基于ARM视频采集系统的设计与实现.pdf

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1、YI G 3 7 G O G学位论文基于A R M 视频采集系统的设计与实现周广荣指导教师夏志忠教授申请学位级别工学硕士专业名称通信与信息系统学位授予单位大连海事大学中文摘要摘要随着计算机技术的不断发展，A R M 技术和嵌入式系统的出现，嵌入式系统的应用领域在不断发展，它所涉及的领域包括工业控制、消费电子、网络通信、科学研究、军事国防、医疗卫生、航空航天等方方面面。本文采用理论与实践相结合的方式，通过对A R M 系统的设计与调试，从而掌握了对嵌入式系统的设计与开发。本文采用A R M 9 2 0 T 芯片作为嵌入式系统视频采集的处珲器，详细阐述了嵌入式系统的设计与开发过程，其中包括：交叉编

2、译环境的搭建：交叉编译环境是嵌入式开发工具的集合，搭建该环境就足在系统中编译安装开发工具链。操作系统内核的移植：内核移植是嵌入式开发的重要部分，移植内核主要是对内核进行重新配置，使它符合特定系统的需要，然后重新编译生成可执行的内核镜像文件。文件系统的移植：文件系统是操作系统对数据进行管理的有效和必要的助手。移植文件系统包括制作义件系统镜像，在F l a s h 上为文件系统分配存储空间以及文件系统与嵌入式操作系统的有效配合。驱动程序的设计：驱动是操作系统与硬件沟通的桥梁，驱动设计就是编写具体硬件的读写控制函数并向操作系统提供统一的接口。本文着重介绍了液晶厨驱动程序的编写，U S B 摄像头驱动

3、程序的编译与移植，以及视频显示程序的编；。最后，通过重新编译移植W e b c a mS e r v e r 应用程序，实现了网络摄像机。关键词：嵌入式系统；A R M；U S B 摄像头；视频采集英文摘要T h eD e s i g n&R e a l i z a t i o no f V i d e oC o l l e c t i o nS y s t e mB a s e d o n A R MA b s tr a c tW i t ht h ec o m p u t e rt e c h n o l o g y sd e v e l o p m e n t，A R Mt e c h

4、n o l o g ya n de m b e d d e do p e r a t i n gs y s t e ma p p e a rT h ea r e ao fe m b e d d e ds y s t e mi sd e v e l o p i n gu n c e a s i n g l y，w h i c hi n c l u d e si n d u s t r yc o n t r o l，c o n s u m p t i o ne l e c t r o n,n e t w o r kc o m m u n i c a t i o n，s c i e n t i f

5、i cr e s e a r c h，n a t i o n a ld e f e n s e s，m e d i c a lt r e a t m e n t，n a v i g a t i o na n ds p a c e f l i g h te t cT h i sa r t i c l ec o m b i n e st h et h e o r ya n dt h ep r a c t i c eB yd e s i g n i n ga n dd e b u g i n gA R Ms y s t e m,w ec a nm a s t e rt h ee m b e d d

6、e ds y s t e md e s i g n T h i sm-t i c l ea d o p t e dA R M 9 2 0 Tc h i pa se m b e d d e ds y s t e mp r o c e s s o r,a n de N)a t i a t e dt h ed e s i g na n 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 m,i n c l u d i n g：S e tu pz h eC R O S Sc o m p i l i n ge n v i r o n m e n

7、 t：T h eC R O S Sc o m p i l i n ge n v i r o n m e n ti st h en a m eo fa l lt h ee m b e d d e dd e v e l o p i n gt o o l sI no r d e rt os e tu pac r o s sc o m p i l i n ge n v i r o n m e n t，w es h o u l dc o m p i l ea n di n s t a l lt h et o o lc h a i n sn e e d e di nd e v e l o p m e n

8、tT r a n s p l a n to fO Sk e r n e l：T h i si so n eo ft h em a i nd e v e l o p i n gu n i t so fe m b e d d e ds y s t e m I no r d e rt ot r a n s p l a n tt h eO Sk e r n e l，w es h o u l dc o n f i g u r et h ek e r n e la g a i nt om a k ei tm e e ts p e c i f i cr e q u i r e m e n t，a n dt

