基于ARM和FPGA的嵌入式數(shù)控系統(tǒng)研究_圖文

1、南京理工大學(xué)碩士學(xué)位論文基于ARM和FPGA的嵌入式數(shù)控系統(tǒng)研究姓名：胡成申請學(xué)位級別：碩士專業(yè)：控制理論與控制工程指導(dǎo)教師：吳明贊20070708碩士論文基于刪和的嵌入式敷控系統(tǒng)研究摘要隨著現(xiàn)代控制理論在機電技術(shù)領(lǐng)域的不斷發(fā)展，多電動機協(xié)調(diào)控制技術(shù)在機電控制系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用，給嵌入式系統(tǒng)的數(shù)控應(yīng)用提供了巨大機遇。傳統(tǒng)的伺服運動控制根難在處理大數(shù)據(jù)量、復(fù)雜算法時保證系統(tǒng)的靈活性和實時性。嵌入式系統(tǒng)是近年來發(fā)展起來的以應(yīng)用為中心并且軟硬件可裁剪的實時系統(tǒng)，它的特點是高度自動化，響應(yīng)速度快等，非常適合于要求實時的和多任務(wù)的場合。本文以嵌入式數(shù)控系統(tǒng)為項目背景，研究設(shè)計了一種基于和的嵌入式數(shù)控系

2、統(tǒng)的方案。設(shè)計中，通過，和等電子設(shè)計自動化開發(fā)工具完成了一個高性能嵌入式軟硬件系統(tǒng)的設(shè)計及仿真驗證；采用了實用小巧的嵌入式實時操作系統(tǒng)，為應(yīng)用系統(tǒng)的實時性提供了保證。該嵌入式數(shù)控系統(tǒng)滿足了用戶對應(yīng)用系統(tǒng)實時性和快速處理的要求，具有較廣泛的應(yīng)用前景。通過本課題實踐表明，基于訌和構(gòu)建嵌入式數(shù)控系統(tǒng)的應(yīng)用方案完全可行、合理，同傳統(tǒng)的人機交互系統(tǒng)設(shè)計相比，能大量地減輕研發(fā)任務(wù)，提高研發(fā)速度，能夠在短時間內(nèi)得到控制性能優(yōu)秀的數(shù)控系統(tǒng)。而實時操作系統(tǒng)的加入，使得系統(tǒng)很好地進行多任務(wù)處理，并保證了系統(tǒng)的實時性。關(guān)鍵詞：燦洲，一，嵌入式（了碩士論文們，既，棚丑吐，即鋤，姐，：，聲明本學(xué)位論文是我在導(dǎo)師的指導(dǎo)下

3、取得的研究成果，盡我所知，在本一學(xué)位論文中，除了加以標注和致謝的部分外，不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或公布過的研究成果，也不包含我為獲得任何教育機構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過的材料。與我一同工作的同事對本學(xué)位論文做出的貢獻均已在論文中作了明確的說明。研究生簽名：年月日學(xué)位論文使用授權(quán)聲明南京理工大學(xué)有權(quán)保存本學(xué)位論文的電子和紙質(zhì)文檔，可以借闋或上網(wǎng)公布本學(xué)位論文的部分或全部內(nèi)容，可以向有關(guān)部門或機構(gòu)送交并授權(quán)其保存、借閱或上網(wǎng)公布本學(xué)位論文的部分或全部內(nèi)容。對于保密論文，按保密的有關(guān)規(guī)定和程序處理。研究生簽名：年月日碩士論文基于和的嵌入式數(shù)控系統(tǒng)研究緒論課題的研究背景和意義嵌入式系統(tǒng)是繼網(wǎng)絡(luò)技術(shù)之后，又一個

4、新興的技術(shù)發(fā)展方向。由于嵌入式系統(tǒng)具有體積小、性麓強、功耗低、可靠性高以及面向行業(yè)應(yīng)用的突出特征，目前已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于軍事國防、消費電子、網(wǎng)絡(luò)通信、工業(yè)控制等各個領(lǐng)域。由的定義可知，嵌入式系統(tǒng)是一種“控制、監(jiān)視或者輔助設(shè)備、機器和車間運行的裝置”“。具體來說，嵌入式系統(tǒng)是將計算機和電子技術(shù)等行業(yè)應(yīng)用相結(jié)合，能夠根據(jù)應(yīng)用需求對軟件和硬件部分進行合理裁剪，滿足軟硬件系統(tǒng)的功能等需求的綜合性軟硬件系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)可以劃分成硬件和軟件兩部分，硬件一般是由高性能的微處理器和外圍電路組成，軟件則分為操作系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件兩部分。隨著現(xiàn)代控制理論在機電技術(shù)領(lǐng)域的不斷發(fā)展，多電動機協(xié)調(diào)控制技術(shù)在機電控制系統(tǒng)中

