1、分析嵌入式系統文獻綜述嵌入式系統文獻綜述 分析嵌入式系統文獻綜述嵌入式系統文獻綜述 導讀：展之中，如，嵌入式系統的硬件軟件協同設計方法；面向多目標，多任務的微內核嵌入式操作系統；分布嵌入式系統的實時性問題，分布式計算，分布式信息交互與綜合處理；以及嵌入式系統的多目標交叉編譯和交叉調試工具的研究等。為解決嵌入式系統教學實驗平臺主要以培養軟件編程能力為主的缺點,本文ARM9實驗教學系統在設計時采用 開題報告（文獻綜述）（蘇州大學）1 引言在信息技術和X絡技術高速發展的后PC（PostPC）時代，嵌入式系統已經廣泛地滲透 到科學研究、工程設計、軍事技術、各類產業和商業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。在嵌入式產品 日漸普及和迅速發展的背景下， 掌握嵌入式Linux軟件技術或者嵌入式硬件設計的開發人員已 經成為社會急需。 目前國內用于教學的嵌入式系統實驗系統，學生只能在此平臺上進行一些應用軟件開發 實驗。這些對于電子及相關專業的學生來說, 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, 不便于培養學生的創新能力, 最終不能很好適應嵌入式系統 開發的要求。1.1 ARM9 嵌入式實驗教學系統的描述本教學實驗系統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, 符合嵌入式系統發展趨勢, 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, 該芯片是目前國內使用最廣的經典ARM 芯

4、片, 非常適合教學, 充分體 現嵌入式系統對資源、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，嵌入式系統在人們的日常工作和生活中所占的份額，可能已超過 傳統意義的控制系統，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。 在嵌入式系統及開發環境方面，目前仍有許多問題尚在研究發展之中，如，嵌入式系統的硬 件軟件協同設計方法；面向多目標，多任務的微內核嵌入式操作系統；分布嵌入式系統的實 時性問題，分布式計算，分布式信息交互與綜合處理；以及嵌入式系統的多目標交叉編譯和 交叉調試工具的研究等。 為解決嵌入式系統教

5、學實驗平臺主要以培養軟件編程能力為主的缺點, 本文ARM9實驗教 學系統在設計時采用一些 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, 培養他們的硬件設計能力。該實驗系統便于學 生完整學習32位嵌入式系統開發過程, 掌握當前實際應用的主流技術。2ARM9 嵌入式實驗教學系統的設計與制作綜述分析作為 3 4 5 6 7 分析嵌入式系統文獻綜述嵌入式系統文獻綜述 導讀： 全球信息產業高速增長的熱點之一, 在我國嵌入式系統市場同樣得到快速發展, 圍繞嵌入式系統展開的研究和開發也就成為計算機軟硬件技術發展的最活躍的方向之一。嵌入 式系統是將先進的計

6、算機技術、半導體技術、電子技術與各個行業的具體應用相結合后的產 物, 他是硬件與軟件是緊密捆綁在一起的系統, 這一特點就決定了他必然是一個技術密集、 高度分散、不斷創新的知識集成系統。業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, 在信息技術發達的國家, 嵌入式系統技術和人才的培養都是一個新 的問題, 在我國更是如此, 嵌入式系統的人才培養遠遠落后, 造成現在大量的嵌入式系統開 發人才的緊缺。為了適應社會和市場對嵌入式系統的人才需求, 必須對嵌入式系統的學科方 向建設和人才培養做深入地研究和實踐。提供一個優良的實驗平臺是培養嵌入式系統人才的 關鍵, 文章主要針對高校的嵌

