基于ARM7嵌入式系统的无线通信平台设计.pdf

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1、武汉理工大学硕士学位论文基于ARM7嵌入式系统的无线通信平台设计姓名：任晖申请学位级别：硕士专业：信号与信息处理指导教师：杨杰20060401亟堡墨三查茎堡主兰竺丝苎一摘要随着嵌入式系统技术的迅猛发展。无线数据传输的嵌入式系统的发展成为新的趋势，嵌入式系统以其小型、专用、易携带、可靠性高的特点，已经在这个领域到了广泛的应用，如远程监控、智能仪器仪表等。现在随着嵌入式系统的功能增强，程序代码变得越来越复杂，传统的软件设计方式很难保证系统的可靠性和稳定性，使用嵌入式操作系统作为软件开发平台是解决这个问题的有效途径。在本系统中系统硬件平台采用A R f 微处理器，软件平台采用uC O SI I 实时

2、操作系统，uc o s I I 是一种专门为微控制器设计的抢占实时多任务操作系统，可以将应用程序分解成多个任务，简化应用系统软件的设计。本论文以设计基于3 2 位A R M 微处理器L P C 2 2 1 0 和移植嵌入式实时操作系统C O S I I 的通用通信平台为主要内容，研究了所涉及的关键技术并提出了实现方案。系统设计分为三个部分：选用高性价比的P H I L I P S 公司生产的1 6 3 2 位A R M 7 T D M I 微处理器L P C 2 2 1 0 作为核心处理器，并在处理器上移植uC 0 S I I 操作系统：在A R M 嵌入式应用的场合常常要用到图形点阵式液晶显

3、示模块作为人机界面，S M G 2 4 0 1 2 8 A 是S h M S U N G 公司出品的液晶显示控制器，本文通过设计G U I 接口函数实现了此图形液晶显示模块在L P C 2 2 1 0 嵌入式系统中的应用i 系统的无线传输模块选用 A c u M 9 6 无线串r n 模块，以实现数据的可靠透明传输。整个设计完戒了相关硬件电路的设计连接和软件的代码编写调试，最后实现了整个系统的集成和测试。论文主要从四个方面展开：首先，对嵌入式系统进行了概述，介绍了嵌入式系统设计的一般方法，给出了相关流程图，在分析了各个A R M 7 内核特点的基础上选定A R M 7 T D M I 内核；然

4、后给出了硬件平台的设计方案，在满足系统参数需求的条件下选用器件，并对各主要模块的功能、结构和工作原理进行了分析，给出了相关设计；接着实现软件平台的设计，阐述了嵌入式uC O S I I 操作系统的移植，设各驱动程序的设计、操作系统下多任务应用程序的开发，根据软件设计流程给出了关键程序流程图和部分源代码，在完成整个设计后，通过试验测试了系统的性能，达到了设计的要求。最后总结了课题设计和下一步工作方向和应用前景。关键词：uc o s 1 1，A I t l，L P C 2 2 1 0 H A C u N 9 6，嵌入式垫堡墨圭茎堂堡主兰垡笙茎A b s t r a c tW i t ht h er

5、 a p i dd e v e l o p m e n to f t h ee m b e d d e ds y s t e ma n dw i r e l e s sc o m m u n i c a t i o nh a v i n gb e c o m et h en e wt e c h n i c a lt r e n d，t h ec h a r a c t e r i s t i co ft h ee m b e d d e ds y s t e mi sm i n i t y p e，s p e c i a lu s e d，p o r t a b l e，h i g h r

6、e l i a b l e，S Ow h i c hi sw i d e l ya p p l i e di nt h e s ef i e l d s，f o re x a m p l e，l o n g d i s t a n c em o n i t o r i n g，r e m o t ed a t aa c q u i s i t i o na n dc o n t r o l，e t C W i t ht h ef u n c t i o no ft h et a s kt h a tt h ee m b e d d e ds y s t e mw o r k so ng r o