5、得到廣泛的應(yīng)用，給嵌入式系統(tǒng)的數(shù)控應(yīng)用提供了充分的支持。傳統(tǒng)的伺服運動控制很難在處理大數(shù)據(jù)量、復(fù)雜算法時保證系統(tǒng)的靈活性和實時性。嵌入式系統(tǒng)是近年來發(fā)展起來的以應(yīng)用為中心并且軟硬件可裁剪的實時系統(tǒng)，它的特點是高度自動化，響應(yīng)速度快等，非常適合于要求實時的和多任務(wù)的場合。本文以嵌入式數(shù)控系統(tǒng)為項目背景，研究設(shè)計了種基于和的嵌入式數(shù)控系統(tǒng)的方案。硬件設(shè)計上，對器件、存儲器設(shè)備及外圍設(shè)備進行選擇與設(shè)計，采用了和等開發(fā)工具，完成一個高性能嵌入式硬件系統(tǒng)的設(shè)計，并用和進行了仿真驗證。軟件方面，采用了實用小巧的嵌入式實時操作系統(tǒng)一，為應(yīng)用系統(tǒng)的實時性提供了保證該嵌入式數(shù)控系統(tǒng)可以很好地滿足用戶對應(yīng)用系統(tǒng)實

6、時性和快速處理的要求，具有較廣泛的應(yīng)用前景。謀愿的罾內(nèi)外研究現(xiàn)狀制造業(yè)是國民經(jīng)濟的支柱產(chǎn)業(yè)。提高加工效率、降低生產(chǎn)成本、提高加工質(zhì)量、加快產(chǎn)品更新?lián)Q代，是制造業(yè)競爭和發(fā)展的根本所在。隨著計算機技術(shù)和電子技術(shù)等技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控技術(shù)在企業(yè)的大量應(yīng)用，使制造技術(shù)正朝著數(shù)字化的方向邁進。隨著計算機和電子技術(shù)的發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)逐漸在制造、消費電子中有了用武之地。在許多焊接廠如汽車裝配廠，要采用高可靠性機器人進行自動化作業(yè)，嵌入式系統(tǒng)可用于機器人的關(guān)節(jié)控制。德國百格拉公司十多年來出廠的各種專用機器人及生產(chǎn)線全部在正常工作，深受、奔馳、通用和西門子公司等各行業(yè)用戶的厚愛。百緒論碩士論文格拉公司導(dǎo)軌機器人可以

7、實現(xiàn)的高速運行動作，重復(fù)定位精度可達，最大的負載能力為的高性能指標。在機床數(shù)控領(lǐng)域，近年來我國企業(yè)的數(shù)控機床占有率逐年上升，在大中企業(yè)已有較多的使用，在中小企業(yè)甚至個體企業(yè)中也普遍開始使用。（日本）、（德國）、（西班牙）、髓（德國）、（日本）等公司的數(shù)控系統(tǒng)及相關(guān)產(chǎn)品，在數(shù)控機床行業(yè)占據(jù)主導(dǎo)地位；我國數(shù)控產(chǎn)品以華中數(shù)控、航天數(shù)控為代表，也已將高性能數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)化“”。但以微處理器為硬件平臺的嵌入式數(shù)控系統(tǒng)并不多見，在一定程度上大大限制了數(shù)控技術(shù)的發(fā)展。本文研究的主要工作近幾年來，國內(nèi)嵌入式系統(tǒng)技術(shù)在各行業(yè)得到迅速發(fā)展，然而，在數(shù)控領(lǐng)域卻發(fā)展較為遲緩。本文研究設(shè)計了一種基于和的數(shù)控系統(tǒng)方案，并設(shè)

8、計和驗證了該方案。本文主要做了以下工作：（）提出了系統(tǒng)的總體設(shè)計方案，對嵌入式數(shù)控系統(tǒng)進行了功能需求分析及總體方案設(shè)計，并對移植到上的操作系統(tǒng)的選擇進行了分析。（）對和開外圍電路進行合理選擇與設(shè)計；完成一個高性能嵌入式硬件系統(tǒng)平臺的設(shè)計。對嵌入式實時操作系統(tǒng)的移植條件和原理進行了分析，詳述了實時操作系統(tǒng)在基于￥的嵌入式硬件平臺上的移植過程。（）使用和對嵌入式數(shù)控系統(tǒng)進行仿真，完成了嵌入式數(shù)控系統(tǒng)的功能驗證。本文內(nèi)容安排如下：第一章主要介紹課題的研究背景與意義，課題的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及本文研究的主要工作及內(nèi)容安排；第二章主要對系統(tǒng)的總體方案進行了設(shè)計；第三章主要介紹了和硬件系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)；第四章

9、介紹了軟件操作系統(tǒng)即實時操作系統(tǒng)在上的移植與實現(xiàn)；第五章介紹了嵌入式圖形用戶界面的移植；第六章介紹了基于的通信接口設(shè)計；第七章介紹了基于的通信接口和伺服控制設(shè)計，并進行了仿真驗證。最后給出了本文的結(jié)論。碩士論文基于和的嵌入式數(shù)控系統(tǒng)研究系統(tǒng)的總體方案設(shè)計嵌入式數(shù)控系統(tǒng)總體設(shè)計嵌入式數(shù)控系統(tǒng)的總體框圖如下圖所示，嵌入式控制器、伺服機構(gòu)、電機組成。嵌入式控制器接受輸入的運動指令，轉(zhuǎn)換成脈沖信號傳給伺服機構(gòu)，伺服機構(gòu)轉(zhuǎn)換成電機控制的電信號控制電機轉(zhuǎn)動。圖嵌入式數(shù)控系統(tǒng)總體框圖硬件平臺分析與設(shè)計嵌入式數(shù)控系統(tǒng)硬件平臺如下圖所示：圖硬件平臺框圖所設(shè)計的數(shù)控系統(tǒng)是以為控制核心來構(gòu)成的。硬件部分包括電源模塊

