ARM9嵌入式系统编程Word文件下载.docx

ARM9嵌入式系统编程Word文件下载.docx

《ARM9嵌入式系统编程Word文件下载.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《ARM9嵌入式系统编程Word文件下载.docx（70页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。

intelligent"

Embeddedsystemsandequipmentisanimportantmeanstoconstructsmartequipment.Today,thesystemhasbeenembeddedintoourworkandinallspheresoflife.Embeddedsystemsnotonlyinthetraditionalindustrialcontrol,telecommunicationsfacilitiescontinuetoplayitssignificantrole,butalsoithasmanyapplicationsinhealthcareequipment,digitalcameras,multimediabroadcastequipment,cellphone,PDAandotherfieldsandplayaincreasinglyimportantrole.ThispaperusesBoRuiMC2410EasthehadwareplatformtodevelopsatransmittercontrolembeddedsystemwhichisbasedonMicrosoftWindowsCE.NET4.2.ThissystemusesVirtualMetercontrolwhichisdevelopedbymyselfandprovideafriendlyhumanmachineinterface.ItcanberemotecontrolandremotemeasurethroughRS485bus.

.

Keywords:

EmbeddedSystem,VirtualMeter,ARM9,S3C2410,WindowsCE.NET4.2,EVC4.0

第一章引言

1.1课题背景和价值

嵌入式系统是指以应用为核心，以计算机技术为基础，软硬件可裁减，对功能、可靠性、成本、体积和功耗有严格要求的专用计算机系统。

在当前数字信息技术和网络技术高速发展的后PC时代，嵌入式系统已经渗透到各领域。

现在，嵌入式技术无处不在，而ARM几乎成为嵌入式技术的代名词[1]。

ARM（AdvanceRISCMachinesLtd．）自1991年11月正式成立以来，在32位RISC（ReduceInstructionSetComputer，精简指令集计算机）CPU开发领域中不断趋的突破。

ARM作为IP（IntelligenceProperty，知识产权）供应商，靠转让许可，由合作公司来生产各具特色的芯片。

其设计的芯核具有功耗低、成本低等优点，获得众多半导体厂家和整机厂商的大力支持。

在全世界，ARM公司的合作伙伴已经超过100家，在32位嵌入式应用领域取得了巨大成功。

随着嵌入式技术不断的发展，ARM9处理器已成为嵌入式开发的主流。

目前，在世界范围内嵌入式系统带来的工业年产值已经超过了1万亿美元我国国内的嵌入式软件市场已处于整体启动阶段。

国内的嵌入式软件市场的发展重点在于对应用范围的拓展，而手持设备、信息家电和工业控制则是近期市场的三大热点。

尽管嵌入式产品层出不穷，发展势头迅猛，但仍需要我们研究探索。

本课题研究了ARM9嵌入式系统的相关技术、WindowsCE内核的定制及基于WindowsCE的应用开发，有较高的实际应用价值[2]。

1.2论文工作

论文最终实现的是一套发射机控制系统的软件，系统提供了友好的人机界面，实现对发射机的遥测和遥控，具有定时开关机和报警功能。

论文共分为七章，各章内容如下：

第一章：

引言。

介绍本课题的研究背景、论文工作。

第二章：

嵌入式系统基础。

首先介绍嵌入式系统的定义、组成、特点、应用、发展现状及趋势，再介绍嵌入式处理器的分类，最后介绍典型的嵌入式操作系统。

第三章：

基于ARM9处理器的硬件开发平台。

重点介绍了三星S3C2410处理器及博睿MC2410E开发板的硬件资源。

第四章：

WindowsCE.NET操作系统平台搭建。

首先介绍WindowsCE.NET操作系统的结构及特点，再介绍WindowsCE.NET操作系统的定制过程。

第五章：

WindowsCE应用程序开发。

使用EVC使用编写虚拟仪表控件。

第六章：

发射机控制系统。

对系统的具体开发实现涉及的重点难点分别进行讨论.

