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在ARM9平台上基于Linux系统的嵌入式应用基于RFID的移动目标跟踪系统研究与设计史阅 电子科技大学，硕士学位论文 2010.41物联网概念物联网（The internet of things）:通过射频识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物体与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现对物体的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。2RFID技术的简介RFID（Radio Frequency Identification，射频识别）技术，“物联网”应用的核心技术，RFID 技术被普遍认为是 21世纪最具发展潜力的一项新兴技术。这种技术目前广泛应用于物流业中的物品识别、各种门禁控制系统、身份和有效性识别以及各种各样的“一卡通”系统中，并且与此相关的各种应用还在不断地推出。将 RFID 技术与定位跟踪技术相结合，建立（针对特定对象的）移动目标跟踪系统正是该论文文的研究内容。任务：目标的自动识别和自动定位，其次才是在此基础之上的对目标运动轨迹的跟踪。3RFID技术的应用RFID 的自动识别无论是在技术难度上、还是在应用系统的可实现性及应用灵活性等方面都更具有明显的优势。自动定位技术具有系统可实现性好、实现复杂性低、实现成本较低且便于控制等优点。将 RFID技术应用于 ITS（智能交通系统）中进行车辆跟踪需要在其车辆上安装电子标签，对于应用于车辆跟踪系统的只有杭州、武汉、大庆等地在公交车和出租车上安装电子标签的试点，从而可实现车辆的到站预测和调度甚至交通灯的智能控制等功能。金卡工程正向非接触式 CPU 卡/智能卡方向发展。现在人均持卡量已超过 4 张，这些卡都将被采用 RFID 技术的单张射频 CPU 卡（非接触式 CPU 卡/智能卡）所取代，金卡工程又将迈上新的台阶。4 RFID 的基本原理该模型中包含有这么两个主要部件：一个是“阅读器”，是一个与“电子标签”配对的，用于读取“电子标签”中的信息以及向“电子标签”中写入必要信息的电子收发器；另一个则是“电子标签”，是一种存储有特殊标签信息以及相关数据的电子装置，附着于所需标记的对象，其存储的数据信息用于标识所附着对象的相关属性信息。5 标签和阅读器设计方案6数字控制电路：通常使用的都是微功耗的微处理器甚至是定制的或经过对常规通用微处理器内核进行（RFID）专业化裁剪后的微处理器。存储器是标签核心的另一组成部分，可根据应用需要使用 ROM/PROM 存储器（有的可直接使用固态数字逻辑以节省开销）或 EEPROM/FLASH 型存储器，在使用微处理器的系统中，可能还需要搭配 RAM。7阅读器的组成8阅读器的组成和标签的组成基本上是差不多的，但特殊之处在于阅读器使用的电源通常是市电（当然是要变换成低压直流电源）或电池（对于便携/手持式阅读器）；数字控制电路大多使用性能比较好的 MCU 以便于进行数据处理和对外围接口的控制；阅读器的存储器配置是根据实际使用目的和环境情况来予以决定9基于linux的ARM9嵌入式应用一、linux操作系统二、ARM910嵌入式操作系统linuxlinux的起源 1969年由美国的Linus Torvalds创建，以可爱的胖企鹅作为标志。它是嵌入式系统和构筑集群计算机的首选。特点：、真正的多用户多任务；、良好的兼容性；、强大的可移植性；、高度的稳定性，linux是支持最多硬件平台的操作系统；、漂亮的用户界面，包括字符界面和图形化用户界面。优点：、源代码开放，成本低；、裁剪性，高度的模块化；、完善的通信、图文和文件管理功能；、驱动程序丰富；、功能强大，内核小；、支持多种开发语言(linux+C);、极强的可扩展性（linux+集群技术）。缺点：昂贵的价格反映出令人信服的性价比，却把个人用户拒之门外。11嵌入式操作系统linuxLinux的各组成部分 、内核：是整个操作系统的核心，提供相应的硬件驱动程和网络接口程序，源代码用C语言编写，采用模块化的结构，其主要模块包括：存储管理、CPU和进程管文件系统管理、设备管理和驱动、网络通信以及系统的引导、系统调用等。、Shell：用户和内核之间的桥梁。负责将用户的命令解释为内核能够接受的低级语言。、X Window：图形化用户界面的标准。、应用程序内核(Kernel)Shell应用程序X-Window应用程序12嵌入式操作系统linuxLinux的基本原理 Linux的CPU管理：分时方式管理CPU的运行时间，实现多用户多任务的操作系统。