7、 w i n g，t h et r a d i t i o n a l8-b i tM C Uc a n tc o n t e n tt h er e q u e s to ft h ea p p l i c a t i o n。A n ds y s t e mp r o c e d u r ea r em o r ea n dm o r ec o m p l i c a t e，t h u st h er e l i a b i l i t ya n ds t a b i l i t yo fs y s t e mi sd i f f i c u l tt ob eg u a r a n t

8、 e e dw i t ht h et r a d i t i o n a la p p r o a c ht op r o g r a m。I ti st h ee f f e c t i v ew a yo fs o l v i n gt h ep r o b l e mt h a tu s i n gt h ee m b e d d e do p e r a t i n gs y s t e ma St h es o f t w a r ep l a t f o r m。I nt h i sd e s i g n，A R Mm i c r o p r o c e s s o ri ss

9、e l e c t e di nt h eh a r d w a r ep l a t f o r m。A R Mp r o c e s s o ri sak i n do fa d v a n c e d3 2 一b i te m b e d d e dR I S Cm i c r o p r o c e s s o ra c c r e d i t e di nt h i sf i e l d。T h er e a l-t i m eo p e r a t i n gs y s t e mp C O S I Ii sa d o p t e di nt h es o f t w a r ep

10、 l a t f o r m。O p e r a t i n gS y s t e m sC a ns i m p l i f yt h ed e s i g nb yd i v i d i n gt h ea p p l i c a t i o ni n t os o m et a s k s p C O S-l Ii sak i n do f M u l t i-t a s k s，r e a l-t i m ea n do p e r a t i o ns y s t e mw h i c hi se s p e c i a l l yd e s i g n e df o rt h em

11、 i c r o p r o c e s s o r I th a sm a n ya d v a n t a g e s，f o re x a m p l e，i t sk e r n e lS O U r C ec o d ei so p e n，i ti se a s yt ol e a r n，a n di tC a nb ee a s i l yt r a n s p l a n t e d I nt h i sp a p e r，t h em a i nc o n t e n ti sd e s i g n i n gg e n e r a lc o m m u n i c a t

12、 i o n sp l a t f o r mb a s e do nA R Mm i c r o p r o c e s s o rL P C 2 2 1 0a n de m b e d d e dR T O SUC I O S I I e x p a t i a t i n gt h et e c h n o l o g yo fr e a l i z a t i o na n dp r o b l e m sa s s o c i a t e d L P C 2 2 1 0s e l e c t e di nt h ed e s i g ni s1 6 3 2b i tm i c r o

13、 p r o c e s s o rp r o d u c e db yP H I L I P SC o m p a n y，w h i c hi st h ec o r ep r o c e s s o ro ft h es y s t e ma n dp r o v i d i n gg o o dh a r d w a r eb a s e G r a p h i c sl a t t i c eL C Dd i s p l a ym o d u l ei su s u a l l yu s e di nA R Me m b e d d e da p p l i c m i o na s

14、m a n-m a c h i n ec o n v e r s a t i o ni n t e r f a c e，S M G 2 4 0 1 2 8 Ai sak i n do fL C Dc o n t r o l l e rp r o d u c e db yS A M S U N GC o m p a n yt h a th a v es t r o n gf u n c t i o n T h i sp a p e ri n t r o d u c e st h ca p p l i c a t i o no fi ti nL P C 2 2 1 0e m b e d d e d

15、s y s t e m H A C u M 9 6U A R Tw i r e l e s sm o d u l ei ss e l e c t e da sw i r e l e s st r a n s m i s s i o np a r t，w h i c hC a nt r a n s m i td a t at r a n s p a r e n t l y T h i sI I武汉理：f：大学硕士学位论文p r o j e c tr e a l i z e st h ef r a m e w o r ka n ds o f t w a r ed e s i g n T h i s

16、p a p e ri sc o m p o s e d 廿lf o u rp a r t st h e r e i n a f t e r：F i r s t l y w es u m m a r i z et h ee m b e d d e ds y s t e ma n ds o m ec o m m o nd e s i g nm e t h o d so ft h ee m b e d d e ds y s t e ma r ei n t r o d u c e da n dg i v eo u tt h ec o r r e s p o n d i n gf l o w c h a

