分析嵌入式系統(tǒng)文獻綜述嵌入式系統(tǒng)文獻綜述

1、分析嵌入式系統(tǒng)文獻綜述嵌入式系統(tǒng)文獻綜述 分析嵌入式系統(tǒng)文獻綜述嵌入式系統(tǒng)文獻綜述 導讀：展之中，如，嵌入式系統(tǒng)的硬件軟件協(xié)同設計方法；面向多目標，多任務的微內(nèi)核嵌入式操作系統(tǒng)；分布嵌入式系統(tǒng)的實時性問題，分布式計算，分布式信息交互與綜合處理；以及嵌入式系統(tǒng)的多目標交叉編譯和交叉調(diào)試工具的研究等。為解決嵌入式系統(tǒng)教學實驗平臺主要以培養(yǎng)軟件編程能力為主的缺點,本文ARM9實驗教學系統(tǒng)在設計時采用 開題報告（文獻綜述）（蘇州大學）1 引言在信息技術和X絡技術高速發(fā)展的后PC（PostPC）時代，嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)廣泛地滲透 到科學研究、工程設計、軍事技術、各類產(chǎn)業(yè)和商業(yè)文化藝術以及人們的日常生活等方方

2、面 面。嵌入式技術越來越和人們的生活緊密結合，成為最熱門的技術之一1。在嵌入式產(chǎn)品 日漸普及和迅速發(fā)展的背景下， 掌握嵌入式Linux軟件技術或者嵌入式硬件設計的開發(fā)人員已 經(jīng)成為社會急需。 目前國內(nèi)用于教學的嵌入式系統(tǒng)實驗系統(tǒng)，學生只能在此平臺上進行一些應用軟件開發(fā) 實驗。這些對于電子及相關專業(yè)的學生來說, 一方面他們得不到硬件設計能力的鍛煉, 另一 方面不能很好地了解硬件知識, 不便于培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力, 最終不能很好適應嵌入式系統(tǒng) 開發(fā)的要求。1.1 ARM9 嵌入式實驗教學系統(tǒng)的描述本教學實驗系統(tǒng)采用了核心主板加擴展板的設計方式, 提供基于微處理器的核心主板, 將微處理器所有的I/O全

3、部引出, 在核心主板上面只提供最基本的接口, 而對于一些特殊用 途的USB接口、以太X接口、GPRS接口和GPS接口, 以及X絡接口、音頻接口等，都以擴展板 形式提供, 這樣, 可以讓學生在實驗教學平臺上進行主流技術硬件電路設計實驗, 切實掌握 部分硬件工作原理。 實驗平臺建設最重要的內(nèi)容是微處理器的確定。本文采用已成為主流，成本低、性能高、 低功耗, 而且供貨廠家較多, 符合嵌入式系統(tǒng)發(fā)展趨勢, 目前是世界上應用最多的RISC體系 結構, 被廣泛應用在移動通信、消費電子、工業(yè)控制等領域的32位微處理器ARM9芯片:即三星 公司的S3C2440A芯片, 該芯片是目前國內(nèi)使用最廣的經(jīng)典ARM 芯

4、片, 非常適合教學, 充分體 現(xiàn)嵌入式系統(tǒng)對資源、成本、可靠性有嚴格需要的特點。第1頁共8頁1.2 ARM9 嵌入式實驗教學系統(tǒng)的設計與制作前景及意義在當今信息化社會中，嵌入式系統(tǒng)在人們的日常工作和生活中所占的份額，可能已超過 傳統(tǒng)意義的控制系統(tǒng)，這就是為什么我們的學生感到學的沒有用，而有用的又沒有學的原因。 在嵌入式系統(tǒng)及開發(fā)環(huán)境方面，目前仍有許多問題尚在研究發(fā)展之中，如，嵌入式系統(tǒng)的硬 件軟件協(xié)同設計方法；面向多目標，多任務的微內(nèi)核嵌入式操作系統(tǒng)；分布嵌入式系統(tǒng)的實 時性問題，分布式計算，分布式信息交互與綜合處理；以及嵌入式系統(tǒng)的多目標交叉編譯和 交叉調(diào)試工具的研究等。 為解決嵌入式系統(tǒng)教