第七章：

结论。

对本文所作的工作加以总结，得出结论。

第二章嵌入式系统基础

2.1嵌入式系统简介

嵌入式系统已经广泛应用于各个科技领域和日常生活的每个角落，由于其本身的特性，使得我们很难发现它的存在。

甚至一些从事嵌入式系统开发的科技人员也只知单片机，不知道嵌入式系统。

本节从嵌入式系统的定义开始，阐述嵌入式系统的含义、特点等，以使读者加深对嵌入式系统的理解

2.1.1嵌入式系统的定义

广义的地讲，凡不用于通用目的的可编程计算机设备，就可以算是嵌入式计算机系统。

举例来说，个人计算机（PC）不是嵌入式系统，因为它是用于通用目的的计算机系统。

最典型的嵌入式系统如手机、可视电话、传真机、打印机等。

狭义上而言，嵌入式系统是指以应用为核心，以计算机技术为基础，软硬件可裁减，对功能、可靠性、成本、体积和功耗严格要求的专用计算机系统。

一般嵌入式系统的设计过程是：

从产品定义开始，接着进行硬件设计，然后将软件或操作系统移植到硬件上，并且进行应用程序的开发，最后经过测试与调试后即开始销售或使用[1]。

根据英国电机工程师协会所做的定义“嵌入式系统是控制、监视或辅助某个设备、机器甚至工厂运行的设备”，嵌入式系统应该具备以下4个特性：

●执行特定的功能；

●以微处理器与外围设备构成核心；

●需要严格的时序与稳定性；

●全自动操作；

由上述可知，嵌入式系统是计算机软件与硬件的综合体，整个综合体的设计目的在于满足某种特殊功能，并应用于各类具体的应用系统中，例如，实验仪器、办公设备、医疗设备甚至航天设备，等等。

由于对嵌入式系统含义的理解因人而异，所以不同的书籍对嵌入式系统的定义也不尽相同。

下面给出了一些文献中对嵌入式系统的定义：

“ComputerasComponents–PrinciplesofEmbeddedComputingSystemDesign”一书的作者WayneWolf认为：

“什么是嵌入式计算系统？

如果不严格地定义，它是任何一个包含可编程计算机的设备，但是它本身却不是一个通用计算机。

”

“EmbeddedMicrocontrollers”一书的作者ToddD.Morton认为：

“嵌入式系统是一种电子系统，它包含微处理器或者微控制器，但是我们不认为它是计算机——计算机隐藏或者嵌入在系统中。

“EmbeddedSoftwarePrimer”一书的作者DavieE.Simon认为：

“人们使用嵌入式系统这个术语，指的是隐藏在任一产品中的计算机系统。

“AnIntroductiontotheDesignofSmallScaleEmbeddedSystemwithexamplefromPIC，80C51and68HC05/08Microcontrollers”一书的作者TimWilmshurst认为：

“嵌入式系统是这样一个系统，它的首要功能并不是计算，而是受嵌入其中的计算机控制的一个系统。

‘嵌入’暗示了它存在于整个系统中，从外部观察不到，形成了更大整体的一个完整部分。

可以看出，虽然各种书籍对嵌入式系统的定义稍有差异，但是基本的思想和理解是相同的。

我们可以从以下几个方面来理解嵌入式系统的含义：

●嵌入式系统是面向用户、面向产品、面向应用的，必须与具体应用相结合才会具有生命力。

正因为与具体应用的紧密结合，嵌入式系统才具有很强的专用性。

●嵌入式系统将先进的半导体技术、计算机技术和电子技术，以及各个行业的具体应用相结合，是一个技术密集、资金密集、学科交叉和不断创新的知识集成系统。

●由于嵌入式系统必须根据应用需要对硬件和软件进行裁剪，以满足应用系统对功能、可靠性、成本、体积和功耗的要求。

因此，嵌入式系统的开发难度比较大，技术门槛较高。

比较好的开发模式是：

首先建立相对通用的硬件和软件基础，然后针对具体的应用做最少量的软硬件改动。

由上述可以看出，嵌入式系统是一个外延极广的概念，凡是与产品结合在一起的、具有嵌入式系统特点的系统都可以称为嵌入式系统。

2.1.2嵌入式系统的组成

嵌入式系统一般有3个主要的组成部分[1]：

●硬件。

图2-1给出了嵌入式系统的硬件组成。

其中，处理器是系统的运算核心；

存储器（ROM、RAM）用来保存可执行代码，以及中间结果；

输入输出设备完成与系统外部的信息交换；

其他部分辅助系统完成功能。

●应用软件。

应用软件是完成系统功能的主要软件，它可以由单独的一任务来实现，也可以由多个并行的任务来实现。

●实时操作系统（Real-TimeOperatingSystem，RTOS）。

该系统用来管理应用软件，并提供一种机制，使得处理器分时地执行各个任务并完成一定的时限要求。

图2-1嵌入式系统的硬件组成

嵌入式系统的关键在于结合系统硬件电路与其特定的软件，以达到系统运行性能成本的最高比。

系统中硬件的设计包括微处理器及存储器电路的设计、网络功能设计、无线通信设计及接口电路设计，等等；

而嵌入式软件则专门负责硬件电路的驱动、控制处理，以提升硬件产品的价值，是硬件产品不可或缺的重要部分，它常以固件（Firmware）的形式出现，如控制或驱动程序等。