Linux的存储管理：采用虚拟存储技术，即用硬盘的空间来扩充内存的空间；遵循页式存储管理机制，虚拟内存和物理内存均按页为单位加以分割，页得大小固定不变。Linux的文件管理：采用虚拟文件系统（操作系统和文件系统之间的接口）技术，依靠文件系统来实现。Linux的设备管理：所有外设按其数据交换的特性分成三类：字符设备（如打印机、声卡、键盘、显卡、鼠标等输入输出设备），块设备(必须将数据首先送到缓冲区，然后以块为单位进行数据交换，即外设)和网络设备（数据包，如网卡）。13Linux的存储管理线性空间就是虚拟地址空间。进程可寻址0-4GB的虚拟内存，进程的线性区由vm_area_struct结构表示，并且按地址从小到大的形式组成链表。线性区定义如下：补充：链表，AVR树（高度平衡二叉树），搜索的速率高。14struct vm_area_struct struct mm_ struct*vm_mm;/进程的内存管理结构mm_ struct unsigned long vm_ start;/线性区的起始地址 unsigned long vm_ end;struct vm_ struct*vm_next;/指向链表中的下一个线性区 pgprot_t vm_page_port;/页保护位 unsigned long vm_ flags;/标志 short vm_avl_height;/AVL中，根节点的子树高度 struct vm_ struct*vm_avl_left;struct vm_ struct*vm_avl_right;struct vm_ struct*vm_next_share;/指向在共享链表中的下一个线性区 struct vm_ struct*vm_pprev_share;struct vm_operations_struct*vm_ops;/操作函数指针集的结 unsigned long vm_ pgoff;struct file*vm_file;/线性区映射文件，指向文件结构 unsigned long vm_ raend;void*vm_private_data;15ARM9嵌入式系统（Embedded System）一般由嵌入式微处理器、外围设备、嵌入式操作系统以及用户的应用程序等组成。嵌入式系统的硬件由ARM微处理器（单片机）和外围设备组成。软件系统由操作系统软件（OS）和应用程序编程。嵌入式系统的核心是嵌入式微处理器，ARM（Advanced RISC Machine）通常指带有ARM核的一类微处理器。技术特点：低功耗；开发周期短；支持Thumb（16位）和ARM（32位）双指令集；高效的总线系统（三种不同类型的总线AHB、ASB和APB）。ARM9系列微处理器在高性能和低功耗方面提供了最佳的选择。其架构为：ARMv4T；核：ARM920T、ARM922T和ARM940T；特点：5级整数流水线（包括五个阶段执行：取指令、译码、执行、缓冲/数据和回写），指令执行效率更高；支持多种主流嵌入式操作系统等。16ARM嵌入式系统的外围设备和软件基础存储器：几乎每个嵌入式系统都必须用到的外地设，但由于制造工艺的不同而没有加入芯片中。通信接口：一般用专门的通信接口芯片来实现，如USB接口市场上用USB-UART桥接芯片。ARM嵌入式系统软件基分类：无操作系统（软件直接搭在硬件上，即裸机程序）和带操作系统（嵌入式LINUX）。17ARM的工作状态ARM状态：执行32位的ARM指令；Thumb状态：执行16位的Thumb指令。可在两种状态之间切换：当操作数寄存器的状态为1时，可采用执行BX指令的方法，使微处理器从ARM状态切换到Thumb状态；当操作数寄存器的状态为0时，可采用执行BX指令的方法，使微处理器从Thumb状态切换到ARM状态。18ARM的工作模式ARM体系结构支持7种工作模式：用户模式（usr）、快速中断模式（fiq）、外部中断模式（irq）、管理模式（svc）、数据访问终止模式（abt）、系统模式（sys）、未定义指令中止模式（und）。指令特点：采用固定长度的指令格式；使用单周期指令；大量使用寄存器；所有指令均可根据前面的执行结果决定是否被执行；可在一条指令中同时完成逻辑处理和移位处理；在循环处理中使用地址的自动增减来提高运行效率。19ARM寄存器 ARM处理器中有37个32位寄存器，划分为两类寄存器：通用寄存器31个和状态寄存器6个（CPSR、SPSR_svc、SPSR _abt、SPSR _und、SPSR _irq、SPSR _fiq）。但是这些寄存器不能被同时访问，具体哪些寄存器是可编程访问的，取决于微处理器的工作状态及具体的运行模式。如：R14_und。20嵌入式软件开发基本流程 编译器 连接器 PC机 定址器 编写源代码可重定位程序目标文件可执行二进制映像文件下载可执行文件到目标板21