ARM开发板★ARM解决方案★嵌入式开发★ARM9

嵌入式网关设计

系统开发的目的是在以太网和控制器区域网总线之间交换实时控制信息，以实现分布式控制和监测。本文介绍了基于以太网和控制器区域网总线通信系统的集成通信网关系统的开发。
    嵌入式处理器可编程逻辑电路设计方面最大的挑战之一就是为适合速度要求非常广泛的应用。在低端,系统要求可能少于10MIPS；在高端，系统可能要求好几百MIPS。不同系统需要的范围不同。完全满足范围需要的解决方案需要提供可编程设备配置、操作以及精通嵌入式处理器的用户。网关系统的设计建立在Altera Excalibur嵌入式处理器基础上，它可以提供最佳的解决方案，拥有较优的适应性和强大的性能。
    使用AMBA总线接口的Soft CAN控制器是为了进行控制器网络通信设计开发的，它能在网关系统平台上运行。该Soft CAN控制器具备CAN 2.0B规范的所有协议功能，包括错误处理能力、填充位产生、循环冗余码校验、主动/被动错误帧和扩展帧技术支持。Soft CAN控制器也能支持如下应用发展：信息过滤、信息封装、信息发送缓冲、信息接收缓冲以及发送、接收和错误事件的中断触发。Soft CAN控制器提供AMBA兼容接口以实现数据高速传输，也提供中断支持实现系统快速响应。
    软件设计包括实时操作系统移植、异常处理支持、设备驱动程序开发和文件系统开发等。eCos被成功地移植到网关系统硬件平台，为应用系统的开发提供实时服务。由于eCos的分层结构使得其移植灵活并容易，所有结构和平台的绝对代码都在硬件抽象层实现。EPXA1 eCos移植完全支持多线程编程模式。除了任务同步支持外，它还提供了一系列可选择的调度算法。系统的定时基准由Altera EPXA1平台上的系统定时器提供，定时器频率为150MHz。系统的脉冲周期为10毫秒。在EPXA1 上移植的eCos控制通过内核使用的时钟或计时设备进行暂停、延时和调度服务，供系统内核使用。
    本项目开发了基于Intel 28F320C闪存的驱动程序。Boot-loader用它来储存映像、配置信息和闪存内的数据。这个设备驱动程序提供广泛的操作支持。以太网设备驱动程序支持以太网控制器SMC91C111，它可以提供双重速度10/100Mbps的通信支持。以太网设备Lan91C111提供所有发送、接收与事件中断等必要的功能，以支持与BSD TCP/IP 堆栈的集成实现TCP/IP网络协议。为了使信息保存与交换更加高效，本项目开发了基于闪存和RAM的文件系统。该文件系统提供广泛的文件操作支持：文件新建、文件删除、文件复制、文件重命名和文件移动，还有目录支持。文件系统可以交叉操作，文件可以在基于文件系统的闪存和RAM之间实现复制或移动。
    一般地，硬件模拟方法需要花费大量的资金。为了实现低成本设计，釆用了基于软件的调试方法。这个基于软件的EPXA1平台调试工具已经集成到该网关平台中，在系统开发中提供调试功能。这个调试器可以使用串行端口或以太网信道实现与主机间的通信。这个软件调试器提供一般的调试功能，诸如：单步运行、变量访问、处理器寄存器恢复、资源等级调试和断点支持。

ARM/SOPC/MCU开发板

类别：ARM/SOPC/MCU开发板

性能：

● 主处理器：INTEL公司XSCALEPXA270内核，502M主频，32Bit RISC处理器，具有32K指令缓冲，32K数据缓冲，MMU单元，2k字节MiniCache，扩展多媒体DSP指令，扩展无限指令；

● 存储器：SDRAM：64MB，可以定制扩展到256MB FLASH：32MB，Intel Strata快速页面读取模式Flash，可以定制扩展到128MB；

● 100M以太网接口,USB 1.1主/从接口；

● 支持CF卡、MMC卡、PCMCIA总线；

● 可定制3.5寸液晶屏/8寸液晶屏；

● 标准的RS232接口；

● 实时时钟（RTC）单元；

● 可与Techv总线板卡级连；

● 软件支持Linux2.6、WinCE操作系统。

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SLX-ARM9200-R2开发板

产品简介：

AT91RM9200具有丰富的接口资源，包括USB2.0全速Host接口和全速 Device 接口、4个可支持RS-485红外串口的通用同步/异步接收器/传输器(USART)，支持声频IIS接口，内置10/100M Ethernet MAC 等，可用于网络通信、LCD显示等多媒体应用，龙芯稳定的嵌入式Linux 3.0操系统和完善的售后服务，为龙芯客户的产品开发提供了有力保障。客户适时进行软件升级，更能迅速地适应市场竞争状况，提高产品的优越性和竞争力。