5、學實驗平臺主要以培養(yǎng)軟件編程能力為主的缺點, 本文ARM9實驗教 學系統(tǒng)在設計時采用一些 接口電路分離設計的技術。這不僅可以讓學生進行軟件編程的 實驗, 還可以讓學生進行硬件電路設計實驗, 培養(yǎng)他們的硬件設計能力。該實驗系統(tǒng)便于學 生完整學習32位嵌入式系統(tǒng)開發(fā)過程, 掌握當前實際應用的主流技術。2ARM9 嵌入式實驗教學系統(tǒng)的設計與制作綜述分析作為 3 4 5 6 7 分析嵌入式系統(tǒng)文獻綜述嵌入式系統(tǒng)文獻綜述 導讀： 全球信息產(chǎn)業(yè)高速增長的熱點之一, 在我國嵌入式系統(tǒng)市場同樣得到快速發(fā)展, 圍繞嵌入式系統(tǒng)展開的研究和開發(fā)也就成為計算機軟硬件技術發(fā)展的最活躍的方向之一。嵌入 式系統(tǒng)是將先進的計

6、算機技術、半導體技術、電子技術與各個行業(yè)的具體應用相結合后的產(chǎn) 物, 他是硬件與軟件是緊密捆綁在一起的系統(tǒng), 這一特點就決定了他必然是一個技術密集、 高度分散、不斷創(chuàng)新的知識集成系統(tǒng)。業(yè)界迫切需要具備多領域相關知識和掌握獨特設計方 法學的專門人才。然而, 在信息技術發(fā)達的國家, 嵌入式系統(tǒng)技術和人才的培養(yǎng)都是一個新 的問題, 在我國更是如此, 嵌入式系統(tǒng)的人才培養(yǎng)遠遠落后, 造成現(xiàn)在大量的嵌入式系統(tǒng)開 發(fā)人才的緊缺。為了適應社會和市場對嵌入式系統(tǒng)的人才需求, 必須對嵌入式系統(tǒng)的學科方 向建設和人才培養(yǎng)做深入地研究和實踐。提供一個優(yōu)良的實驗平臺是培養(yǎng)嵌入式系統(tǒng)人才的 關鍵, 文章主要針對高校的嵌

7、入式系統(tǒng)教學, 研制了一個基于ARM9 的32位嵌入式系統(tǒng)教學 實驗平臺。2.1 ARM9 嵌入式實驗教學系統(tǒng)的發(fā)展 2.1.1 始于微型機時代的嵌入式應用電子數(shù)字計算機誕生于1946年，在其后漫長的歷史進程中，計算機始終是供養(yǎng)在特殊的第2頁 共8頁機房中，實現(xiàn)數(shù)值計算的大型昂貴設備。直到20世紀70年代，微處理器的出現(xiàn)，計算機才出 現(xiàn)了歷史性的變化。以微處理器為核心的微型計算機以其小型、價廉、高可靠性等特點，迅 速走出機房；基于高速數(shù)值解算能力的微型機，表現(xiàn)出的智能化水平引起了控制專業(yè)人士的 興趣，要求將微型機嵌入到一個對象體系中，實現(xiàn)對象體系的智能化控制。例如，將微型計 算機經(jīng)電氣加固、機