由于嵌入式系统领域的硬件、软件种类繁多，产品研发需要适应多种不同硬件与软件的组合。

为了克服多样化，现在的研发方式多以平台化设计（Platform-BasedDesign，PBD）为主。

平台化设计的基本思路是，以某一种基础的硬件与软件参考设计（referencedesign）为平台，自行加上额外所需要的硬件与软件，以适应多样化的产品需求，而不必每款产品都从头设计。

这种设计方式可以缩短研发进程，加速产品的上市时间。

这样的参考设计平台大多会由微处理器制造公司提供，例如，Intel、三星、Motorola等厂商提供微处理器的参考设计电路，以及建议的外围设备布局，包括内存、基本I/O甚至包括LCD控制接口、IDE设备接口，等等，并且配合某一款操作系统，例如，Linux、WinCE，以及相应的软件源代码。

将这样的组合包以授权的方式提供给产品开发厂商来开发产品，一般这样的组合包称为“板级支持包”（BoardSupportPackage，BSP）。

由于嵌入式系统的硬件强调的不是执行速度而是功能稳定，因此硬件设计方面的技术瓶颈并不高；

反而在软件组件方面，强调系统集成及友善的用户界面。

随着网络与无线通信的发展需要，软件组件的发展更加重要。

未来的软件开发将逐渐由现在的简易窗口与低速通信，向高速通信与多样化的用户界面发展。

2.1.3嵌入式系统的特点

作为专用计算机系统的嵌入式系统与通用计算机系统相比，具有以下几个重要特征：

●嵌入式系统通常是面向特定应用的。

嵌入式CPU大多工作在为特定用户群设计的系统中，它通常都具有低功耗、体积小、集成度高等特点。

●嵌入式系统的硬件和软件都必须高效率地设计，量体裁衣、去除冗余，力争在同样的硅片面积上实现更高的性能，这样才能完成功能、可靠性和功耗的苛刻要求。

●实时操作系统支持。

嵌入式系统的应用程序可以不需要操作系统的支持直接运行，但是为了合理地调度多任务，充分利用系统资源，用户必须自行选配实时操作系统开发平台。

●嵌入式系统与具体应用有机地结合在一起，它的升级换代也是和具体产品同步进行的，因此嵌入式系统产品一旦进入市场，具有较长的生命周期。

●为了提高执行速度和系统可靠性，嵌入式系统中的软件一般都固化在存储器芯片或单片机本身中，而不存储在磁盘等载体中。

●专门开发工具支持。

嵌入式系统本身不具备自主开发能力，即使在设计完成以后，用户通常也不能对程序功能进行修改，必须有一套开发工具和环境才能进行开发。

2.1.4嵌入式系统的发展现状及趋势

嵌入式系统产品目前的分类大致可分为三大种，个人型/移动型（personal/mobile）信息家电产品，如电子书、可携式全球定位系统装置（Portableglobalpositioningdevices）、可上网移动电话、无线网络之个人数字助理（PDAwithwirelessnetwork）及穿戴式计算机（Wearablecomputers）。

家庭式/娱乐式/视听式（Home/Entertainment&

Audio/Video），如网络电视（WebTV）、多媒体视讯设备（MultimediaVideoSet-TopBox）、家庭娱乐设备及其它传统家电与网络界面的整合等。

企业型/网络型（Enterprise/Networking），如嵌入式服务器（embeddedserver）及精简型终端设备（thinclient）等。

●强大的嵌入式应用软件开发工具和操作系统的支持

随着因特网技术的成熟、频宽的提高，因特网上提供的信息内容日趋丰富、应用项目多样性，像手机、电话及电冰箱、微波炉等嵌入式信息电子设备的功能不再单一，信息家电的结构也更为复杂。

为了满足应用功能的升级，软硬件设计师们一方面采用了更强大的核心嵌入式处理器如32位、64位RISC（ReducedInstructionSetComputing）处理主要系统任务，另外也会利用数字信号处理器（DigitalSignalProcessor，即DSP）来增强处理能力，辅助核心系统；

