第1章 基于ARM的嵌入式系统
第1章嵌入式系统概述
2、SiM3U1xx（80MHZ USB）系列（M3）
1.4 STM32系列微控制器简介 STM32为意法半导体(ST)公司生产的ARM处理器。
Flash Size (bytes)
512K
256 K
STM32 prod Q2/08 Samples Dec 07 Prod Q2/08
未来 发展方向
64 K 32 K
STM32 Samples NOW Prod Oct 07
72 MHz CORTEX- M3 CPU Wide offer
• 32KB-512KB Flash • 6Kb-64KB RAM
0K 48 pins 64 pins 100 pins
144 pins
LQFP
LQFP
LQFP
LQFP
(7x7) (10x10) (14x14)/BGA (20x20)/BG
machinery or plants”.
1.嵌入式系统简介
目前，对嵌入式系统的定义多种多样，但没有一种定义是全面的。下面给出两种 比较合理定义：
●从技术的角度定义：以应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬件可裁剪、 适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。 ●从系统的角度定义：嵌入式系统是设计完成复杂功能的硬件和软件，并使其紧 密耦合在一起的计算机系统。术语嵌入式反映了这些系统通常是更大系统中的一 个完整的部分，称为嵌入的系统。嵌入的系统中可以共存多个嵌入式系统。
ADC
16 channels /
Tem1pMSsepns sor
Power Supply Reg 1.8V
POR/PDR/PV XTDAL
oscillators 3I2nKt.HRzC+ o4s~c1il6lMatoHrzs 32KHz +
ARM嵌入式系统基础教程第二版课后习题答案
第1章嵌入式系统概述(1)举出3个本书中未提到的嵌入式系统的例子。
答：键盘、鼠标、扫描仪。
(2)什么叫嵌入式系统？答：嵌入到对象体系中的专用计算机应用系统。
(3)什么叫嵌入式处理器？嵌入式处理器分为哪几类？答：嵌入式处理器是为完成特殊的应用而设计的特殊目的的处理器。
分为3类：1.注重尺寸、能耗和价格；2.关注性能；3.关注全部4个需求——性能、尺寸、能耗和价格。
(4)什么是嵌入式操作系统？为何要使用嵌入式操作系统？答：嵌入式操作系统是操作系统的一种类型，是在传统操作系统的基础上加入符合嵌入式系统要求的元素发展而来的。
原因：1.提高了系统的可靠性；2.提高了开发效率，缩短了开发周期。
3.充分发挥了32位CPU的多任务潜力。
第2章 ARM7体系结构1.基础知识(1)ARM7TDMI中的T、D、M、I的含义是什么？答：T：高密度16位Thumb指令集扩展；D：支持片上调试；M：64位乘法指令；I：Embedded ICE硬件仿真功能模块。
(2)ARM7TDMI采用几级流水线？使用何种存储器编址方式？答：3级；冯·诺依曼结构。
(3)ARM处理器模式和ARM处理器状态有何区别？答：ARM处理器模式体现在不同寄存器的使用上；ARM处理器状态体现在不同指令的使用上。
(4)分别列举ARM的处理器模式和状态？答：ARM的处理器模式：用户模式、系统模式、管理模式、中止模式、未定义模式、中断模式、快速模式；ARM的处理器状态:ARM状态、Thumb状态。
(5)PC和LR分别使用哪个寄存器？答：PC:R15；LR:R14。
(6)R13寄存器的通用功能是什么？答：堆栈指针SP。
(7)CPSR寄存器中哪些位用来定义处理器状态？答：位31~28：N、Z、C、V，条件代码标志位；27~8：保留位；7~0：I、F、T、M4~0，控制标志位。
(8)描述一下如何禁止IRQ和FIQ的中断。
答：当控制位I置位时，IRQ中断被禁止，否则允许IRQ中断使能；当控制位F置位时，FIQ 中断被禁止，否则允许FIQ中断使能。
基于ARM处理器的嵌入式系统设计
基于ARM处理器的嵌入式系统设计嵌入式系统指的是任何一种通过程序嵌入到硬件系统中，以实现特定功能的设备。
这些系统包括嵌入式计算机、嵌入式传感器、嵌入式测量设备等等。
嵌入式系统的设计必须遵循严格的硬件和软件要求，以实现高可靠性、高效性和低耗能等特性。
ARM处理器是一种高性能低功耗处理器。
由于其独特的架构和性能，ARM处理器已逐渐成为嵌入式系统中的首选处理器。
在工业控制、汽车电子、消费电子等领域中，ARM处理器已经得到广泛的应用。
基于ARM处理器的嵌入式系统设计需要注意以下几个方面：一、硬件设计嵌入式系统中，硬件设计是至关重要的。
硬件设计需要考虑到系统的高可靠性和稳定性。
在基于ARM处理器的嵌入式系统中，硬件设计需要考虑以下几点：1.选取适当的处理器。
根据系统的应用场景和性能要求，选择适当的ARM处理器。
比如，某些应用需要实现高计算性能，而某些应用则需要实现低功耗，需要选择不同的处理器。
2.电源设计。
对于嵌入式系统来说，电源设计尤为重要。
在选择电源时，需要考虑电压范围、电流要求、效率、可靠性等因素。
3.布线设计。
布线设计需要考虑到模拟信号与数字信号的分离、信号传输的完整性以及电磁干扰等问题。
4.外设设计。
根据系统的需求，需要选取合适的外设，包括存储器、通信接口、传感器接口等。
二、软件设计基于ARM处理器的嵌入式系统中，软件设计是至关重要的。
以下是一些需要注意的问题：1.Bootloader设计。
Bootloader是在系统上电时运行的第一个程序，用于初始化硬件、加载操作系统内核等。
Bootloader的设计需要考虑到硬件的初始化和操作系统内核的加载。
2.操作系统设计。
嵌入式系统中，通常会使用一些轻量级的操作系统，例如FreeRTOS、uC/OS等。
操作系统的设计需要考虑到性能、资源占用、任务优先级等因素。
3.应用程序设计。
应用程序设计需要考虑到系统的功能要求、通信协议等因素。
在应用程序设计中，需要注意代码复杂度，确保代码的可维护性和可扩展性。
1-5章《ARM嵌入式C编程标准教程》
高等学校嵌入式系统设计教材
ARM9处理器C语言编程标准教程
侯殿有 才华 编著
人民邮电出版社
第一章 ARM技术简介
1.1 ARM处理器简介
火龙果整理