9、h e nc o m p i l ei ta g a i nt og e n e r a t et h ee x e c u t a b l eO Sk e r n e li m a g ef i l eT r a n s p l a n to ff i l es y s t e m：F i l es y s t e mi st h ee f f e c t i v ea n dn e c e s s a r ya s s i s t a n to f ao p e r a t i n gs y s t e mt om a n a g et h ed o t&T r a n s p l a n

10、 to ff i l es y s t e m si n c l u d e sm a k i n gf i l es y s t e m Si m a g e，a s s i g n i n gt h em e m o r yf o rt h e mi naf l a s hc h i p，a n dv a l i dc o o p e r a t eo ff i l es y s t e ma n dt h ee m b e d d e dO SD e s i g no f d r i v e r s：D r i v e ri st h eb r i d g eo f O Sa n dh

11、a r d w a r et oc o m m u n i c a t eD e s i g no fd r i v e r si st Ow r i t ef i m c t i o n sw h i c ha r eu s e dt or e a d，w r i t ea n dc o n t r o las p e c i f i ch a r d w a r e，a n dt oo f f e rac o m m o nI n t e r f a e ef o rt h eO ST h i sa r t i c l ee m p h a s i z e so ni n t r o d

12、u i n gt h ep r o g r a m m e ro fL C Dd r i v e r s，c o m p i l i n ga n dt r a n s p l a n to fU S Bc a m e r ad r i v e r s，a n dc o m p i l i n gt h ep r o g r a mo f v i d e od i s p l a yI nt h ee n d，c o m p i l i n ga n dt r a n s p l a n tt h ew e b e a ms e r v e ra p p l i c a t i o n，r e

13、 a l i z et h en e t w o r kC a m e f a英文摘要K e yW o r d s：E m b e d d e dS y s t e m；A R M；U S BC a m e r a；V i d e oS a m p l e大连海事大学学位论文原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重声明：本论文是在导师的指导下，独立进行研究t 作所取得的成果，撰写成硕士学位论文“基FA R M 视频采集系统的设计0 实现”。除论文中已经注明引用的内容外，对论文的研究做出重要贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式标明。本论义中不包含任何未加明确注明的其他个人或集体己经公开发表或

14、未公开发表的成果。本声明的法律责任山本人承担。论文作者签名：同卞藩w 7 年3 月】牛日学位论文版权使用授权书本学位论文作者及指导教师完全了解“大连海事大学研究生学位论文提交、版权使用管理办法”，同意大连海事大学保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大连海事大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，也可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和j r：编学位论文。保密口，在年解密后适用本授权书。本学付论文属于：保密口不保密文请在以上方框内打“、，一)签弓师年导1X，最：f 期司日名签者阼文论基于A R M 视频采集系统的设计与实现第1

15、 章绪论1 1 课题背景随着嵌入式系统不断地发展，它所涉及的领域包括工业控制、消费电予、网络通信、科学研究、军事国防、医疗卫生、航空航天等方方面面。我们所熟悉的电严产品几乎都可以找到嵌入式系统的影子。随着A R M(A d v a n c eR I S CM a c h i n e s)技术的推广，嵌入式芯片从原来的8 位、1 6 位等升级到了3 2 位，嵌入式领域的发展展现了一片新的天地。L i n u x 操作系统以其源代码的开放性、可裁减性，对多处理器的支持，尤其是A R 体系结奉句的广泛支持，以及对多任务多文件系统的支持，解决了限制嵌入式系统发展的软件瓶颈问题。嵌入式系统设计是一门综合

16、性的课程，涉及电子、计算机、自动控制等诸多专、f k 知识，综合性强，可包括微机原理、单片机设计、操作系统等课程内容。嵌入式系统设计需要软件和硬件紧密配合，协调工作，共同完成系统的预定功能。1 2 系统设计思路嵌入式系统波计中微处理器的选型非常重要。目前市场上有各种型号的A R M芯片，从C P U 处理速度，技术指标以及软件支持工具上进行选型，选择了三星公。d 的A R M 9 芯片$3 C 2 4 1 0。由于A R M 9 芯片的封装基本上都是B G A 封装格式，由于受条件的限制，电路板的设计、制作以及芯片的焊接都比较困难，因此采用购买核心板的方式，这样就可以根据设计的需要来制作底层板