同时还采用实时多任务编程技术、核心系统与周边辅助芯片交叉开发工具技术，来控制强大多样化的信息载具功能，以期达到简化应用程序设计、保障软件质量和缩短系统软件开发周期。

●必备功能：

网络

网络为现代信息流通的重要媒介，每一分一秒都有新的信息在网络上出现，上网的人口也随着计算机、教育、网络的遍及和ISP（InternetServiceProvider）业者的推广而成大比例的增加。

上网的需求在未来趋势只增不减。

嵌入式系统的记忆储存容量并非可随意扩充，绝大部分信息都需要透过网络跟中央服务器联系存取，为分布式网络存取处理架构，所以针对绝大部分的信息家电产品来说，网络为其赖以更新版本功能、修补系统漏洞及抓取其余数据的重要媒介。

针对此些要求，嵌入设备必需配有通讯接口,相对应需要TCP/IP的通讯协议支持，更进一步地，由于信息家电相互的信息连接，如防盗报警、灯光能源控制、影视设备和信息终端交换、远程监视操控工作等要求，新一代嵌入式设备还需具备IEEE1394、USB、802.11b、Bluetooth等通讯接口，同时也需要提供相对应的通讯协议软件和驱动程序。

为了支持应用软件的特定模式，如WiredWeb或WirelessWeb模式，还需要相应的浏览操控通讯协议，如HTML等。

●小尺寸、微功率和低成本的小型信息家电

为满足这种特性，必须对嵌入式产品作出一些限制，例如为了保持散热的效果，就要降低处理器的性能，或是为了达到微功率等其它要求，限制内存容量和使用复用接口芯片组等动作。

也因为如此，相对应提高了对嵌入式的软件设计技术要求。

如选用最佳化的内存编排、不断改进的各式排程算法、采用Java编程模式，最佳化编译器性能。

为此，软件研发人员需要有丰富经验，及先进嵌入式软件技术及开发观念。

●细致且人性化多媒体界面

为了使开发出来的嵌入式系统容易吸引消费者，被消费者接受，也易于被操作使用，一个重要因素是让它们与使用者之间产生的亲和力，自然的人机操作接口，例如司机操纵高度自动化的汽车主要还是通过习惯的方向盘、油门和排档。

人们与信息终端沟通要以GUI（GraphicUserInterface）屏幕为中心的多媒体接口，如下图2-2所示。

这方面，手写文字输入、语音拨号上网、收发电子邮件以及彩色图形、影像已经有所进展。

目前一些先进的PDA在显示屏幕上已实现中文字写入、短程语音广播等。

图2-2SonyCliePDA系列

2.2嵌入式处理器

嵌入式系统的核心部件是嵌入式处理器，据不完全统计，到2000年全世界嵌入式处理器的品种总量已经超过1000种，流行体系结构有30多个系列，其中8051体系的占了多半。

