬件結(jié)構(gòu)現(xiàn)場總線是工業(yè)控制系統(tǒng)的新型通訊標準,是基于現(xiàn)場總線的低成本自動化系統(tǒng)技術(shù)?，F(xiàn)場總線技術(shù)的采用將帶來工業(yè)控制系統(tǒng)技術(shù)的革命。采用現(xiàn)場總線技術(shù)可以促進現(xiàn)場儀表的智能化、控制功能分散化、控制系統(tǒng)開放化,符合工業(yè)控制系統(tǒng)領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展趨勢。現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的特點是將控制完全分散,它對于工業(yè)控制器有新的要求,這主要體現(xiàn)在以下兩個方面:1. 實現(xiàn)現(xiàn)場一級的控制。 2. 具有一定的智能。本文所研究的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。圖1總線控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖現(xiàn)場總線是現(xiàn)場設(shè)備之間、現(xiàn)場設(shè)備與計算機之間通訊的橋梁。由于它能滿足過程控制和制造業(yè)自動化的需要,因而已成為工業(yè)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡中最為活躍的部分。本文選用應用十分廣泛的PROFIBUS現(xiàn)場總線作為總線控制系統(tǒng)的過程控制網(wǎng)絡。2.1 Profibus-DP智能化從站設(shè)計PROFIBUS是一個開放的標準體系,對于國內(nèi)的工控產(chǎn)品只要提供PROFIBUS接口和描述產(chǎn)品特性的GSD(設(shè)備數(shù)據(jù)庫文件)就可以加人任何PROFIBUS網(wǎng)絡。PROFIBUS-DP智能從站采用ARM單片機作為中央處理器,DP接口芯片采用西門子帶有微處理器的專用芯片SPC3。ARM微處理器負責將現(xiàn)場采集的信號進行處理、分析和分類,然后通過SPC3傳送到PROFIBUS-DP總線上去,同時監(jiān)測SPC3,接收DP主站傳送過來的指令和數(shù)據(jù),并進行相應的操作。ROFIBUS-DP智能從站結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。圖2 PROFIBUS-DP智能從站的結(jié)構(gòu)圖PROFIBUS-DP總線速度快、可靠性高、開放性好、抗干擾能力強,提高了生產(chǎn)效率和管理水平,將PROFIBUS-DP智能從站應用于現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)中能夠?qū)崿F(xiàn)控制的智能化、網(wǎng)絡化。2.2 ARM系列微處理器圖3 SPC3與RS485的接口電路圖現(xiàn)場總線控制器包括數(shù)據(jù)采集、前向通道、A/D、D/A轉(zhuǎn)換,與上位機通信等部分。它起到了現(xiàn)場總線與現(xiàn)場儀表之間的橋梁作用。CPU是總線控制器中最重要的資源,它的選擇至關(guān)重要。本文選用嵌入式uClinux為操作系統(tǒng),該系統(tǒng)不支持內(nèi)存管理功能,所以,在選擇系統(tǒng)硬件時,應選擇支持嵌入式系統(tǒng)而不支持MMU的CPU,因此,應選擇經(jīng)濟的ARM7TDMI的S3C44B0。微程序控制器(micro sequencer)控制整個SPC3的工作過程。SPC3內(nèi)部集成了完整的DP協(xié)議,其內(nèi)部的1.5K的雙口RAM作為與軟件/程序的接口。整個RAM被分為192段,每段8字節(jié)。通過中斷控制器通知處理器各種中斷信息和錯誤事件,中斷控制器最多可存儲16個中斷事件。中斷事件傳送到共同的中斷輸出,中斷控制器不提供優(yōu)先級和中斷矢量,通過屏蔽寄存器使能,由響應寄存器響應。SPC3有一個共同的中斷輸出,可以通過讀取中斷寄存器來判斷中斷源的性質(zhì)。SPC3內(nèi)部集成了一個看門狗,如果應用處理器有故障,則禁止PROFIBUS-DP通信,因而不影響外部設(shè)備。