基于arm的嵌入式系統設計碩士學位論文-資料下載頁

　　

【正文】 可能產生大得多的內核。? RTOS 性能 RTOS 是否提供任務調度、內存管理、中斷處理、同步互斥機制、文件系統和網絡功能等功能是選擇 RTOS 的前提。另外，對于實時性來說有xx 大學碩士學位論文18硬實時和軟實時之分，它們之間的界限也是十分模糊的，這與你選擇什么樣的 ARM CPU，它的主頻，內存等參數有一定的關系，像 XSCALE 這樣的處理器，即使配合普通 Linux 的內核，內核的搶占延時最壞情況也只有 毫秒，而 %的情況是 毫秒，而如果你使用加入實時補丁等技術的嵌入式 Linux 如 MontaVista Linux( 版本內核)，最壞的情況只有436 微秒，而 %的情況是 195 微秒。? 軟件組件和設備驅動程序 到處都會有計算機，但計算機的外表不再是一成不變的。為了使美景成真，嵌入式系統應該通過各種標準加大開發需求的互操作性，開發者可能要依賴于他人開發的組件。假如你的應用需要通信協議、服務、庫或者其他組件（如TCP/IP、HTTP、ftp、tel、SNMP、CORBA 和圖形） ，先看看哪里可以獲得它們。類似的，在設計中用到現成的設備或 IC 時，要確定是否可以得到設備驅動程序。有些操作系統提供這些特性或驅動程序的方式不同，可能作為操作系統的一部分，也可能作為可選配件。考慮了上述各種因數之后，通常我們都可以找到幾個適合自己的嵌入式實時操作系統，但是現在市場上商用實時系統都不提供內核的源代碼，對于學習沒有多少實用價值；同時使用費用都比較十分昂貴，考慮到成本問題后，我們最后決定在目前國內在 ARM CPU 上廣泛采用的三種嵌入式操作系統做個分析，選用一個當前使用十分成熟的開源免費實時操作系統自建一個操作系統。 幾種開源的嵌入式操作系統的比較181。C/OSII、181。CLinux 和嵌入式 Linux。后兩種同屬于 Linux,前者是針對沒有 MMU 的微處理器，如 ARM7 TDMI 核，后者可適用于絕大多數有 MMU 的微處理器中，如 ARM920T，當然，我們也會涉及到其它支持 ARM CPU 的嵌入式操作系統。? 181。C/OSII 嵌入式實時內核由 Jean Labrosse 先生著，邵貝貝老師翻譯的《嵌入式實時操作系統181。C/OSII》先后由電力出版社（第一版）和航空航天大學出版社出版（第二版）發行了近萬冊，相信有數以千計的學生、老師和工程師正在使用 181。C/OSII，在xx 大學碩士學位論文19過去的一年中（2022） ，在《電子產品世界》 、 《電子設計應用》和《單片機和嵌入式系統應用》等雜志和各種學術會議上的有 181。C/OSII 相關論文就有幾十余篇。全世界數百種設備已經在使用 181。C/OSII，包括如手機、路由器、不間斷電源、飛行器、醫療設備和工業控制設備。181。C/OSII 已經有 ARM7TDMI、ARM9 和 Strong ARM 等各種 ARM CPU 的移植，支持包含 Atmel、Hynix、Intel、Motorola、Philips、Samsung、Sharp 等公司的 ARM 核的 CPU。181。C/OSII 的移植也相當容易，與 CPU 相關的代碼包裝在三個文件中，，而且 Jean Labrosse 先生的應用筆記 AN1011 和 AN1012 對 ARMAN1337 對 ARM9 的移植過程都做了詳細的說明。181。C/OSII 有 60 余個系統調用，覆蓋任務、定時器、信號量、事件標志、郵箱、隊列和內存管理，已經包含了傳統嵌入式操作系統內核（如PSOS，VRTX）的功能，還支持互斥型信號量(Mutual Exclusion Semaphone)，這是 90 年代的嵌入式操作系統內核，如 Vxworks 和 VRTXsa 才有的技術。181。C/OSII 因為是可搶占的實時內核，所以 181。C/OSII 與商業嵌入式實時內核在性能上沒有什么差異，181。C/OSII 沒有用戶態和內核態，任務（線程）或中斷和任務切換的響應可以很快，主要是和不同的 ARM CPU 相關的。最新的 版本還增加了算法以避免在移植中修改 OSINTCEXSW（）中的堆棧指針。這樣可以保證 181。C/OSII 在不同的 CPU 上運行更穩定，移植更方便。181。C/OSII 目前除了內核外還有商業化文件系統 181。C/FS，圖形系統 181。C/GUI 以及任務調試工具 181。C KA 和181。