17、 r t，a n da d o p tA R M 7 T D M Ik e r n e lb ya n a l y z i n gA R M 7k e r n e l S e c o n d l y，i nh e r e，t h ef u n c t i o n，c o n s t r u c t i o na n dw o r kp r i n c i p l eo fu n i t st h a tb u i l tt h es y s t e mw i l lb ee x p l m n e di nd e t a i l，w h i c hm e e t i n gt h ed e m

18、 a n d s：c s t e r a T h i r d l y，t h ed e s i g no ft h es o 缸,J a r ep l a f f o r mi se x p a t i a t e d T h i sp a r ts t a t e st r a n s p l a n t i n go fo p e r a t i n gs y s t e m，t h ep r o g r a m m i n go fd e v i c ed r i v e ra n dm u l t i-t a s k sa p p l i c a t i o nb yp c o s I

19、 IO S，a n a l y z e st h ed e s i g np r o c e s so fe v e r yp a r tc o d ea n dp r o v i d e st h ef l o wc h a r ta n ds o m eS O u r c ec o d e sw i t hf i n a ls y s t e mt e s t i n g T h el a s t，s u m m a r i z i n gt h et o t a lp r o j e c ta n dg i v et h ed i r e c t i o no f t h ef u r

20、t h e rs t u d y K e yW o r d：“C O S-I I，A R M，L P C 2 2 1 0，H A C u M 9 6，E m b e d d e dI I I武汉理工大学硕士学位论文1 1 课题背景和意义第1 章引言嵌入式系统(E m b e d d e dS y s t e m)是以应用为中心、以计算机技术为基础、软硬件可裁剪、适应应用系统对应功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统i l l。随着计算机技术的发展，嵌入式系统己成为计算机领域的一个重要组成部分，并成为近年来新兴的研究热点。嵌入式系统产业关联度大，市场前景好，发展嵌入式软件将有利于

21、增强劳动生产率。过去嵌入式系统较难普及的原因，是集成电路集成度和制造水平尚无法突破。但是现在国内外半导体I C 设计企业已经可以生产出大量低成本的微型硅组件，并以此为基础发展出了许多可编程逻辑和微处理控制器，这些组件可以用软件技术来实现或更改硬件功能，搭配特定的操作系统或用户接口，可以实现许多新型态应用，女I P D A、S T B、上网机等。在软件开发部分，为了配合嵌入式系统，业界已发展出多种嵌入式操作系统(E m b e d d e dO p e r a t i o nS y s t e m)。这些实时操作系统的功能强大，尽管其内核比起P C 操作系统来说非常小，但它能作为设计人员的开发平

22、台，代表性的作品有微软的W i nC E、N TE m b e d d e d；L i n u x、P a l mO S、u C O S I I 等。A R M 即A d v a n c e dR I S CM a c h i n e s 的缩写，由英国A d v a n c e dR I S CM a c h i n e s(A R M)L i m i t e d 公司设计。A R M 公司只是设计公司，本身不生产芯片，只是提供知识产权(t P)。A R M 公司是3 2 位嵌入式R I S C 微处理器领域的领先供应商，在全世界范围内有1 0 0 多个合作伙伴包括半导体工业的著名公司，从而

23、导致了打量的开发工具和丰富的第三方资源，他们共同保证了基于A R M 处理器的设计可以很快投入市场 2 1。u C O S I I 是由美国人J e a nJ L a b r o s s e 编写的一个公开源代码的，微内核嵌入式实时操作系统，其实时性能和内核的健壮性早已经在大量的实际应用中得到了证实。程序开发人员可以改写源代码，使之符合自己的要求。裁减掉不需要的部分，使操作系统变得小巧、灵活，并且能满足用户特定操作系统的需要。u c o S I I 对于学校研究完全免费，只有在应用于盈利项目时才需要支付少量的版权费，特别适合般使用者的学习、研究和开发。武汉理工大学硕士学位论文随着嵌入式系统在制