10、、蹦子系統(tǒng)模塊、子系統(tǒng)模塊。電源模塊則為其他子系統(tǒng)提供電源；子系統(tǒng)負責(zé)運行數(shù)控的控制軟件；負責(zé)脈沖信號的產(chǎn)生和計數(shù)及的控制。由于采用了實時多任務(wù)系統(tǒng)，邏輯處理任務(wù)的優(yōu)先級很高，所以能夠滿足數(shù)控系統(tǒng)的實時性需要。系統(tǒng)功能需求分析嵌入式系統(tǒng)是繼網(wǎng)絡(luò)技書之后，又一個新興的技術(shù)發(fā)展方向。由于嵌入式系統(tǒng)具有體積小、性能強、功耗低、可靠性高以及面向行業(yè)應(yīng)用的突出特征，目前系統(tǒng)的總體方案設(shè)計碩士論文已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于工業(yè)控制、交通管理、網(wǎng)絡(luò)通信、信息家電等各個領(lǐng)域。比如隨處可見的手機，電子游戲機、數(shù)字電視等，在這些隨處可見的設(shè)備中都能見到嵌入式系統(tǒng)的身影。此外，嵌入式系統(tǒng)在醫(yī)療設(shè)備、工業(yè)自動化生產(chǎn)線、飛行控制

11、系統(tǒng)等領(lǐng)域扮演著更為重要的角色。嵌入式系統(tǒng)集系統(tǒng)的應(yīng)用軟件與硬件于一體，以應(yīng)用為中心，以計算機技術(shù)為基礎(chǔ)，并且軟硬件可裁剪，特別適合于要求實時和多任務(wù)的體系。嵌入式系統(tǒng)主要由嵌入式處理器及外圍電路、嵌入式操作系統(tǒng)及應(yīng)用軟件系統(tǒng)等組成，是系統(tǒng)的硬件與系統(tǒng)的應(yīng)用軟件一體化的專用計算機系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)分為硬件和軟件兩大部分。硬件上需要有：處理器及其外圍電路、存儲器、觸摸屏及其他接口。為了讓應(yīng)用程序、圖形用戶接口等功能模塊有機的聯(lián)系在一起，就需要嵌入式操作系統(tǒng)來實現(xiàn)軟硬件有機結(jié)合。由于嵌入式操作系統(tǒng)的應(yīng)用對象大不相同，因此嵌入式操作系統(tǒng)必須具有良好的可移植性。通過硬件抽象層對硬件平臺合理的描述，可使操

12、作系統(tǒng)內(nèi)核基本和具體的硬件無關(guān)，從而容易地實現(xiàn)不同平臺間的移植。是一種高性能、低功耗的微處理器。跚處理器的大特點如下：體積小、功耗低、成本低、性能高；位位雙指令集；全球眾多用戶支持。雕處理器本身是位設(shè)計，但也配備位指令集，以允許軟件編碼為更短的位指令。與等價的位代碼相比，占用的儲存器空間節(jié)省高達，然而保留了位系統(tǒng)所有的優(yōu)勢。狀態(tài)與正常的狀態(tài)之間的切換是零開銷的。脅的技術(shù)提供了加速，可得到比基于軟件的虛擬機（）高得多的性能。在功能上，指令集的擴充提供了增強的位和位算術(shù)運算能力，提高了性能和靈活性。采用開發(fā)嵌入式數(shù)控系統(tǒng)可以降低硬件成本、提高系統(tǒng)集成度、增強穩(wěn)定性，它相對于平臺具有更多的優(yōu)勢。因此

13、，采用為硬件平臺來開發(fā)嵌入式數(shù)控系統(tǒng)是一個不錯的選擇。是一個可移植、源碼公開、可搶占的，基于搶占式的實時多任務(wù)內(nèi)核，可剪裁、具有高穩(wěn)定性和可靠性的嵌入式實時操作系統(tǒng)，包括了一個操作系統(tǒng)最基本的一些特性，如任務(wù)通信、任務(wù)調(diào)度、中斷管理、內(nèi)存管理等，而且它是一個代碼完全開放的實時操作系統(tǒng)，具有簡單明了的結(jié)構(gòu)和嚴謹?shù)拇a風(fēng)格，可以讓我們以最快的速度來了解操作系統(tǒng)的概念、結(jié)構(gòu)和模塊工作原理，并由淺入深逐步推廣到應(yīng)用操作系統(tǒng)上自年以來，全世界成千上萬的開發(fā)者己經(jīng)成功地將應(yīng)用于各種系統(tǒng)。（）即現(xiàn)場可編程門陣列，是在、等可編程器件的基礎(chǔ)上進一步發(fā)展。提出了邏輯單元陣列的概念，內(nèi)部包括可配置邏輯模塊、輸出輸入