在UART中,SPC3能自動調(diào)整波特率,總線定時器直接控制串行總線的時序。SPC3極大地減輕了開發(fā)人員的工作量。SPC3與RS485的接口電路如圖3所示。2.3遠程監(jiān)控總線控制系統(tǒng)的PLC控制器采用SEIMENS S7-400系列的414-2DP,PLC控制器實現(xiàn)分布式系統(tǒng)和擴展通訊能力都很簡便,組成系統(tǒng)靈活自如,用戶友好性強,操作簡單,隨著應用的擴大,系統(tǒng)擴展無任何問題。該控制器作為Profibus-Dp現(xiàn)場總線的主站,決定總線的數(shù)據(jù)通信,對從站現(xiàn)場采集到的數(shù)據(jù)信息進行監(jiān)視和記錄。在總線控制系統(tǒng)中接入西門子工業(yè)以太網(wǎng)模塊CP443-1,用于將SIMATICS7-400連接到工業(yè)以太網(wǎng),以進行站間通訊和監(jiān)控系統(tǒng)的通訊。CP443-1基于TCP/IP協(xié)議,通過自帶的微處理器,獨立的處理工業(yè)以太網(wǎng)上的數(shù)據(jù)通訊,支持ISO、TCP/IP和UDP的多協(xié)議運行。CP443-1擁有一個預設(shè)的唯一IP地址,可通過網(wǎng)絡直接投入運行。CP443-1可以通過工業(yè)以太網(wǎng)直接調(diào)試,不需要現(xiàn)場PG,而且通過CP443-1自帶的微處理器,可以減輕CPU的通訊任務,并可建立附加的連接?？偩€控制系統(tǒng)接入以太網(wǎng)后,PC機可以通過以太網(wǎng)直接對PLC進行編程和監(jiān)控,無須工作人員到現(xiàn)場進行控制,這樣就實現(xiàn)了遠程監(jiān)控。3 模糊自整定PID控制算法的研究PID控制由于具有直觀、簡易、魯棒性好等優(yōu)點,成為工業(yè)過程控制中最為常用的控制方式。PID控制作為一種實用控制算法,被廣泛應用于過程控制和運動控制中,尤其適用于可建立精確模型的確定性系統(tǒng)。然而,實際工業(yè)生產(chǎn)過程往往具有非線性、時變不確定性,難以建立精確的數(shù)學模型,應用常規(guī)的PID控制器不能達到理想的控制效果,而且在實際生產(chǎn)現(xiàn)場中,由于受到參數(shù)整定方法復雜的困擾,常規(guī)PID控制器參數(shù)往往整定不良、性能欠佳,對運行工況的適應性很差。因而限制了其應用的廣泛性。由于操作者經(jīng)驗不易精確描述,控制進程中各種信號量以及評價指標不易定量表示,模糊理論是解決這一問題的有效途徑,所以人們運用模糊數(shù)學的基本理論和方法,把規(guī)則的條件、操作用模糊集表示,并把這些模糊控制規(guī)則以及有關(guān)信息(如評價指標、初始PID參數(shù)等)作為知識存入計算機知識庫中,然后計算機根據(jù)控制系統(tǒng)的實際響應情況(即專家系統(tǒng)的輸入條件),運用模糊推理,即可自動實現(xiàn)對PID參數(shù)的最佳調(diào)整,這就是模糊自適應PID控制。自適應模糊PID控制器以誤差e和誤差變化ec作為輸入,可以滿足不同時刻的e和ec對PID參數(shù)自整定的要求。利用模糊控制規(guī)則在線對PID參數(shù)進行修改,便構(gòu)成了自適應模糊PID控制器,其結(jié)構(gòu)如圖4所示。圖4自適應模糊PID控制器結(jié)構(gòu)4 嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計Linux是一種很受歡迎的類UNIX操作系統(tǒng),它免費并開放源代碼,在個人計算機、服務器領(lǐng)域應用廣泛。更重要的是,Linux采取模塊化設(shè)計,實際應用中可以實現(xiàn)定制,因此,Linux也適合于嵌入式領(lǐng)域。uClinux正是Linux的一個嵌入式版本,主要是針對嵌入式應用的特點作了較大的簡化和修改,因而特別適用于嵌入式應用。uClinux以其優(yōu)異的性能、免費開放的代碼等優(yōu)點,博得眾多嵌入式開發(fā)者的青睞。和過去基于簡單RTOS甚至沒有使用任何操作系統(tǒng)的嵌入式程序設(shè)計相比,基于Linux這樣成熟的、高效的、健壯的、可靠的、模塊化的、易于配置的操作系統(tǒng)來開發(fā)自己的應用程序,無疑能進一步提高效率,并具有很好的可移植性。對于一個實際的嵌入式產(chǎn)品而言,所