24、造工业，过程控制，通讯，仪器仪表，汽车，船舶，航空，航天，军事装备，消费产品等各个领域的广泛应用，对人机交互界面的要求也越来越高。G U I 即G r a p h i c a lU s e rI n t e r f a c e，是M i c r i u m 技术公司为嵌入式系统应用开发的图形软件，能满足各种显示应用要求。嵌入式系统的无线传输网络的研究与应用是近年来嵌入式应用领域的一个研究热点，在许多场合，例如数据采集和发送需要工作在无线的情况之下，在这种情况下，安全可靠的无线传输系统就显得十分必要。结合微处理器和射频系统就可以将数据采集处理传输一体化，更加利于系统体积和成本方面的降低P l。1

25、 2 国内外研究现状和发展趋势信息时代、互联网时代的到来，不仅为嵌入式市场展现了美好前景，注入了新的生命；同时也对嵌入式系统技术，特别是软件技术提出新的挑战。这主要包括：支持日趋增长的功能密度、灵活的网络联接、轻便的移动应用和多媒体的信息处理，此外，当然还需对付更加激烈的市场竞争。1 嵌入式应用软件的开发需要强大的开发工具和操作系统的支持随着因特网技术的成熟、带宽的提高，I C P 和A S P 在网上提供的信息内容日趋丰富、应用项目多种多样，像电话手机、电话座机及电冰箱、微波炉等嵌入式电子设备的功能不再单一，电气结构也更为复杂。为了满足应用功能的升级，设计师们一方面采用更强大的嵌入式处理器如

26、3 2 位、6 4 位R I S C 芯片或信号处理器D S P 增强处理能力；同时还采用实时多任务编程技术和交叉开发工具技术来控制功能复杂性，简化应用程序设计、保障软件质薰和缩短开发周期。目前，国外商品化的嵌入式实时操作系统，已进入我国市场的有W i n d R i v e r、M i c r o s o f t、Q N X 和N u c l e a r 等产品。我国自主开发的嵌入式系统软件产品如科银(C o r e T e k)公司的嵌入式软件开发平台D e l t a S y s t e m，它不仅包括D e l t a C a r e 嵌入式实时操作系统，而且还包括L a m d a

27、T o o l s 交叉开发工具套件、测试工具、应用组件等；此外，中科院也推出了H o p e n 嵌入式操作系统。2 联网成为必然趋势为适应嵌入式分布处理结构和应用上网需求，面向2 l 世纪的嵌入式系统要求配备标准的一种或多种网络通信接口。针对外部联网要求，嵌入设备必需配有通信接口，相应需要T C P I P 协议簇软件支持；由于家用电器相互关联(如防盗2武汉理工大学硕士学位论文报警、灯光能源控制、影视设备和信息终端交换信息)及实验现场仪器的协调工作等要求，新一代嵌入式设备还需具备I E E E l 3 9 4、U S B、C A N、B l u e t o o t h 或I r D A通信

28、接口，同时也需要提供相应的通信组网协议软件和物理层驱动软件。为了支持应用软件的特定编程模式，如W e b 或无线W e b 编程模式，还需要相应的浏览器，女f f H T M L、W M L 等。3 支持小型电子设备实现小尺寸、微功耗和低成本为满足这种特性，要求嵌入式产品设计者相应降低处理器的性能，限制内存容量和复用接口芯片。这就相应提高了对嵌入式软件设计技术要求。如，选用最佳的编程模型和不断改进算法，采用J a v a 编程模式，优化编译器性能，因此，既要软件人员有丰富经验，更需要发展先进嵌入式软件技术，如J a v a、W e b和W A P 等。4 提供精巧的多媒体人机界面嵌入式设备之所