14、模塊和內(nèi)部連線三個部分。同以往、等進行比較，是電路中設(shè)計周期最短、開發(fā)費用最低、風(fēng)險最小的碩士論文基于和的嵌入式教控系統(tǒng)研究器件之一。通過片內(nèi)中存儲的程序來設(shè)置其工作狀態(tài)的，工作時只需對片內(nèi)的進行編程就可得到所需的電路功能。通電時，芯片將中的數(shù)據(jù)讀入片內(nèi)編程中，完成配置后就進入工作狀態(tài)。掉電后，中的數(shù)據(jù)全部丟失，能夠重復(fù)使用。當(dāng)需要修改功能時，只需換一片即可。這樣，同一片，不同的編程數(shù)據(jù)，可以產(chǎn)生不同的電路功能。因此，的使用非常靈活。利用可以實現(xiàn)處理，計數(shù)、脈沖發(fā)生，邏輯運算等功能，可以大大簡化嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計。最大的優(yōu)點在于它的內(nèi)部邏輯的在線可重構(gòu)性。、。系統(tǒng)總體方案設(shè)計嵌入式數(shù)控系統(tǒng)是嵌入

15、式系統(tǒng)的應(yīng)用，它取代了傳統(tǒng)的由指示燈、按鈕等組成的控制面板，提供一個友好的人機交互界面。一般來說，它集成了液晶顯示屏、數(shù)據(jù)存儲單元、觸摸面板、控制單元等，具備操作控制、數(shù)據(jù)存儲、狀態(tài)監(jiān)控、網(wǎng)絡(luò)通訊等功能。具體的功能模塊需求如下：嵌入式處理器、存儲器、調(diào)試接口、顯示部分、通訊接口。本系統(tǒng)設(shè)計的嵌入式數(shù)控系統(tǒng)由硬件部分和軟件部分組成，根據(jù)系統(tǒng)功能需求分析，硬件部分必須首先滿足系統(tǒng)軟件和應(yīng)用程序運行時的資源要求，另外還必須提供合適的通訊接口來方便程序下載及通訊。軟件部分分為操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件兩個部分?，F(xiàn)在的嵌入式操作系統(tǒng)都要根據(jù)系統(tǒng)需要經(jīng)過適當(dāng)?shù)牟眉艉鸵浦?，使得嵌入式操作系統(tǒng)能夠適應(yīng)硬件系統(tǒng)的軟件環(huán)

16、境需要。系統(tǒng)總體方案框圖如下圖所示：一。圖系統(tǒng)總體方案框圖硬件的選擇嵌入式硬件平臺的選擇主要是嵌入式處理器的選擇。在一個系統(tǒng)中使用什么樣的嵌入式處理器內(nèi)核主要取決于應(yīng)用的領(lǐng)域、用戶的需要、成本、開發(fā)的難易程度等因素。從功能實現(xiàn)和靈活等方面，基于的嵌入式系統(tǒng)是最適合本設(shè)計需要的嵌入式系統(tǒng)方案，可以充分結(jié)合處理速度快和可編程邏輯靈活系統(tǒng)的總體方案設(shè)計碩士論文的優(yōu)點，達到實時性和靈活性的要求。在本方案中，選擇的是韓公司生產(chǎn)的微處理器和公司的系列器件。其中的最小系統(tǒng)實物圖如下所示： 圖，韻最小系統(tǒng)實物圖公司的系列開發(fā)板如下所示： 圈公司的開發(fā)板圖實時操作系統(tǒng)的選擇嵌入式多任務(wù)操作系統(tǒng)是較好實現(xiàn)實時數(shù)控

17、系統(tǒng)開發(fā)平臺的一條捷徑。操作系碩士論文基于和的嵌入式教控系統(tǒng)研究統(tǒng)與模塊化硬件設(shè)計結(jié)合起來，構(gòu)成了一個可以重復(fù)利用的軟硬件一體化系統(tǒng)平臺，不僅可以提高開發(fā)的效率、節(jié)約有限的資源，還可以充分利用嵌入式系統(tǒng)的靈活性，通過進步的改進，不斷使嵌入式應(yīng)用平臺的軟硬件資源得到優(yōu)化，提高性能并滿足未來的應(yīng)用需求。當(dāng)今大多數(shù)的商用嵌入式操作系統(tǒng)出于商業(yè)利益的考慮，收取昂貴的版權(quán)費，此外也不會提供操作系統(tǒng)所有的的源代碼。這樣，就會使利用商用嵌入式操作系統(tǒng)開發(fā)的產(chǎn)品生產(chǎn)成本偏高，影響市場競爭力，同時對于將來產(chǎn)品的升級換代帶來不少麻煩。隨著現(xiàn)代計算機技術(shù)的發(fā)展，源代碼開放的進行，出現(xiàn)了一些源代碼公開的優(yōu)秀的操作系統(tǒng)