龙芯世纪推出的HHARM9200-R2开发板是基于AT91RM9200微控制器的一款多功能的嵌入式Linux开发板，核心板只有名片的三分之二大小，客户基于此开发板可以开发出低功耗、小体积的最终产品。该款开发板接口丰富，适合于多种领域的开发应用。主要典型的应用包括：手持设备、可视电话、VoIP、网络监控、多媒体终端产品、医疗电子设备等。

技术参数：

项目		性能指标
硬件功能	接口板尺寸	210mm × 185mm × 14mm
	核心板尺寸	64mm × 40mm × 8mm
	CPU	AT91RM9200，203MHz
	FLASH	16M
	SDRAM	64M
	显示	3.5寸彩色LCD显示屏
		1个VGA接口
		1个Video Out接口
	USB	2个USB2.0 Host接口
		支持802.11b USB无线网卡，USB摄像头()()
		1个USB2.0 Device接口
	PS/2	1个PS2接口
	IDE	1个IDE硬盘接口
	网口	1个 10/100M自适应以太网接口
	串口	3个4线RS232 串口
		1个8线RS232 串口
		1个2线RS232 串口
	音频	1个音频输入输出接口，1个板载麦克风
	SD	1个SD卡接口(*)
	电源	1个12V直流电源接口
软件功能	操作系统	ARM Linux
	开发工具	GNU编译器（gcc）、链接器等全套工具集
	启动代码	提供BootLoader，支持下载、烧写Linux内核
	驱动软件	提供各硬件接口驱动及驱动源代码（SD卡驱动无源代码）
	协议栈	TCP/IP、FTP、PPP()、PPPoE()
	图形库	嵌入式GUI：MiniGUI、Microwindows；基本图形函数库

注：带*号为选配组件，不包含在标准开发板之内

购买联系：0755-83346949和0755-83679983

基于ARM的多通道专业MP3播放器设计

1 引言

随着微电子技术的飞速发展，嵌入式产品以其自然的人机交互界面和丰富的多媒体处理能力迅速得以推广，并取得了巨大成功[1]。

目前，在多媒体音频领域中，MP3播放器占据了绝对的主导地位。但现有的MP3播放器驱动能力非常有限，只适合个人使用，不能满足大型公共场所在不同区域播放不同背景音乐的多通道播放需要。基于以上分析，本文设计了一种基于S3C44B0X芯片的μClinux环境下的多通道专业MP3播放器。

MP3播放器 嵌入式系统 arm 嵌入式开发 arm芯片 arm9 ARM7

2 系统功能分析与结构设计

多通道专业MP3播放器是专为满足公共语音广播市场的需求而设计的，其主要功能包括：

（1）音频解码和播放功能；

（2）通过USB接口与大容量外部存储设备进行数据传输；

（3）操作界面统一管理功能；

（4）多通道播放功能。

为了提高系统运行效率，实现多通道播放管理，本系统选用三星公司的S3C44B0X作为核心处理器，主要负责数据转换，输出通道的选择，以及LCD的控制。同时，选用意法半导体的STA013作为解码芯片，配合AK4393实现模拟音频信号的输出，此外，使用SL811HS和ISP1520提供两个主USB接口，以实现移动硬盘或U盘的挂接。

3 系统硬件设计

作为一种典型的嵌入式系统，其开发的优点在于软硬件的可裁剪性[2]，在确保有一个稳定的最小系统以后，再对外围的设备进行扩展。此多通道专业MP3播放器的核心芯片S3C44B0X是基于ARM7而开发的多功能SOC（Signal Operation Control）。S3C44B0X除具备一般嵌入式芯片所具有的总线、SDRAM控制器和3个串口等外设之外，还具有TFT LCD控制器、USB Slave、USB Host、I2C总线控制器、SPI控制器、IIS音频接口、SD&MMC存储卡接口等丰富的扩展功能[3]。由于S3C44B0X对于SL811构建的主USB接口技术已经相当成熟，在这里就不再叙述。此外，S3C44B0X提供的标准接口可以支持市面上绝大多数型号的LCD显示屏，制作也相对简单，所以本文只对MP3播放器的解码实现部分和多通道的实现方法进行详细说明。

3.1 MP3解码电路设计

本系统解码部分的硬件采用了ST公司的STA013解码芯片以及AKM的AK4393芯片。STA013是一款优秀的MP3解码芯片，它通过IIC总线来传输控制信息，通过串行数据线接收语音数据。AK4393是一款高品质的立体声DAC芯片，支持24bit/96KHz取样，采用“复合比特”技术使芯片的解码更为快速和准确。

解码部分与S3C44B0X的接口电路部分如图2所示。通过S3C44B0X的I/O口对STA013发送音频数据，解码过程由STA013的DSP核来进行。STA013解码后的数字音频信号由SDO（串行数据输出）， SCKT（串行时钟)， LRCKT(左右声道时钟)， OCLK(采样时钟)4个脚输出到D/A转换器AK4393。通过AK4393将得到的模拟音频信号，再经过功率放大电路放大后就可以直接驱动无源音箱。