29、以为亿万用户乐于接受，重要因素之一是它们与使用者之问的亲和力，自然的人机交互界面，如司机操纵高度自动化的汽车主要还是通过习惯的方向盘、脚踏板和操纵杆。人们与信息终端交互要求以G U I 屏幕为中心的多媒体界面。手写文字输入、语音拨号上网、收发电子邮件以及彩色图形、图像已取得初步成效。目前一些先进的P D A 在显示屏幕上已实现汉字写入、短消息语音发布，但离掌式语言同声翻译还有很大距离。1 3 本文的主要工作本文主要是在P h i l i p s 公司的3 2 位A R M 7 T D M I S T M 微处理器L P C 2 2 1 0(C P U)为核心的A R M 小系统中进行了以下工作

30、，分析T u C O S I I 的结构，对嵌入式实时操作系统u c o S I I 进行了移植，主要工作是编译常量的设置，数据类型的定义，宏定义，以及与操作系统调度相关的函数的编写；分析了u C G U I B 口G r a p h i c a U s e rI n t e r f a c e 软件的源代码，对u C G U I 进行了移植，主要工作是L P C 2 2 1 0 的L C D控制器的初始化，L C D 液晶屏驱动以及与L C D 相关的控制函数的实现，另外还编写了无线串口以及相关硬件设备的初始化和驱动程序，最后提出无线组网的方案及其实现协议；还实现 A R M 的u C 0

31、S I I 多任务源代码的编写，主要工作是编译常量的设置，数据类型的定义，与操作系统相关函数的修改，并且通过对编译常量的设置对以上软件进行了裁剪。3武汉理工大学硕士学位论文本文所做的主要工作之一是移植工作，写作思路是围绕移植工作，首先介绍移植工作所要了解的知识，然后介绍了详细的移植过程，并且给出了移植过程中主要的函数的伪代码。本文的章节安排为，前言部分(第一章)简要论述了嵌入式系统的概念发展前景，以及A R M 系统的总体设计结构。A R M 处理器内核的性能及结构分析(第二章)分析了A R M 处理器的体系结构和各种A R M 处理器的内核性能比较，以及本文所用到的A R M 处理器L P

32、C 2 2 1 0 的内部结构和基于A R M 的嵌入式系统设计的一般方法。嵌入式实时操作系统u C o S I I 的移植(第三章)分析了u C O S-I I 的体系结构，详细说明了u C O S I I 的移植过程，包括编译常量的设置，数据类型的定义，宏定义，以及与操作系统调度相关的函数的编写，大部分是使用汇编语言实现的。L C D 模块的设计和实现(第四章)分析了L C D 软件的体系结构和L C D控制器S M G 2 4 0 1 2 8 A，实现了L C D 接口设计和L C D 控制器的初始化，以及对L C D 进行控制所的所有函数进行了编写，对一些编译时所用到的常量进行了设置，

33、对字符显示功能的实现进行了裁剪，使其能够适应L C D 显示屏，给出了L C D 某些显示功能(如字符及滚动字符的显示、图标的显示、图标闪烁及屏幕刷新等)的实现方法。(第五章)首先简要介绍了无线串H A C-u M 9 6 的结构和工作原理，其次设计了无线数据传输模块的驱动程序，最后提出了此模块无线组网的实现技术，包括主要协议和数据结构、数据组结构的设置、地址的定义等，实现了硬件连接和软件设计并通过了调试。结论(第六章)部分总结了整个设计以及下一步的工作方向和应用前景。4武汉理工大学硕士学位论文第2 章A I E V I 处理器内核的性能及结构分析本系统的核心处理器选用A R M 处理器，选择

34、合适的A R M 内核处理对整个系统设计十分重要，同时确定基于A R M 的嵌入式系统设计的方法也对系统设计有指导性的作用。2 1 嵌入式系统简介嵌入式系统(E m b e d d e dS y s t e m)是当今最热门的概念之一。根据I E E E(国际电气和电子工程师协会)的定义，嵌入式系统是“控制、监视或者辅助设备、机器和车间运行的装置”(英文原文是D e v i c e su s e dt oc o n t r o l，m o n i t o r，o ra s s i s tt h eo p e r a t i o no fe q u i p m e n t，m a c h i n

