基于ARM的嵌入式实验教学实例

文章编号：1672-5913(2009)08-0090-03

摘要：近年来，随着软硬件资源的成熟与完善，嵌入式实时系统在越来越多的领域内得到了广泛的应用，各种相关的嵌入式产品纷纷涌现，嵌入式系统越来越引起人们的重视。在教学领域，嵌入式实验教学也将成为高校重要的教学实践之一。本文结合作者的开发实践，简要讲解了基于ARM7 Linux开发板――以S3C4510B为CPU芯片的开发过程。

关键词：ARM；嵌入式系统；嵌入式操作系统(EOS)

中图分类号：G642

文献标识码：A

1简介

嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，并且软硬件可裁减，适用于应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格要求的专用计算机系统。它一般有嵌入式微处理器、硬件设备、嵌入式操作系统以及用户的应用程序等四个组成部分，用于实现对其设备的控制、监视和管理等功能。

ARM嵌入式处理器是一种高性能，低功耗的RISC芯片。它由英国ARM公司设计，世界上几乎所有的主要半导体厂商都生产基于ARM体系结构的通用芯片或在其专用芯片中嵌入ARM相关技术。它以体积小，低功耗，低成本，高性能的特点赢得了75%以上的32位RISC嵌入式产品市场。目前ARM芯片广泛应用于无线产品，PDA，GPS，网络，消费电子产品，STB及智能卡。市场对相关人才的迫切需求，使得把握关键和核心的嵌入式系统设计技术成为高等院校计算机科学与技术专业人才培养的关键，因此，基于ARM的嵌入式实验教学的研究和实践就成为计算机专业实验教学的重点之一。

1.1嵌入式系统的组成

嵌入式系统通常由嵌入式处理器、嵌入式设备、嵌入式操作系统和嵌入式应用软件等几大部分组成。

1.2关于ARM嵌入式技术

ARM(Advanced RISC Machines)，既可以认为是一个公司的名字，也可以认为是对一类微处理器的通称，还可以认为是一种技术的名字。采用RISC架构的ARM微处

理器一般具有以下特点：体积小、功耗、低成本、高性能；支持Thumb(16位)/ARM(32位)双指令集，能很好的兼容8/16位器件；大量使用寄存器，指令执行速度更快；大多数数据操作都在寄存器中完成；寻址方式简单灵活，执行效率高；指令长度固定。

本次开发用到的ARM Linux Board包含Samsung Electronics的S3C4510B网络处理器，工作频率为50MHz； 2MB的1M×16位Flash；16MB的2×4M×16位SDRAM； 128×8位IIC存储器接口；9针D型RS-232C串行接口；RJ-45 10/100Base-T 太网接口；2个可编程的LED指示灯；20针JTAG接口；系统总线扩展。

1.3课题简介

本次基于ARM应用的嵌入式教学实验探索的课题开发，主要目的在于掌握嵌入式应用系统开发的步骤和方法，在了解了ARM7 Linux开发板以后，结合作者设计的硬件电路，设计一个简单的电梯升降控制模拟系统。

2系统设计与分析

2.1项目分析

该系统所要完成的功能主要是利用ARM7 Linux开发板(系统总线扩展)，外接一定的硬件电路，并且结合相应的应用程序实现一个简单的电梯升降模拟系统。主要是通过按键开关及数码管和二极管的不同显示来实现简单模拟的效果。

2.2系统硬件资源

ARM7 Linux开发板；9针RS-232C串行电缆线；ARM JTAG接口仿真器；硬件电路；5V稳压直流电源。

2.3系统软件资源

Linux操作系统；板级支持包；GNU工具链：含ARM交叉编译器、连接器、汇编器以及其他实用工具；uCLinux 2.0.38；uClibc 0.9.5；BusyBox 0.60.1；Thttpd 2.20c；ARM SDT2.51集成开发工具；超级终端服务。

2.4硬件设计

(1) S3C4510B芯片引脚及分析：

S3C4510B共有208只引脚，设计时或连接时应该注意I、O、I/O类型的引脚。输出类型的引脚主要用于S3C4510B对外设的控制或通信，由S3C4510B主动发出，这些引脚的连接不会对S3C4510B自身的运行有太大的影响；输入/输出类型的引脚主要是S3C4510B与外设的双向数据的传输通道；而某些输入类型的引脚，其电平信号的设置是S3C4510B本身正常工作的前提，在系统设计时必须小心处理。图1是S3C4510B扩展管脚图。