此外，由于实现多通道的播放形式，所以需要在设计过程中提供多套相同的解码芯片和DAC。

3.2 多通道功能的实现

系统多通道播放采用的基本方法是（以四通道为例）：当系统上电以后，解码控制信号为了实现对每一个解码通道的具体工作状态控制，通过采用外接一个四路转换开关（CD4066），控制各路通道解码芯片的工作状态。转换开关四路通道的输入部分连接CPU的IIC总线的IICSDA，通过与CPU相连的多个控制引脚（CTRL1，2，3，4），确定控制数据的传输方向。四路通道的时钟信号则直接连接在CPU上，只有控制数据传输时才发生作用。

在播放过程中，CPU实时响应各通道传输数据的请求，选通该路的解码芯片，被选通的解码芯片对从总线上获取的mp3文件数据进行解码，而未被选通的解码通道则忽略总线上的音频数据。当数据请求的中断请求信号由高变低，系统开始响应下一次数据请求。通过这种各通道交替工作的方式，实现四通道同步播放的功能。

4 系统软件设计

系统软件包括操作系统、驱动程序及播放器应用程序3部分。

4.1 操作系统的实现

在嵌入式系统中，通常并没有像BIOS那样的固件程序，因此整个系统的加载启动任务就完全由BootLoader来完成。BootLoader的任务是初始化芯片和主板，系统选用的是U-Boot-1.1.2启动程序，因为U-Boot的优点在于对多系统和多平台的支持。由于S3C44B0X没有存储管理单元（MMU），所以无法移植标准的Linux内核，而μClinux主要是针对没有MMU的处理器设计的操作系统[4]，因此可以作为播放器的操作系统平台进行移植。通过修改相应的配置文件和驱动程序就可以实现移植过程中需要创建的开发板文件。

4.2 驱动程序的设计

本系统所编译的μClinux内核中包含有USB、LCD等驱动程序，只要根据需要适当的修改便可以应用。但是对于MP3解码部分芯片的驱动需要自己编写。音频驱动程序实现的主要功能是：

（1）系统启动时可以完成芯片的初始化；

（2）具体操作时可以提供给操作系统合适的软件接口。

音频驱动初始化程序如下：

void STA013_Init(void)

{

if(STA013_SendCommand(RESET_REG,0,0x00)) //复位STA013

STA013_PrintError();

if(STA013_SendCommand(ACT_CON_REG,0,0x00)) //未激活状态

STA013_PrintError();

if(STA013_SendCommand(PWR_CON_REG,0,0x00)) //上电

STA013_PrintError();

if(STA013_SendCommand(FS_CON_REG,0,

I STA013L_FsValue[SysInfo.SamplingIndex])) //选择采样频率

STA013_PrintError();

if(STA013_SendCommand(IF_CON_REG,0,0x02+(0<<6))) //选择16位IIS数据格式

STA013_PrintError();

if(STA013_SendCommand(ANG_CTL_REG,0,0)) // 0x13, 0x12选择DAC

STA013_PrintError(); 和Line In输入模式

if(STA013_SendCommand(DGT_CTL_REG,0,0x00)) // DAC静音

STA013_PrintError();

if(STA013_SendCommand(LHP_VOL_REG,0,0x00)) //左声道音量

　 STA013_PrintError();

if(STA013_SendCommand(RHP_VOL_REG,0,0x00)) //右声道音量

STA013_PrintError();

if(STA013_SendCommand(ACT_CON_REG,0,0x00)) //数据传送激活

STA013_PrintError();

}

4.3 播放程序的设计

作为本系统的一个主要创新点，在多通道部分设计合理且高效的播放程序代码很重要，在这里采用的是将待解码的MP3文件先由USB设备复制到内存的缓冲区，再由缓冲区发送给解码器的方法。播放时，程序会根据每个通道的歌曲信息将MP3文件流从USB设备复制到相应的缓冲区中。其主要实现代码如下：

for(i=0;i<4;i++){

if((dbuf[i]=malloc(BUF_LEN))==NULL){

printf(Allocation %d Error \n, i);

exit(1);

}

4.4 操作界面的实现

完整的MP3播放器设备需要有一个简洁的操作界面。本系统的操作界面选用MiniGUI软件进行编写，通过对MiniGUI运行模式的选择、MiniGUI的移植[5]以及界面程序的编写，整个操作界面简洁明了，系统在开机后提供了当前时间，以及播放、设置和复位按键，可以直接通过播放键来实现多通道播放功能，通过设置键进行歌曲目录的编排。