35、 eo rp l a n t s)4 1 从这个定义可以看出，嵌入式系统是硬件和软件的综合体，还可以涵盖机械等附属装置。1 嵌入式系统的历史，发展和趋势嵌入式系统的兴起是在1 9 7 1 年，由I n t e l 公司推出有史以来第一颗微处理器4 0 0 4 开始，至今己经有了近4 0 年的发展历史。嵌入式系统最初的应用是基于单片机的，2 0 世纪7 0 年代单片机的出现，使得汽车、家电、工业机器、通信装置以及成千上万种产品可以通过内嵌电子装置获得更佳的实用性能，但这时只是使用4 位、8 5 的芯片，执行一些单线程的程序，还谈不上“系统”的概念。从2 0 世纪8 0 年代早期开始，嵌入式系统的

36、程序员开始用商业级的“操作系统”编写嵌入式应用软件，使得开发人员可以进一步缩短开发周期，降低成本并提高开发效率。2 0 世纪9 0 年代以后，嵌入式硬件水平不断发展，软件规模不断上升，实时内核逐渐发展成实时多任务操作系统(R T o S)，这个时候出现了P a l mO S、W i n d o w sC E、嵌入式L i n u x，L y n x，N u c l e u s 以及国内的H o p e n、D e l t aO S 等嵌入式操作系统。根据美国E M F(电子市场分析)报告，1 9 9 9 年全球R T O S 市场产值达3 6亿美元，而相关的整个嵌入式开发工具(包括仿真器、逻辑

37、分析仪、软件编译器和调试器)则高达9 亿美元。随着信息化、智能化、网络化的发展，嵌入式系统技术将获锝更广阔的发展空间。今天，嵌入式系统带来的工业年产值已超过了1 万亿美元。1 9 9 8 年1 1 月在美国加州举行的嵌入式系统大会上，基于R T O S 的E m b e d d e dI n t e r n e t 成为一个技术武汉理工大学硕士学位论文新热点。国内，“维纳斯计划”和“女蜗计划”一度闹得沸沸扬扬，机顶盒、信息家电这两年更成了I T 热点，而实际上这些都是嵌入式系统在特定环境下得一个特定应用。据调查，目前国际上己有两百种嵌入式操作系统，拥有各种各样的开发工具，应用在嵌入式开发的设备

38、更是不可胜举。在国内，虽然嵌入式应用、开发很广，但该领域却几乎还是空白，只要很少公司和少数人员在从事这方面工作。2 嵌入式系统的特点及定义如果从功能角度定义，嵌入式系统可以视为执行独立功能的专用计算机系统它由微处理器、定时器、微控制器、存储器、传感器等一系列微电子芯片和器件，及嵌入式存储器中的微型操作系统和控制应用软件组成，实现诸如实时控制、监视、管理、移动计算、数据处理等各种自动化任务，嵌入式系统一般具有如下特点陋】：夺嵌入式系统是面向用户、面向产品、面向应用的，它必须与具体应用相结合才会具有生命力、才更具有优势。夺嵌入式系统是将先进的计算机技术、半导体技术和电子技术以及各个行业的具体应用相

39、结合后的产物。这一点就决定了它必然是一个技术密集、资金密集、高度分散、不断创新的知识集成系统。夺嵌入式系统必须根据应用需求对软硬件进行裁剪，满足应用系统的功能、可靠性、成本、体积等要求。由于嵌入式系统本身是一个外延极广的名词，凡是与产品结合在一起的具有嵌入式特点的控制系统都可以叫嵌入式系统，很难给它下一个准确的定义。下面给出两种比较合理的定义【6】：夺以应用为中心，以计算机技术为基础、软件硬件可裁剪、适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。夺设计反映的这些系统通常是更大系统中的一个完整的部分，称为嵌入的系统。嵌入的系统中可以共存多个嵌入式系统。两种定义的出发角度不