18、產(chǎn)品，如基于的實時嵌入式操作系統(tǒng)，著名的等。其中，的特點主要有：可固化（）：是為嵌入式應(yīng)用而設(shè)計的。只要具備合適的系列軟件工具，就可以將嵌入到產(chǎn)品中作為產(chǎn)品的一部分；可裁剪（）：可以只使用中應(yīng)用程序需要的系統(tǒng)服務(wù)。也就是說，某產(chǎn)品可以只使用很少幾個調(diào)用，而另一個產(chǎn)品則可能使用了幾乎所有的功能，這樣可減少產(chǎn)品中所需的存儲器空聞；可剝奪性（）：二是完全可剝奪型的實時內(nèi)核，即總是運行就緒條件下優(yōu)先級最高的任務(wù)；多任務(wù)：可以管理任務(wù)；保留個給。留給用戶的應(yīng)用程序最多有個任務(wù)。另外，賦予每個任務(wù)的優(yōu)先級必須是不同的，這意味著不支持時間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度法；可確定性：絕大多數(shù)函數(shù)調(diào)用和服務(wù)的執(zhí)行時間具有可確定性。

19、用戶總是能知道的函數(shù)調(diào)用與服務(wù)執(zhí)行了多長時間，除了函數(shù)（）和某些事件標志服務(wù)，系統(tǒng)服務(wù)的執(zhí)行時間不依賴與用戶應(yīng)用程序數(shù)目的多少；任務(wù)棧：每個任務(wù)都有自己單獨的棧。允許每個任務(wù)有不同的棧空間，以便壓低應(yīng)用程序?qū)Φ男枨蟆榱吮砻骶哂凶銐虻匕踩耘c穩(wěn)定性，能用于與人性命攸關(guān)的系統(tǒng)，的每一種功能、每一個函數(shù)及每一行代碼都經(jīng)過了考驗與測試；源代碼開放：開放的源碼不僅給一般的學(xué)習(xí)者提供了學(xué)習(xí)的機會，這些成熟的產(chǎn)品也給許多人在此基礎(chǔ)上開發(fā)自己的產(chǎn)品提供了更多方便。綜上，是一個小巧的實時操作系統(tǒng)，包含了操作系統(tǒng)最基本的特性，如任務(wù)調(diào)度、內(nèi)存管理、中斷管理等，并且代碼完全開放，簡單明了，非常適合初涉嵌入式操作系

20、統(tǒng)的人士學(xué)習(xí)和應(yīng)用，它可以讓我們在較短的時間內(nèi)了解操作系統(tǒng)的概念、結(jié)構(gòu)和模塊工作原理，并由淺入深逐步推廣應(yīng)用。基于和的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)流程基于和的（；系統(tǒng)的開發(fā)流程如下圖所示：系統(tǒng)的總體方案設(shè)計碩士論文本章小結(jié)圖基于和的系統(tǒng)的開發(fā)流程本章對嵌入式數(shù)控系統(tǒng)的總體方案進行了需求分析，作出了總體設(shè)計框圖。對系統(tǒng)基于跏的硬件平臺及實時操作系統(tǒng)的選擇進行了詳細說明，詳述了嵌入式實時操作系統(tǒng)的特點，并作出了基于和的系統(tǒng)的開發(fā)流程框圖。碩士論文基于和吣的嵌入式數(shù)控系統(tǒng)研究硬件系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)圖系統(tǒng)硬件平臺體系結(jié)柯從系統(tǒng)硬件平臺體系結(jié)構(gòu)可知，它主要分為兩個部分：跚部分、部分。蹦部分包括存儲器、數(shù)碼管、鍵盤、與外

21、圍設(shè)備的接口（嘲）及液晶顯示器等；部分集成了總線控制器、片內(nèi)存儲器、內(nèi)部定時器、與外圍設(shè)備的接口等，還有外接的、及存儲器。硬件系統(tǒng)設(shè)計處理器微處理器是三星公司專為手提設(shè)備和一般應(yīng)用提供的高性價比和高性能的微控制器解決方案，使用了核，工作頻率為“。該芯片中集成了、外部存儲控制器、控制器、個、個、內(nèi)部定時器、個外部中斷源、實時耐鐘、通道位的等資源。最主要的優(yōu)點是采用了公司的位結(jié)構(gòu)，擴充了協(xié)處理器、片上中斷調(diào)試支持和位硬件乘法器。微處理器系列具有如下特點：具有嵌入式邏輯，調(diào)試開發(fā)方便；功耗極低，適合對功耗要求較高的應(yīng)用；能夠提力訂的三級流水線結(jié)構(gòu)；代碼密度高并兼容位的指令集；對嵌入式操作系統(tǒng)的支持廣

22、泛；指令系統(tǒng)與高版本系列兼容，便于用戶升級換代需要；主頻最高可達，能勝任絕大多數(shù)的嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用需要。的工作特性有：存儲管理，支持掉電時的自刷新模式；支持均勻非均勻的地址。存儲器和內(nèi)部：一體化的字節(jié)：未用的空間用來作為字節(jié)的存儲空間；時鐘及電源管理，片上使工作時鐘最大達到可以通過軟件設(shè)置各功能模塊的輸入時鐘；支持外硬件系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)碩士論文部時鐘源：超低功耗：（實時時鐘），時鐘；定時警報，可用于喚醒；可產(chǎn)生時鐘節(jié)拍中斷；通用口；個外部中斷口；個多功能輸入輸出口；看門狗定時器，位的看門狗定時器；定時器溢出時發(fā)出中斷請求或系統(tǒng)復(fù)位；工作電壓范圍為內(nèi)核，口：到。常用封裝。 圖腳圖電源電路本設(shè)計采用