ARM处理器是一种低功耗高性能的32位RISC (精简指令系统) 处理器。本章将其从结构入手进行分析，基于目前流行的 ARM920T核详细描述其硬件结构和编程。 ARM处理器共有31个32位寄存器，而其中16个可以在任何模 式下看到。它的指令为简单的加载与存储指令（从内存加载某个 值，执行完操作后再将其放回内存）。ARM一个有趣的特点是 它所有的指令都带有条件。例如用户可以测试某个寄存器的值， 但是直到下次使用同一条件进行测试时，才能有条件地执行这些 指令。另一个特征是可以在加载数值的同时进行算术和移位操作。 它可以在几种模式下操作，包括通过使用SWI（softwarinterrupt 软件中断）指令从用户模式进入到系统模式。
火龙果整理
· 5级流水线结构，即取指（F）、指令译码（D）、 执行（E）、数据存储访问（M）和写寄存器 （W）。 · 16K字节数据缓存，16K字节指令缓存。 · 写缓冲器：16字的数据缓冲器，4地址的地址 缓冲器，软件控制消耗。 · 标准的ARMv4存储器管理单元（MMU）： 区域访问许可，允许以1/4页面大小对页面进行访 问，16个嵌入域，64个输入指令TLB及64个输入 数据TLB。 · 8位、16位、32位的指令总线与数据总线。
1.1.1 ARM7系列微处理器
火龙果整理
ARM7系列微处理器是低功耗的32位RISC处理器，最适合用于 对价位和功耗要求较低的消费类应用。ARM7系列有如下特点： ·具有嵌入式ICE—RT (Internet Communications Engine-Route 因特网通信)逻辑，调试开发方便。 ·极低的功耗，适合对功耗要求较低的应用，如便携式产品。 ·能够提供0.9MIPS(Million Instructions Per Second百万条/ 秒)/MHz的三级流水线结构。 ·对操作系统的支持广泛，如Windows CE、Linux、Palm OS等。 ·指令系统与ARM9系列、ARM9E系列和ARM10E系列兼容，便 于用户的产品升级换代。 ·主频最高可达130MHz，高速的运算处理能力能胜任绝大多数 的复杂应用。
ARM嵌入式体系结构与接口技术
4
1.1.1 嵌入式系统的基本概念
嵌入式系统的特点
（1）面向特定应用的特点，与“通用型”系统相比，满 足特定应用的特定需求 （2）嵌入式系统的硬件和软件都必须进行高效地设计， 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 （3）嵌入式系统是将先进的计算机技术、半导体技术和 电子技术与各个行业的具体应用相结合后的产物。
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1.1.2 嵌入式系统的体系结构
嵌入式操作系统不仅具有通用操作系统的一般功 能，如向上提供对用户的接口（如图形界面、库 函数API等），向下提供与硬件设备交互的接口（ 硬件驱动程序等），管理复杂的系统资源， 在系统实时性、硬件依赖性、软件固化性以及应 用专用性等方面，具有更加鲜明的特点
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1.1.2 嵌入式系统的体系结构
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（4）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中或单片机本身，而不是 存储于磁盘中。 （5）嵌入式开发的软件代码尤其要求高质量、高可靠性 。 （6）嵌入式系统本身不具备二次开发能力，即设计完成 后用户通常不能在该平台上直接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再次开发。厂家对 产品固件（Firmware）进行升级
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1.1.1 嵌入式系统的基本概念
嵌入式系统的基本概念
嵌入式系统应用随处可见，工业、军事、宇宙、通信、运 输、金融、医疗、气象、农业等领域 嵌入式系统是以应用为中心，以计算机控制系统为基础， 并且软硬件可裁剪，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。 嵌入式系统通常由特定功能模块和计算机控制模块组成， 主要由嵌入式微处理器、外围硬件设备、嵌入式操作系统 以及用户应用软件等部分组成。它具有“嵌入性”、“专 用性”与“计算机系统”的三个基本要素。
基于ARM嵌入式系统的设计及其应用
基于ARM嵌入式系统的设计及其应用ARM嵌入式系统是一种基于ARM架构设计的嵌入式计算系统。
ARM架构有着低功耗、高性能和高度可扩展性的特点，所以广泛应用于嵌入式系统。
本文将探讨ARM嵌入式系统的设计原理和其在各个领域的应用。
首先，ARM嵌入式系统的设计需要考虑以下几个方面。
首先是硬件设计，包括选择ARM核心的版本和配置，以及外围设备的选择和接口定义。
其次是软件设计，包括操作系统、驱动程序和应用软件的开发。
最后是系统集成和测试，将硬件和软件进行结合，开展系统级的调试和验证。
ARM嵌入式系统的应用场景非常广泛，下面将介绍几个典型的应用领域。
1.智能手机和平板电脑：ARM嵌入式系统在智能手机和平板电脑上得到了广泛的应用。
其低功耗和高性能的特点使得这些设备具有长久的电池续航时间和流畅的用户体验。
2.物联网：ARM嵌入式系统在物联网领域也有着重要的应用。
它可以用于连接各种智能设备，如智能家居、智能工业设备等，实现设备之间的通信和数据交换。
3.汽车电子：ARM嵌入式系统在汽车电子领域得到了广泛的应用。
它可以用于驱动系统、车载娱乐系统以及车载通信系统等。
ARM嵌入式系统的低功耗和高性能可以提供更好的性能和用户体验。
4.工业控制：ARM嵌入式系统在工业控制领域也有着重要的应用。
它可以用于监控和控制系统，实现自动化生产和设备的远程监控。
5.医疗设备：ARM嵌入式系统在医疗设备领域也得到了广泛的应用。
它可以用于心率监测、血压监测等医疗设备。
ARM嵌入式系统的低功耗和高性能可以提供可靠的性能和长久的使用时间。
总的来说，ARM嵌入式系统在各个领域具有广泛的应用。
其低功耗、高性能和高度可扩展性的特点使得它成为了嵌入式系统设计的首选。
而且，随着技术的不断发展，ARM嵌入式系统将会在更多的领域得到应用，为各行业带来更高效、更智能的解决方案。