5 结束语

多通道MP3播放器与传统的MP3播放器相比，具有许多优势，可以满足大型公共场所对背景音乐更高性能的需求。多通道MP3播放器可以实现多个音频输出通道同步播放，并可以通过USB接口外挂存储设备实现歌曲的大容量存储。此外，系统还提供了串口、以太网等一系列接口，方便与外部进行数据交换和软件升级。

本文创新点：设计了基于ARM7平台下的多通道MP3播放器，实现了对外接移动硬盘或U盘上的mp3文件进行多通道同步播放。

技术支持：0755-25327151和0755-83690619

LCD在嵌入式系统中的应用

长期以来，常见的掌上电脑(PDA)等小型手持式设备上，由于硬件条件的限制，我们看到的显示器件通常是单色LCD，用户界面也非常简单，几乎看不到PC机上美观整齐的图形界面(GUI)支持。因为早期嵌入式处理器的速度有限，在处理图形和多媒体数据方面显得力不从心。

关键词：嵌入式处理器嵌入式系统 arm9 arm处理器 LCD
随着高性能嵌入式处理器的普及和硬件成本的不断降低，尤其是ARM系列处理器的推出，嵌入式系统的功能也越来越强。在多媒体应用的推动下，彩色LCD也越来越多地应用到了嵌入式系统中，如新一代掌上电脑(PDA)多采用TFT显示器件，支持彩色图形界面，图片显示和视频媒体播放。掌上电脑(PDA)的操作系统有微软Window CE，PalmOS等。而Linux做为开放源代码的操作系统也在市场中占据了一席之地。由于Linux成本低廉，任何人都可以得到其源代码并在其基础上进行开发，成为各家厂商极力发展的操作系统，加上其核心小，潜力可观。
在应用需求的推动下，Linux下也出现了许多图形界面软件包，如MiniGUI、Trolletech公司的Embedded QT等，其图形界面及开发工具与Windows CE不相上下。在图形软件包的开发和移植工作中都牵涉到底层LCD的驱动问题。笔者参与了一个很有代表性的项目，是基于ARM9的PDA系统的开发，用的是Motorola公司龙珠系列的MC9328MX1。软件采用Linux 2.4.18平台，编译器为gcc的ARM交叉编译器。在移植QT的过程中牵涉到了底层驱动的开发，本文就对相关问题作一探讨。

硬件平台
MC9328MX1(以下简称MX1)是Motorola公司基于ARM核心的第一款MCU，主要面向高端嵌入式应用。内部采用ARM920T内核，并集成了SDRAM/Flash，LCD，USB，蓝牙，多媒体闪存卡(MMC/SD, Memory Stick)，CMOS摄像头等控制器。
LCD控制器的功能是产生显示驱动信号，驱动LCD显示器。用户只需要通过读写一系列的寄存器，完成配制和显示控制。MX1中的LCD控制器可支持单色/彩色LCD显示器。支持彩色TFT时，可提供4/8/12/16位颜色模式，其中16位颜色模式下可以显示64k种颜色。配置LCD控制器重要的一步是指定显示缓冲区，显示的内容就是从缓冲区中读出的，其大小由屏幕分辨率和显示颜色数决定。在本例中，笔者采用的是夏普LQ035Q2DD54 TFT 显示模块，在240×320分辨率下可提供16位彩色显示。

