基于ARM7系列芯片嵌入式平臺上實現(xiàn)的設(shè)計方案

1、基于arm7系列芯片嵌入式平臺上實現(xiàn)的設(shè)計方案 本文介紹的辦法是在用7系列芯片s3c4510b和clinux構(gòu)建的平臺上實現(xiàn)的。在嵌入式系統(tǒng)設(shè)計過程中，系統(tǒng)的掉電庇護越來越受到重視囫圇掉電庇護實現(xiàn)的基本思路是：產(chǎn)生掉電信號，捕獲掉電信號和處理掉電信號。重點介紹這個過程的詳細實現(xiàn)。 系統(tǒng)防掉電設(shè)計的目的是：采納一種機制，使得系統(tǒng)在意外失去供電的狀況下，可以保證系統(tǒng)運行狀態(tài)確實定性以及記錄數(shù)據(jù)的完整性;當(dāng)系統(tǒng)供電復(fù)原后，現(xiàn)場數(shù)據(jù)可以準(zhǔn)時復(fù)原，避開應(yīng)用系統(tǒng)產(chǎn)生混亂。我們知道，在嵌入式系統(tǒng)設(shè)計與開發(fā)中越來越多地應(yīng)用嵌入式操作系統(tǒng)。因為操作系統(tǒng)的引入，數(shù)據(jù)的讀寫往往是通過文件的方式完成，而不是挺直對存儲

2、單元地址操作。用文件讀寫方式操作數(shù)據(jù)，在程序的運行過程中往往將數(shù)據(jù)暫存在易失性的存儲空間，如sdram，一旦系統(tǒng)意外失電，這些數(shù)據(jù)往往被走失。因此，當(dāng)系統(tǒng)意外失電時必需實行一定的措施舉行系統(tǒng)的掉電庇護，以避開系統(tǒng)產(chǎn)生混亂?？偟恼f來，防掉電程序的主要思路就是：產(chǎn)生掉電信號，捕獲掉電信號，處理掉電信號和數(shù)據(jù)以及現(xiàn)場狀態(tài)的復(fù)原。假如不引入操作系統(tǒng)，挺直對存儲單元舉行數(shù)據(jù)操作，每次操作的數(shù)據(jù)量小，可以利用中斷服務(wù)的方式舉行掉電庇護;而用文件的方式舉行數(shù)據(jù)操作，數(shù)據(jù)量普通比較大，因此基于中斷服務(wù)的方式舉行掉電庇護已經(jīng)不再牢靠。本文討論的對象是基于操作系統(tǒng)的較為復(fù)雜的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計過程中的掉電庇護。1掉電

3、庇護計劃實現(xiàn)的系統(tǒng)基礎(chǔ)掉電庇護是在由arm體系的硬件平臺和clinux嵌入式操作系統(tǒng)的基礎(chǔ)上實現(xiàn)的。arm7系列的微處理器支持八種類型的中斷處理。外部中斷哀求會在外部中斷引腳有效(普通是低電平)，并且程序狀態(tài)寄存器相關(guān)位(即cpsr的i控制位)設(shè)置為允許時得處處理器響應(yīng)。響應(yīng)后處理器進入中斷工作模式，pc被裝人中斷向量0x00000018.在這個地址單元存放中斷服務(wù)程序人口地址，中斷服務(wù)程序就可以被執(zhí)行。在掉電庇護計劃中，中斷服務(wù)程序很容易，就是將表示掉電的全局變量置位即可。這樣可以縮短程序執(zhí)行時光。flash存儲器是一種可在系統(tǒng)(in system)舉行電擦寫，電后信息不走失的存儲器。它具有

4、低功耗、大容量、可整片或分扇區(qū)在系統(tǒng)編程(燒寫)、擦除等特點，并且可由內(nèi)部嵌入的算法完成對芯片的操作，因而在各種嵌入式系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。作為一種非易失性存儲器。flash在系統(tǒng)中通常用于存放程序代碼、常量表以及一些在系統(tǒng)掉電后需要保存的用戶數(shù)據(jù)等。常用的flash為8位或16位的數(shù)據(jù)寬度，編程為單3.3v.與flash存儲器相比較，sdram不具有掉電保持數(shù)據(jù)的特性，但其存取速度大大高于flash存儲器，且具有讀/寫的屬性，因此，sdram在系統(tǒng)中主要用作程序的運行空間、數(shù)據(jù)及堆棧區(qū)。當(dāng)系統(tǒng)啟動時，cpu首先從復(fù)位地址0x0處讀取啟動代碼，在完成系統(tǒng)的初始化后，程序代碼普通應(yīng)調(diào)入sdra

