嵌入式教学实验装置的研究与开发
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摘要
随着时代的发展，嵌入式系统获得了广泛的应用。为了学习、研究和使用嵌入式技术，国内许多高校都在开展或计划开展嵌入式系统教学。因此，为了配合教学的需要，研究和开发相应的实验装置显得十分重要。
本文所研究的教学实验装置是典型的嵌入式系统，该系统以ARM微处理器为核心，采用嵌入式实时操作系统μC／OS-Ⅱ实现任务调度和资源管理。文章首先概括地阐述了嵌入式系统的概念、特点与发展现状；分析了嵌入式系统教学开展的必要性；并简单介绍了ARM的体系结构和指令系统。然后根据嵌入式系统的选型原则，以Samsung公司的微处理器芯片S3C44B0X为控制核心，构建了实验装置的最小系统，并设计了教学实验装置的人机交互模块、电机控制模块以及D／A转换模块等。文中对硬件设计过程进行了详细论述，并给出了硬件原理和实现方法。在此基础上，结合硬件设计的特点编写了系统的启动代码，并详细的介绍了μC／OS-Ⅱ操作系统在S3C44B0X上的移植过程。
本文还介绍了嵌入式系统的开发工具，并根据教学的需要，针对装置设计了相应的教学实验，如串行通信接口实验、液晶显示实验、PWM应用实验以及μC／OS-Ⅱ操作系统应用比较典型的内容。
With the development of technologies, embedded system has been used widely. In order to investigate and master this technology, the teaching of embedded system is planned or processed in many universities at present. As a result; it is of great significance to develop the relevant experiment devices to meet the need of teaching.
The teaching experiment device studied in this thesis is a typical embedded system. Based on ARM,μC/OS- II, a real-time operation system, is used to achieve task scheduling and resource management. In this thesis, a compendium about embedded system, such as the concept, characteristic,current status,importance of embedded teaching system,structure and RISC of ARM, is introduced generally first. Then a detailed research on teaching experiment device studied in this thesis is present, including the design process, theory of hardware and the realizing method. In this experiment device, the micro processing unit of S3C44B0X, a product of Samsung, was chosen as the core control module, and a minimal system is constructed. Based on it, the modules of human-machine interface, motors control and D/A conversion are developed. Also the entire starting program fit for this device is accomplished and the detailed how to replant the operation system ofμC/OS- II into S3C44B0X.
Furthermore, the developing tools of embedded system are introduced and many experiments are also designed to meet the need of teaching, for example, the serial communication interface experiment, the liquid crystal display experiment, the application of pulse width modulation and the application ofμC/OS- II operation system experiment.
本文所研究的教学实验装置是典型的嵌入式系统，该系统以ARM微处理器为核心，采用嵌入式实时操作系统μC／OS-Ⅱ实现任务调度和资源管理。文章首先概括地阐述了嵌入式系统的概念、特点与发展现状；分析了嵌入式系统教学开展的必要性；并简单介绍了ARM的体系结构和指令系统。然后根据嵌入式系统的选型原则，以Samsung公司的微处理器芯片S3C44B0X为控制核心，构建了实验装置的最小系统，并设计了教学实验装置的人机交互模块、电机控制模块以及D／A转换模块等。文中对硬件设计过程进行了详细论述，并给出了硬件原理和实现方法。在此基础上，结合硬件设计的特点编写了系统的启动代码，并详细的介绍了μC／OS-Ⅱ操作系统在S3C44B0X上的移植过程。
本文还介绍了嵌入式系统的开发工具，并根据教学的需要，针对装置设计了相应的教学实验，如串行通信接口实验、液晶显示实验、PWM应用实验以及μC／OS-Ⅱ操作系统应用比较典型的内容。
With the development of technologies, embedded system has been used widely. In order to investigate and master this technology, the teaching of embedded system is planned or processed in many universities at present. As a result; it is of great significance to develop the relevant experiment devices to meet the need of teaching.
The teaching experiment device studied in this thesis is a typical embedded system. Based on ARM,μC/OS- II, a real-time operation system, is used to achieve task scheduling and resource management. In this thesis, a compendium about embedded system, such as the concept, characteristic,current status,importance of embedded teaching system,structure and RISC of ARM, is introduced generally first. Then a detailed research on teaching experiment device studied in this thesis is present, including the design process, theory of hardware and the realizing method. In this experiment device, the micro processing unit of S3C44B0X, a product of Samsung, was chosen as the core control module, and a minimal system is constructed. Based on it, the modules of human-machine interface, motors control and D/A conversion are developed. Also the entire starting program fit for this device is accomplished and the detailed how to replant the operation system ofμC/OS- II into S3C44B0X.
Furthermore, the developing tools of embedded system are introduced and many experiments are also designed to meet the need of teaching, for example, the serial communication interface experiment, the liquid crystal display experiment, the application of pulse width modulation and the application ofμC/OS- II operation system experiment.