40、同。一个从技术的角度来定义，一个从系统角度来定义。事实上，在大多数情况下，嵌入式系统是真正的被嵌入，即它们是“系统中的系统”。它们不能够脱离自身所在的系统，或者说没有自身的功能。例如，数字机顶盒D S T(D i g i t a lS e t T o pb o x)可以说在很多家庭娱乐场所中找到，本身就是一个嵌入式系统，数字音扬视频解码系统，称为A N 解码器，是D S T 中一6武汉理工大学硕士学位论文个完整部分，它也是一个嵌入式系统，即嵌入到D S T 中的一个嵌入式系统。某些情况下，嵌入式系统在功能上是独立的系统。例如网络路由器是独立的嵌入式系统。它由特殊的通信处理器、内存、许多网络访问

41、接口以及实现包的路由算法的特殊软件组成。总之，由于嵌入式系统本身就是一个外延极广的名词，凡是与产品结合在一起的具有嵌入式特点的控制系统都可以叫嵌入式系统。3 嵌入式处理器嵌入式系统的核心部件是嵌入式处理器。据不完全统计，全世界嵌入式处理器的品种数量已经超过1 0 0 0 多种，流行体系结构有3 0 几个，其中8 0 5 1 体系占大多数。生产8 0 5 1 单片机的半导体厂家有2 0 多个，共3 5 0 多种衍生产品，仅P h i l i p s 就有近1 0 0 种。目前嵌入式处理器的寻址空间可以从6 4 K B 至U 2 5 6 M B，处理速度从0 1 M I P s 到2 0 0 0

42、M I P S【7】。根据其发展现状，可以分为四大类：夺嵌入式微控制器(M i c r o c o n t r o l l e rU n i t，M C U)，典型代表是单片机。微控制器是目前嵌入式系统工业的主流，微控制器的片上外设资源一般比较丰富，适合于控制，因此称为微控制器。夺嵌入式D S P 处理器(D i g i t a lS i g n a lP r o c e s s o r D S P)，是专门用于信号处理方面的处理器，其在系统结构和指令算法方面进行了特殊的设计，具有很高的编译效率和执行速度。夺嵌入式微处理器(M i c r o p r o c e s s o rU n i t，

43、M P U)，是由通用计算机的C P U演变而来，它的特征是具有3 2 位以上的处理器，具有较高的性能，但与计算机处理器不同的是，在实际的嵌入式应用中，只保留和嵌入式应用紧密相关的功能硬件，去除其它的冗余功能部分，这样就做到了以最低的功耗和资源实现嵌入式应用的特殊要求，嵌入式微处理器具有体积小、重量轻、成本低、可靠性高的优点。目前主要的嵌入式处理器类型有A m l8 6 1 8 8，3 8 6 E X，S C 一4 0 0，P o w e r P C，6 8 0 0 0，M I P S，A R M S t r o n gA R M。夺嵌入式片上系统(S y s t e mo nC h i p，

44、S o C)，S o C 的最大特点是实现了软硬件的无缝结合，直接在处理器片内嵌入操作系统的代码模块。由于绝大部分系统构件都在片内，整个系统特别简洁，不仅减小了系统的体积和功耗，而且提高了系统的可靠性，提高了设计生产的效率。比较典型的S O C 产品是P h i l i p s 的S m a r tX A，少数通用系列如S i e m e n s 的T r iC o r e，M o t o r o l a 的M C o r e。4 嵌入式系统在无线传输系统中的应用7武汉理工大学硕士学位论文无线数据传输有着广阔的市场前景，正在成为嵌入式应用中的一个快速增长点。其传输距离长、速度快，适合用于简易数