基于ARM的嵌入式网络视频监控系统设计与实现毕业设计
a基于ARM的嵌入式网络视频监控系统设计与实现目录基于ARM的嵌入式-1 -网络视频监控系统设计与实现.................................................................................... -1 -目录 ............................................................................... -1 -一、绪论............................................................................ -1 -1.1研究意义-1 -1.2市场需求-1 -1.3目前视频监控系统国内外常见方案设计-2 -1.4系统设计目标-3 -1.5技术可行性-4 -二、嵌入式系统介绍................................................................ -5 -2.1嵌入式系统定义-5 -2.2嵌入式系统特点-5 -2.3嵌入式系统的组成-6 -三、视频编解码和网络协议的选择73.1网络传输协议的分析选择73.1.1网络传输协议的分析73.1.2网络协议的选择和设计'123.1.3视频数据传输方式的选择.13 3.2图像压缩算法的分析选择133.2.1压缩的必要性和可能性.133.2.2系统视频压缩方法的选择.14四、监控系统方案设计154.1监控系统总体方案选择154.2监控系统硬件方案设计164.2.1嵌入式处理器的选择164.2.2Flash 的选择184.2.3网卡的选择.184.2.4摄像头的选择184.2.5存储硬盘接口的选择19五、硬件平台设计205.1网络视频监控系统的硬件架构205.2各模块及接口设计215.2.1存储系统模块及接口设计.215.2.2串口电路设计285.2.3调试接口电路305.2.4USB HOST 接口设计315.2.5监控系统硬件整体方案设计315.3监控系统软件整体方案设计325.3.1软件开发平台及开发工具的选择.325.3.2构建嵌入式软件平台335.3.3BootLoader 移植.345.3.4移植Linux2.6.14 内核.405.3.5CGI 简介.435.3.6监控系统软件方案.44六、系统的设备驱动程序移植456.1网卡驱动移植466.1.1核心板网卡移植.466.1.2主板网卡移植486.2摄像头驱动移植54七、监控系统软件的设计及实现557.1监控系统功能模块作用及设计557.2Linux下多线程编程技术571.2.1系统视频压缩方法的选择.587.3视频采集模块软件设计597.3.1关于Video4Linux607.3.2多路图像采集的实现647.4视频编码和解码模块设计647.4.1JPEG 标准657.4.2JPEG 解码677.4.3动态图像解码的优化677.4.4获取压缩后每一帧大小677.4.5WEB服务器搭建687.4.6PC上显示模块设计.727.4.7保存视频文件的设计n7.4.8FTP服务器的设计167.4.9系统运行性能77一、绪论1.1研究意义嵌入式是当今最为热门的概念之一，其应用领域也非常之广泛，无论是在工业控制、交通管理、信息家电、安防，还是个人手持设备，都有着非常广泛的应用。
基于arm的嵌入式系统原理及应用教程答案
基于ARM的嵌入式系统原理及应用教程答案一、引言嵌入式系统是一种特殊的计算机系统，主要用于嵌入到其他设备或系统中，以实现特定的功能。
ARM（Advanced RISC Machine）是一种基于精简指令集计算（RISC）的处理器架构，广泛应用于嵌入式系统中。
本文将介绍基于ARM的嵌入式系统的原理及应用教程答案。
二、ARM架构概述ARM架构是一种高效且灵活的处理器设计，适用于各种应用场景。
ARM处理器具有较低的功耗和较高的性能，因此成为了嵌入式系统的首选。
ARM架构支持多种指令集和处理器核心，可以满足不同的需求。
三、ARM嵌入式系统的原理1. 硬件层面在ARM嵌入式系统中，硬件部分主要包括处理器、外设和存储器等组件。
ARM处理器通常由一个或多个处理器核心组成，每个处理器核心都有自己的寄存器和执行单元。
外设包括各种输入输出设备，如键盘、鼠标、显示器等。
存储器包括RAM（随机访问存储器）和ROM（只读存储器），用于存储程序和数据。
2. 软件层面ARM嵌入式系统的软件层面主要包括操作系统和应用软件。
操作系统负责管理系统资源、调度任务和提供服务，常见的嵌入式操作系统有Linux和RTOS等。
应用软件是运行在嵌入式系统上的具体应用程序，可以根据需求进行开发和安装。
3. 嵌入式系统设计流程嵌入式系统的设计流程包括需求分析、系统设计、硬件设计、软件设计和系统测试等阶段。
在需求分析阶段，明确系统的功能和性能要求。
系统设计阶段确定硬件和软件的整体方案。
硬件设计阶段将方案转化为电路图和PCB设计。
软件设计阶段包括编写应用程序和驱动程序。
最后，在系统测试阶段验证系统的功能和性能。
四、ARM嵌入式系统的应用ARM嵌入式系统广泛应用于各个领域，包括消费电子、通信、工业控制等。
1. 消费电子在消费电子领域，ARM嵌入式系统被广泛用于智能手机、平板电脑、数字摄像机等设备。
ARM处理器的低功耗和高性能使得这些设备能够实现复杂的计算和图形处理。
基于ARM的嵌入式系统设计
３ 系统软件 设计
嵌入式 软件可以分 为三大类 ： 系统软件 、 应用 软件 和支 撑软件。系统 软件控制 和管理嵌入式 系统资源 ， 为嵌 入式应 用提供支持的各 种软件 ， 如设备驱 动程序 、 嵌入 式操作 系统 等； 应用软件是嵌入式 系统 中的上 层软件 ， 它定 义 了嵌 入式 设备的主要功能和用途 ， 并负责 与用户进 行交互 ； 支撑 软件
２ ＝４ ＧＢ［ ２ 】
，
具有 功耗 低 、 性价 比高 和代码 密度高等特点 ； 大
量使 用寄存器 ， 多数数据操 作都在 寄存器 中完成 ， 指令执 行
速 度更快 ； 方式灵 活简单 ， 寻址 执行效率高 。
１ ３ Ａ ３０ ． ＤＵ ６ ０板 特 性
克服 了惯性定 向产 品精 度随时间和温度漂移的缺陷 ， 用 载波测量技术和快速求解整周模糊度技术 ， 解算 出两个 Ｇ Ｓ Ｐ 接 收机天线处位置 和两天线 相位 中心 连线与 真北之 间 的夹