7、入式系統教學, 研制了一個基于ARM9 的32位嵌入式系統教學 實驗平臺。2.1 ARM9 嵌入式實驗教學系統的發展 2.1.1 始于微型機時代的嵌入式應用電子數字計算機誕生于1946年，在其后漫長的歷史進程中，計算機始終是供養在特殊的第2頁 共8頁機房中，實現數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，計算機才出 現了歷史性的變化。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；基于高速數值解算能力的微型機，表現出的智能化水平引起了控制專業人士的 興趣，要求將微型機嵌入到一個對象體系中，實現對象體系的智能化控制。例如，將微型計 算機經電氣加固、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 或輪機狀態監測系統。這樣一來，計算機便失去了原來的形態與通用的計算機功能。為了區 別于原有的通用計算機系統，把嵌入到對象體系中，實現對象體系智能化控制的計算機，稱 作嵌入式計算機系統。因此，嵌入式系統誕生于微型機時代，嵌入式系統的嵌入性本質是將 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的基本出發點。2.1.2 現代計算機技術的兩大分支由于嵌入式計算機系統要嵌入到對象體系中，實現的是對象的智能化控制，因此，它有 著與通用計算機系統完全不同的技術要求與技術發展方向。 通用計算機系統的技術要求是高速、海量的數值計算；技術發展

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的技術要求則是對象的智能化控制能力； 技術發展方向是與對象系統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進行改裝，在大型設備中實現嵌入式應用。然 而，對于眾多的對象系統（如家用電器、儀器儀表、工控單元），無法嵌入通用計算機 系統，況且嵌入式系統與通用計算機系統的技術發展方 3 4 5 6 7 分析嵌入式系統文獻綜述嵌入式系統文獻綜述 導讀： 向完全不同，因此，必須獨立地發展 通用計算機系統與嵌入式計算機系統，這就形成了現代計算機技術發展的兩大分支。 如果說微型機的出現，使計算機進入到現代

10、計算機發展階段，那么嵌入式計算機系統的 誕生，則標志了計算機進入了通用計算機系統與嵌入式計算機系統兩大分支并行發展時代， 從而導致20世紀末，計算機的高速發展時期。2.1.3 兩大分支發展的里程碑事件通用計算機系統與嵌入式計算機系統的專業化分工發展，導致20世紀末、21世紀初，計 算機技術的飛速發展。計算機專業領域集中精力發展通用計算機系統的軟、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；操作系統則迅速擴張 計算機基于高速海量的數據文件處理能力，使通用計算機系統進入到盡善盡美階段。 嵌入式計算機系統則走上了一條完全不同的道路，這條獨立發展的道路就是單

11、芯片化道 路。它動員了原有的傳統電子系統領域的廠家與專業人士，接過起源于計算機領域的嵌入式 系統，承擔起發展與普及嵌入式系統的歷史任務，迅速地將傳統的電子系統發展到智能化的第3頁 共8頁現代電子系統時代。 因此，現代計算機技術發展的兩大分支的里程碑意義在于：它不僅形成了計算機發展的 專業化分工，而且將發展計算機技術的任務擴展到傳統的電子系統領域，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的特點 2.2.1 嵌入式系統的特點嵌入式系統可以稱為后PC時代和后X絡時代的新秀。與傳統的通用計算機、數字產品相 比，利用嵌入式技術的產品有其自身的特點： 1、由

12、于嵌入式系統采用的是微處理器，獨立的操作系統，實現相對單一的功能，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勢。 2、嵌入式系統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更高的性能。 3、嵌入式系統為了提高執行速度和系統可靠性，嵌入式系統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的特點ARM9嵌入式實驗教學系統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，指令緩存和數據緩存均為16Kbyte的ARM920T，系統的主頻為 400MHz，最高時可達533MHz，前端總線頻率100MHz。；內存采用具有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 分析嵌入式系統文獻綜述嵌入式系統文獻綜述 導讀： 與擴展板單獨設計。 通過采用核心板加擴展板的模式，使得開發成本低、性能優良、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 嵌入式的現狀及發展趨勢 2.3.1 嵌入式系統的歷史與現狀第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， 嵌入式系統的概念也隨之出現， 而此時的嵌入式系統大多都不采用操作系統，它們只是為了實現某個控制功能，使用一個簡 單的循環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 X時代嵌入式產品，為嵌入式市場展現了美好前景，同時也對嵌入式系統技術，特別是軟件 技術提出了新的挑戰。這主要包括：支持日益更新的功能、靈活的X絡聯接、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，商業化嵌入式系 統的發展主要受到用戶對嵌入式系統的功能需求、硬件資源以及嵌入式操作系統自身靈活性 的制約。2.3.2 嵌入式系統的發展趨勢在市場和技術進步的雙重推動下，嵌入式系統技術未來的發展，將呈現出以下幾點趨勢： 1、聯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，要求嵌入式產品設計者相應降低處理