C View，免費的 TCP/IP 項目如 LWIP 。總之，181。C/OSII 是一個非常容易學習（有一本很好的講解很清楚的書），結構簡單，功能完備和實時性很強的嵌入式操作系統內核，適合于各種嵌入式應用以及大專院校教學和科研。最后需要說明，181。C/OSII 不是免費軟件，任何人學習使用 181。C/OSII 需要購買《嵌入式實時操作系統 181。C/OSII》一書，使用了 181。C/OSII 的產品需要購買產品生產授權，購買了此授權的還可以得到開發期間的技術支持和升級服務。? 181。CLinux 操作系統181。CLinux 是 Linux 小型化后，適合于沒有 MMU 的微處理器芯片而裁剪成的小型化 Linux 操作系統，在 ARM CPU 系列中，ARM7 TDMI，ARM940T 等 ARM 核的CPU 產品，如果希望使用 Linux 操作系統，只能用 181。CLinux。181。CLinux 保持了傳xx 大學碩士學位論文20統 Linux 操作系統的主要特性，包括穩定、強大的網絡和文件系統的支持，181。CLinux 裁剪了大量的 Linux 內核以縮小尺寸，適合象 512k RAM，1M Flash 這樣小容量，低成本的嵌入式系統。181。CLinux 近期主要是在發展各種 版本的移植，以期跟上 Linux 社會主流的發展趨勢（因為今年 Linux 將開始成為主流的內核）。181。CLinux 系統小型化的另一個重要原因是采用了 181。CLib 庫替代 Linux 的 Glib 庫，使用 181。CLib 可以大大減少應用程序的代碼尺寸，對于中小型嵌入式應用，181。CLib 功能可以滿足需要，所以目前即使是某些采用 Linux 內核的嵌入式 LINUX 系統也采用 181。CLib 庫的做法。181。CLinux 中，由于沒有內存保護機制，應用代碼一般采用靜態連接的方式，而且在 181。CLinux 中采用 Flat 文件執行格式（Linux 是 Coff 或 Elf 格式）, 181。CLinux 和應用代碼都可以支持固化，存儲在 Flash 存儲介質中，不需像 Linux 需要經過一次 Flash 到 RAM 的拷貝。所有這些，使得 181。CLinux 更像傳統意義上的嵌入式操作系統。 ? 嵌入式 Linux 操作系統芬蘭學生 Linux Torvalds 在 91 年寫完第一個 Linux 版本時，怎樣也無法想象到今天 Linux 在全世界范圍被廣泛注目和應用。嵌入式系統作為 Linux 應用的一個重要領域，由于它的廣泛性和多樣化正在迅速發展。和微軟的軟件不一樣，Linux 不是由一家公司所擁有、維護開發的，Linux 在市場有多種發行版本，所有發行版本都包含一樣的 Linux 內核、基本工具和應用，不同的發行版本主要是在附加的工具鏈、應用、配置以及各種內核補丁上有所不同。嵌入式Linux 主要是在實時性增強、內核精簡和裁減、支持多種 CPU 結構（如 ARM CPU）等方面做了改進和提高。某些半導體公司，如三星、Motorola 也在自己的網站或銷售自己的 ARM 評估板的時候送給一張 CD，里面含有一個可以支持他們評估板的最小 Linux 內核系統。如果這個最小內核沒有包含 GCC/GDB 工具鏈，你可能還要到 GNU 的網站下載全部的源代碼，然后再編譯生成你需要版本的ARM 工具鏈和應用程序庫，這個過程是相當耗時和困難的。還需要指出，這種DIY 內核的配置，添加應用和驅動程序是不標準和復雜的，這是嵌入式系統的特殊性所在，比如說，有的基于 ARM 的應用是網絡上的小型互連設備，需要多個以太網、USB 主機、小型的 NOR Flash 文件系統，而一個 ARM 手持終端，它關心的是 LCD 的觸屏、紅外或藍牙接口、USB 用戶端、快速的啟動，動態的電源管理和 NADA FLASH，這樣，你就需要在數十家 Linux 相關網站下載各種補丁，xx 大學碩士學位論文21應用和工具，把它們和你拿到的這個內核進行反復的編譯和調試，確信它們之間以及它們在你所用的 ARM CPU 硬件評估板上是穩定可靠工作的，這個過程是在沒有任何技術支持下完成的。當然，如果可以從某家半導體公司或開源的網站能夠得到“最小內核”，它所包含的組件（如驅動、應用和文件系統）和你的應用近似，而且代碼是可靠的，或者你及時正確得到 Linux 網友的指導，那么你是幸運的。