引文
[1]魏洪兴，嵌入式系统设计师教程[M]，清华大学出版社，2006．8，P3-10
[2]黄廷辉，基于ARM嵌入式系统实验平台的研制[J]，现代电子技术，2005(2)
[3]张晓林，嵌入式系统设计与实践[M]，北京航空航天大学出版社，2006．1，P6-7
[4]Estrin D. Connecting the physical world with pervasive networks[J].IEEE Pervasive Computing. 2002, P56-59
[5]郑灵翔，嵌入式系统设计与应用开发[M]，北京航空航天大学出版社，2006．2，P5-7
[6]刘瑞安，嵌入式系统的特征、研究概况与设计实现[J]，自动化仪表，2004(3)
[7]吕京建，面向21世纪的嵌入式系统[J]，Semiconductor Technology，2001(1)
[8]沈连丰，嵌入式系统及其开发应用[M]，电子工业出版社，2005，P7-8
[9]周立功，ARM微控制器基础与实战[M]，北京航空航天大学出版社，2003．11，P10-15
[10]杨恒，Design and Practice of Embedded System on ARM[M]，西安电子科技大学出版社，2005，P38-40
[11]何加铭，嵌入式32位微处理器系统设计与应用[M]，电子工业出版社，2006．1，P38—59
[12]田泽，嵌入式系统开发与应用[M]，北京航空航天大学出版社，2004．10，P40—42
[13]Wayne Wolf, Computer As component Principle of Embedded System Design[M],Princeton University, USA, P6-13
[14]王田苗，嵌入式系统设计与实例开发—基于ARM微处理器与uC／OS-Ⅱ实时操作系统[M]，清华大学出版社，2002．9，P42-45
[15]魏洪兴，嵌入式系统设计师教程[M]，清华大学出版社，2006．8，P495-503
[16]Frank Vahid，Tony Givargis，骆丽译，Embedded System Design A Unified Hardware／Software Introduction[M]，北京航空航天大学出版社，2004．9，P270-272
[17]32位RISC CPU ARM芯片的应用和选型，http://www.18ic.com/bbs
[18]马忠梅，ARM嵌入式处理器与嵌入式系统[J]，电子世界．2003(3)
[19]Todd D．Morton，Embedded Microcontrollers，机械工业出版社，2005．9，P20-30
[20]Jean J．Labrosse著，邵贝贝译，嵌入式实时操作系统μC／OS-Ⅱ(第二版)[M]，北京航空航天大学出版社，2005．11，P40-50
[21]吴明辉，基于ARM的嵌入式系统开发与应用[M]，人民邮电出版社，2004．6，P122-126
[22]S3C44BOX-Ⅰ型实验仪配套教材，2004．2，P115-117
[23]田泽，嵌入式系统开发与应用教程[M]，北京航空航天大学出版社，2005．3， P355-307
[24]David E．Simon著，陈向群译，An Embedded Software Primer[M]，机械工业出版社，2005．9，P173-187
[25]深圳英蓓特信息技术有限公司，Embest ARM实验教学系统用户手册
[26]Samsung公司．$3C4480x_datasheet．pdf
[27]田泽，嵌入式系统开发与应用[M]，北京航空航天大学出版社，2004．10，P383-386
[28]SST39VF160_Datasheet.pdf
[29]吴秀清，微型计算机原理与接口技术[M]，中国科学技术大学出版社，2002．9，P45-47
[30]HY57V641620_Datasheet.pdf
[31]张崙，32位嵌入式系统硬件设计与调试[M]，机械工业出版社，2005．7，P191-220
[32]田泽，嵌入式系统开发与应用实验教程[M]，北京航空航天大学出版社，2005．3，P184-192
[33]黄健，基于双极性桥式电路的两相制步进电机驱动器设计[J]，组合机床与自动化加工技术[J]，2007(1)
[34]LMD18200_Datasheet.pdf
[35]田泽，嵌入式系统开发与应用[M]，北京航空航天大学出版社，2005．3，P499-507
[36]ZLG7290_Datasheet.pdf
[37]周立功，ARM嵌入式系统实验教程[M]，北京航空航天大学出版社，2005．11，P283-285
[38]李华，MCS-51系列单片机实用接口技术[M]，北京航空航天大学出版社，1993．8，P352-354
[39]黄继昌，电源专用集成电路及其应用[M]，人民邮电出版社，2006．11，P3-12
[40]张晓林，嵌入式系统设计与实践[M]，北京航空航天大学出版社，2006．1，P68-86
[41]吴明辉，基于ARM的嵌入式系统开发与应用[M]，人民邮电出版社，2004．6，P109-120
[42]黄燕平，μC／OS-ⅡARM移植要点详解[M]，北京航空航天大学出版社，2005．11，P72-102
[43]Jean J．Labrosse著，邵贝贝译，嵌入式实时操作系统μC／OS-Ⅱ(第二版)[M]，北京航空航天大学出版社，2005．11，P58-67