17、，这样可以节省成本，并且只要接口相同，同一块核心板可以用在不同的底板上。图1l 是购买的华恒公司的A R M 9 核心板的实物图。核心板上有1 6 M B 的F l a s h、6 4 M B 的S D R A M 和三星的A R M 9 芯片S 3 C 2 4 1 0，核心板接口采用D I M M l 4 4 标准接口。本设计的系统框图如图l2 所示。核心板区域主要是焊接连接核心板的D I M M l 4 4 插槽；电源转换电路主要是将外部输入的电压转化为电路板上需要的33 V 和5 V 电压，采用的电源芯片为L M l 0 8 6 一A D J 和L M l 0 8 6 33 V，L M

18、l 0 8 6 A D J卜要是将外部输入电压转为5 V，5 V 电压可以给液晶屏供电，L M l 0 8 6 33 将5 V第1 章绪论电压转为3 3 V，给电路板L 的其他器件供电；网络接口部分使用了D M 9 0 0 0 芯片，实现嵌入式系统的网络连接功能；串口区设计了2 个串口，其中串叫1 用作交叉编译环境的调试信息输出口，串口0 作为扩展用。图11 核心板实物图F i g u r el 1P i c t u r eo f C o r eB o a r di-：二一l_ 二三：一-一_ 一_ 一。一。：三一。f。一。li 一：一l-一。二二二-二二二I。一_ j 簪T F T；r 一一

19、一一一一；核心板1一jiIr 一。一。一。一。一。一i!核心板!；忙二=一k 爱-U S B _：Elli!im 叫jii。二，=。二。之二_ 二：二：二：二o!=L 三。二T F T 液晶屏接L 用来接T F T 液晶屏：U S B 接口区，U S B 主接口宅要是用来接U S B摄像头，U S B 从接L J 作扩展使用。I LJA R M 视频采集系统的设计与实I 地在软件方面，经过比较，决定采用p p c b o o t 作为引导装拔器，采用A R M L m u x作为嵌入式操作系统，采川R A M F S、J F F S 2 和C R A M F S 作为史件系统，j e q J

20、F F S 2足町写的日志型文件系统，州以在该文件系统中存储l【台j 时数缸C。软件部分除了以I 各个部分的移机外，迅也 升发环境的搭建，液晶驱动稃 卜编写，U S B 摄像又鼾动的实现以及捌应的 I!小稃序的编写。1 3 论文的意义目前，嵌入武系统作为个新兴的技术，正确：贯穿实阿；应川的各个钡域。确个|界，有1 0 0 多咏半导仆公州经A R M 公司授权，t 产各j-t q：J 包的芯片。本没i f 以f 啦频监控系统为硎究7 fj i：，遽过具体的软硬件系统设计，熟恳嵌入式系统的软蚀f 1 开发过程，掌掷嵌入，系统升发的基本技术。本文所研究的内容，适应当自U ：严技术的发展与史新，jl

21、仃定的研究价值。第2 章嵌入式系统概述及、R M 介绍第2 章嵌入式系统概述及A R M 介绍2 1 嵌入式系统的定义什么足嵌入式系统(E m b e d d e dS y s t e m)?广义地沂，J L 圯不用于迎川H 的n 0I J 编程训算机设备，就I J j 以弹足嵌入式计算机系统。举例水说，个人计勇机(P C)小足种嵌入式系统，川为它是用于通用目的的系统。f I 儿电话系统!j 9 c 是乐川个人计算机技术矬妒的嵌入上弋i I 算机系统，最典掣的嵌入，系统如手机、町戳I U【等；另外还有此嵌入式系统采用特殊的微处理器，如传爽帆、打E 机i；。狭义上而吉，嵌入-系统是指咀应用为核心