Linux下的设备驱动
Linux将设备分为最基本的两大类，字符设备和块设备。字符设备是以单个字节为单位进行顺序读写操作，通常不使用缓冲技术，如鼠标等，驱动程序实现比较简单；而块设备则是以固定大小的数据块进行存储和读写的，如硬盘，软盘等。为提高效率，系统对于块设备的读写提供了缓存机制，由于涉及缓冲区管理，调度，同步等问题，实现起来比字符设备复杂得多。
Linux的设备管理是和文件系统解密结合的，各种设备都以文件的形式存放在/dev目录下，称为设备文件。应用程序可以打开，关闭，读写这些设备文件，完成对设备的操作，就象操作普通的数据文件一样。为了管理这些设备，系统为设备编了号，每个设备号又分为主设备号和次设备号。主设备号用来区分不同种类的设备，而次设备号用来区分同一类型的多个设备。对于常用设备，Linux有约定俗成的编号，如硬盘主设备号是3。
Unix / Linux的特点之一，是为所有的文件，包括设备文件，提供了统一的操作函数接口，定义如下：
struct file_operations {
struct module *owner;
loff_t (*llseek) (struct file *, loff_t, int);
ssize_t (*read) (struct file *, char *, size_t, loff_t *);
ssize_t (*write) (struct file *, const char *, size_t, loff_t *);
int (*readdir) (struct file *, void *, filldir_t);
unsigned int (*poll) (struct file *, struct poll_table_struct *);
int (*ioctl) (struct inode *, struct file *, unsigned int, unsigned long);
int (*mmap) (struct file *, struct vm_area_struct *);
int (*open) (struct inode *, struct file *);
int (*flush) (struct file *);
int (*release) (struct inode *, struct file *);
int (*fsync) (struct file *, struct dentry *, int datasync);
int (*fasync) (int, struct file *, int);
int (*lock) (struct file *, int, struct file_lock *);
ssize_t (*readv) (struct file *, const struct iovec *, unsigned long, loff_t *);
ssize_t (*writev) (struct file *, const struct iovec *, unsigned long, loff_t *);
ssize_t (*sendpage) (struct file *, struct page *, int, size_t, loff_t *, int);
unsigned long (*get_unmapped_area)(struct file *, unsigned long, unsigned long, unsigned long, unsigned long);
};
结构体中的成员为一系列的接口函数，如用于读/写的read/ write函数，用于控制的ioctl等。打开一个文件就是调用这个文件file_operations中的open操作。不同类型的文件有不同的file_operations成员函数。如普通的磁盘数据文件，接口函数完成磁盘数据块读写操作；而对于各种设备文件，则最终调用各自驱动程序中的I/O函数进行具体设备的操作。这样，应用程序根本不用考虑操作的是设备还是普通文件，可一律当作文件处理，具有非常清晰统一的I/O接口。所以file_operations是文件层次的I/O接口。
Linux的帧缓冲设备
帧缓冲(framebuffer)是Linux为显示设备提供的一个接口，把显存抽象后的一种设备，他允许上层应用程序在图形模式下直接对显示缓冲区进行读写操作。这种操作是抽象的，统一的。用户不必关心物理显存的位置、换页机制等等具体细节。这些都是由Framebuffer设备驱动来完成的。帧缓冲驱动的应用广泛，在Linux的桌面系统中，Xwindow服务器就是利用帧缓冲进行窗口的绘制。尤其是通过帧缓冲可显示汉字点阵，成为Linux汉化的唯一可行方案。
结语
由于篇幅所限，本文中仅对帧缓冲设备驱动的基本原理和框架做了简单介绍。幸运的是，在Linux的发布版本中，包含了大量的设备驱动程序源代码，其中drvers/video下提供了多种显示卡的帧缓冲设备驱动程序程序，用户自己的驱动程序可参考成熟的代码编写或直接修改得到。

更多详情、、、技术支持：0755-83346949和0755-83679983

嵌入式arm开发板系列S3C44B0开发板

北京龙人arm公司是一家专业arm开发板 arm9开发板 arm9的嵌入式开发嵌入式系统公司,能根据客户的需求,提供最好的嵌入式arm开发板S3C2440 2440开发板 Xscale开发板 DSP开发板 270开发板等嵌入式产品系列，而DMC-S3C44B0-K1.0嵌入式开发板，是龙人最新研发的基于windows下的 GNU for ARM开发环境的一款高级开发板。下面我们将具体从以下几方面介绍该板的详细特性。

硬件资源

Samsung S3C44B0X 66MHz(ARM7内核)

8M SDRAM

2M FLASH

10M以太网接口

IDE接口

USB 1.1接口

IIC总线接口

可扩展的总线接口

实时系统时钟

2个RS232 串行口

14针JTAG调试端口

LCD接口：支持640×480以下单色或320×240以下STN/DSTN 256色（液晶屏选配）

1×4键盘

软件开发包资源

GNU工具包（包括交叉编译器、链接、汇编工具）

TCP/IP网络协议

Ramdisk

uClinux源码

uClibc 0.9.5

应用程序源代码

嵌入式开发板的功能与作用

Tag：嵌入式嵌入式开发板嵌入式行业 嵌入式系统

以嵌入式产品作为出发点，选择开发板的时候，应该注意哪些方面，才能够保证自己的项目能够顺利地完成？本文将就这个问题，从嵌入式开发板的功能与作用方面来向用户提供一些信息和建议。

嵌入式开发板，从概念上来讲，与软件外包非常类似（软件外包是指软件外包提供商为了集中精力从事核心竞争力业务,降低项目成本,同时提高项目实施的质量,将自己的软件项目中的全部或部分工作发包给合适的软件企业去完成）。像嵌入式产品的硬件、引导代码、驱动程序、文件系统、协议层、基本应用软件这些方面，都是电子产品的公共和通用部分，并不是产品能够形成差异化的关键技术，在这个讲求分工合作的时代，如果是这部分的工作量比较大，或者是厂商没有相关的开发人员的时候，就能够选择由第三方完成这些软件开发的工作，加快产品研发的进程，实现产品的迅速上市，抢占市场先机。

那么，作为“发包方”的开发板用户，选择开发板的时候，实际上选择的不仅是一个硬件板子、开发板提供的源代码等资源，而是选择一个合作伙伴，一个为用户提供软硬件服务的合作伙伴。与软件外包这种合作方式类似，用户和供应商之间的合作更多是软件方面的合作，需要用户和供应商之间根据产品的具体需求进行充分沟通，供应商要根据用户的需求不断地调用人员进行配合。像我们在支持客户进行产品开发的过程中，遇到的比如更改文件系统、串口测试、64M Flash换成128M Flash等问题，大多情况都是要通过软件方式来解决的，这就形成了嵌入式行业供应商的售后支持和客户研发的高度互动性

