（控制科学与工程专业论文）基于μcosⅡ的嵌入式电子点餐系统的设计.pdf

武汉理工大学硕士学位论文 摘要 随着人们生活水平的提高，餐饮的消费日趋增长，众多酒店和酒楼之间的 竞争也越加激烈，提高自身的服务水平以给客人留下深刻的印象起到关键作用。 一个方便高效的点餐系统，不仅可以方便顾客也可以优化酒店和酒楼的人力资 源，同时可以提升酒店和酒楼的形象。本文把嵌入式系统应用在了点餐系统之 中，不但使点餐系统具有良好的可操作性和实时性，而且符合餐饮行业日趋信 息化的发展步伐。 文章首先对系统的硬件设计进行了介绍，包括点餐系统的主要硬件组成及 作用。并详细介绍了以a r m 9 2 0 t 为内核的处理器$ 3 c 2 4 1 0 a 的各个单元模块和 接口电路设计，整个硬件平台用以保证整个点餐系统稳定与协调运行。其次， 在嵌入式操作系统上选择了小型的实时操作系统, u c o s i i ，并具体地描述了 g c o s i i 在$ 3 c 2 4 1 0 a 硬件平台上的移植过程，同时介绍了, u c o s i i 下任务间的 通信与同步方式。基于g c o s i i 的系统之上，选择用嵌入式图形用户界面软件 , u c g u i 编辑操作界面，在实现过程中分析了, u c g u i 移植的原理及特性，详细 描述了嵌入式图形用户界面p c g u i 在操作系统上的移植与配置过程，对, u c g u i 的一些关键技术和相关函数进行了研究，并在点餐界面具体编辑应用上进行了 展示，包括控件，菜单，餐品的图片在液晶屏上的显示实现。最后，用嵌入式 的软件编程实现了按键对点餐系统的控制，整个点餐系统分为3 个任务，界面 分为了欢迎界面，点餐乔面，已点餐品界面，详细描述了每个任务的实现过程， 界面的显示状况以及任务之间的切换方法，从而达到对点餐系统的合理控制。 本设计是基于嵌入式实时操作系统p c o s i i 上的设计开发，并运用时下最 流行的p c g u i 嵌入式图形软件编辑了每个点餐系统的图形界面，在点餐系统领 域具有一定的借鉴指导意义，特别是对于一些高档酒店和酒楼的包房具有很强 的实用价值。 关键词：, u c o s i i 系统，点餐系统，p c g u i 软件，嵌入式图形界面 武汉理工大学硕士学位论文 a bs t r a c t w i t ht h ei m p r o v e m e n to fp e o p l e sl i v i n gs t a n d a r d sa n dt h eg r o w i n g c o n s u m p t i o n o ff o o d ，t h ec o m p e t i t i o na m o n gm a n yh o t e l sa n dr e s t a u r a n t si n c r e a s e df i e r c l y , e n h a n c i n gt h e i rs e r v i c es t a n d a r d st oi m p r e s st h eg u e s t sp l a yak e yr o l e ac o n v e n i e n t a n de f f i c i e n to r d e r i n gs y s t e mn o to n l yc a l ll e tc u s t o m e r sf e e lc o n v e n i e n tb u ta l s o o p t i m i z et h eh u m a nr e s o u r c e s ，t h e nt h eh o t e l sa n dr e s t a u r a n t sc a ni m p r o v et h ei m a g e o fc u s t o m e r s t h i sp a p e ru s e dt h ee m b e d d e ds y s t e mi nt h eo r d e r i n gs y s t e m ，n o to n l y t h eo r d e r i n gs y s t e mh a sg o o do p e r a b i l i t ya n dr e a l - t i m e ，a n dm e e tt h ei n c r e a s i n gp a c e o fd e v e l o p m e n to fi n f o r m a t i o nt e c h n o l o g yi nf o o di n d u s t r y f i r s tt h ea r t i c l ei n t r o d u c e dh a r d w a r ed e s i g na n dt h er o l eo ft h em a i nh a r d w a r e i n t r o d u c e de a c hu n i tm o d u l ea n di n t e r f a c ec i r c u i td e s i g no ft h ec o r ep r o c e s s o r $ 3 c 2 4 1 0 aw h i c hb a c e do na r m 9 2 0 t , t h eh a r d w a r ep l a t f o r mt oe n s u r et h es t a b i l i t y a n dc o o r d i n a t i o no fo r d e r i n gt h es y s t e mt or u n s e c o n d ，s e l e c t e das m a l lr e a l - t i m e o p e r a t i n gs y s t e m 睨c o s - i i ，a n ds p e c i f i c a l l yd e s c r i b e st h e c ，o s - i i sp o r t i n gi nt h e $ 3 c 2 4 1 0 ah a r d w a r ep l a t f o r m ，a l s oi n t r o d u c e ds y n c h r o n i z a t i o na n dc o m m u n i c a t i o n m e c h a n