选用 的 Ｇ Ｓ天线 为零 相位 测量 型天线 ， 线 与天线 在 Ｐ 馈 阻抗 、 增益 、 放大倍数等方面与标配的天线有很好地 匹配。
收稿 日期 ：０ １ ｌ ｏ ２ １ 一ｌ — ８
作者 简介 ： 渠
奕（ ９ １ ） 女 ， １８ ． ， 山西 太原人 ， 本科 ， 主要从 事嵌入 式 系统设 计及 电力电子方面的研 究。
３ １ 板级支持包 ．
设备驱 动 层 也 叫 板 级支 持 包 （ ｏｒ ｕ ｐｒ Ｐ ｃａｅ Ｂ ａｄ Ｓｐ ｏｔ ａｋｇ ， ＢＰ ， Ｓ ） 它包含了嵌入式系统中所有与硬 件相关 的代 码 ， 向 并 上提供一个虚拟 的硬件平 台使操作 系统 运行其 上 。它包 括 引导 加载程 序 Ｂ ｏ ｏｄｒ ｏｆ ａｅ 和设 备驱 动程序 。Ｂ ｏｏｄｒ 在 ｌ ｏｔ ａｅ 是 ｌ 操作 系统 内核运行 之前运行 的一小段 程序 ， 通过这 段程序 ， 我们 可以初始化 硬件设备 、 建立 内存 空 间的映射 图、 而将 从 系统 的软硬件 环境设置 到一个合适的状态 ， 以便 为最 终调用
基于ARM的嵌入式移动机器人控制系统的设计
基于ARM的嵌入式移动机器人控制系统的设计嵌入式移动机器人控制系统是基于ARM架构设计的一种智能机器人控制系统，该系统具有灵活性高、性能稳定、功耗低等优点。
本文将从硬件设计和软件开发两个方面来详细介绍基于ARM的嵌入式移动机器人控制系统的设计。
硬件设计方面，嵌入式移动机器人控制系统的核心是基于ARM技术的处理器，可以选择低功耗、高性能的ARM Cortex-A9或Cortex-A53处理器。
处理器上可以集成多个内核，通过多核处理器的并行计算能力，可以提高机器人的实时性和响应速度。
此外，为了实现机器人的移动功能，还需要配备驱动电机的电机控制器和位置传感器，采用PWM控制技术来控制电机的转速和方向。
在软件开发方面，首先需要开发移动机器人的操作系统。
可以选择基于Linux的嵌入式操作系统，如Ubuntu的ARM版本或自主开发的实时操作系统。
操作系统可以负责机器人的任务管理和资源调度，提供良好的多任务处理能力。
其次，还需要设计适配机器人硬件的驱动程序，包括电机驱动、传感器驱动、通信驱动等。
驱动程序负责与硬件设备进行交互，将控制指令转化为相应的电信号或数据信号，并获取传感器的数据反馈。
最后，还需要进行机器人的应用开发，根据机器人的具体应用场景，开发相关的算法和控制逻辑，实现机器人的自主导航、路径规划、避障等功能。
在嵌入式移动机器人控制系统设计过程中，还需要考虑功耗管理、通信接口和外设模块等因素。
功耗管理是嵌入式系统设计中非常重要的一环，可以使用睡眠模式来降低功耗，还可以采用动态电压和频率调节的技术，根据系统负载的大小动态调整处理器的工作频率和电压。
通信接口方面，可以采用以太网、Wi-Fi、蓝牙等无线通信技术，实现机器人与外部设备的数据交换和控制指令的传输。
外设模块可以包括摄像头、激光雷达、超声波传感器等，通过外设模块可以实现机器人的感知和环境理解能力。
总之，基于ARM的嵌入式移动机器人控制系统的设计需要进行硬件设计和软件开发，并考虑功耗管理、通信接口和外设模块等因素。
第01章、嵌入式系统概述
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嵌入式系统的例子
手机: 应用最广的嵌入式系统 汽车:电子系统控制 机床：动作监视与控制 洗衣机:旋转控制，水流控制 数码照相机：读写数据卡 打印机：打印强度，颜色，翻页 飞机：参数控制 …
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1.1.2 嵌入式系统的组成
Vxworks
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Windows CE
WinCE主要应用于PDA，以及智能电话（smart phone）等多媒 体网络产品。微软于2004年推出了代号为“Macallan”的新版 WinCE系列的操作系统。 Windows 的目的，是让不同语言所写的程序可以在不 同的硬件上执行，也就是所谓的.NET Compact Framework，在这 个Framework下的应用程序与硬件互相独立无关。而核心本身是 一个支持多线程以及多CPU的操作系统。在工作调度方面，为了 提高系统的实时性，主要设置了256级的工作优先级以及可嵌入 式中断处理。 如同在PC Desktop环境，Windows CE系列在通信和网络的能 力，以及多媒体方面极具优势。其提供的协议软件非常完整，甚 至还提供了有保密与验证的加密通信，如PCT/SSL。而在多媒体 方面，目前在PC上执行的Windows Media和DirectX都已经应用到 Windows CE 3.0以上的平台，其主要功能就是对图形、影音进行 编码译码，以及对多媒体信号进行处理。 17
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2．ARM微处理器的特点，采用RISC架构的ARM微处理器具有如下特点： 体积小、低功耗、低成本、高性能； 支持Thumb（16位）/ARM（32位）双指令集，兼容8位/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； 寻址方式灵活简单，执行效率高； 指令长度固定 3．ARM微处理器系列 ARM7系列 ARM9系列 ARM9E系列 ARM10E系列 SecurCore系列 Intel的StrongARM Intel的Xscale 其中，ARM7、ARM9、ARM9E和ARM10E为4个通用处理器系列，每一个系 列提供一套相对独特的性能来满足不同应用领域的需求。如ARM7系列适用 于工业控制、网络设备、移动电话等应用；ARM9、ARM9E和ARM10E系列则 更适合无线设备、消费类电子产品的设计。SecurCore系列专门为安全要 13 求较高的应用而设计。
基于ARM的嵌入式系统设计硕士学位论文
硕士学位论文基于ARM的嵌入式系统设计第一章摘要嵌入式系统以其小型、专用、易携带、可靠性高的特点，已经在各个领域得到了广泛的应用，如军事国防、消费电子、通信设备、工业控制等。
嵌入式处理器内嵌实时操作系统(RTOS)，具有实时性、低成本、小型化、专用化和高可靠性，克服了传统的基于单片机控制系统功能不足和基于PC的系统非实时性的缺点。