也就是说，嵌入式开发板是用户软件外包的载体，相对于传统的软件外包业务，开发板实际上能够为用户提供硬件实物和软件服务两方面的价值。

目前，在嵌入式行业中，除了嵌入式开发板，外包的形式也趋向多样化，用户能够根据自己的产品需要，向供应商提出定制要求，由供应商提供硬件设计和驱动移植等方面的服务；有可能电子厂商会自己设计硬件，由嵌入式系统厂商帮助其完成系统的移植、驱动的完善工作。从行业链上的作用来看，嵌入式系统厂商能够采用灵活的服务方式，利用自己的技术优势帮助电子产品厂商缩短产品开发周期、节省设计资源方面的投资，促进电子产品厂商的快速发展。

总之，通过以上人们多对嵌入式开发板功能与作用的了解，用户很容易知道在购买开发板的时候，选择的不是开发板，而是为自己提供服务的合作伙伴。开发板的价格是公司服务价值的体现，所以目前很多追求最低价开发板的消费理念是偏颇的。选择开发板，选择一个为自己服务的公司，一定要慎重。在半导体行业里面，开发板厂商就是衔接上下游厂商的链条。质量上乘的链条，能够快速地将用户送上新品促进市场良性循环的金光大道；劣质的链条，关键时刻，掉链子了，用户需要修修补补，就会被竞争对手赶超，再好的产品创意也会逐渐失去价值。本文参考网站：http://www.embedm.com

嵌入式系统四个支柱学科

Tag：嵌入式系统嵌入式处理器嵌入式应用

嵌入式系统的概念源于微型计算机的嵌入式应用。早期的嵌入式系统探索过工控机、单板机、微机单片化的专用计算机的形式，随后走上了独立的发展道路。嵌入式系统不是专用计算机系统。嵌入式系统尚未形成独立的学科体系，它的支柱学科是微电子学科、计算机学科、电子技术学科与对象学科。四个支柱学科形成了平台模式下的交叉与融合。剔除嵌入式系统的“专用计算机”观念，有利于嵌入式系统的健康发展。

1.1嵌入式系统的诞生

嵌入式系统诞生于微型机时代，经过微型计算机的嵌入式专用化的短暂探索后，便进入到嵌入式系统独立的微控制器发展时代。直接在嵌入式处理器与外围集成电路技术基础上发展的带处理器内核的单片机，即微控制器的智能化电子系统。即便有处理器内核，也是嵌入式处理器而非通用微处理器。

嵌入式系统的诞生、探索与发展

现代计算机是在微处理器基础上诞生的微型计算机。微型机诞生后，以其小体积、低价位、高可靠性，迅速走出机房，引发了大型机电设备的智能化控制要求。要求将微型计算机嵌入到大型机电设备中，承担起大型机电设备的智能化控制，这样的微型计算机便成为嵌入到特定机电系统中的专用计算机。为了与通用计算机系统相区别，把这种专用计算机称为“嵌入式计算机系统”。从嵌入式系统概念诞生于微型机的事实出发，早期可以认为嵌入式系统是专用计算机系统。

1.2专用计算机探索的失败之路

嵌入式系统诞生后，为了满足对象系统最广泛的嵌入式应用要求，不断探索嵌入式系统的应用模式，早期都是按照专用计算机的工控机、单板机、微机单片化的思路发展。

工控机是将微型计算机进行机械加固、电气加固后，作为嵌入式系统应用，无法满足嵌入式系统的微小体积、极低价位、高可靠、对象耦合性好的基本要求。随后，出现了板级状态的微型计算机（单板机），减小了计算机体积、降低了价位，迅速掀起了传统电子系统的智能化改造热潮。

1.3嵌入式系统的独立发展道路

嵌入式系统的微控制器（MCU）发展道路，是一条摆脱“专用计算机”羁绊，独立发展的道路。这是一条由Intel MCS51单片机、iDCX51实时多任务操作系统开辟的单片机独立发展的道路。

2嵌入式系统的四个支柱学科

目前，嵌入式系统尚未形成独立的学科体系。从“嵌入式系统”的诞生、独立的单片机发展道路、微控制器技术发展的内涵、嵌入式系统的多种解决方案来看，“嵌入式系统”是四个支柱学科的交叉与融合，并以平台模式进行学科定位与分工。

2.1四个支柱学科的关系图解

嵌入式系统的四个支柱学科是微电子学科、计算机学科、电子技术学科、对象学科。微电子学科是嵌入式系统发展的基础，对象学科是嵌入式系统应用的归宿学科，计算机学科与电子技术学科是嵌入式系统技术发展的重要保证。

