嵌入式系统文献综述

文献综述

ARM9嵌入式实验教学系统的设计与制作

班级：电科200501 姓名：李述良指导老师：冯杰

§1 前言

在信息技术和网络技术高速发展的后PC（Post—PC）时代，嵌入式系统已经广泛地渗透到科学研究、工程设计、军事技术、各类产业和商业文化艺术以及人们的日常生活等方方面面。嵌入式技术越来越和人们的生活紧密结合，成为最热门的技术之一［1］。在嵌入式产品日渐普及和迅速发展的背景下，掌握嵌入式Linux软件技术或者嵌入式硬件设计的开发人员已经成为社会急需。

目前国内用于教学的嵌入式系统实验系统，学生只能在此平台上进行一些应用软件开发实验。这些对于电子及相关专业的学生来说, 一方面他们得不到硬件设计能力的锻炼, 另一方面不能很好地了解硬件知识, 不便于培养学生的创新能力, 最终不能很好适应嵌入式系统开发的要求。

1.1 ARM9嵌入式实验教学系统的描述

本教学实验系统采用了核心主板加扩展板的设计方式, 提供基于微处理器的核心主板, 将微处理器所有的I/O全部引出, 在核心主板上面只提供最基本的接口, 而对于一些特殊用

途的USB接口、以太网接口、GPRS接口和GPS接口, 以及网络接口、音频接口等，都以扩展板形式提供, 这样, 可以让学生在实验教学平台上进行主流技术硬件电路设计实验, 切实掌握部分硬件工作原理。

实验平台建设最重要的内容是微处理器的确定。本文采用已成为主流，成本低、性能高、低功耗, 而且供货厂家较多, 符合嵌入式系统发展趋势, 目前是世界上应用最多的RISC体系结构, 被广泛应用在移动通信、消费电子、工业控制等领域的32位微处理器ARM9芯片:即三星公司的S3C2440A芯片, 该芯片是目前国内使用最广的经典ARM 芯片, 非常适合教学, 充分体现嵌入式系统对资源、成本、可靠性有严格需要的特点。

1.2 ARM9嵌入式实验教学系统的设计与制作前景及意义

在当今信息化社会中，嵌入式系统在人们的日常工作和生活中所占的份额，可能已超过传统意义的控制系统，这就是为什么我们的学生感到学的没有用，而有用的又没有学的原因。在嵌入式系统及开发环境方面，目前仍有许多问题尚在研究发展之中，如，嵌入式系统的硬件软件协同设计方法；面向多目标，多任务的微内核嵌入式操作系统；分布嵌入式系统的实时性问题，分布式计算，分布式信息交互与综合处理；以及嵌入式系统的多目标交叉编译和交叉调试工具的研究等。

为解决嵌入式系统教学实验平台主要以培养软件编程能力为主的缺点, 本文ARM9实验教学系统在设计时采用一些外围接口电路分离设计的技术。这不仅可以让学生进行软件编程的实验, 还可以让学生进行硬件电路设计实验, 培养他们的硬件设计能力。该实验系统便于学生完整学习32位嵌入式系统开发过程, 掌握当前实际应用的主流技术。

§2 ARM9嵌入式实验教学系统的设计与制作综述分析

作为全球信息产业高速增长的热点之一, 在我国嵌入式系统市场同样得到快速发展, 围绕嵌入式系统展开的研究和开发也就成为计算机软硬件技术发展的最活跃的方向之一。嵌入式系统是将先进的计算机技术、半导体技术、电子技术与各个行业的具体应用相结合后的产物, 他是硬件与软件是紧密捆绑在一起的系统, 这一特点就决定了他必然是一个技术密集、高度分散、不断创新的知识集成系统。业界迫切需要具备多领域相关知识和掌握独特设计方法学的专门人才。然而, 在信息技术发达的国家, 嵌入式系统技术和人才的培养都是一个新的问题, 在我国更是如此, 嵌入式系统的人才培养远远落后, 造成现在大量的嵌入式系统开发人才的紧缺。为了适应社会和市场对嵌入式系统的人才需求, 必须对嵌入式系统的学科方向建设和人才培养做深入地研究和实践。提供一个优良的实验平台是培养嵌入式系统人才的关键, 文章主要针对高校的嵌入式系统教学, 研制了一个基于ARM9 的32位嵌入式系统教学

实验平台。

2.1 ARM9嵌入式实验教学系统的发展

2.1.1始于微型机时代的嵌入式应用

电子数字计算机诞生于1946年，在其后漫长的历史进程中，计算机始终是供养在特殊的机房中，实现数值计算的大型昂贵设备。直到20世纪70年代，微处理器的出现，计算机才出

现了历史性的变化。以微处理器为核心的微型计算机以其小型、价廉、高可靠性等特点，迅速走出机房；基于高速数值解算能力的微型机，表现出的智能化水平引起了控制专业人士的兴趣，要求将微型机嵌入到一个对象体系中，实现对象体系的智能化控制。例如，将微型计算机经电气加固、机械加固，并配置各种外围接口电路，安装到大型舰船中构成自动驾驶仪或轮机状态监测系统。这样一来，计算机便失去了原来的形态与通用的计算机功能。为了区别于原有的通用计算机系统，把嵌入到对象体系中，实现对象体系智能化控制的计算机，称作嵌入式计算机系统。因此，嵌入式系统诞生于微型机时代，嵌入式系统的嵌入性本质是将一个计算机嵌入到一个对象体系中去，这些是理解嵌入式系统的基本出发点。

2.1.2现代计算机技术的两大分支

由于嵌入式计算机系统要嵌入到对象体系中，实现的是对象的智能化控制，因此，它有着与通用计算机系统完全不同的技术要求与技术发展方向。

通用计算机系统的技术要求是高速、海量的数值计算；技术发展方向是总线速度的无限提升，存储容量的无限扩大。而嵌入式计算机系统的技术要求则是对象的智能化控制能力；技术发展方向是与对象系统密切相关的嵌入性能、控制能力与控制的可靠性。

早期，人们勉为其难地将通用计算机系统进行改装，在大型设备中实现嵌入式应用。然而，对于众多的对象系统（如家用电器、仪器仪表、工控单元……），无法嵌入通用计算机系统，况且嵌入式系统与通用计算机系统的技术发展方向完全不同，因此，必须独立地发展通用计算机系统与嵌入式计算机系统，这就形成了现代计算机技术发展的两大分支。

如果说微型机的出现，使计算机进入到现代计算机发展阶段，那么嵌入式计算机系统的诞生，则标志了计算机进入了通用计算机系统与嵌入式计算机系统两大分支并行发展时代，从而导致20世纪末，计算机的高速发展时期。

2.1.3 两大分支发展的里程碑事件

通用计算机系统与嵌入式计算机系统的专业化分工发展，导致20世纪末、21世纪初，计算机技术的飞速发展。计算机专业领域集中精力发展通用计算机系统的软、硬件技术，不必兼顾嵌入式应用要求，通用微处理器迅速从286、386、486到奔腾系列；操作系统则迅速扩张计算机基于高速海量的数据文件处理能力，使通用计算机系统进入到尽善尽美阶段。

嵌入式计算机系统则走上了一条完全不同的道路，这条独立发展的道路就是单芯片化道路。它动员了原有的传统电子系统领域的厂家与专业人士，接过起源于计算机领域的嵌入式系统，承担起发展与普及嵌入式系统的历史任务，迅速地将传统的电子系统发展到智能化的现代电子系统时代。

因此，现代计算机技术发展的两大分支的里程碑意义在于：它不仅形成了计算机发展的