8、械加固，并配置各種 接口電路，安裝到大型艦船中構成自動駕駛儀 或輪機狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)。這樣一來，計算機便失去了原來的形態(tài)與通用的計算機功能。為了區(qū) 別于原有的通用計算機系統(tǒng)，把嵌入到對象體系中，實現(xiàn)對象體系智能化控制的計算機，稱 作嵌入式計算機系統(tǒng)。因此，嵌入式系統(tǒng)誕生于微型機時代，嵌入式系統(tǒng)的嵌入性本質是將 一個計算機嵌入到一個對象體系中去，這些是理解嵌入式系統(tǒng)的基本出發(fā)點。2.1.2 現(xiàn)代計算機技術的兩大分支由于嵌入式計算機系統(tǒng)要嵌入到對象體系中，實現(xiàn)的是對象的智能化控制，因此，它有 著與通用計算機系統(tǒng)完全不同的技術要求與技術發(fā)展方向。 通用計算機系統(tǒng)的技術要求是高速、海量的數(shù)值計算；技術發(fā)展

9、方向是總線速度的無限 提升，存儲容量的無限擴大。 而嵌入式計算機系統(tǒng)的技術要求則是對象的智能化控制能力； 技術發(fā)展方向是與對象系統(tǒng)密切相關的嵌入性能、控制能力與控制的可靠性。 早期，人們勉為其難地將通用計算機系統(tǒng)進行改裝，在大型設備中實現(xiàn)嵌入式應用。然 而，對于眾多的對象系統(tǒng)（如家用電器、儀器儀表、工控單元），無法嵌入通用計算機 系統(tǒng)，況且嵌入式系統(tǒng)與通用計算機系統(tǒng)的技術發(fā)展方 3 4 5 6 7 分析嵌入式系統(tǒng)文獻綜述嵌入式系統(tǒng)文獻綜述 導讀： 向完全不同，因此，必須獨立地發(fā)展 通用計算機系統(tǒng)與嵌入式計算機系統(tǒng)，這就形成了現(xiàn)代計算機技術發(fā)展的兩大分支。 如果說微型機的出現(xiàn)，使計算機進入到現(xiàn)代

10、計算機發(fā)展階段，那么嵌入式計算機系統(tǒng)的 誕生，則標志了計算機進入了通用計算機系統(tǒng)與嵌入式計算機系統(tǒng)兩大分支并行發(fā)展時代， 從而導致20世紀末，計算機的高速發(fā)展時期。2.1.3 兩大分支發(fā)展的里程碑事件通用計算機系統(tǒng)與嵌入式計算機系統(tǒng)的專業(yè)化分工發(fā)展，導致20世紀末、21世紀初，計 算機技術的飛速發(fā)展。計算機專業(yè)領域集中精力發(fā)展通用計算機系統(tǒng)的軟、硬件技術，不必 兼顧嵌入式應用要求，通用微處理器迅速從286、386、486到奔騰系列；操作系統(tǒng)則迅速擴張 計算機基于高速海量的數(shù)據(jù)文件處理能力，使通用計算機系統(tǒng)進入到盡善盡美階段。 嵌入式計算機系統(tǒng)則走上了一條完全不同的道路，這條獨立發(fā)展的道路就是單

11、芯片化道 路。它動員了原有的傳統(tǒng)電子系統(tǒng)領域的廠家與專業(yè)人士，接過起源于計算機領域的嵌入式 系統(tǒng)，承擔起發(fā)展與普及嵌入式系統(tǒng)的歷史任務，迅速地將傳統(tǒng)的電子系統(tǒng)發(fā)展到智能化的第3頁 共8頁現(xiàn)代電子系統(tǒng)時代。 因此，現(xiàn)代計算機技術發(fā)展的兩大分支的里程碑意義在于：它不僅形成了計算機發(fā)展的 專業(yè)化分工，而且將發(fā)展計算機技術的任務擴展到傳統(tǒng)的電子系統(tǒng)領域，使計算機成為進入 人類社會全面智能化時代的有力工具。2.2 ARM9 嵌入式實驗教學系統(tǒng)的特點 2.2.1 嵌入式系統(tǒng)的特點嵌入式系統(tǒng)可以稱為后PC時代和后X絡時代的新秀。與傳統(tǒng)的通用計算機、數(shù)字產(chǎn)品相 比，利用嵌入式技術的產(chǎn)品有其自身的特點： 1、由

