嵌入式系统 作业

基于STM32F103系列单片机触控手机的设计摘要Cortex-M3是ARM公司为要求高性能(1.25 Dhrystone MIPS/MHz)、低成本、低功耗的嵌入式应用专门设计的内核。

STM32系列产品得益于Cortex-M3在架构上进行的多项改进，包括提升性能的同时又提高了代码密度的Thumb-2指令集和大幅度提高中断响应的紧耦合嵌套向量中断控制器，所有新功能都同时具有业界最优的功耗水平。

本项目是基于CM3内核的STM32F103系列单片机设计实现触控手机的功能，单片机控制（SIM900）实现打电话和发短信功能，其中发短信支持手动输入汉字；单片机控制VS1053实现音乐播放器和录音，其中音乐播放器支持各自同步，同时把这两个功能综合起来就是手机上的娱乐应用TOM猫；单片机控制摄像头OV7670来实现照相机的功能。

考虑到更真实的贴近真实手机，添加了一些常用工具性的应用如记事本、读卡器、计算器、系统设置等辅助功能。

该设计选用的液晶屏是TFT液晶，带有触屏操作，这些应用可通过双击应用图标打开。

各个应用和任务的调度通过UCOS-II实时操作系统调度，系统操作流畅、稳定性高。

基于以上的丰富应用能带来一定的体验效果！关键词：手机触控操作音乐播放器1 嵌入式手机设备的应用背景嵌入式系统与通用计算机系统相对应。

嵌入式系统也被称为嵌入式计算机系统，与通用计算机系统不同的是，一般嵌入式系统只是运行平台，不能独立作为开发平台。

通常只有程序开发人员才可以对其编程，一般不允许普通用户对其编程，但是可以为用户提供一定的输入输出接口。

比如“电子表”、“手机”、“微波炉”、“汽车控制系统”、飞行控制系统等，都可以被归为嵌入式系统。

嵌入式系统一般由嵌入式硬件和软件组成，且软件与硬件紧密集成。

硬件以嵌入式微处理器为核心，集成存储器和系统专用的输入输出设备;软件包括初始化代码及驱动、嵌入式操作系统和应用程序等，这些软件有机地结合在一起，形成系统特定的一体化软件。

随着信息技术的飞速发展，形式多样的数字化产品已经开始成为继PC机后的信息处理工具，在这种数字化潮流下，嵌入式系统已成为当前研究和应用的热点之一，嵌入式手持设备的视、音频多媒体应用也越来越广泛。

由于嵌入式系统的应用要求及成本因素决定了嵌入式系统在系统资源, 包括硬件资源和软件资源方面都是非常精简和高效的。

尤其现在手机已经成每个人生活中的必需品，已经是人们相互联系通讯设备的主力，正逐渐成为人们娱乐工具的主力，发展前景非常好。

手机最近几年发展迅速，尤其是触屏手机的发展势头更是让人们目接不暇，对于日新月异的电子设备来说，触摸屏作为一种最新的输入设备，它是目前最简单、方便、自然的一种人机交互方式。

它赋予了多媒体以崭新的面貌，是极富吸引力的全新多媒体交互设备。

SD卡(Secure Digital Memory Card)是一种基于半导体闪存工艺的存储卡，具有大容量、高性能、安全等多种特点的多功能存储卡，基于以上优点SD卡已成为目前消费数码设备中应用最广泛的一种存储卡。

我们的生活随着这些新的应用变得多姿多彩，这些应用已经融入我们生活的点点滴滴，比如：我们用的手机、PAD等一些列手持设备都离不开SD卡，目前大部分的手机都是大屏幕触屏操作的等等。

音乐播放器已经是现在电子设备上的必需品，采用MP3压缩的数据量可以缩小到1/12，音质却没有多少损失。

由于MP3音乐的较小数据量和高质量的播放效果，已经成为大众听音乐的主流选择格式。

2嵌入式手机系统的国内外现状从20世纪60年代嵌入式系统的出现和兴起，经过了几十年的发展，嵌入式系统的应用领域不断扩大，人们对嵌入式应用的需求越来越高，这使得嵌入式软件变得越来越复杂。

为了满足应用需求，增强系统的处理能力，4位、8位、16位嵌入式微处理器也逐步让位于32位嵌入式处理器。

目前，嵌入式处理器主要有Arm186/88、386EX、SC-400、PowerPC、68000、MIPS、ARM系列。

采用ARM技术知识产权（IP）核的微处理器，已广泛应用于工业控制、消费类电子产品、通信系统、网络系统、无线系统各个领域，基于ARM技术的微处理器约占32位RISC微处理器75%以上的市场份额。

嵌入式操作系统是嵌入式系统软件平台的核心，负责嵌入式系统的全部软、硬件资源的分配、调度、控制、协调。

嵌入式技术的主要特点是硬件、软件可裁减性，使产品达到最大的性价比。

目前依赖于嵌入式技术，智能手机建立在嵌入式操作系统基础上，可看作是传统手机、多媒体电脑与互联网终端的集成体。

早期的嵌入式系统，多半是执行特定功能的设备，强调的是性能稳定，只需搭配简单的应用程序，是一个专属的封闭式的系统架构。

20世纪80年代中期以后，嵌入式系统的实时性要求升高，实时操作系统成为主流，系统开始具备文件管理、设备管理、多任务、图形用户界面等功能，是一种开放式架构。

20也纪90年代末期到21世纪，通用操作系统也进入嵌入式领域，与实时操作系统共同竞争新兴的信息家电市场。

目前，嵌入式操作系统需要支持各种网络通信协议，而且程序对编程接口的要求也不断提高。

根据实时性差别，应用在嵌入式系统可以分为: 实时操作系统:国际上较为知名的有Wind River的“VxWorks "、QNX的"NeutrinoRTOS "、以及TimeSyS的“TimeSys Linux/Real Time"其产品主要应用在航天、国防、医疗、工业控制等领域。