22、，计算机技术为基础，软硬r 川找减。对功能、i J 靠一H、成本、体积和功耗严格要求的专川i I 锋机系统。一般的嵌入式系统的设i 1 过程足：从产品定义开始，接着进行嫂f，l 设汁，然厉将软r I 政操作系统移植到6 史什卜，j i：f l 进行应用程序的开发，最历纾过测试与调试后即J I始销售或使用。根据I E E E(|1|际电7L 和 乜了工程师协会)的定义：嵌入-系统是“JJ 拧i|J f】、；湓事或者辅助探作杉L 器f 发备的装置”(原文为d e v i c e su s e dt oc o n t r o l，m o f l l t o r，o ra s s i s tt h e

23、o p e r a t i o no f e q u i p m e n t，m a c h i n e r yo rp l a n t s)。可以“-f f j 此定义从啦川I虑，嵌入式系统足软r 利硬什的综合体。2 2 嵌入式系统的特点作为专用计算机系统的嵌入式系统与通用计算机相比，j l 仃以下几个蕈=要 I：(1)系统内核小由于嵌入式系统般足应用于小型电子装置的，系统资源牛对有限，所以内予幺较之传统的探作系统婴小得多。f 2)专用性强嵌入式系统的个忖化很强，其中的软件系统和硬件的结合|j 常紧密，股要 I刈硬件系统进行移植，【j 使仡同一品牌、同系列的产l 川-也i 薪要根引系统艘r

24、lI Lj R 视频采集系统的设i f 与寅现旧变化和增减小断进i J0 收。同时针对不同的任务，往行i i 篮尉系统j 仃较人史I2，程序的编详p 拔眨1 1 系统相结合，这种修改和通用软f，I 的“升级”是完伞小I 帕概念。(3)系统精简嵌入式系统帔没fJ 系统软件和应用软件的明髭l X 分，小篮求其功能发计及。1：L腿卜过卜复杂，返样nJ i l l 利J：控制系统成本，l 丌J 时卡利J 艾现系统安个。(4)高实时俐O S这是嵌入式软的j i 夺盐求，r 毗且软件要求刚念存储，以 足r 岛速度。软件代n，埋求岛质量和高J；：r I、戈州忡。(5 1 嵌入式7 I 发走川h H i 化宵

25、此嵌入式J i，用柑吁，I J 以没有操作系统直接在芯片 运j J，但为了合胛地调他乡任务、利用系统资源、系统函数以及和函数库接口，J I 发存必须自行选酰R T O Sl R e a l-T i m e r O p e la t m gS v s t e m)开发平台，这样才能保h l：n!l i -执行的实叫。r 、J。f ，并减少歼发叫问，n!：v 软件质量。(6)嵌入式系统斋盐f 发I：具和环境由于基本不其备 J1 外发能力，即使设计完成以后，川户通常也不能对其r 0 I I T 序功能进行修改，必坝仃套开发工具和环境才能进行J f 发。这些 贝和环j，f殷是肇于计算机：的4 0 艘“

26、没备以及各种逻辑分析仪、泓台信号示波器等。JiH J _ f 手往仃主机年 机、n 慨念，手机用于稃序的扦发，I l|，J 机作为由2 瓜的执iJ仉，开发时斋要，爻替幺I，j f 进行。3 常见的嵌入式操作系统嵌入式操作系统n J 以分为商_ I j 型和免费型。商用型的实探f 1=系统功能程定、，r J，蠢，宵完善的技术支 j 川1 1 J I 一服务，但往往价格昂贵。免赀J p 的实时搽作系统订价格方而具囱优坍，喽(i L m u x j j=t luC O S，但稳定性J J】K 务r I 存在挑战。目6 娟t吧的嵌入式操作系统仃】：c f|r 儿个：(1)V x W o r k s稚2

27、 亭嵌入式系统概述及介钎V x W o r k s 探f 1 系统足父r,W m d R w e r 公司于1 9 8 3 年改i fJ I 发的一种嵌入式实叫j 兼作系统(R T O S)，j 仃良好的持续发展能力、岛忭能的内卡幺以及友酊的j j，1J l发环境，在嵌入式实I I-J 探f 系统钡域牢牢山据着一席之地。V x W o r k s 所 仃的 I 特点足；可铝忭、灾时州1=I In r 裁减性，而f j 它支拍多种处j q l 器，女f f x 8 6、1 9 6 3、S u nS p a r c、M o t o r o l aM C 6 8 x x x、M I P S、P O