23、穩(wěn)壓電源供電，而器件的引腳工作電壓）為，且器件核心的供電電壓（）為，因此需要經(jīng)過兩次變壓，即一一分別采用和進行電壓轉(zhuǎn)換。系列常用封裝均為。碩士論文基于和的嵌入式數(shù)控系統(tǒng)研究強。缸鉀÷吼，。豫？。，？。鼽如鰳沌：“。堍死？“。磊圖電源電路圖存儲器存儲器分為系統(tǒng)內(nèi)存和非線性。其中，娜是用來作為程序的運行空間及數(shù)據(jù)等，是用來存放程序代碼和掉電后需要保存的用戶數(shù)據(jù)，的讀操作比慢，寫操作速度相對于而言更慢。采用公司生產(chǎn)的、，作為，作為。為×甜容量的，常用封裝為。的卜與、，的相連接，的和分別與的，相連接。采用了位數(shù)據(jù)總線，容量為，常用封裝為。的邶腿與的相接。硬件系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)碩士論文

24、輯錫。鏟腑。，學(xué)。壚“釬哮擎嘲”彬騎野喈嘞弼”叫。弘。嘣“儡？，；”。；，÷？，圖的連接圖種穢。鑼霧“幫學(xué)÷沙壚“。壚“穢蟛緲”鏟，。§十：霸§髓“。女搋圖的連接圖串行接口電路通常在實際應(yīng)用中，系統(tǒng)通過串口與外部其它設(shè)備相連，不僅需要有外設(shè)外，還必須遵循標準中定義的電平規(guī)范。本系統(tǒng)中的電平轉(zhuǎn)換芯片用的是，用來完成從，電平到一電平的轉(zhuǎn)換。串行接口電路如下圖所示：碩士論文基于和的嵌入式數(shù)控系統(tǒng)研究掀。嬲茂乎渺嘞。鋤。螞戮。嘞州。舷？豫虢一？，麓。圖的串行接：電路圖按鍵電路一鍵盤是用于用戶的輸入，實現(xiàn)人機的交互重要方式。系統(tǒng)中設(shè)置了四個按鍵，利用上的端實現(xiàn)。，

25、曠，、霪嘞，移瘟彩，。磁黲鋤；磊，和馥罐瑤茲磊圖的按鍵電路圖皿顯示電路顯示電路用來指示程序執(zhí)行狀態(tài)。如下圖所示：硬件系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)碩士論文圖的顯示電路圖時鐘晶振電路時鐘晶振電路用于為系統(tǒng)提供工作時鐘信號，使其工作在指定的頻率下。采用眥無源晶振。，豐，牛昂圖的時鐘晶振電路圖靖口電路是英文縮寫，是髓標準。利用可以使得集成電路能夠固定在板上，通過邊界掃描就可以被測試，大大縮短開發(fā)周期。的典型信號主要有：測試模式選擇，即通過信號控制狀態(tài)機的狀態(tài)；：測試時鐘輸入；：數(shù)據(jù)輸入，數(shù)據(jù)通過輸入口；：數(shù)據(jù)輸出，數(shù)據(jù)通過）輸出口；碩士論文基于和的嵌入式數(shù)控系統(tǒng)研究圖的端口電路圖液晶顯示接口電路為了使嵌入式系統(tǒng)具

26、有友好的人機接口，需要給嵌入式系統(tǒng)配置顯示用液晶顯示器（）。主要的與液晶顯示相關(guān)的端口有：、等。內(nèi)部有內(nèi)置的控制器，可以將緩存中的圖像信號傳輸?shù)娇刂齐娐凤@示圖像。選用）分辨率的，通過總線形式連接到。圖的液晶顯示接口電路圖硬件系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)碩士論文硬件系統(tǒng)設(shè)計系列是基于成本優(yōu)化的，全銅工藝的工藝，和競爭對手的相比，只有一半的成本，是目前世界上成本最低的。它帶有最高達，個邏輯單元和位的，提供了全功能的鎖相環(huán)（），用于板級的時鐘網(wǎng)絡(luò)管理和專用接口。這些接口用于連接業(yè)界標準的外部存儲器器件，在相對低的價格下把特性和性能完美地結(jié)合在一起，由于采用專門設(shè)計的低成本全新體系結(jié)構(gòu)，特別適合于對成本敏感和大批

27、量應(yīng)用的高端消費類產(chǎn)品開發(fā)。結(jié)合本系統(tǒng)實際需求，選用系列的。圈吼引腳圖電源電路采用穩(wěn)壓電源供電，實際所用的引腳（）工作電壓為，且酞內(nèi)核（?。┕╇婋妷簽椋枰褂媒?jīng)過兩次，變壓，即一一。彰警。矽。鋤鏹。§，釤纊。夕；黲。茅？妒壚”鰳耄鰳學(xué)：氣辨彤緝鑼”“扛?！辩P，”。靴，、圖電源電路圖碩士論文基于和的嵌入式數(shù)控系統(tǒng)研究靖口時鐘電路。、砌盯卜毋柚“：。嗣，弼，÷，砸圖端口圖簪“。枇“助：。毗他啼日，÷一？，÷？，蟛，？嘉拖鍺÷或，圖時鐘電路硬件系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)碩士論文串行接口電路 圖圖串行接口電路 圖圖本章小結(jié)本章概述了系統(tǒng)硬件平臺的設(shè)計，介紹了肼