12、于嵌入式系統(tǒng)采用的是微處理器，獨立的操作系統(tǒng)，實現(xiàn)相對單一的功能，所以往 往不需要大量的 器件，因而在體積上，功耗上有其自身的優(yōu)勢。 2、嵌入式系統(tǒng)由于空間和各種資源相對不足，硬件和軟件都必須高效率地設計，力爭在 同樣的硅片面積上實現(xiàn)更高的性能。 3、嵌入式系統(tǒng)為了提高執(zhí)行速度和系統(tǒng)可靠性，嵌入式系統(tǒng)中的軟件一般都固化在存儲 器芯片或單片機本身中，而不是存貯于磁盤等載體中。 4、為適應嵌入式分布處理結構和應用上X的需求，嵌入式系統(tǒng)要求配備一種或多種標準 的X絡通信接口。2.2.2 ARM9 嵌入式實驗教學系統(tǒng)的特點ARM9嵌入式實驗教學系統(tǒng)主控制處理器采用三星公司0.13微米工藝設計的S3C2

13、440A芯 片，該CPU為5級流水線設計，指令緩存和數(shù)據(jù)緩存均為16Kbyte的ARM920T，系統(tǒng)的主頻為 400MHz，最高時可達533MHz，前端總線頻率100MHz。；內(nèi)存采用具有32bit Bus Hz， 最高可達133Mhz，64Mbyte的SDRAM；FLASH用64Mbyte的Nand Flash和8Mbyte Nor Flash；PCB板采用6層板制作，核心板 3 4 5 6 7 分析嵌入式系統(tǒng)文獻綜述嵌入式系統(tǒng)文獻綜述 導讀： 與擴展板單獨設計。 通過采用核心板加擴展板的模式，使得開發(fā)成本低、性能優(yōu)良、抗干擾能力強。并且通 過擴展板擴展有多種硬件接口， 如： TV和VGA顯

14、示功能， 帶觸摸功能的液晶屏接口， X絡接口， 音頻接口，USB接口，JTAG以及多種存儲設備接口。2.3 ARM9 嵌入式的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 2.3.1 嵌入式系統(tǒng)的歷史與現(xiàn)狀第4頁 共8頁1971年， In公司推出了有史以來第一顆微處理器4004， 嵌入式系統(tǒng)的概念也隨之出現(xiàn)， 而此時的嵌入式系統(tǒng)大多都不采用操作系統(tǒng)，它們只是為了實現(xiàn)某個控制功能，使用一個簡 單的循環(huán)控制對外界的請求進行處理，是計算機的一種應用形式。以信息家電為代表的互聯(lián) X時代嵌入式產(chǎn)品，為嵌入式市場展現(xiàn)了美好前景，同時也對嵌入式系統(tǒng)技術，特別是軟件 技術提出了新的挑戰(zhàn)。這主要包括：支持日益更新的功能、靈活的X絡聯(lián)接、輕便

15、的移動應 用和多媒體信息處理，此外，還需應付更加激烈的市場競爭。到目前為止，商業(yè)化嵌入式系 統(tǒng)的發(fā)展主要受到用戶對嵌入式系統(tǒng)的功能需求、硬件資源以及嵌入式操作系統(tǒng)自身靈活性 的制約。2.3.2 嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展趨勢在市場和技術進步的雙重推動下，嵌入式系統(tǒng)技術未來的發(fā)展，將呈現(xiàn)出以下幾點趨勢： 1、聯(lián)X成為必然趨勢：為適應嵌入式分布處理結構和應用上X需求，面向21世紀的嵌入 式系統(tǒng)要求配備標準的一種或多種X絡通信接口。 新一代嵌入式設備還需具備IEEE1394、 USB、 CAN、Bluetooth或IrDA通信接口。 2、小尺寸、微功耗和低成本：為滿足這種特性，要求嵌入式產(chǎn)品設計者相應降低處理