28、W E RP C 等等。人多效|，E；J V x W o r k sA P I 足00 的，火星机器人使川的I l J c 足V x W o r k s 操作系统。(2)W m d o w s C EW m d o w s C E3O 足种t f 对小容量、移动式、智能化、3 2 I；r、连接设箭的板坎化实H J 嵌入J 弋操f 1 系统。针对掌l：设备、无线设备的动念胁川柑序和服务提f J I 了种功能 二富的探作系统1 7 台，W l n d o w s C E 嵌入式小够实叫，槲于软实H J 垛f 1 系境。南于其W m d o w s 背景，界曲比较统一认可。操作系统的上L 小内核需要

29、午，)2 0 0 KI j R O M 空问。(3)P a l m O SP a l mO S 足蒋名的H 络设备制造商3 C O M 旗下的P a l mC o m p u t m g 掌电脯公川h J 产品。P a l mO S 在P D M b-场J 二占有很大的市场份额，Il 酊j 1 眨与w I NC E 进“激烈竞争。(4)Q N XQ N X 足加争人Q N X 公，J 的J”品。它足舀，X 8 6 体系上J l 技f I 来的，驯的女f 多R T O S 都足从6 8 K f l 7,j C P U|f n f 丌发成熟，然后再移植至1 X 8 6 体系l：面米的。Q N X“

30、I个实州的、司扩充的探f 1 系统，它部分遵循P O S I X X I 父杯，由于Q N X 贝f I 泊i人的图形界面功能，队I 此很适合作为桃顶盒、手持设备(丁。I U 脑、手牡L)、G P S躞各的实吲探作系统使川。(5)l a C O SM m r oC o n t r o l l e rO p e r a t i n gS y s t e m，微控制器操作系统它是南又 I 入J e a nL a b r o s s e1 9 9 2 年完成的。应川向覆盖了诸多领域如照卡 机、队，器械、出。u 日设备、z 乏动机控制、高速公路I【i 话系统、自动提款机等。1 9 9 8 i -丁f

31、级剑l a C O S 一1 1，2 0 0 0l：，得剑美国航。管，4(F A A)的认证，可以用于飞 J 器j。J LJ、R 视频采集系统的设i l 与实现(6)嵌入式L m u xL m u x 的核心址山L m u sT o r v a l d s 在1 9 9 1 年开发出来，j i：放纠叫络上供人家 4 k学习使用。开放i J!；!代码，内核小、功能强大、系统健斗、效卒高、易j 裁减。，-J以支持数十种C P U 芯I。嵌入式L m u x 就足指对L m u x 经过小犁化裁减后，能够l e 1S E亿容量只有几百K 节歧J L 兆字节的储存器芯片中，用】特定嵌入式场合的专川L

32、m u x 探作系统1 1 1 1 2 1 1 1 1 1 4 I。2 4 选择L i n u x 的原因以上常见的嵌入式操f 系统，虽然提供了很多高级的功能，如图形月J 户界州和l、q 络支持，但这-叱号川操作系统鄙是商业化产品，其岛b l j 的价懈使许多低j*，旧小公司望而却步：矶 1 i J,9,鸦封闭性也大大限制了丹发析的年5 极性。另外，结合伐【日幽情，当前刚家刈ni 探作系统的大力支持，也为源代外放的L l n u x 构抑J t 供了广阔的发J 隧f i l j j；：，逸f L l n u x 有以下几个原闪：(1)町应用寸彩种f 幔、I7 台。L m u x 已经被移植到多

33、种硬彳1 1 7 台，这刈受 销、叫问限制的研究o o 开发J!j!1 足很何吸引力的。可以香：标准、，臼I：开发然后移桕纠J 体的硬佴上，j I l l J 陕了软f 1 J 硬佴的开发过程。(2)L m u x f I J 以随意n 勺雌竹，不需要任何的许可汗或向家的合作关系。l l f 卜一的f|J|J 足开发者必须做刘L m u x 十 区有益的改动。(3)它足免费的，沈代码町以得到，这是最吸引人的。，2 无疑问，这会节省人：f：的升发费用。L m u x l l i 外就是一个自由、开放的E I 目。(4)优秀的州络支舶，微内核直接提供网络支持，而不必像其他操作系统篮外J T C P