28、和的存儲器及外圍接口電路的選擇，并對跚子系統(tǒng)和子系統(tǒng)的硬件電路作了詳細分析及原理圖和版圖的設(shè)計和制作。碩士論文基于和的嵌入式數(shù)控系統(tǒng)研究軟件系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)實時操作系統(tǒng)，在上的移植完成了系統(tǒng)硬件平臺的設(shè)計，接下來將進行軟件平臺的設(shè)計。在開發(fā)嵌入式系統(tǒng)時，一般選擇將移植到系統(tǒng)的開發(fā)形式，可以充分發(fā)揮微處理器的處理速度快、功耗低、價格低廉等優(yōu)點。由于一是一個實時操作系統(tǒng)，將一移植到系統(tǒng)，可以充分結(jié)合兩者的優(yōu)勢。并能夠進一步簡化系統(tǒng)的開發(fā)。在子系統(tǒng)上進行的軟件設(shè)計包括操作系統(tǒng)的移植、嵌入式移植及應(yīng)用程序編寫等部分。實時操作系統(tǒng)概述是在世紀年代由美國的一個名為的工程師編寫的完整的可移植、固化、裁剪的占

29、先式實時多任務(wù)具有可剝奪實時的實時操作系統(tǒng)。是基于的，但提供了更多的功能?？梢砸浦驳綇奈坏轿坏牟煌愋秃鸵?guī)模的嵌入式系統(tǒng)中，并能在大部分的微處理器和上運行。它是一個完整的嵌入式實時內(nèi)核，內(nèi)核提供了任務(wù)調(diào)度與管理、任務(wù)間同步與通信、時間管理、中斷服務(wù)和內(nèi)存管理等功能。的源代碼完全開放，這是其他商業(yè)實時內(nèi)核無法比擬的。它是針對嵌入式應(yīng)用設(shè)計的，是一個完整的、可移植、可固化、可裁剪的占先式的內(nèi)核。在設(shè)計之初充分考慮了可移植性，絕大部分源代碼都是由標準的語言編寫的，只有與微處理器硬件相關(guān)的那部分是用匯編語言寫的，便于移植到其他微處理器上。只需通過固化方式，如編譯、固化和下載等，一就可以移植到產(chǎn)品中。的

30、主要特點有：可移植性絕大多數(shù)的的源碼是用移植性很強的寫的，和微處理器硬件相關(guān)的那部分是用匯編語言寫的，己經(jīng)壓到最低限度?？梢栽诮^大多數(shù)位、位、位甚至位微處理器、微控制器、數(shù)字信號處理器（）上運行可裁剪用戶可以在應(yīng)用程序中通過特定語句來定義所需的功能模塊，以減少不必要的存儲空間的開動。占先式屬于完全占先式的實時內(nèi)核意味著總是運行就緒條件下優(yōu)先級最高的軟件系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)碩士論文任務(wù)。多任務(wù)可以管理個任務(wù)，支持個用戶任務(wù)。賦予每個任務(wù)的優(yōu)先級必須是不相同的，這意味著不支持時間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度法中斷管理中斷可以使正在執(zhí)行的任務(wù)暫時掛起。如果優(yōu)先級更高的任務(wù)被該中斷喚醒，則高優(yōu)先級的任務(wù)在中斷嵌套全部退出后

31、立即執(zhí)行。其它特點。源代碼全部公開、可確定性、可固化、穩(wěn)定和可靠等。除此之外，還同時提供了許多非常有用的系統(tǒng)服務(wù)，例如消息隊列、郵箱、信號量、塊大小固定的內(nèi)存的申請與釋放、時間相關(guān)函數(shù)等。由于具有穩(wěn)定、可靠、執(zhí)行效率高、占用空間小等優(yōu)點，一特別適合于微型嵌入式系統(tǒng)，已被廣泛應(yīng)用在航空、醫(yī)療器械、工業(yè)控制等領(lǐng)域。移植原理一個程序在某個系統(tǒng)環(huán)境里能正常運行，如果通過修改代碼將它移植到某些操作系統(tǒng)、編譯環(huán)境或處理器中，并能正常運行，這就是移植技術(shù)。移植技術(shù)可以使一種技術(shù)有更廣泛的應(yīng)用范圍，更加有發(fā)展前景。弘一的絕大部分源代碼都是用具有高可移植性的編寫的，只有與微處理器硬件相關(guān)的那部分是用匯編語言寫的