5、m中運行，以提高系統(tǒng)的運行速度，同時，系統(tǒng)及用戶堆棧、運行數(shù)據(jù)也都放在sdram中。sdram的存儲單元可以理解為一個，總是傾向于放電，為避開數(shù)據(jù)走失，必需定時刷新(充電)。因此，要在系統(tǒng)中用法sdram，就要求微處理器具有刷新控制規(guī)律，或在系統(tǒng)中另外加入刷新控制規(guī)律，特殊的狀況是在系統(tǒng)失電后，要實行一種有效的機制確保將sdram中的數(shù)據(jù)寫入f1ash中。2基于掉電庇護計劃的硬件設(shè)計圖1是一種典型的嵌入式系統(tǒng)硬件設(shè)計計劃。系統(tǒng)的微處理器采納s3c4510b，是基于arm7體系結(jié)構(gòu)的。sdram是一種易失性存儲器作為程序的運行空間，類似于pc機的內(nèi)存;flash作為程序存儲空間是非易失性的。程序

6、運行過程中的數(shù)據(jù)往往緩存在sdram中，在系統(tǒng)失電時必需寫往flash.圖1 典型的嵌入式系統(tǒng)硬件設(shè)計計劃在系統(tǒng)中，需要用法5v和3.3v的直流。其中，s3c4510b及部格外圍器件需3.3v電源，另外部分器件需5v電源。為簡化系統(tǒng)電源電路的設(shè)計，要求囫圇系統(tǒng)的輸入電壓為高質(zhì)量的5v的直流穩(wěn)壓電源。有別于普通的電源回路設(shè)計，本系統(tǒng)的電源回路設(shè)計過程中增強了有關(guān)掉電庇護的設(shè)計。包含這個設(shè)計的系統(tǒng)電源電路2所示。圖2 電源電路管理這個電源回路除了可以提供5v和3.3v的電源以外，還為系統(tǒng)掉電庇護提供了延時及預(yù)警功能，通過軟件的協(xié)作可以實現(xiàn)系統(tǒng)的掉電庇護機制。正常狀況下，由供電回路1給囫圇系統(tǒng)供電。

7、當(dāng)系統(tǒng)因為意外緣由掉電時，因為輸入的比較電壓降低，這樣max809模塊輸出電壓產(chǎn)生翻轉(zhuǎn)為系統(tǒng)提供掉電中斷預(yù)警信號，中斷哀求通過外部中斷引腳xreq0產(chǎn)生;同時供電回路2開頭啟用。通過大電容c3、c4放電，繼續(xù)為系統(tǒng)提供一段供電電壓，支持掉電中斷服務(wù)程序完成。供電回路2只給最小系統(tǒng)供電，并不給耗電量大的外圍部件供電。這樣，給最小系統(tǒng)的供電時光足夠長，可以完成敏感數(shù)據(jù)的庇護操作。通過軟件測算，電容放電可供最小系統(tǒng)工作時光在0.54.5s之間。這種測算辦法很容易。編寫一個掉電中斷服務(wù)子程序，這個程序只是不斷舉行時光刷新操作。同樣，可以通過軟件測定在這段時光里向flash擦寫23mb.可見，在采納這種

8、硬件體制的狀況下，系統(tǒng)掉電庇護能夠得到牢靠的保證。3掉電信號處理軟件辦法的實現(xiàn)在clinux系統(tǒng)下，掉電信號的捕獲有兩種方式可以舉行。一種是運用系統(tǒng)調(diào)用，即采納void(*signal(intslg，void(*func)(int)(int)。這個函數(shù)可以為特定的中斷信號支配制訂的執(zhí)行函數(shù)，用參數(shù)func傳遞。在cllnux中，共有31個系統(tǒng)中斷信號，其中掉電信號為sigpwr.假設(shè)掉電中斷服務(wù)處理程序為void interrupt-service(int)，則中斷服務(wù)與信號關(guān)聯(lián)的方式為：signal(sigpwr，interrupt_service)。這種方式充分利用系統(tǒng)調(diào)用，實現(xiàn)容易。在掉

9、電庇護計劃設(shè)計初期也是采納這種機制。但事實證實這種機制并不行靠，其緣由是內(nèi)核產(chǎn)生和管理信號的機制并不完美，有可能存在信號走失。查閱有關(guān)unix或l1nux的相關(guān)資料，可以發(fā)覺這種情況也普遍存在于某些其他版本的linux和unix中。另一種方式是采納守候進程的方式，開通一個進程，此進程特地等待中斷信號。主程序按照數(shù)據(jù)操作對象的不同，將自己的流程計劃劃分成若干原子操作，所謂原子操作即劃定的程序塊要么徹低執(zhí)行，要么不執(zhí)行。每個操作對應(yīng)惟一狀態(tài)標(biāo)記。在每個原子操作前，主進程都將會通過管道通信的方式閱讀中斷信號。假如中斷信號產(chǎn)生，主進程首先保存狀態(tài)標(biāo)記，然后將相關(guān)數(shù)據(jù)寫往flash后退出，電源復(fù)原后，主進程首先按照標(biāo)記字確定系統(tǒng)復(fù)原計劃。圖3用流程圖的方式實現(xiàn)這一過程。圖3 利用守