34、 I P 协议包。(5)L m u x 高度使块化f：汝加部件非常容易。(6)L m u x 在台J l：YLfhJ 成功，也保证T L m u x Z t 嵌入-系u1 1 的辉煌f j i j 。基一j _ L m u x 的嵌入J L 抓f 1 系统常见的有A R M L l n u x、R T L m u x 和1 1C L i n u x 等。小。殳i f 中选择A R M L m u x f l 为操作系统6 1。2 5A R M 介绍锄2 节嵌入式系统概述及介绍A R M 即A d v a n c e dR I S CM a c h i n e 的缩写，既呵以认为址个公司的幺#，

35、也r，以认为是对一类微处川1 器的通称，还可以认为足一种技术的名字。A R M 公司，l!=0fJ 从JrJ I Lj-R I S C 技术芯片发；I 片发的公川，作为知U 铲一权【心商，本身不直接从事芯”，t 产，靠转让设计许町由含f 1：公，I j 乍产各：【牛|J 包的芯J I，世界各大半导体生广J。尚从A R M 公司购买其设讨的A R M 微处理器核，袱j l f：许f j 不 叫的应用领域，加入通“1 的外围电路，从而形成f ILn(jA R M 微处邢；：芯J I边入市场。I jf i ，个世界仃儿1 一家人的半导体公司都使J l JA R M 公司的授权I 州此，l 见使得A

36、R M 技术获得殳彩的第方工具、制造、软什支拍，辽披整个系统成小阶f 工使产+品吏容易进入f lJ 场破消费吝所接受，更只f 竞争力。采用A R M 技术知U 扩十义(I P)核的微处珲器，即我们迎佑所说的A R I d 微处，|，器，已遍及1：q p 控制、_ J j 货炎电子、通信系统、州络系统，无线系统等各炎f一h 仃场，望rA R M 投术I j，J 微处理器的应用约占据了3 2 位R I S C 微处，I l 嚣7 5 以 二的I h 场份额，A R M 技术l f：在逐步渗入到我们生活的各个厅“，采用R I S C 架构l i：JA R M 处理器收具仃i 人特点：(1)小体积，低

37、功耗，饭成本，赢性能。(2)支持T h u m b(1 6 忙)A R M(3 2 位)双指令集，能很女川0 兼容8 位1 6 伊搽。(3)全球众多的合f I ,L M：1 1 1 1 7 I。25 1A R M 处理器系列A R M 处理器 I i i 也 以卜儿个系列：A R M 7 系列，A R M 9，A R M 9 E 系列，R M l 0 E 系列，S e c u r C o r e 系列，I n t e l 公司的X s c a l e 和S t r o n g A R M 等等。琮了j 7 r A R M 体系结 4 J(J JL 特点以外，每个系列的A R M 微处驯器郜有各

38、f l 的特点椰啦朋领域。在所仃系列f 1，A R M 7、A R M 9、删1 0 E 为4 个通J f j 处理嚣系列，：j个系列提供一：榭划独 的性能柬满足4 i 同应用钡域的j i 水。S e c u r C o r e 系列【，J 为安全要求较“的膨川向设计。X s c a l e 系列忖能l 岛达1 2 0 0 M I P S，功托测b：为u W M H z，并且所仃体系纪陶兼容1 3 1。址J、聃视频采集系统的设i l 与宜现A R M 9 系列处岬Z：已n 高性能和低功耗特恬方面挺供了 佳的件能。它j【仃以下特点：(1)5 级整数流水指令执行效率更高。(2)提供1l M I P

39、 S、i l t zf f j 哈佛结构。(3 1 支持3 2 俯的 生A M B A 总线接口。(4)全。阽能的M M I 支、W m d o w s C E、L m u x、P a l mO S 等多种主流嵌入探，1|系统。(5)M P U 支持实传J，o f 系统。(6)支持数据C a c h e 剐指令C a c h e，具有更高的指令和数j i l：处理能力。A R M 9 系列微处刑H 包含A R M 9 2 0 T，A R M 9 2 2 T 和A R M 9 4 0 T，以适J 于小|l i：J1,9 应用场合。A R M 9 2 0 I 利A R M 9 2 2 T 采用双8