图1 S3C4510B扩展管脚图

(2) 本次开发的电路器材选择如下：

① 1-8号数码管分别代表各楼层所能看到的电梯所在楼层数；

② 9号数码管代表电梯里所看到的电梯所在楼层数；

③ 1-14号开关分别代表每层楼的上楼和下楼的请求(一楼只有上楼请求，八楼只有下楼请求)；

④ 15-22号开关分别代表请求者所去的1-8楼层；

⑤ 8279芯片实现对数码管的编程显示；

⑥ 24个二极管分别和24个按键开关相对应，代表各个按键开关请求信号。对应按键开关按下后，二极管被点亮，直道该请求被满足时，二极管熄灭。

(3) 主要信号线的连接如下：

① 数据线XDATE0-XDATE7作为通用可编程键盘、键盘接口芯片的数据输入信号线。同时，8279的8个输出信号OUTA0-OUTA3、OUTB0-OUTB3作为9个数码管的输入信号。(9个数码管接法一样)

② XDATE8-XDATE31作为3个74HC573锁存器的输入信号线。同时，74HC573的输出作为二极管的正极输入信号线。

③ 控制信号线 ADDR0、ECS0、ECS1、DWE、OE分别作为8279的缓冲器地址输入信号、8279片选信号、74HC53片选信号、8279写使能信号、8279读使能信号。

2.5软件设计

嵌入式软件设计与一般的软件设计的不同在于，在应用高级语言设计应用程序的同时还要结合硬件电路的设计思想，做一些比较底层的汇编程序设计。

在该系统的软件设计中，利用开发工具ARM SDT2.51，按照模块化程序设计思想，结合硬件电路的设计，开发应用程序。其功能是实现通过对外部按键信息的读取与分析，确定对上下楼请求的选择性响应，从而实现对电梯运行的控制。使得硬件上显示的结果为9个数码管示数的改变。

主程序未用C语言编写。如果需要，可采用ARM支持汇编语言与汇编语言及C++语言混合编程。汇编语言实现C主程序的引导和调用。

3系统的调试与运行

3.1系统的调试

系统的调试包括硬件调试、软件调试。硬件调试包括开发板的调试以及硬件电路的调试。开发板的调试主要是测试板上的复位电路、电源、Flash、SDRAM、10M/100M以太网口、串口等。电路的测试主要是对焊点的短接、虚焊以及信号线的检测。软件调试则要用到ARM SDT2.51、超级终端服务和ARM JTAG仿真器。ARM Project Manager (APM) include ARM Debugger: 这个工具由ARM提供。主要是开发程序, 编程调试ARM芯片, 有相当不错的开发环境和远端调试功能, 支持汇编和C。它带有一个ARM自己的嵌入式操作系统ARM Angel，用户可以在它的上面开发自己的嵌入式软件。

3.2代码的固化

系统调试通过了，那么接下来就要实现代码的固化，将编译后的可执行代码固化到Flash中去。本次开发中，可以通过串口或以太网口将可执行文件下载到板子的 FLASH中。不过都必须使用超级终端。

4结语

将应用程序和uClinux核捆绑编译并烧到FLASH中之后，对开发板上电复位就可以执行应用程序。可以通过超级终端控制程序的运行。通过这样一个实例，完成了一个嵌入式系统设计的全部过程。

参考文献：

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[3] 俞建新. 略论嵌入式系统的实验教学[J]. 实验室研究与探索,2006,(07).

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[9] ARM Linux Board用户手册[Z]. 北京微芯力科技有限公司.

The Living Example of the Embedded Experiment Based on ARM

WU Jun-peng，LONG Xiao-jie

(College of Computer Science and Technology, Harbin Engineering University, Harbin 150001, China)

Abstract: In recently , with the maturity and perfection of resources of the software and hardware, embedded real-time systems are all widely used in more and more fields; various kinds of relevant embedded products emerge one after another. In the field of teaching, the embedded experiment will become one of university's important teaching practices . Based on the author's development practice, this text has explained the development of Regard S3C4510B as CPU chip on ARM7 Linux.

Key words: ARM; the embedded system; Embedded Opreating system (EOS)