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【转】ARM系统体系结构

ARM平台可以采用核心主板加扩展板的设计方式,基于ARM微处理器芯片的核心主板,能将ARM所有的I/O全部引出,在核心主板上面只提供最基本的接口;而对于一些

  特殊用途的USB接口、以太网接口、LCD接口,以扩展板形式提供。

  ARM模块部分是其一个重要的组成部分,在系统中ARM模块主要负责系统控制部分,其硬件体系结构灵活、接口丰富。核心包括嵌入式ARM CPU及必需的SDRAM和Hash等器件,通过表贴封装的双排插针将各信号线及控制线引出。这样,只需要设计不同的扩展板即可实现不同的系统功能,节约了开发成本并提高了平台的灵活性。

  软件开发方面,如果采用Linux开放源代码进行开发,可以大大降低开发成本,加快软件的开发过程,并有利于后期开发。

  1. 硬件体系结构

  嵌入式系统硬件平台结构主要分为2大部分:一部分为系统主板,为基于ARM的最小系统,包括ARM CPU、∏ash、SDRAM、串口、键盘等最基本部分;另一部分为系统扩展板,提供了用于完成各个不同硬件的功能模块。

  常用的嵌入式外围设备则有存储设备、通信设各和显示设备三类。相关支撑硬件包括显示卡、存储介质(ROM和RAM等)、通信设备、IC卡或信用卡的读取设备等。嵌入式系统有别于一般的计算机处理系统,它不具备像硬盘那样大容量的存储介质,而大多使用闪存(∏ash Memory)作为存储介质。

  整个系统硬件结构如图1所示,主要组成部分及其功能如表1所示。

图1 ARM嵌入式硬件平台

表1 系统硬件主要组成及其功能描述

  另外,系统总线扩展引出数据总线、地址总线和必需的控制总线,便于用户根据自身的特定需求,扩展外围电路。在选择嵌入式系统的硬件时,最重要的是要先选择ARM处理器类型,因为ARM处理器不仅决定整个系统的性能,而且影响其他硬件的选用,以及操作系统和软件代码的配置。

  一个设计好的ARM核心板硬件如图2所示。

  图2 ARM核心板硬件图

  软件体系结构

  嵌入式软件包括与硬件相关的底层软件、操作系统、图形界面、通信协议、数据库系统、标准化浏览器和应用软件等。其中,嵌入式操作系统是用来支持嵌入式应用的系统软件,通常包括与硬件柑关的底层驱动程序、系统内核、设备驱动接口、通信协议、图形用户界面(GUI)等。

  1.开发环境及工具

  目前流行的嵌入式操作系统主要有VxWorks,WindowsCE,Linux等,由于Linux的源码开放性、内核可裁剪性、在图像处理、文件管理及多任务支持等诸多方面的特点,使得它成为一款应用比较广泛的嵌入式操作系统。考虑到以上几个方面的原因,以及应用于对实时性要求不是很高的场合,可以选用嵌入式Linux作为此平台的操作系统. Linux与商业用的嵌八式操作系统比较,好处如表2所示。

  表2 Linux作为嵌入式系统开发的好处

  有些观点认为Linux过于庞大不宜用于嵌入式系统,这种观点比较片面。面向PC的Linux标准发行版(如Fedora,Mandrake,Debian)包括服务器、工作站版本,这些版本在功能上是一个工作站和服务器的应用平台的超集,许多功能大大超出了一个嵌入式操作系统的需求。同时,由于Linux操作系统的核心和应用程序是分离的,整个系统有较好的模块化设计,并且它上面各种程序(包括核心本身)的源代码是公开的。因此,可以在各个层次上,对Linux进行精心的定制和开发,以提供一个基本的运行平台和开发环境`以便于针对特定应用可以开发出一个具有实用性的嵌入式应用系统。

  在开发环境方面,ARM ADS或SDT在没有硬件环境的情况下,可以提供软件模拟硬件环境进行软件开发,即ARMulate模式在计算机上模拟调试。利用这种模式,可以在没有仿真器的情况下,编写MemTest汇编测试程序,然后利用简易的JATG探头将目标文件下载到硬件开发板进行调试。

  如果经过测试,核心硬件板达到设计的各方面要求,在稳定时钟频率下运行正常,数据及程序空间全部可访问,即可满足嵌入Linux的硬件要求。

  2.硬件驱动程序

  底层硬件驱动程序是嵌入式系统软件开发的第一个环节,它紧密地将软硬件衔接在一起,涉及许多硬件相关的知识。对底层硬件驱动程序的了解,是深入理解嵌入式系统工作原理最有效的手段,同时也是进一步开发基于嵌入式操作系统的设备驱动程序的基础。

  Linux的设备驱动程序,对于各个体系结构而言基本框架都是一样的,所以只需要学会如何在PC上编写设备驱动,就可以很容易编写基于ARM Linux的设备驱动。

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