40、 K B 的c a c b e，之持仝性能的M M U，R M 9 4 0 T 采用烈4 K B 晌c a c h e，内霞保护单元。它们为婴水憧拟存储管删!和1 复杂内彳保护提供了个一：能的处理方案，叮以用J。高竹能尤 k 心 J、网络，图像、l j 视频编解码等疗面。本次设计采川S a n?-,t m g 公司的$3 C 2 4 1 0 即属J 二该系剁的处岬器。252A R M 体系结构传统的C I S C(C o m p l e xI n s t r u c t i o nS e tC o m p u t e r，复杂指令集计算机)结构f 1f E 同有的缺点，随着i f”机技术的发展

41、而不断引入新的复杂f|，J 指令集，为支扎返一I 弋新增的指令，t l 锋卡J l!1 仆系结构会越来越复杂。然咖，以C I S C 的指令集的再种j 彳令中，其使用频率一|彳怂殊，大约有2 0 的指令会破反复使用，dr 整个 m：代码的8 t Y ,4，而余F f i q8 0 的指令却不经常使用，自群序波i f，t,R 占2 0。显然，这种结构不太合理。基于以上的小合列1 9 7 9 年美国加州大学f f l 克利分校扭m 了R I S C(R e d u c eI n s t r u c t l o nS e tC o m p u t cr 秭简指令集计算机)的概念，R I S CJ i

42、1 I-R 是简单地、“k，指令，而是把 i 眼j，Z 存了如何使计算机的结构更加简、f 1 合理地提：，运算逃f 生1。R I S C 结构优先选l，他川频率最高的简单指令，避免复尔指令；将指令K 嫂讹2 章嵌入式系统概述及介绍j C，指令格，和、址厅，L 种炎减少；以控制逻辑为：小川戚少用微6 q 抒制*j H世柬达到 i 述H 们。刨H 劬为止，R I S C 体系绵构也还没有严格的定义，舭认为，R I S(体系毛l，十；：|f t 只有如下特点：(1)采j 1 J 叫定K 发的 旨令格式，指令灿整、简誓、丛本、地疗式有2 3 种。(2)使刚甲川删指令，使r 流水线操作执行。(3)大掣使

43、 j 奇存器，数掘处胄f 指令只对寄存器进i J 探f 1，只有加级、存储 R夸”，以访问存储器，以抛r 岛 亍令的执行效率。j 然，和C I S C 架构J r I 比较，尽管R I S C 架构有上述的特A，f Il 决小能认为R I S(1埭构就可以取代C I S C 架陶，J 实上，R I S C 和C I S C 子仃优势，l i j 且界m 门不删么J j 硅。现代的C P U j _ i r 求I I j C I S C 的外n；l，内部加入了R I S C 旧特性，如超K 指令q、C P U 就足融合了R I S C 年|C I S C 的优势。A R M 体系2 I i J

44、物纠，R 了R I S C 纷孥勾。J!r r 加拔和彳，储指令町以圻M 行能器，数掘处理指令只剥寄打器的内容逊 J 煤f 1：。川州A R M 体系禽弁了R I S C 寄存器窗L J，延迟聋专移和所仃t 川弁令周期A R M 体毳结构目前坡公认为足qJ，崧钡先的3 2 位嵌入式R I S C 微处删器结构。所f fA R M 处一i j!器共亭这一体系结构。l i l】确保了丌发者转向史高性能的A R M 处理器州，仉4 上可以得到更人的报I。2 6 嵌入式系统的应用(1)嵌入式系统在无线通信领域的应用有手机、小灵通、钾能手机等，8 5 0 o U,I 的无线设备(丁饥等)_|j 采用了A