生产8051单片机的半导体厂家有20多个，共350多种衍生产品，仅Philips就有近百种。

现在几乎每个半导体制造商都生产嵌入式处理器，而且越来越多的公司有自己的处理器设计部门。

嵌入式处理器的寻址空间一般从64KB到16MB，处理速度从0.1MIPS到2000MIPS，常用封装从8个引脚到144个引脚。

微处理器可以分成几种不同的等级，一般用字符宽度来区分：

8位微处理器大部分都是用在低端应用上，也包括了外围设备或是内存的控制器；

16位微处理器通常用在比较精密的应用上，需要比较长的字符宽度来处理；

32位微处理器，大部分是RISC的微处理器，则提供高性能的运算能力，以满足需要大量运算的应用。

但是从应用的角度来划分，嵌入式处理器可分为嵌入式微处理器、嵌入式微控制器、嵌入式DSP、嵌入式片上系统等类型。

2.2.1嵌入式微处理器（EmbeddedMicroprocessorUnit,EMPU）

嵌入式微处理器的基础是通用计算机中的CPU。

在应用中，将微处理器装配在专门设计的电路板上，只保留与嵌入式应用有关的功能，这样可以大大减小系统体积和功耗。

为了满足嵌入式应用的特殊要求，嵌入式微处理器虽然在功能上和标准微处理器基本是一样的，但在工作温度、抗电磁干扰、可靠性等方面一般都做了各种增强。

嵌入式处理器目前主要有Am186/88、386EX、SC-400、PowerPC、68000、MIPS、ARM系列等。

嵌入式微处理器又可分为CISC和RISC两类。

大家熟悉的大多数台式PC都是使用CISC微处理器，如Intel的x86。

RISC结构体系有两大主流：

SiliconGraphics公司（硅谷图形公司）的MIPS技术；

ARM公司的AdvancedRISCMachines技术。

此外，Hitachi（日立公司）也有自己的一套RISC技术SuperH。

2.2.2嵌入式微控制器（MicrocontrollerUnit,MCU）

嵌入式微控制器又称单片机，就是将整个计算机系统集成到一块芯片中。

嵌入式微控制器一般以某一种微处理器内核为核心，芯片内部集成ROM、RAM、总线逻辑、定时器等各种必要的功能模块。

与嵌入式微处理器相比，微控制器的最大特点是单片化，体积大大减小，从而使功耗和成本下降，可靠性提高。

微控制器是目前嵌入式系统应用的主流。

由于微控制器的片上资源一般比较丰富，适合于控制，因此称微控制器。

为适应不同的应用需求，一般一个系列的单片机具有多种衍生产品，每种衍生产品的处理器内核都是一样的，不同的是存储器和外设的配置及封装。

这样可以最大限度地与应用需求相匹配，从而减小功耗和成本。

嵌入式微控制器目前的品种和数量最多，比较有代表性的通用系列包括8051、P51XA、MCS-251、MCS-96/196/296、C166/167、MC68HC05/11/12/16、68300等。

另外，还有许多半通用系列，如支持USB接口的MCU8XC930/931、C540、C541。

值得注意的是，近年来提供X86微处理器的著名厂商AMD公司，将Am186CC/CH/CU等嵌入式处理器也称为Microcontroller，Motorola公司把以PowerPC为基础的PPC505和PPC555列入单片机行列，TI公司也将其TMS320C2XXX系列DSP作为MCU来推广应用。

2.2.3嵌入式DSP（EmbeddedDigitalSignalProcessor,EDSP）

DSP对系统结构和指令进行了特殊设计，使其适合于执行DSP算法，编译效率较高，指令执行速度也较高。

在数字滤波、FFT、谱分析等方面，DSP算法正在大量进入嵌入式领域。

推动嵌入式DSP发展的一个重要因素是嵌入式系统的智能化。

例如，各种带有智能逻辑的消费类产品、生物信息识别终端、带有加解密算法的键盘、ADSL接入、实时语音压缩解压系统、虚拟现实显示，等等。

这类智能化算法一般运算量都比较大，特别是向量运算、指针线性寻址等较多，而这些正是DSP的长处所在。

嵌入式DSP有两个发展来源，一是DSP经过单片化、EMC改造、增加片上外设成为嵌入式DSP，TI的TMS320C2000/C5000等属于此范畴；

二是在通用单片机或片上系统（SOC）中增加DSP协处理器，例如Intel的MCS-296。

嵌入式DSP比较有代表性的产品是TexasInstruments的TMS320系列和Motorola的DSP56000系列。

TMS320系列处理器包括用于控制的C2000系列，用于移动通信的C5000系列，以及性能更高的C6000和C8000系列。

DSP56000目前已经发展成为DSP56000，DSP56100，DSP56200和DSP56300等几个不同系列的处理器。

DSP的设计者们把重点放在了处理连续的数据流上。

如果嵌入式应用中强调对连续的数据流的处理及高精度复杂运算，则应该选用DSP器件。

2.2.4嵌入式片上系统（SystemOnChip）

随着VLSI设计的普及和半导体工艺的迅速发展，可以在一块硅片上实现一个更为复杂的系统，这就是SOC（Systemon-Chip）。

各种通用处理器内核和其他外围设备都将成为SOC设计公司的标准库中的器件，用标准的VHDL等硬件描述语言描述。

用户只需定义出整个应用系统，仿真通过后就可以将设计图交给半导体工厂制作芯片样品。

这样，整个嵌入式系统大部分都可以集成到一块芯片中去，应用系统的电路板将变得很简洁，这将有利于减小体积和功耗，提高系统的可靠性。

SOC可以分为通用和专用两类。

通用系列包括Motorola的M-Core、某些ARM系列器件、Echelon和Motorola联合研制的Neuron芯片等。

专用SOC一般专用于某类系统中，不为一