16、器 的性能，限制內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，并根據上下文識別人的身 體姿態、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字環境， 它通過智能的、用戶定制的內部互聯系統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市場提出巨大需求，目前 微處理器微控制器年產量幾億到10多 3 4 5 6 7 分析嵌入式系統文獻綜述嵌入式系統文獻綜述 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。在顯示方式上，可以直接用現有的電視機或電腦顯示器顯示，其一，可以節約

18、購買大屏幕LCD顯示屏的大筆費用開支；其二，可以方便對系統的調試和產品的開發，縮減開發周期；其三，可以降低整個系統板因使用大屏幕LCD顯示屏而產生的的功耗。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 將是信息產業新的經濟增長點。第5頁共8頁2.4 ARM9 嵌入式系統的含義及分類嵌入式系統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 系統對功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴格要求的專用計算機系統。 嵌入式系統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的具體應用相結 合后的產物, 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、不斷創新的知 識集成系統。 目前嵌入式系統除了部分為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) , 嵌入式系統是計算機應用的另一種形態, 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的形式隱藏在各種裝置、產品和系統之中的一種軟硬件高度專 業化的特定計算機系統。目前根據其發展現狀, 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(System On Chip)2.5 ARM9 嵌入式實驗教學系統的設計與制作中突出強調解決問題嵌入式系統是軟硬件結合的系統，其硬件開發平臺對嵌入式軟件的開發起著至關重要的 作用。傳統的開發板不僅成本高、開發周期長、軟件開發難度較大，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的面積，改善系統的穩定性與抗干 擾能力；另一方面還可以使用核心板進行二次項目開發。在顯示

21、方式上，可以直接用現有的 電視機或電腦顯示器顯示，其一，可以節約購買大屏幕LCD顯示屏的大筆費用開支；其二，可 以方便對系統的調試和產品的開發，縮減開發周期；其三，可以降低整個系統板因使用大屏 幕LCD顯示屏而產生的的功耗。在電路板設計制作方面，采用6層板設計可以很容易實現數據 和信號線的等長布線，而且布線距離和開發板面積大為縮減，極大的改善了工作在400MHz主 頻下系統的抗干擾能力及其穩定性。第6頁共8頁3 ARM9 嵌入式實驗教學系統相關技術概述 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，主要 芯片設計技術的授權半導體生產商從 ARM 3 4 5 6 7 分析嵌入式系統文獻綜述嵌入式系統文獻綜述 導讀：列微處理器。3.2關于嵌入式系統嵌入式系統是以應用為中心、以計算機技術為基礎、軟件硬件可裁剪、適應應用系統對功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴格要求的專用計算機系統。嵌入式控制器因其體積小、可靠性高、功能強、靈活方便等許多優點,其應用已深入到工業、農業、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， 根據各自不同的應用領域，加

23、入適當的 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 關于嵌入式系統嵌入式系統是以應用為中心、以計算機技術為基礎、軟件硬件可裁剪、適應應用系統對 功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴格要求的專用計算機系統。嵌入式控制器因其體積小、 可靠性高、功能強、靈活方便等許多優點, 其應用已深入到工業、農業、教育、國防、科研 以及日常生活等各個領域, 對各行各業的技術改造、產品更新換代、加速自動化化進程、提 高生產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絡技術高速發展的時代，嵌入式系統已經廣泛地滲透到科學研究、工程 設計、軍事技術、各類產業和商業文化藝術以及人們的