嵌入式系统设计与应用

 

　　教学目的
　　嵌入式技术是近年来日渐普及的电子技术。嵌入式产品以其体积小、功耗低、处理能力强等诸多优点，在通讯、网络、工控、医疗、电子等领域发挥着越来越重要的作用。嵌入式人才的需求量不断加大。通过本课程的学习，使学生了解嵌入式体系结构及嵌入式系统操作系统、嵌入式产品设计等方面的知识，需要掌握嵌入式系统设计的典型开发工具，使学生初步具备嵌入式系统软、硬件的开发能力。
　　实验要求
　　了解有关嵌入式系统的基本原理、设计方法以及嵌入式系统的最新发展；掌握arm9处理器芯片的基本体系结构、指令系统及其编程方法；了解和熟悉一些常用的嵌入式系统的开发工具和开发方法；初步掌握嵌入式系统开发的过程和常用方法，掌握嵌入式操作系统的基本功能和设计方法；熟悉一些常用的嵌入式产品设计的开发步骤。
　　实验涵盖课程：《电路分析》、《模拟电子线路》、《数字逻辑电路》、《电路与系统》、《微机原理与接口技术》、《单片机与嵌入式系统》
　　实验内容
　　课程内容与学时分配表
　　实验设备及开发工具
　　实验主要ARM9-FS2410P 教学平台上进行。
　　ARM9-FS2410P 教学平台的硬件构成：
　　采用三星公司的S3C2410，主频可达 203MHz；
　　64M 字节的SDRAM ，由两片 K4S561632 组成，工作在32位模式下；
　　64M 字节 NAND Flash ，采用的是K9F1208；
　　2M 字节的 Nor Flash ，采用的是 SST39VF16O1 ，工作在 16 位模式；
　　10M以太网接口，采用的是 CS8900Q3，带传输和连接指示灯；
　　LCO 和触摸屏接口；
　　VGA 接口，可以支持分辨率到 8OO×600；
　　一个 USB HOST , S3C2410 内置的，符合 USB 1.1；
　　一个 USB Device , S3C2410 内置的，符合 USB 1.1；
　　支持音频输入和音频输出，音频模块由S3C2410的IIS 音频总线接口和 UDA1341音频编码解码器组成，教学平台上还集成了一个 MIC ，用于音频输入；
　　2 路 UART 串行口，波特率可高达 1152OObps ，并具有 RS232 电平转换电路；
　　CAN 总线接口模块，CAN属于现场总线；
　　IDE 接口，可直接挂接硬盘；
　　A / D 采集模块，支持 8 通道的 10 bit ADC ，其中一个通道采用可调电阻来改变 A / D 的输入值，其它的通道通过扩展口扩出；
　　CF ( Compact Flash ）接口：支持两种 CF 卡接口标准： CF Type II和 CF Type I，同时支持 3.3v 和 5.0v 电压；
　　SD 卡接口，兼容 SD Memory Card Protocol 1.0 和SDIO Card Protocol 1.0；
　　步进电机控制模块；
　　伺服电机控制接口；
　　CPLD 控制模块：采用的是 XiLinx 公司的 XC9572；
　　Embedded －ICE ( 20 脚标准 JTAG ）接口和并口式JTAG 接口，支持 ADS , SDT 软件的下载和调试以及 Flash 的烧写；
　　串行 EEFROM : AT24C04 4Kbytes EEPROM , IIC 接口；
　　支持 8×8 LED 点阵；
　　键盘接口模块： 4×4 组矩阵式键盘，支持扫描和中断方方式；
　　蜂鸣器， 4 个 LED 灯；
　　开关电源，分布式电源供电， 3v 锂电池，提供 CPU内置 RTC 操持电源；

　　GPRS / GSM / GPS 模块

　　本实验提供ADS 1.2评估版集成开发环境和调试代理软件，ADS由命令行开发工具，ARM时实库，GUI开发环境(Code Warrior和AXD)，实用程序和支持软件组成。具体为：
　　命令行开发工具
　　armcc： armcc是ARM C编译器。这个编译器通过了Plum Hall C Validation Suite为ANSI C的一致性测试。armcc用于将用ANSI C编写的程序编译成32位ARM指令代码。
　　armcpp：armcpp是ARM C++编译器。它将ISO C++ 或EC++ 编译成32位ARM指令代码。
　　tcc：tcc是Thumb C 编译器。该编译器通过了Plum Hall C Validation Suite为ANSI 一致性的测试。tcc将ANSI C源代码编译成16位的Thumb指令代码。
　　tcpp：tcpp是Thumb C++ 编译器。 它将ISO C++ 和EC++ 源码编译成16位Thumb指令代码。
　　armasm：armasm是ARM和Thumb的汇编器. 它对用ARM 汇编语言和Thumb 汇编语言写的源代码进行汇编。
　　armlink：armlink是ARM连接器。该命令既可以将编译得到的一个或多个目标文件和相关的一个或多个库文件进行链接，生成一个可执行文件，也可以将多个目标文件部分链接成一个目标文件，以供进一步的链接。ARM链接器生成的是ELF格式的可执行映像文件。
　　armsd：armsd是ARM 和Thumb的符号调试器。它能够进行源码级的程序调试。用户可以在用C或汇编语言写的代码中进行单步调试，设置断点，查看变量值和内存单元的内容。
　　ARM运行时库
　　ANSI C库函数
　　C++库函数
　　ADS提供以下的实用工具
　　fromELF：这是ARM映像文件转换工具。该命令将ELF格式的文件作为输入文件，将该格式转换为各种输出格式的文件，包括plain binary(BIN格式映像文件), Motorola 32-bit S-record format(Motorola 32位S格式映像文件), Intel Hex 32 format(Intel 32位格式映像文件)，和 Verilog-like hex format(Verilog 16进制文件)。FromELF命令也能够为输入映像文件产生文本信息，例如代码和数据长度。
　　armar：ARM库函数生成器将一系列ELF格式的目标文件以库函数的形式集合在一起，用户可以把一个库传递给一个链接器以代替几个ELF文件。
　　Flash downloader：用于把二进制映像文件下载到ARM开发板上的Flash存储器的工具
　　支持的软件
　　ARMulator：这是一个ARM指令集仿真器，集成在ARM的调试器AXD中，它提供对ARM处理器的指令集的仿真，为ARM和Thumb提供精确的模拟。用户可以在硬件尚未做好的情况下，开发程序代码。
　　参考文献
　　1.       嵌入式系统设计与应用综合实验讲义（自编）
　　2.       ARM公司《ARM9技术参考手册》
　　3.       三星公司《S3C2410A用户使用手册》
　　4.       优龙公司《ARM9 FS2410P 教学平台应用教程》
　　5.       优龙公司《ARM9 FS2410P 教学平台实验指导手册》
　　6.       《嵌入式是俄军及linux驱动开发指南――基于ARM9处理器》，孙天泽、袁文 菊、张海峰，电子工业出版社