2.2领衔的微电子学科

微电子学科与半导体集成电路的领衔作用，在于它为嵌入式系统的应用提供了集成电路基础。电子技术学科、计算机学科的许多重要成果，最终都会体现在集成电路中，从早期的数字电路集成，到如今的模数混合、软/硬件结合、以IP为基础的知识与知识行为集成。

2.3为平台服务的计算机学科

现代计算机出现后，在计算机学科中形成了两大学科分支，即通用计算机学科与嵌入式计算机学科。通用计算机学科与嵌入式计算机学科有不同的技术发展方向与技术内涵。

2.4广泛服务的电子技术学科

在嵌入式系统中，电子技术学科提供了最广泛的技术服务。电子技术将微电子领域的集成电路设计，迅速从电路集成、功能集成、技术集成发展到知识集成；为计算机学科提供嵌入式系统的硬件设计技术支持；在对象学科中，广大的应用工程师在嵌入式软硬件平台上实现最广泛的应用。

2.5对象学科的最终出路

对象学科是嵌入式系统的最终用户学科。对象学科几乎囊括了所有的科技领域，形成了嵌入式系统一个无限大的应用领域。至今，嵌入式系统行家不再会回答“嵌入式系统用在什么地方？”这样的问题。

对于对象学科来说，嵌入式系统只是一个智能化的工具，对象学科要在嵌入式系统上构建本领域的一个嵌入式应用系统。嵌入式应用系统的技术基础是本学科的基础理论与应用环境、应用要求。同时，在应用中要不断给微电子、集成电路设计、嵌入式计算机学科提出技术要求，以便不断提升嵌入式系统平台的技术水平。

3平台模式下的学科

分工平台模式是知识经济时代产业、科技的基本发展模式，所有的知识创新与创新知识应用都要走平台化发展道路。

3.1平台模式的由来

平台模式是知识经济时代的一种基本的产业、科技模式，是人类知识分离性规律、集成性规律发展到高级阶段上的必然现象。它将一体化的产业、科技模式变革为知识平台媒介下的平台模式。只要对比上世纪60年代收音机产业与90年代的VCD/DVD产业，就会发现一体化产业模式与平台产业模式的本质差异。

3.2嵌入式系统的平台模式

按照知识的分离性发展规律，知识创新者不从事知识应用，知识应用者不需要了解创新知识原理；按照集成性发展规律要求，知识创新者应该将创新知识成果集成到工具之中，转化为知识平台，知识应用者应该在知识平台基础上实现创新知识应用。

在早期的嵌入式系统中，集成电路芯片（单片机和外围电路）、开发装置是半导体厂家提供给用户的应用平台，对象领域的电子工程师在这样的平台上完成嵌入式系统的应用。当前，在四个支柱学科支持下的嵌入式系统，必然形成一个按平台模式分工发展的产业、科研生态系统。

3.3平台模式下的学科定位与分工

由于嵌入式系统有四个支柱学科的跨学科特点，每个学科在嵌入式系统中都会体现出它的优势与弱势，因此，嵌入式系统中有一个学科定位与交叉融合问题。“学科定位”体现在每个学科利用自己的学科优势，在自己的学科基础上，介入嵌入式系统的发展；“交叉融合”是在学科定位的基础上，不断了解其他学科对嵌入式系统的技术发展要求，以便为嵌入式系统构筑最佳的知识平台，实现最佳的嵌入式系统应用。

嵌入式系统中四个支柱学科的定位，除了学科知识结构的定位外，还要体现出在知识平台模式中的定位。这种平台模式的定位，是一种3+1的定位。即微电子学科、计算机学科、电子技术学科为嵌入式应用构筑各种类型的应用平台，不介入嵌入式系统的具体应用；对象学科一定要在嵌入式系统应用平台基础上，实现嵌入式系统在本学科领域中的产品化应用，不必介入嵌入式系统的平台构建，嵌入式系统是一个无限大的空间，不论是嵌入式系统平台构建还是嵌入式系统平台应用，都有无限广阔的发展空间，关键是把握好自己的“定位”与“分工”，了解学科的“交叉”与“融合”。

参考文献 [1]何立民. 嵌入式系统的产业模式. 单片机与嵌入式系统应用,2006(1).

[2]何立民. 从嵌入式系统看现代计算机产业革命. 单片机与嵌入式系统应用,2008(1).

[3]何立民. 以SoC为中心的多学科融合与渗透. 单片机与嵌入式系统应用,2001(5).