通用型操作系统:目前较为著名的有Microsoft的“Windows CE ", Embedded Linux版本有Metrowerks的“Embedix",其产品主要应用在手持设各、网络设备等领域。

基于上述平台，智能手机可在GSM网络下实现各种无线业务，主要包括电话、短信、GPRS无线上网等。

同时智能手机具备了实现诸如图形用户接口、电话功能、数据通讯、蓝牙、信息交换、桌面系统、Internet应用、Java、安全认证、设备接口、输入法、多媒体、数据库和GPS导航等多种功能的条件。

3嵌入式手机系统实现的设计方案、软硬件结构3.1系统设计方案本设计的控制方案是利用UCOS II嵌入式操作系统为平台，采用了STM32F103ZET6微控制器，以及各类控制和显示器件，通过GUI进行触屏控制。

系统设计包括系统硬件设计与测试和软件的编写。

3.1.1 硬件部分方案该设计的硬件主要有五部分，分别是自己用Altium Designer绘制制作的中心板子、SIM900模块、LCD液晶、MP3模块、摄像头OV7670。

首先，选用的MCU芯片是意法公司的STM32F103系列单片机（ARM CM3内核），该芯片具有64KB SRAM、512KB FLASH、5个串口、112个通用IO口等等，资源丰富、功能强大能满足本设计的所有需求。

中心板子板载1M大小的外部SRAM芯片：IS62WV51216容量是1M字节为需要大内存的任务提供足够内存；板载的外部FLASH芯片：W25Q64容量是8M字节用于存放字库和其他用户数据，这样可以提高实时文件读取的速度；板载的EEPROM芯片：24C02容量为2Kb，也就是256 字节。

用于存储一些掉电不能丢失的重要数据，比如系统设置的一些参数/触摸屏校准数据等来实现方便的实现掉电数据保存；板载的SD卡用于存放系统运行需要的系统文件和测试文件。

除了以上的主要板载的资源还有USB接口、ds18b20等等常用器件都是为这个系统的整体功能服务。

本设计选用的液晶模块是大小2.8寸、分辨率240*320的液晶，支持触摸屏功能（电阻），可以显示16位色真彩图片。

选用的GSM模块是SIM900，用串口控制，主要用于实现打电话和发短信的功能。

然后就是MP3模块，该模块选用的芯片荷兰VLSI公司的VS1053，该模块使用SPI接口，单片机作为主机只需要把音乐数据独取出来传给该模块，该模块就能播放音乐，使用起来简单、方便。

最后就是OV（Omni Vision）公司生产的一颗1/6寸的CMOS VGA 图像传感器。

该传感器体积小、工作电压低，提供单片VGA摄像头和影像处理器的所有功能。

以上这些是本设计的硬件部分简单介绍，硬件的实现最主要的是中心板子的制作，它是整个系统的核心控制部分。

需要整体考虑系统的资源，设计出来所有外设的接口，只有这样才能保证整体设计的美观。

3.1.2软件部分方案本设计的软件部分主要分为移植UCOSII+GUI和FatFs文件管理、硬件的驱动程序、整体控制程序三部分组成。

首先是UCOSII的移植，UCOSII是一种可移植的，可植入ROM的，可裁剪的，抢占式的，实时多任务操作系统内核。

移植成功之后就可以通过UCOSII进行任务的调度，增强系统的实时性。

然后就是移植FatFs文件管理系统，通过该文件管理系统进行读写SD卡和外部FLASH，这样可以方便的读取文件、写入文件等操作。

FatFs是一个通用的文件系统模块，用于在小型嵌入式系统中实现FAT文件系统。

FatFs 的编写遵循ANSI C，因此不依赖于硬件平台所以可以移植到大部分的处理器上。

移植GUI进行显示和控制操作，可用的GUI种类繁多，最常用的是UCGUI，但是由于对ALIENTEK GUI 比较熟悉，所以选用的是ALIENTEK GUI，它是嵌入式应用中的图形支持系统。

它设计用于为任何使用LCD图形显示的应用提供高效的独立于处理器及LCD控制器的图形用户接口，它适用单任务或是多任务系统环境, 并适用于任意LCD 控制器和CPU下任何尺寸的真实显示或虚拟显示。

GUI可以在任何的CPU上运行，因为它是100%的标准C代码编写的。

通过它能轻松制作出想要的页面。

接下来是各个模块的底层驱动函数，比如LCD的驱动、VS1053的驱动、OV7670的驱动等等，这些底层的驱动函数保证各个模块正常工作。

以上的移植工作和驱动程序编写工作是整体程序的准备工作，在以上工作完成后是需要用UCOS-II 进行任务调度，也就是调度各个模块的驱动应用程序。

通过UCOS-II进行任务的调度和触屏操作的控制就可以完成毕业设计的要求，最终就可以用LCD屏进行控制操作实现各个模块的功能。

在此需要说明的是软件设计工程量庞大，靠一个人在短时间内是不可能完成的，所以我借鉴了一些前辈的代码，比如UCOS-II和FatFs移植到STM32已经很成熟了，我需要做的工作是把前辈移植好的代码用到我的工程里面。

还有就是像VS1053、OV7670的驱动程序，买这些东西的时候卖家已经提供了相应的驱动函数，我做的工作就是移植到我用的处理器上。

我做的主要工作就是用UCOS-II进行调度各个模块的应用程序，保证这个系统能有序的进行任务的运行和切换。