基于ARM的嵌入式系統設計

　　摘要：依據開發周期中軟、硬件的劃分，介紹系統在ARM處理器強大功能的基礎之上，運算、處理、顯示ADU3600板收集到的數據的過程；在詳細闡述系統綜合性能指標的基礎上展現了產品應用的廣闊前景。
　　
　　現在社會是一個高度信息化、網絡化的社會，計算機和網絡已經全面滲透到日常生活的每個角落，信息時代、數字時代使得嵌入式產品獲得了巨大的發展契機。嵌入式系統應用非常廣泛，軍事國防是嵌入式系統的一個重要應用領域。現在各種武器控制如火炮控制、導彈控制和智能炸彈制導引爆控制，以及坦克、艦艇、轟炸機、陸海空各種軍用電子裝備，雷達、電子對抗軍事通信裝備和野戰指揮作戰等各種設備上，都可見嵌入式系統的影子。
　　
　　1、系統總體概述
　　
　　1．1系統結構
　　
　　本系統由ARM板、ADU3600板、顯示器、母板等組成。　　
　　1．2ARM處理器特點
　　
　　ARM（AdvancedRISCMachine）微處理器體系結構目前被*為是嵌入式應用領域的32位嵌入式RISC微處理器結構，采用32位地址和數據總線，其地址空間達到了232=4GB，具有功耗低、性價比高和代碼密度高等特點；大量使用寄存器，多數數據操作都在寄存器中完成，指令執行速度更快；尋址方式靈活簡單，執行效率高。
　　
　　1．3ADU3600板特性
　　
　　克服了慣性定向產品精度隨時間和溫度漂移的缺陷，用載波測量技術和快速求解整周模糊度技術，解算出兩個GPS接收機天線處位置和兩天線相位中心連線與真北之間的夾角。
　　
　　2、系統硬件設計
　　
　　2．1數據接收電路
　　
　　選用的GPS天線為零相位測量型天線，饋線與天線在阻抗、增益、放大倍數等方面與標配的天線有很好地匹配。
　　
　　前天線：用天線饋線一端連接接口，另一端連接GPS前天線（前進方向）。
　　
　　后天線：用天線饋線一端連接接口，另一端連接GPS后天線（后退方向）。
　　
　　GPS后天線相位中心到GPS前天線相位中心的連線我們稱為基線。基線與真北間的夾角我們稱為方位角。基線越長定向精度就越高，通常基線長度增加一倍，定向精度也會提高一倍。應盡可能將兩個天線安裝間距拉長，這樣可提高定向精度。
　　　　2．2數據處理電路
　　
　　接收板通過兩條GPS天線接收到數據后，進行*次數據處理、分類、打包等，然后通過串口把處理后的數據經由母板傳送給主板，主板接收到數據后，進行第二次數據處理、分類、打包等一系列工作，zui后通過顯示屏把相應的數據進行顯示，并同時通過串口經由母板把數據發送給外設。　　
　　2．3接口電路
　　
　　（1）顯示接口
　　
　　液晶顯示器（LCD）具有耗電省、體積小等特點，被廣泛應用于嵌入式系統中。LCD顯示器就是通過給不同的液晶單元供電，控制其光線的通過與否，從而達到顯示的目的。
　　
　　（2）串行接口
　　
　　本系統采用的RS-232C是由美國電子工業協會EIA制定并采用的一種串行通信接口標準，已經發展成為一種通用的串行通信接口標準。
　　
　　3、系統軟件設計
　　
　　嵌入式軟件可以分為三大類：系統軟件、應用軟件和支撐軟件。系統軟件控制和管理嵌入式系統資源，為嵌入式應用提供支持的各種軟件，如設備驅動程序、嵌入式操作系統等；應用軟件是嵌入式系統中的上層軟件，它定義了嵌入式設備的主要功能和用途，并負責與用戶進行交互；支撐軟件是輔助軟件開發的工具軟件，如交叉編譯器、在線仿真工具等。本系統中的系統軟件和應用軟件是運行在嵌入式設備上，支撐軟件運行在普通PC機上。
　　
　　3．1板級支持包
　　
　　設備驅動層也叫板級支持包（BoardSupportPackage，BSP），它包含了嵌入式系統中所有與硬件相關的代碼，并向上提供一個虛擬的硬件平臺使操作系統運行其上。它包括引導加載程序Bootloader和設備驅動程序。Bootloader是在操作系統內核運行之前運行的一小段程序，通過這段程序，我們可以初始化硬件設備、建立內存空間的映射圖、從而將系統的軟硬件環境設置到一個合適的狀態，以便為zui終調用操作系統內核做好準備；設備驅動程序就是一組庫函數，用來對硬件進行初始化和管理。并向上層軟件提供良好的訪問接口。
　　
　　3．2嵌入式操作系統（EmbeddedOperatingSystem，EOS）
　　
　　本系統采用的VxWorks是美國WindRiverSystem公司開發的一款嵌入式實時操作系統，具有良好的可靠性和的實時性，是目前嵌入式系統領域中使用zui廣泛、*zui高的商業系統。它基于微內核的體系結構，采用GNU類型的編譯和調試器，多數API函數都是專有的。
　　
　　3．3集成開發環境
　　
　　Tornado是WindRiver公司推出的一個集成開發環境。　　
　　3．4應用軟件
　　
　　本系統程序采用標準C語言編寫，在Tornado集成開發環境中調試，通過串口或網絡通信線路傳輸并裝載到ARM板中，zui終脫離宿主機在ARM板中單獨運行。
　　
　　4、系統性能指標
　　
　　（1）定位誤差不大于30m，定向誤差不大于0．06°；
　　
　　（2）定位定向不超過2min；
　　
　　（3）陽光下可讀的EL顯示器；
　　
　　（4）總功率不超過10W；
　　
　　（5）包裝箱體積不大于410min×322mm×216mm，質量不大于20kg；
　　
　　（6）適合于-40℃～50℃工作，適合于-55℃～60℃儲存。
　　
　　5、結束語
　　
　　本系統在綜合考慮硬件平臺、嵌入式處理器、外圍設備、接口電路的基礎上進行硬件設計，經測試達到硬件的穩定性和可靠性要求；軟件設計中嵌入式平臺、操作系統、編程語言、集成開發環境的選擇上充分考慮了系統的實時性和可擴展性。