ARM9嵌入式系统在励磁调节装置的应用

本文关键词：嵌入式系统 嵌入式 arm9 嵌入式操作系统 DSP芯片

本文所研究的励磁调节装置，它是以经典和现代控制理论与数字信号处理器DSP技术与嵌入式技术相结合的微机励磁调节器。它继承了过去的微机励磁调节器的全部调节、控制及限制保护功能，同时在计算速度、抗电磁干扰、可靠性等方面有了极大的改进，有效保证整个系统调节、控制功能的实现; 外围采用先进的大规模可编程逻辑器件，以提高整个系统的可靠性，并形成对用户开放的逻辑系统。

1．励磁调节器的组成原理

该系统主要由微机励磁调节器；电气制动停机装置等分组成。采用两套相同的控制器冗余配置,物理通道相互独立,每个通道基本包括:电源系统、主机板、采样板、模拟量输入输出板(A/D,D/A) 、开关量输入输出板、脉冲形成及放大板等。

2． 嵌入式系统部分

2． 1嵌入式硬件单元

ARM（Advanced RISC Machines）是微处理器行业的一家知名企业，设计了高性能、耗能低的RISC处理器,具有性能高、成本低和能耗省的特点。应用于多种嵌入式领域，配备Thumb扩展、调试和Harvard总线。5级流水线提高了时钟频率和并行处理能力。集成有串口，USB Host 控制器，LCD控制器，Nand Flash控制器，IDE， PCMCIA 等多种功能。32K FRAM.最高分辨率1024X768X32芯片,内置以太网控制器，片上资源丰富。

本系统中管理单元是以ARM9为内核,串行并行接口芯片,D/A转换器等硬件,负责管理液晶、对外通讯、打印、录波分析。大大增加了系统通信、后台管理、远程维护等附加功能，可以运行操作系统以及QT等应用程序，具有比较强的事务管理功能。

控制单元是以DSP为内核,负责脉冲形成、AD转换、数据运算等。 DSP由于其特殊的结构、专门的硬件乘法器和特殊的指令，使其能快速地实现各种数字信号处理及满足各种高实时性要求。其优势在于其强大的数据处理能力和较高的运行速度。

本系统采用ARM和DSP芯片的双核嵌入式系统，充分利用了ARM和DSP的各自特点进行协同开发。 DSP作为控制部分，可以充分发挥其对数字信号处理的独特优势；ARM作为管理部分，则发挥其前台显示通讯管理的优势，使前台部分相对独立，减少主CPU负担；即使发生故障，对后台主程序不产生影响，相应增强了整个设备冗错能力。二者通过HPI进行实时数据透明交换。

2．2 嵌入式操作系统选择

在ARM 芯片上可以实现多种操作系统的移植,比如Window-CE、VXWorks等,由于Linux具有以下特点: 1)开放的源码,丰富的软件资源；2)内核功能强大,性能高效、稳定,多任务易于裁减； 3)完善的网络通信、图形、文件管理机制；4)支持大量的周边硬件设备； 5) 价格低廉可以有效降低产品成本。基于开发成本考虑,最后选用了ARM-Linux系统。

2．3 ARM 与 DSP连接

HPI是一个并行串口，ARM通过它可以之间访问DSP存储空间以及地址映射道存储空间的外围设备。HPI主要由地址寄存器HPIA，数据寄存器HPID,以及控制寄存器HPIC组成，ARM先通过对控制寄存器和地址寄存器设置，然后根据控制信号进行对数据寄存器读写操作。ARM处理器在与HPI的读/写前，首先要完成自身工作模式等一系列初始化，其源代码如下：

SYSCFG=0xeTffe22；/*关掉ARM中Cache*/

EXTDBWTH=0K0ffff556; /*使外部I/O接口工作于32位模式*/

EXTAC0NO=0x08610000/*配置外部I/O接口各读写时序关系*/

这段代码通过对寄存器的操作，配置好ARM处理器工作模式后，对外部I/O接口就可以进行读写，从而完成对HPI接口的相应操作了。HPI接口可以用I/O端口方式，也可以用I/O存取方式。系统平台采用I/O存取方式，将HPI访问地址寄存器HPIA、数据寄存器HPID、控制寄存器HPIC映射到内存物理地址为0x3fd40000开始的空间，通过访问存储器指令对HPI进行操作。

3．结论及创新点

利用ARM9 CPU 强大的功能, 以及嵌入式Linux多进程多线程编程等提供的便捷高效的底层支持,开发出的励磁调节装置具有可靠性高、操作方便等诸多优点，在励磁调节控制系统中起到了枢纽和核心的作用。本文介绍使用的ARM和DSP双CPU构成的双核嵌入式的硬件平台，给出系统整体硬件设计图，并详细介绍了ARM和DSP通信部分的设计。以后基于DSP进行数据处理、ARM进行管理，二者配合的系统将会越来越多、应用也将越来越广泛。

创新点：(1) 系统用ARM处理器代替单片机,使系统性能得以大大提高； (2) 采用ARM、DSP双核嵌入式系统，充分发挥了ARM和DSP的各自优势；(3)工业级大液晶显示器触摸屏，替代传统LCD，友好人机界面易学易用。

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