[44]何加铭，嵌入式32位微处理器系统设计与应用[M]，电子工业出版社，2006．1，P239-242
[45]何立民，单片机应用应用技术选编[M]，北京航空航天大学出版社，2000．2，P367-372
[46]房小翠，单片微型计算机与机电接口技术[M]，国防工业出版社，2002．3，P199-204
[47]王幸之，单片机应用系统抗干扰技术[M]，北京：北京航空航天大学出版社，2000．2，P15-25
[48]梁伟等，采用软件策应提高智能仪器“看门狗”工作可靠性的方法，自动化与仪表[J]，1997(4)
[49]周立功，ARM嵌入式系统实验教程[M]，北京航空航天大学出版社，2005．11，P157-187
[50]郭强，液晶显示应用技术[M]，电子工业出版社，2000．3，P267-297
[51]田泽，嵌入式系统开发与应用[M]，北京航空航天大学出版社，2005．1，P562-566
[52]魏洪兴，嵌入式系统设计与实例开发实验教材-Ⅰ—基于ARM微处理器与μC／OS-Ⅱ实时操作系统[M]，清华大学出版社，2005．9，P100-110
[2]黄廷辉，基于ARM嵌入式系统实验平台的研制[J]，现代电子技术，2005(2)
[3]张晓林，嵌入式系统设计与实践[M]，北京航空航天大学出版社，2006．1，P6-7
[4]Estrin D. Connecting the physical world with pervasive networks[J].IEEE Pervasive Computing. 2002, P56-59
[5]郑灵翔，嵌入式系统设计与应用开发[M]，北京航空航天大学出版社，2006．2，P5-7
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[8]沈连丰，嵌入式系统及其开发应用[M]，电子工业出版社，2005，P7-8
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[15]魏洪兴，嵌入式系统设计师教程[M]，清华大学出版社，2006．8，P495-503
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[23]田泽，嵌入式系统开发与应用教程[M]，北京航空航天大学出版社，2005．3， P355-307
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[26]Samsung公司．$3C4480x_datasheet．pdf
[27]田泽，嵌入式系统开发与应用[M]，北京航空航天大学出版社，2004．10，P383-386
[28]SST39VF160_Datasheet.pdf
[29]吴秀清，微型计算机原理与接口技术[M]，中国科学技术大学出版社，2002．9，P45-47
[30]HY57V641620_Datasheet.pdf
[31]张崙，32位嵌入式系统硬件设计与调试[M]，机械工业出版社，2005．7，P191-220
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[33]黄健，基于双极性桥式电路的两相制步进电机驱动器设计[J]，组合机床与自动化加工技术[J]，2007(1)
[34]LMD18200_Datasheet.pdf
[35]田泽，嵌入式系统开发与应用[M]，北京航空航天大学出版社，2005．3，P499-507
[36]ZLG7290_Datasheet.pdf
[37]周立功，ARM嵌入式系统实验教程[M]，北京航空航天大学出版社，2005．11，P283-285
[38]李华，MCS-51系列单片机实用接口技术[M]，北京航空航天大学出版社，1993．8，P352-354
[39]黄继昌，电源专用集成电路及其应用[M]，人民邮电出版社，2006．11，P3-12
[40]张晓林，嵌入式系统设计与实践[M]，北京航空航天大学出版社，2006．1，P68-86
[41]吴明辉，基于ARM的嵌入式系统开发与应用[M]，人民邮电出版社，2004．6，P109-120
[42]黄燕平，μC／OS-ⅡARM移植要点详解[M]，北京航空航天大学出版社，2005．11，P72-102
[43]Jean J．Labrosse著，邵贝贝译，嵌入式实时操作系统μC／OS-Ⅱ(第二版)[M]，北京航空航天大学出版社，2005．11，P58-67
[44]何加铭，嵌入式32位微处理器系统设计与应用[M]，电子工业出版社，2006．1，P239-242
[45]何立民，单片机应用应用技术选编[M]，北京航空航天大学出版社，2000．2，P367-372
[46]房小翠，单片微型计算机与机电接口技术[M]，国防工业出版社，2002．3，P199-204
[47]王幸之，单片机应用系统抗干扰技术[M]，北京：北京航空航天大学出版社，2000．2，P15-25
[48]梁伟等，采用软件策应提高智能仪器“看门狗”工作可靠性的方法，自动化与仪表[J]，1997(4)
[49]周立功，ARM嵌入式系统实验教程[M]，北京航空航天大学出版社，2005．11，P157-187
[50]郭强，液晶显示应用技术[M]，电子工业出版社，2000．3，P267-297
[51]田泽，嵌入式系统开发与应用[M]，北京航空航天大学出版社，2005．1，P562-566
[52]魏洪兴，嵌入式系统设计与实例开发实验教材-Ⅰ—基于ARM微处理器与μC／OS-Ⅱ实时操作系统[M]，清华大学出版社，2005．9，P100-110