ARM系统体系架构

ARM体统体系架构

ARM平台可以采用核心主板加扩展板的设计方式，基于ARM微处理器芯片的核心主板，能将ARM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、LCD接口，以扩展板形式提供。

ARM模块部分是其一个重要的组成部分，在系统中ARM模块主要负责系统控制部分，其硬件体系结构灵活、接口丰富。核心包括嵌入式ARM CPU及必需的SDRAM和Hash 等器件，通过表贴封装的双排插针将各信号线及控制线引出。这样，只需要设计不同的扩展板即可实现不同的系统功能，节约了开发成本并提高了平台的灵活性。

软件开发方面，如果采用Linux开放源代码进行开发，可以大大降低开发成本，加快软件的开发过程，并有利于后期开发。

1．硬件体系结构

嵌入式系统硬件平台结构主要分为2大部分：一部分为系统主板，为基于ARM的最小系统，包括ARM CPU、∏ash、SDRAM、串口、键盘等最基本部分；另一部分为系统扩展板，提供了用于完成各个不同硬件的功能模块。

常用的嵌入式外围设备则有存储设备、通信设各和显示设备三类。相关支撑硬件包括显示卡、存储介质（ROM和RAM等）、通信设备、IC卡或信用卡的读取设备等。嵌入式系统有别于一般的计算机处理系统，它不具备像硬盘那样大容量的存储介质，而大多使用闪存（∏ash Memory）作为存储介质。

整个系统硬件结构如图1所示，主要组成部分及其功能如表1所示。

图1 ARM嵌入式硬件平台

表1 系统硬件主要组成及其功能描述

另外，系统总线扩展引出数据总线、地址总线和必需的控制总线，便于用户根据自身的特定需求，扩展外围电路。在选择嵌入式系统的硬件时，最重要的是要先选择ARM处理器类型，因为ARM处理器不仅决定整个系统的性能，而且影响其他硬件的选用，以及操作系统和软件代码的配置。

一个设计好的ARM核心板硬件如图2所示。

图2 ARM核心板硬件图

软件体系结构

嵌入式软件包括与硬件相关的底层软件、操作系统、图形界面、通信协议、数据库系统、标准化浏览器和应用软件等。其中，嵌入式操作系统是用来支持嵌入式应用的系统软件，通常包括与硬件柑关的底层驱动程序、系统内核、设备驱动接口、通信协议、图形用户界面（GUI）等。

1．开发环境及工具

目前流行的嵌入式操作系统主要有VxWorks，WindowsCE，Linux等，由于Linux

的源码开放性、内核可裁剪性、在图像处理、文件管理及多任务支持等诸多方面的特点，使得它成为一款应用比较广泛的嵌入式操作系统。考虑到以上几个方面的原因，以及应用于对实时性要求不是很高的场合，可以选用嵌入式Linux作为此平台的操作系统．Linux与商业用的嵌八式操作系统比较，好处如表2所示。

表2 Linux作为嵌入式系统开发的好处

有些观点认为Linux过于庞大不宜用于嵌入式系统，这种观点比较片面。面向PC的Linux标准发行版（如Fedora，Mandrake，Debian）包括服务器、工作站版本，这些版本在功能上是一个工作站和服务器的应用平台的超集，许多功能大大超出了一个嵌入式操作系统的需求。同时，由于Linux操作系统的核心和应用程序是分离的，整个系统有较好的

模块化设计，并且它上面各种程序（包括核心本身）的源代码是公开的。因此，可以在各个层次上，对Linux进行精心的定制和开发，以提供一个基本的运行平台和开发环境｀以便

于针对特定应用可以开发出一个具有实用性的嵌入式应用系统。

在开发环境方面，ARM ADS或SDT在没有硬件环境的情况下，可以提供软件模拟硬件环境进行软件开发，即ARMulate模式在计算机上模拟调试。利用这种模式，可以在没

有仿真器的情况下，编写MemTest汇编测试程序，然后利用简易的JATG探头将目标文

件下载到硬件开发板进行调试。

如果经过测试，核心硬件板达到设计的各方面要求，在稳定时钟频率下运行正常，数据及程序空间全部可访问，即可满足嵌入Linux的硬件要求。

2．硬件驱动程序

底层硬件驱动程序是嵌入式系统软件开发的第一个环节，它紧密地将软硬件衔接在一起，涉及许多硬件相关的知识。对底层硬件驱动程序的了解，是深入理解嵌入式系统工作原理最有效的手段，同时也是进一步开发基于嵌入式操作系统的设备驱动程序的基础。

Linux的设备驱动程序，对于各个体系结构而言基本框架都是一样的，所以只需要学会如何在PC上编写设备驱动，就可以很容易编写基于ARM Linux的设备驱动。