16、器 的性能，限制內(nèi)存容量和復用接口芯片, 這就相應提高了對嵌入式軟件設計技術要求。 3、提供精巧的多媒體人機界面：嵌入式設備之所以為億萬用戶樂于接受，重要因素之一 是它們與使用者之間的親和力，自然的人機交互界面。 4、“無所不在的智能”（Ambient Inligence，AmI）：無所不在的“智能”是嵌入 式系統(tǒng)應用的高級境界，它是指一種嵌入了多種感知和計算設備，并根據(jù)上下文識別人的身 體姿態(tài)、手勢、語音等，進而判斷出人的意圖，并做出相應反映的具有適應性的數(shù)字環(huán)境， 它通過智能的、用戶定制的內(nèi)部互聯(lián)系統(tǒng)和服務制造理想的氛圍，完成理想的功能，從而有 效提高人們的工作和生活質量。AmI的關鍵技術

17、基礎是“無所不在的計算（Ubiquitous puting）”，“無所不在的計算” 指的就是，“無論何時何地，任何人需要，就可以通 過某種設備訪問到所需的信息”。從計算技術的角度來看，可以認為存在一個巨大的分布式 X絡，這個X絡由圍繞在用戶周圍的成千上萬個嵌入式系統(tǒng)互連而成，用來滿足其在信息、 通訊、出行和娛樂等方面的需求。信息化社會的建設對嵌入式系統(tǒng)市場提出巨大需求，目前 微處理器微控制器年產(chǎn)量幾億到10多 3 4 5 6 7 分析嵌入式系統(tǒng)文獻綜述嵌入式系統(tǒng)文獻綜述 導讀：擾能力；另一方面還可以使用核心板進行二次項目開發(fā)。在顯示方式上，可以直接用現(xiàn)有的電視機或電腦顯示器顯示，其一，可以節(jié)約

18、購買大屏幕LCD顯示屏的大筆費用開支；其二，可以方便對系統(tǒng)的調(diào)試和產(chǎn)品的開發(fā)，縮減開發(fā)周期；其三，可以降低整個系統(tǒng)板因使用大屏幕LCD顯示屏而產(chǎn)生的的功耗。在電路板設計制作方面，采用6層板設計可 億片，遠遠大于個人通用臺式計算機，嵌入式計算機必 將是信息產(chǎn)業(yè)新的經(jīng)濟增長點。第5頁共8頁2.4 ARM9 嵌入式系統(tǒng)的含義及分類嵌入式系統(tǒng)被定義為以應用為中心、以計算機技術為基礎、軟件硬件可裁剪、適應應用 系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴格要求的專用計算機系統(tǒng)。 嵌入式系統(tǒng)是將先進的計算機技術、半導體技術和電子技術和各個行業(yè)的具體應用相結 合后的產(chǎn)物, 這一點就決定了它必然是一個技術密集、資金

19、密集、高度分散、不斷創(chuàng)新的知 識集成系統(tǒng)。 目前嵌入式系統(tǒng)除了部分為32 位處理器外, 大量存在的是8 位和16 位的嵌入式微控制 器(MCU) , 嵌入式系統(tǒng)是計算機應用的另一種形態(tài), 正如前所述它與通用計算機應用不同， 嵌入式計算機是以嵌入式系統(tǒng)的形式隱藏在各種裝置、產(chǎn)品和系統(tǒng)之中的一種軟硬件高度專 業(yè)化的特定計算機系統(tǒng)。目前根據(jù)其發(fā)展現(xiàn)狀, 嵌入式計算機可以分成下面幾類: (1) 嵌入式微處理器(Embedded MicroprocessorUnit , (2) 嵌入式微控制器(Microcontroller Unit , MCU) EDSP) EMPU)(3) 嵌入式DSP 處理器(