45、据传递：无线数据传输系统，利用通信网络组成的数字数据传输网络，可以提供点对点、外围设备间、外围设备与中心节点间的通信方式，适用于信息互传、数据互各、远程监测等行业应用，特别适合于突发性、高频率、点多分散、小流量的数据传输。应用可以涵盖掌上电脑(P D A)、数据采集终端(适用于大型仓库管理、超市管理、海关检测)，预警遥控等等I s l 9 1。2 2A R M 处理器的体系结构2 2 1A R M 微处理器由前所述，一个系统的核心部分是微处理器。微处理器相当于通用计算机(如P C)中的C P U，实际应用中，将微处理器装配在专门设计的电路板上，微处理器内部只保留和嵌入式应用有关的母板功能。这样

46、可以大幅度减小系统体积和功耗。目前市场上主流的微处理器有p o w e rP C，6 8 0 0 0，MC o r e，M I P S，A R M 等。其中A R M 系列的芯片占据了市场上约6 0 的份额，可以说是目前最为流行的微处理器。A R M 是通用的3 2 位微处理器，是一种低功耗，高性能的产品，它是基于R I S C(精简指令集计算机)构建的。A R M 公司于1 9 9 0 年成立于英国，是由A c o r n 计算机公司$1 A p p l e 计算机公司合资组建的一家公司。1 9 9 8 年A R M 公司正式启用现在的公司名，并向市场推出A R M 7 T D M I S

47、微处理器内核。短短几年之间，市场份额迅速增长，目前已占据R I S C 芯片7 7 以上的市场份额。究其原因，是因为A R M 系列产品具有独特的优势。通常人们在选择微处理器的时候，需要考虑微处理器的性能，功耗，成本，配套的开发工具以及市场供货等等因素。其中性能最为重要，有时候体积和功耗也很关键。而A R M 系列微处理器在这些方面恰好具备优势。首先它是基于R I S C(精简指令集计算机)结构而构建的。相比较C l S C(复杂指令集计算机)结构R I S C 结构具备如下一些优势：夺R I S C 结构的指令数目少，指令长度固定，执行速度快，通常只需要个周期夺C I S C 结构的处理器内

48、需要微指令翻译器，R I S C 结构处理器不需要8武汉理工大学硕士学位论文夺R I S C 结构采用流水线方式处理指令，大大提高指令执行效率但是R I S C 结构的指令代码偏长。在一部3 2 位的R I S C 计算机上，一条单指令需要4 个字节的存储空间。不过A R M 系列微处理器采用“T h u m b”技术解决了这个问题。正是这些特点，使得A R M 微处理器能够提供比一般C I S C 芯片(女H X 8 6，6 8 0 0 0)更高的性能，另外相对于其他R I S C 微处理器：夺A R M 内核具有业界领先的体系结构，能够实现低功耗，高性能夺A R M 系列微处理器 提供各种

49、性能和版本的产品，能够互相兼容，方便系统升级支持各种嵌入式应用夺A R M 公司授权各主要芯片生产商生产基于A R M 核的微处理器芯片 用户具有更多的选择，产品的性价比高 保证有稳定和畅通的供货渠道夺A R M 公司及其合作伙伴提供完整的技术支持提供支持A R M 内核的R T O S(实时操作系统)提供软，硬件设计和开发工具提供应用软件和标准外设夺A R M 公司利用开放式的标准构建S O C(片上系统)，不同用户可以定做基于A R M 内核的A S I C(专用系统芯片)。2 2 2A R M 内核系列常见的A R M p q 核有A R M 7，A R M 9，A R M I O 以及

50、S t r o n g A R M 等几类另外，每种A R M内核有四个可选的功能模块，这四个模块分别用T，D，M 和I 来表示m】。夺T 表示T h u m b 是3 2 位A R M 指令集的1 6 位扩充指令集呤D 表示D e b u g 指内核中增加了用于调试的结构，能使微处理器进入调试模式，从而可方便地进行断点设置、单步调试，通常可采用J T A G 连接方式夺M 表示M u l t i p l i e r，是3 2x8 位的乘法器，用以产生6 4 位的计算结果I 表示E m b e d d e dI C EL o g i c，用于控制调试功能，实现断点观测及变量观测的逻辑电路部分，