随着嵌入式系统软硬件技术的飞速发展，其应用领域必将更为广阔，嵌入式系统的研究将会有非常广泛的前景。
本课题的目的就是研究适用于学校教学的嵌入式系统平台，这对于提高对嵌入式系统的理解具有重要意义。
本课题以嵌入式系统设计原理和实际应用为核心，从理论上和技术方法上开展了一系列研究。
主要工作有: 1、全面系统地概述了嵌入式系统的发展过程和分类，及其在各个领域内的应用，以及嵌入式系统的发展方向;2、基于嵌入式系统设计原理的嵌入式开发平台的设计的总体方案，从硬件和软件两个方面讲述了嵌入式系统的设计思想和方法，及其可行性的论证;3、嵌入式系统硬件平台的设计与调试，着重叙述了硬件平台的整体设计方案，包括各个设计模块的选型与接口电路的设计;4、嵌入式系统所采用的操作系统的移植与调试，详细讲叙了µC/OS-II实时操作系统在基于LPC2136的嵌入式控制器硬件平台上的移植过程及注意事项;5、对µC/OS-II内核实时性能进行了深入的分析，通过实际测试得出了在特定条件下µC/OS-II的实时响应参数。
6、在后继的工作中，我们还要在实时嵌入式操作系统的基础上完成对操作系统的扩展以及对各个模块的驱动。
总之，本文完成了嵌入式系统的硬件平台构架、实时嵌入式操作系统的移植，为今后嵌入式系统的后继开发提供了一个嵌入式平台。
关键词:嵌入式系统ARM RTOS µC/OS-II第二章AbstractWith the development of IT network technology, embedded system shows a new direction of technology development. Embedded system has been applied in military, electronics, communication, industrial control and so on, with respect to its small size, high performance, low cost, high reliability and oriented object program.Embedded controller with RTOS gets over the traditional microcontroller and the disadvantage of the un-real time specialty base on pc, instead it is real-time, low cost ,miniaturized ,customized ,and high dependability. It also has a broad foreground , along with the fast development of hardware of embedded system .This intention of this topic is designing the embedded system, which is important for enhancing the understanding of embedded system. The research is highlighted in both design theory and applications of embedded system, which extended its developments. This paper is organized into six parts:1. This article essentially introduced the development of embedded system, its classification, applications in numerous areas, and its development orientation.2. The second chapter covers the general design of the embedded system, based on the elements of embedded system design. then it shows the devise ideology and methods in either hardware or software, and the demonstration of its accessibility.3. The third chapter gives out the hardware of the embedded system, including design, test and implementation of each module, as well as their interface circuitry.4. The forth chapter introduces the process and attentions of RTOS µC/OS-II, when explanted to the LPC2136 embedded controller hardware platform.5. It covers a in-dept analyzing in the real-time performance in μC/OS-II core, as well as the real time respond parameter in the very condition.6. In the future, we will expand the operation system based on RTOS, and derivations of each module.In a word, the article provides keen insight into the platform architecture of hardware and explants of the RTOS, in addition to affording an embedded platform for the subsequence developments.Key word: embedded system ARM RTOS µC/OS-II目录第一章绪论......................................................................... 错误!未定义书签。