前面我們對三種在 ARM CPU 上較為流行的嵌入式操作系統作了詳細的分析，另外還有幾個在國際上很有名氣的嵌入式操作系統，它們是 Windriver 公司的Vxworks、ATI 的 Nucleus 和微軟的 WinCE。Windriver 的 Vxworks 在兩三年前曾經是最具影響力的嵌入式操作系統，幾乎主要的通信設備制造商都是采用PowerPC+Vxworks 這種組合，但是在 ARM CPU 上，Vxworks 的應用并不多見；ATI 的 Nucleus（現在已經是 Mentor 的嵌入式部門）曾經作為最有名氣的源代碼、沒有版稅的嵌入式操作系統而在北美和亞洲臺灣流行，最成功的設計范例是各種 GSM 移動電話，Nucleus 只是一個實時內核，用戶需要再購買它的TCP/IP，GUI，文件系統和設備驅動才能形成一個功能完整的嵌入式系統，這使它在近些年失去了優勢；微軟的 WinCE，幾乎所有高端 PDA 都是采用它，它們使用的是 Xscale 或 ARM9 這樣的 CPU，但微軟只是關心有產量像 PC 一樣巨大的嵌入式設備制造商，所以他并沒有把自己的 WinCE 像 Linux 一樣易于移植到不同的 CPU 和增加設備驅動程序，微軟更愿意像 Windows 一樣自己把所有事情做好，你只是拿去用好了，如果你沒有相當的級別，很難獲得它的個性化定制服務。從上面的對比分析我們認為采用 181。C/OSII 是比較合適的。 181。C/OSII 的特點 181。C/OSII 的特點可以概括為以下幾個方面：1. 最主要的優點是公開源代碼，而且源代碼中有清晰的注釋。除有逐行的注釋外，每個函數的開頭都有對整個函數的解釋，源代碼的可讀性很好。內核簡單，全部代碼在 6000 行以內，適合學生學習。xx 大學碩士學位論文222. 擁有可移植性、可固化、可裁減等嵌入式操作系統的先決條件。源代碼絕大部分都是用移植性很好的 ANSI C 寫的，與 CPU 硬件相關的代碼寫在兩個單獨的文件里，相應得匯編和 C 代碼只有約 200 行。對于特定的產品系統可以提供特定的系統服務，根據用戶在應用中使用 API 函數的多少，一般應用項目中內核增加的額外 ROM 用量在 3KB 到 10KB 之間，RAM 的額外開銷根據應用中任務的多少、中斷嵌套層數等決定。3. 181。C/OSII 提供大部分典型嵌入式操作系統應有的系統服務。例如任務、任務調度算法、信號量、互斥信號量、中斷管理、事件標志、消息郵箱、消息隊列、塊大小固定的內存的申請與釋放和時間管理函數等4. 穩定性和可靠性有保障是 181。C/OSII 的另一個特點。181。C/OSII 中任務切換采用查找表，切換速度快，實時性是可知的，由保證的。181。C/OSII 從 181。C/OS發明以來已經在上千個應用中使用，通過了美國聯邦航空管理局對于商用飛機軟件的安全認證，是一個被實踐證明好用的內核。5. 開發工具支持。坦言說，目前 μC/OSII 的開發工具與商業嵌入式操作系統工具還有一些差距，目前在 ARM CPU 上廣泛流行和使用的是 ARM 公司 ADS工具鏈，產品無論在功能、穩定性和眾多的第三方廠商支持方面都很好，唯一不足的是缺少對嵌入式操作系統的支持，μC/OSII 可以使用 ARM ADS編譯、鏈接，但沒有 OS 調試功能。 開發平臺方案總體規劃 通過上面的分析和選擇我們可以得出開發平臺方案的總體規劃如下： 硬件規劃我們利用 ARM 核的處理器設計一個多功能的試驗平臺，就可以自行添加各種外設和接口，具有很強的可擴展性。實驗板采用“核心板+多種可選配置適配器”的形式構成 LPC2136 開發平臺。下面就是基于LPC2136 的核心板的組成框圖，從此圖中就可以看到其各部分的布局結構。xx 大學碩士學位論文23圖24 基于LPC2136的核心板組成框圖核心板的資源如下：? CPU：基于ARM7TDMI內核的LPC2136微處理器。，內部倍頻最高可至60MHz。? 所有I/O口全部引出，方便用戶連接外部電路的開發與使用； ? 可進行GPIO的控制實驗，如鍵盤輸入、蜂鳴器控制、模擬SPI等； ? 6個獨立按鍵(可用于外部中斷、定時器捕獲輸入)，8個LED指示燈； ? 具有RS232轉換電路，可與上位機進行通訊，完成UART通訊實驗。 可以與標準串行modem和GPRS直接接口，方便遠程通訊； ? 具有I 2C接口和SPI/SSP接口輸出； ? 使用板內的CAT1025（內含復位功能），完成I 2C總線讀寫ROM； ? 使用74HC595芯片，實現SPI接口數