45、 R M 技术，砬向3 G 丁f 级过程中，A R M 的地f，也非常稳I 占J。嵌入】f i，J H 如21 所示。(2)嵌入式系统在消优炎电子中的应用迅速增 乏，如放7“频播放器(r a p 3)、孜视频插放器(m p 4)、数产机顶盒和游戏机等。甚1、R 视频采集系统的设计与寅现I j 塞|2 1 嵌入式应用图F I g N r e2 IP I c t u r eo f E m b e d d e dS)s t e mA p p h e a t l o n(3)嵌入式系统也&：j 7 家庭网络应用越来越广泛，数。，客斑叫络是通过无线j 上术将家庭内的各种智“l i t,彖f 乜和网络设备

46、连接在一起，包括无线媒体接收器、无线 鹱录像机、无线投影j 而Z 器、无线音箱等。华恒公司关J：数j：魑体解决力案如H22 所示2 1。l 冬|22华恒数字网络整体解决力案F i g u r e22S o l u t i o no f H u a h e n gD l g m a lN e t x o r k第2 章嵌入式系统概述及、脯介绍(4)嵌入式技术在交j 亘竹蝉、环境监测中的应用1 9 1 1 1 0J交通臀珥j 存4：辆吁舰、流驴控制、信息舱测与汽1：眦务们面，日I 衲G P S 设备已经从，：瑞广协进入了酱通E i 姐的家庭，只需婴儿r 几水文资料实时骱测，防洪体系及水仁质量监测、

47、堤J 扒宜伞，地足：豁删M，实时7 t 象化息叫，水源和窄气污染j 瞌测。加油站停车场管邶(5)嵌入式系统在!他领域也自着广泛的应用，如工U p 拧：|J j j、海量存储诱：备(微掣l l j 存卡)、成像没备(包含A R M 技术的数码孝H 机和数 i 1 5 JL qJ l,I D 以及安全f“t l(3 2 位S I M 智能|)笛，2 7 本章小节本章介绍了嵌入式系镜的，|念，阐述了一些常见的探f 系钪，并分卡J i 了I：次l 殳【I 巾选择L i n u x 胤仵系统I l 虬L 冈，对A R M 对了个全国5 的介 m 最后绐了嵌八，。系统的巢型应 J。址J、R M 视频采集系

48、统的设i f 与实现第3 章S 3 C 2 4 1 0 微处理器3 1$3 0 2 4 1 0 芯片介绍$3 C 2 4 1 0 微处理器址款由S a m s u n g 公司为于持设备发训f J：j t 氐功耗、高集成慢|l J 瑟于A R M 9 2 0 T 亥n 7 J7 i 处胛器，芯片集成了大量的功能【f l 儿，包括：内部1 8 V，存器33 V，外部I 0 33 V，1 6 K B 放捌C A C H E，1 6 K B 指令C A C H E，M M U。内置外部打储”拧制器(S D R A M 控制和芯片选抒逻驯)。L C D 控H，0；，个L C D 专用D M A。4 个

49、带外挪请爿、k 的D M A。3 个通用片步 I 一“*L j(I r D A l0，1 6-B y t e T xF I F O，a n d1 6-B y t e R xF I F O)，2 通道S P I。一个多二j：1 2 C _ k，一个1 2 S 总线控制器。S D 主接L J 版本l0 年多媒体号协议版本21 1 兼容。两个U S B H O Sr，。个U S B D E V I C E(V E R l l)。4 个P W M 定H、和个内部定时器。看J 狗定H 0 器1 1 7 个通川I O2 4 个外部I I 晰电源控制梭式：1、H I：、慢速、休眠、调电。8 通道1 0 他A

50、【)(1 和触摸屏接口。带日历功能的。0、J 叫钟。芯片内置P L L设计用于于拍：!卉和通H j 嵌入式系统。1 6 3 2 位R I S C 协彖纪构，使用A R M 9 2 0 TC P U 核的姒人指令集。，带M M U 的先也体系结构支持W I N C E、E P O C 3 2、L m u x。第3 审S W 2 4 1 0 微处珲器指令缓存(C A C H E，、数捌缓存、写缓存霹 物P 4 地川T A G R A M，减少了对 存储器带宽和，r If i-(I q 影l 响。A R M 9 2 0 TC P U Z 支 A R M 调试的体系结构。内部先边的住托，引擀总线(A