arm课后习题及答案
第 1 章嵌入式系统基础1. 什么是嵌入式系统？它由哪几部分组成？有何特点？写出你所想到的嵌入式系统。
答：(1)定义：国内对嵌入式系统的一般定义是：以应用为中心，以计算机技术为基础，软硬件可裁剪，从而能够适应实际应用中对功能、可靠性、成本、体积、功耗等严格要求的专用计算机系统。
(2)组成：嵌入式处理器、外围设备、嵌入式操作系统和应用软件等几部分组成。
(3)特点： a. 软硬件一体化，集计算机技术、微电子技术、行业技术于一体；b. 需要操作系统支持，代码小，执行速度快；c. 专用紧凑，用途固定，成本敏感；d. 可靠性要求高；e. 多样性，应用广泛，种类繁多。
(4)嵌入式系统：个人数字助理(PDA、机顶盒(STB、IP电话。
2. 嵌入式处理器分为哪几类？答：( 1、低端的微控制器( MicroController Unit,MCU 、；( 2、中高端的嵌入式微处理器( Embeded MicroProcessor Unit,EMPU 、；(3)通信领域的DSP处理器(Digital Signal ProcessorQSP );(4、高度集成的片上系统( System on Chip,SoC、。
3. ARM英文原意是什么？它是一个怎样的公司？其处理器有何特点？答：(1、英文原意：Advaneed RISC Machines。
高级精简指令集机器。
(2)公司简介：该公司是全球领先的16/32位RISC微处理器知识产权设计供应商，通过将其高性能、低成本、低功耗的RISC微处理器、外围和系统芯片设计技术转让给合作伙伴来生产各具特色的芯片。
ARh公司已成为移动通信、手持设备、多媒体数字消费嵌入式解决方案的RISC标准。
(3)其处理器特点： a. 小体积、低功耗、低成本而高性能； b.16/32 位双指令集； c. 全球的合作伙伴众多。
4. 什么是实时系统？它有哪些特征？如何分类？答：(1)实时系统的定义：实时系统(Real Time System)是指产生系统输出的时间对系统至关重要的系统。
《嵌入式系统设计》教学大纲
《嵌入式系统设计》课程教学大纲一、课程简介该课程主要以ARM公司的STM32F429微控制器为对象讲解嵌入式系统的设计方法和设计实例。
重点讲述嵌入式系统的基础知识、ARM cortex-M体系架构、STM32F429为微控制器内部构造及其常用的片上外设结构、应用实例、程序开发方法。
通过本课程的学习，使学生基本掌握嵌入式系统的构成，嵌入式系统软件、硬件系统的设计，进而为后续嵌入式系统的学习打好基础。
二、IntroductionThis course mainly takes stm32f429 microcontroller of arm company as the object to explain the design method and design example of embedded system. It focuses on the basic knowledge of embedded system, arm Cortex-M architecture, stm32f429 as the internal structure of microcontroller and its commonly used on-chip peripheral structure, application examples and program development methods. Through the study of this course, students can basically master the composition of embedded system, the design of embedded system software and hardware system, and then lay a good foundation for subsequent embedded system learning.三、课程的目的和任务1.目的和任务STM32F429是ST公司基于ARM公司Cortex-M系列内核设计的一款32位微控制器。
基于ARM的嵌入式智能仪表系统概述
基于ARM的嵌入式智能仪表系统概述摘要：ARM处理器是英国Acorn有限公司设计的第一款高性能、廉价、耗能低的RISC微处理器，全称为Acorn RISC Machine，意为高级精简指令集计算机。
在实际应用中，ARM的优势主要体现在以下三点：1、低功耗、低成本。
2、兼容性好。
ARM处理器是32位CPU核设计，同时也配备16位指令集，双指令集使ARM 处理器比等价32位代码CPU核设计节省达35%，却能保留32位CPU核的所有优势。
3、高性能。
关键词：ARM、智能、概述一、嵌入式系统定义及特点嵌入式系统的基础是计算机技术，可以分为软件、硬件两个部分，其目的是将一个计算机系统嵌入到应用系统和执行装置中。
其中前者的目的是控制并执行设计好的程序；后者指的是嵌入式系统控制的对象，这个对象的存在并不影响用户对嵌入式系统的使用。
在实际应用中，嵌入式系统的优势主要体现在以下三点：1、具有伸缩性。
软硬件可以裁剪，以满足各个领域以及有特殊要求的计算机系统的需要。
2、小型化。
嵌入式系统具有统一的接口，能够连接不同的设备，使整个系统设备的体积减小。
3、智能性。
嵌入式系统可以控制、监视并执行设计好的程序。
1.1嵌入式智能仪表发展趋势智能化技术是测控设备和仪器仪表的发展方向，其中包括测控设备PC化、仪器仪表网络化。
从世界技术发展趋势来看，目前的产品大多具有强大的智能化功能，如电子元器件自检测、人机对话、多量程自动切换、空管测量、故障自诊断功能、与上位机通信，可以使系统与人工智能相互结合，适应复杂控制。
近些年智能化测量控制仪表发展迅速，这种发展一方面带动了智能仪表的发展，使智能仪表系统应用的领域更加广阔；另一方面更好的满足人们对仪器仪表智能化日益增长的需求。
1.2网络化网络技术是工业生产的重要发展方向，因此在研究智能仪表发展中，网络化是一个不可缺少的因素。
Internet是计算机网络的主要代表，近些年网络技术不断进步，使网络通信变得便捷，其软硬件资源也广泛的应用于工业领域，如远程资源监控、远程数据采集、元器件故障诊断等。