20、Embedded Digital SignalProcessor , (4) 嵌入式片上系統(tǒng)(System On Chip)2.5 ARM9 嵌入式實驗教學系統(tǒng)的設計與制作中突出強調(diào)解決問題嵌入式系統(tǒng)是軟硬件結合的系統(tǒng)，其硬件開發(fā)平臺對嵌入式軟件的開發(fā)起著至關重要的 作用。傳統(tǒng)的開發(fā)板不僅成本高、開發(fā)周期長、軟件開發(fā)難度較大，而且采用的大屏幕LCD 顯示屏價格昂貴而且不容易控制； 在制板方式上， 用雙層或4層板， 存在面積大且性能不穩(wěn)定， 抗干擾能力差等缺陷。 采用核心板和擴展板組合，一方面可以減小整個系統(tǒng)的面積，改善系統(tǒng)的穩(wěn)定性與抗干 擾能力；另一方面還可以使用核心板進行二次項目開發(fā)。在顯示

21、方式上，可以直接用現(xiàn)有的 電視機或電腦顯示器顯示，其一，可以節(jié)約購買大屏幕LCD顯示屏的大筆費用開支；其二，可 以方便對系統(tǒng)的調(diào)試和產(chǎn)品的開發(fā)，縮減開發(fā)周期；其三，可以降低整個系統(tǒng)板因使用大屏 幕LCD顯示屏而產(chǎn)生的的功耗。在電路板設計制作方面，采用6層板設計可以很容易實現(xiàn)數(shù)據(jù) 和信號線的等長布線，而且布線距離和開發(fā)板面積大為縮減，極大的改善了工作在400MHz主 頻下系統(tǒng)的抗干擾能力及其穩(wěn)定性。第6頁共8頁3 ARM9 嵌入式實驗教學系統(tǒng)相關技術概述 3.1 關于 ARM 和 ARM9ARM 是 Advanced RISC Machines 的縮寫，既可以認為是一個公司的名字，也可以認為是

22、對一類微處理器的通稱，還可以認為是一種技術的名字。1991 年 ARM 公司成立于英國劍橋， 本身不直接從事芯片生產(chǎn)，主要 芯片設計技術的授權半導體生產(chǎn)商從 ARM 3 4 5 6 7 分析嵌入式系統(tǒng)文獻綜述嵌入式系統(tǒng)文獻綜述 導讀：列微處理器。3.2關于嵌入式系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)是以應用為中心、以計算機技術為基礎、軟件硬件可裁剪、適應應用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴格要求的專用計算機系統(tǒng)。嵌入式控制器因其體積小、可靠性高、功能強、靈活方便等許多優(yōu)點,其應用已深入到工業(yè)、農(nóng)業(yè)、教育、國防、科研以及日常生活等各個領域,對各 公司購買其設 計的 ARM 微處理器核， 根據(jù)各自不同的應用領域，加

23、入適當?shù)?電路，從而形成自己的 ARM 微處理器芯片進入市場。目前，基于 ARM 技術的微處理器應用約占據(jù)了 32 位 RISC 微處理器 75%以上的市場份額，ARM 技術正在逐步滲入到我們生活的各個方面。 而 ARM9 則是英國 ARM 公司設計的主流嵌入式處理器的一個系列，主要包括 ARM9TDMI 和 ARM9E-S 等系列微處理器。3.2 關于嵌入式系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)是以應用為中心、以計算機技術為基礎、軟件硬件可裁剪、適應應用系統(tǒng)對 功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴格要求的專用計算機系統(tǒng)。嵌入式控制器因其體積小、 可靠性高、功能強、靈活方便等許多優(yōu)點, 其應用已深入到工業(yè)、農(nóng)業(yè)、教育、國防、科研 以及日常生活等各個領域, 對各行各業(yè)的技術改造、產(chǎn)品更新?lián)Q代、加速自動化化進程、提 高生產(chǎn)率等方面起到了極其重要的推動作用。4 總結在信息技術和X絡技術高速發(fā)展的時代，嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)廣泛地滲透到科學研究、工程 設計、軍事技術、各類產(chǎn)業(yè)和商業(yè)文化藝術以及人們的