32、。對此進行移植工作，要使屺正常運行，處理器必須滿足以下要求：，處理器的編譯器能產(chǎn)生可重入代碼。用語言就可以打開和關(guān)閉中斷。處理器支持中斷，并且能產(chǎn)生定時中斷。處理器支持能夠容納一定量數(shù)據(jù)的硬件堆棧。處理器有將堆棧指針和其它寄存器讀出和存儲到堆?；騼?nèi)存中的指令“。進行任務(wù)調(diào)度的時候，首先把當(dāng)前任務(wù)的寄存器的內(nèi)容存放到此任務(wù)的堆棧中，再從另一個任務(wù)的堆?；謴?fù)原來的工作寄存器，之后繼續(xù)運行另一個任務(wù)。心，的多任務(wù)調(diào)度機制在于寄存器中數(shù)據(jù)的入棧和出棧。一的軟件和硬件體系結(jié)構(gòu)如下所示：碩士論文基于和的嵌入式數(shù)控系統(tǒng)研究核心代碼（核心代碼）弛，（稍息隊列）乩（存儲管理）（消息管理）乩（信號量）（任務(wù)調(diào)度）

33、（定時管理）圖的軟件和硬件體系結(jié)構(gòu)在移植過程中，需要將與處理器相關(guān)的代碼針對的編程結(jié)構(gòu)做、一定的改動，達到完成系統(tǒng)時鐘設(shè)置、中斷管理和任務(wù)切換功能的目的。刪在進行任務(wù)調(diào)度的時候，會把當(dāng)前任務(wù)的寄存器存放到該任務(wù)的堆棧中，之后再從另外一個任務(wù)的堆棧中恢復(fù)原來的工作寄存器，繼續(xù)運行另一個任務(wù)因此，寄存器的入棧和出棧是確保多任務(wù)調(diào)度順利完成的關(guān)鍵。移植的具體過程的移植只需要改寫內(nèi)核中部分與處理器相關(guān)的代碼，用以完成系統(tǒng)時鐘設(shè)置、中斷管理和任務(wù)切換，即修改三個頭文件、和。是主頭文件，可以使用戶不必在工程項目中每個木的文件中都考慮需要什么樣的頭文件。但會導(dǎo)致逐個編譯木文件要花費額外的時間，優(yōu)點是代碼的可

34、移植性增加了。移植移植時主要修改的內(nèi)容有：與編譯器相關(guān)的數(shù)據(jù)類型的設(shè)定；根據(jù)堆棧的方向定義豫用語句定義個宏開關(guān)中斷等。不同的微處理器有不同的軟件系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)碩士論文字長，重新定義數(shù)據(jù)類型是為了增加代碼的可移植性，因為不同的編譯器所提供的同一數(shù)據(jù)類型的數(shù)據(jù)長度并不相同。不使用的，等數(shù)據(jù)類型，原因在于這些數(shù)據(jù)類型和處理器類型相關(guān)，不可移植。因此，需要重新定義的整型數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)既是可移植的又是直觀的。盡管中沒有使用浮點數(shù)從方便的角度考慮，還定義了浮點數(shù)數(shù)據(jù)類型。必須將任務(wù)堆棧的數(shù)據(jù)類型告訴給，這個過程是通過為聲明正確的數(shù)據(jù)類型來完成的。處理器的堆棧成員是位的，故將編譯文件指定將為無符號整型數(shù)據(jù)類型，

35、所有的任務(wù)堆棧都必須用來聲明數(shù)據(jù)類型。在處理器中，各種數(shù)據(jù)類型定義如下：；嚴無符號位整數(shù)搴，；產(chǎn)有符號位整數(shù)吖：嚴無符號位整數(shù)吖；嚴無符號位整數(shù)吖，堆棧入口寬度為位吖￥仳；狀態(tài)寄存器寬度吖、（）；衄（）：（）（）訌（一）（）；，÷宏定義臨界段代碼處理方式吖，堆棧從高地址向低地址增加吖。由于微處理器的堆棧是自上往下增長，因此需要在結(jié)構(gòu)常量中指定堆棧的增長方式。其中置為表示堆棧從低地址向高地址增加。置為表示堆棧從高地址向低地址增長由于內(nèi)核的實時性功能，先關(guān)中斷，再處理臨界段代碼，并且在處理完畢后重新開中斷，就使得能夠保護臨界段代碼免受多任務(wù)切換或中斷程序的破壞為了避免不同的實現(xiàn)方法所帶來

36、的負面影響，增加可移植性，定義了兩個宏（）和，（）來禁止和允許中斷。離開程序的臨界段時進行了中斷保護和恢復(fù)，即進入臨界段時保存當(dāng)前的中斷允許狀態(tài)，然后關(guān)中斷，離開臨界段時恢復(fù)原來的中斷允許狀態(tài)，使得系統(tǒng)更加穩(wěn)定。碩士論文基于和的嵌入式數(shù)控系統(tǒng)研究編寫與操作系統(tǒng)相關(guān)的移植過程中，共有個函數(shù)：（），（），（），（），（），（）其中函數(shù)（）是必需的，其余五個函數(shù)又是用來對進行功能擴展，由操作系統(tǒng)調(diào)用相應(yīng)的函數(shù)去執(zhí)行，在一般情況下，他們都沒有代碼，為空函數(shù)。堆棧初始化函數(shù)（）在中，無限循環(huán)的任務(wù)可以看成其它的函數(shù)。當(dāng)任務(wù)開始被執(zhí)行時，任務(wù)就會收到一個參數(shù)，類似它被其它的任務(wù)調(diào)用。此時，將寄存器保存到堆棧中，當(dāng)處理器發(fā)現(xiàn)并開始執(zhí)行中斷的時候，可以自動地完成