一种基于ARM的嵌入式系统开发的方案详细讲解
一种基于ARM的嵌入式系统开发的方案详细讲解1 背景介绍在日益信息化的社会中，各种各样的嵌入式系统已经全面渗透到日常生活的每一个角落。
嵌入式系统的功能越来越复杂，这就使得一个嵌入式系统产品从市场需求立项到方案选择、样机研制、定型量产所需要的开发费用越来越多，所需开发时间越来越长。
因此，高效的嵌入式系统设计方法就显得尤为重要。
1.1 传统的嵌入式系统设计方法嵌入式系统开发的关键就是对核心部分进行功能验证。
传统的验证方法是建模模拟和制作目标板评估。
通过建模来进行功能验证存在不足。
首先就是耗时和准确性互相矛盾。
建立高层次的模型需要的时间短，但是模拟不够准确。
相反，低层次的模型可以达到满意的评估效果，但是建模耗时长。
其次，建模模拟是静态的过程，不能很好地反映系统实际运行的情况。
好的目标板，各部分连接已经固定。
如果需要改动部分连接，只能重新设计制版。
这样一来就会大大延长产品的上市时间，还会增加开发费用。
新推出的嵌入式系统产品，开始设计时比较难把所有的技术细节考虑清楚，有时甚至是边设计边修改性能指标，因此直接制作专用的目标板原型已经不太适合复杂的嵌入式系统产品的设计。
1.2 嵌入式系统模块化设计方法嵌入式系统设计要求做到可测性、高效性和灵活性。
目前，嵌入式系统物理尺寸越来越小，功能越来越复杂。
为了方便调试、维护系统，完全可测显得极为重要。
另一方面，模块化的设计方法越来越引起人们的关注。
模块化设计方法将复杂的系统合理地划分出不同的功能模块，然后充分利用已有的模块，设计新的模块，最后将这些模块连接起来组成目标系统。
模块化的设计方法减少全新的设计、降低开发难度、节省开发成本、缩短开发时间，是一种高效的嵌入式系统设计方法。
另外，各个模块连接的灵活性是非常重要的，它直接决定模块的组合能力。
2 基于ARM核的快速原型化平台嵌入式系统硬件有如下特点：1、嵌入式硬件以嵌入式处理器为核心。
嵌入式处理器的种类众多，功能各异。
2、相对嵌入式处理器，嵌入式系统外设的种类较少，接口标准也比较统一。
第1章 嵌入式系统概述
第1章 嵌入式系统概述 章
1.1
嵌入式系统简介 嵌入式系统发展趋势 嵌入式系统的硬件和软件特征 ARM系列处理器简介 ARM系列处理器简主要介绍嵌入式系统的概念, 本章主要介绍嵌入式系统的概念,发展趋 硬件和软件的特征, 势,硬件和软件的特征,并简单介绍了各个系 列的ARM处理器, ARM处理器 列的ARM处理器,以引导读者进入嵌入式技术 的殿堂. 的殿堂. 本章主要内容: 本章主要内容: ● 嵌入式系统简介 ● 嵌入式系统发展趋势 ● 嵌入式系统的硬件和软件特征 ● ARM系列处理器简介 ARM系列处理器简介
(1)嵌入式RISC微处理器 嵌入式RISC微处理器 RISC 嵌入式CISC CISC微处理器 (2)嵌入式CISC微处理器
表1-1
RISC和CISC之间主要的区别 RISC和CISC之间主要的区别
RISC 一个周期执行一条指令,通 过简单指令的组合实现复杂 操作;指令长度固定 流水线每周期前进一步 更多通用寄存器 独立的Load和Store指令完成 数据在寄存器和外部存储器 之间的传输 CISC 指令长度不固定,执行需要多 个周期 指令的执行需要调用微代码的 一个微程序 用于特定目的的专用寄存器 处理器能够直接处理存储器中 的数据
1.4.4 ARM10处理器系列 处理器系列
ARM10发布于1999年 具有高性能, ARM10发布于1999年,具有高性能,低功 发布于1999 耗的特点. 耗的特点.它所采用的新的体系使其在所有 ARM产品中具有最高的MIPS/MHz.它将ARM9 产品中具有最高的MIPS/MHz ARM9的 ARM产品中具有最高的MIPS/MHz.它将ARM9的 流水线扩展到6 流水线扩展到6级,也支持可选的向量浮点 Point)单元, ARM10的流 (Vector Float Point)单元,对ARM10的流 水线加入了第7 VFP明显增强了浮点运算性 水线加入了第7段.VFP明显增强了浮点运算性 能并与IEEE 754.1985浮点标准兼容 浮点标准兼容. 能并与IEEE 754.1985浮点标准兼容.
第一章嵌入式系统基础
1.3 嵌入式操作系统
基本概念 ——实时操作系统（RTOS） 实时操作系统是一段在嵌入式系统启动后首先执行的背景程序，用户的应用程序是运 行于RTOS之上的各个任务，RTOS根据各个任务的要求，进行资源(包括存储器、外设等) 管理、消息管理、任务调度、异常处理等工作。在RTOS支持的系统中， 每个任务均有一 个优先级，RTOS根据各个任务的优先级，动态地切换各个任务，保证对实时性的要求。
1.2 嵌入式处理器
1.2.1嵌入式系统分类 按表现形式分：（硬件范畴）
芯片级嵌入（含程序或算法的处理器） 模块级嵌入（系统中的某个核心模块） 系统级嵌入SOC（System on a chip） 按实时性要求分：（软件范畴） 非实时系统（PDA，Personal Digital Assistant 個人數字助理） 软实时系统（消费类产品） 硬实时系统（导引头等工业和军工系统）
是嵌入式软件的基本要求，软件固态存储，以提高速度。软件代码要求高质量和高可靠性、 实时性。
（5）嵌入式软件开发走向标准化 嵌入式系统的应用程序可以没有操作系统直接在芯片上运行。
5、嵌入式系统应用领域
工业 工控设备 智能仪表 汽车电子
军事国防 军事电子
嵌入式应用
网络设备
电子商务 网络
消费电子 信息家电 智能玩具 通信设备 移动存贮
第一章嵌入式系统基础
主要内容
嵌入式硬件平台 微处理器、存储器、I/O… ARM和XScale的指令系统和体系结构
嵌入式操作系统 特点、进程调度、存储管理… μC/OS, Linux的移植、设备驱动和应用开发
嵌入式应用开发 基于μC/OS, Linux, WinCE等
使用教材
ARM9嵌入式系统设计与开发应用 熊茂华 杨震伦 主编 清华大学出版社
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存储器控制器
中断控制器
1.5 嵌入式系统的软件
应用
操作系统 初始化程序 硬件设备 设备驱动
各个软件部分都可在ROM或RAM中运行。写进ROM或 Flash中的代码是固定在设备上的，被称之为固件( firmware )。
1.5.1 初始化代码
初始化代码使处理器从复位状态进入到操作系统能够运 行的状态。它通常需配置存储器控制器，处理器cache和初始 化一些设备。
4
第一章：基于ARM的嵌入式系统
目标:
本章旨在向学员介绍嵌入式的概念， 通过本章的学习，学员应该掌握如 下知识：
RISC设计思想 ARM设计思想 嵌入式系统的硬件 嵌入式系统的软件
学时：0.5学时
教学方法：讲授ppt
5
1.1 基于ARM嵌入式系统的现状
嵌入式系统 C、C++、JAVA应用程序设计 实时操作系统RTOS 基于ARM、MIPS、Power PC、68K……处理器 C、汇编语言应用程序设计 基于4位、8位、16位微控制器 基本外围电路设计
AMBA
19
谢谢！
20
1.3 ARM设计思想
降低功耗 高代码密度 低成本存储器接口* 缩小内核管芯面积 集成硬件调试技术 并不纯粹的RISC结构**
注： *采用普林斯顿结构可使存储器与CPU硬件连接简单。**ARM没有在 RISC概念上沉入太深。现在系统的关键不在于单纯的处理器速度，而要综 合考虑系统性能和功耗。
1.3.1 面向嵌入式系统的指令集
Windows编程
嵌入式 Linux系统构建 嵌入式Linux 设备驱动开发 嵌入式Linux 应用开发(初级) MINIGUI 图形开发 DFB+GTK+ 图形开发 QT 图形开发
进入层
（ITRON)
嵌入式驱动开发
嵌入式应用开发
高级层
IEEE11783 802.11无线协议 总线协议 ZigBee开发 嵌入式图形开发 嵌入式文件系统 USB固件 IEEE1588
设置目标平台 初始化硬件配置 ，使之能够引导 用来检测系统， 一个映象文件。 通过测试硬件 常需要重新组织 包括装载映像 目标来检测其 存储器映射。 文件并将控系统
初始化过程为操作系统进行控制准备好了硬件。操作系 统组织系统资源：外设、存储器和处理时间。
AHB-APB桥
实时时钟
以太网
以太网 物理驱动
控制台
串行UART
计数/定时器
1.4.1 存储器的存储层次
通常越靠近处理器核的存储器速度越快，越昂贵，容量越小
cache 性 能 成 本
主存 辅助存储器
0
1MB
1GB
1.4.2存储器数据宽度
存储器数据宽度指每次访问所返回的数据位数
从存储器取指 指令长度 ARM 32位 Thumb 16位 8位存储器 4周期 2周期 16位存储器 2周期 32位存储器 1周期 1周期
ARM指令集和单纯的RISC不同：
一些特定指令的周期数可变：LDR/STR使用寄存器个数不定 内嵌桶形移位寄存器产生更为复杂的指令 Thumb 16位指令集 条件执行 增强指令：如ARM9提供增强型DSP指令
1.4 嵌入式系统的硬件
ROM SRAM FLASH DRAM 外部总线
存储控制器
ARM处理器 AHB-外桥 中断控制器 AHB裁决
1.2 RISC设计思想
RISC设计重点在于降低由硬件执行的指令的复杂度
RISC（Reduced Instruction Set Computing）与CISC（Complex Instruction Set Computing）是当前CPU的两种架构，区别在于不同的CPU设计理念和方法。 RISC设计思想在于硬件执行指令的复杂度降低，RISC微处理器结构简单，指令规 整，性能容易把握，易学易用。但要求编译器有更高的复杂性。而CISC微处理器 结构复杂，功能强大，包含了很多复杂指令，减少了程序设计语言和机器语言之 间的语义差别，简化了编译器的结构。
ARM处理器支持超过50种操作系统 实时操作系统RTOS 保证对事件的响应时间 平台操作系统需要存储管理单元 MMU管理庞大的非实时应用
1.5.3 应用程序
操作系统调度应用程序-为处理某个特定任务的代码。一 个应用程序完成一个处理任务
术语
缩语、术语 ARM 英文全称 解释 Advanced RISC Machines 先进精简指令集运算机器 Advanced Microcontroller Bus Architecture 高级微控制总线结构
SAE1939
总线协议 嵌入式TCP/IP
专家层
网络协议栈开发
嵌入式
C++
Linux
引言
嵌入式系统前景：
●热门、有发展前景的IT应用领域； ●嵌入式系统的应用领域非常广泛。
嵌入式系统开发人员需要具备的知识：
●掌握一款主流的微处理器结构与应用（ARM、松下、瑞萨等
）； ●掌握一款嵌入式操作系统（Linux、WinCE、T-Kernel等）； ●掌握嵌入式系统开发语言：C/C++、Java、汇编语言。
本课程的学习目标：
●了解嵌入式系统及ARM体系的基本概念知识；使学员能够在
ADS或keil开发环境下，运用C代码开发简单功能的应用程序 和硬件驱动程序并使用常用调试工具进行代码调试；为进一 步学习ARM7/ARM9打下一个理论基础。
课程结构
内容 第一章：基于ARM的嵌入式系统 第二章：ARM处理器的体系结构 第三章：ARM处理器的指令系统 第四章：基于ARM的嵌入式系统编程 第五章：ARM启动代码原理和分析 课时（H） 1.0 4.0 5.0 4.0 4.0
1周期
1.4.3 外设
所有的ARM外设都是存储器映射的，编程接口是一组对 应于某些存储器地址的寄存器。即外设与内存统一编址，外 设寄存器是内存空间的一部分，指令统一。
各种不同类型的存储 器通过存储器控制器 连接到处理器总线上 ARM处理器有两种中 断控制器： 标准的中断控制器和 向量中断控制器( VIC )
ARM处理器编程
东软IT人才实训中心
嵌入式课程体系
初级层
M16C 体系结构及应用 嵌入式操作系统 ARM处理器编程 嵌入式操作系统 （uC/OS-II) ARM7接口编程 嵌入式操作系统 （Nucleus Plus） 嵌入式基础
C++语言基础
C语言中级
Linux基础
C++语言中级
WinCE 环境构建 WinCE 设备驱动开发 WinCE 应用开发
CISC 编译器 生成代码
RISC 编译器 更高的复杂性 生成代码
更高的复杂性
处理器
处理器
1.2.1 四个设计准则
指令集：减少了指令种类 流水线：处理过程被拆分 寄存器：拥有更多通用寄存器 load-store 结构：只处理与寄存器相关的数据
注：减少指令种类体现了RISC思想，复杂指令集的一条指令 可分解多条指令完成。流水线技术是一种将每条指令分解为 多步，并让各步操作重叠，从而实现几条指令并行处理的技 术。