i s mo ft h e 比c o s i i b a s e do n , c o s i is y s t e m ，s e l e c t e dt h eg r a p h i c a lu s e r i n t e r f a c ew i t he m b e d d e ds o f t w a r e z c 7 g u it oe d i ti n t e r f a c e ，t h e na n a l y z e d c g u i s p r i n c i p l e sa n dc h a r a c t e r i s t i c s ad e t a i l e dd e s c r i p t e dt h ep r o c e s sa n dc o n f i g r a t i o no ft h e 心| g u i ? p o r t i n gi nt h eo p e r a t i n gs y s t e m 。o nt h e 啦lg u is o m eo ft h ek e y t e c h n o l o g i e sa n dr e l a t e df u n c t i o n sw e r es t u d i e d ，a n da p p l i e d c g u lt oi n t e r f a c eo n t h ed i s p l a y , i n c l u d i n gt h eb u t t o n s ，m e n u s ，f o o dp r o d u c t sp i c t u r eo nl c ds c r e e n f i n a l l y , u s e dt h ek e y b o a r dw h i c hw a sb r o u g h ta b o u tb ys o f t w a r ep r o g r a m m i n g t h e s y s t e mi sp o i n t e di n t ot h r e et a s k s ，t h e r ea r es o m ei n t e r f a c e s ，i n c l u d e sw e l c o m es c r e e n ， o r d e r i n gi n t e r f a c e ，t h ei n t e r f a c eh a sb e e no r d e r i n gp r o d u c t s ，d e s c r i b e di nd e t a i le v e r y t a s kr e a l i z a t i o np r o c e s s ，i n t e r f a c ed i s p l a ya n dt h em e t h o do fs w i t c h i n ga m o n gt a s k s ， t h eo r d e r i n gs y s t e ms oa st oa c h i e v er e a s o n a b l ec o n t r 0 1 t h ed e s i g ni sb a s e do ne m b e d d e dr e a lt i m eo p e r a t i n gs y s t e m z c o s i io ft h e d e v e l o p m e n ta n du s eo fp o p u l a rp c g u ie m b e d d e dg r a p h i c se d i t i n gs o f t w a r e ，a g r a p h i c a li n t e r f a c e ，i no r d e r i n gt h es y s t e mar e f e r e n c ef i e l dg u i d e ，e s p e c i a l l yh a sa s t r o n gp r a c t i c a lv a l u ef o rh i 【曲s t a n d a r d sh o t e l sa n dr e s t a u r a n t s p r i v a t er o o m s k e yw o r d s ：c o s - i is y s t e m ，o r d e r i n gs y s t e m ，p c g u is o f t w a r e ，e m b e d d e dg u i n 独创性声明 本人声明，所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其 他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得武汉理工大学或其它教育 机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何 贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 、 l 入 签名：竺! ! l 经 日期：型! ： 关于论文使用授权的说明 本人完全了解武汉理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即学校有权 保留、送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部 或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 签名：到坌 导师签名：日期：望! ：型 武汉理工大学硕士学位论文 第1 章绪论 1 1 课题研究背景与研究现状 1 1 1 课题的研究背景 由2 0 0 8 年度中国餐饮百强企业经营情况分析报告显示，2 0 0 8 年中国餐饮业 继续成长壮大，连续1 8 年保持两位数的高速增长，在国民经济中的地位和作用 明显提升和加强。全年零售额达到1 5 4 0 4 亿元，同比增长2 4 7 ，比上年同期增 幅高出5 3 个百分点，占社会消费品零售总额的1 4 2 0 ，人均消费1 1 5 8 5 元， 拉动社会消费品零售总额增长3 1 4 个百分点，对社会消费品零售总额的增长贡 献率为1 5 8 3 ，继续成为拉动经济增长的重要力量l 。随着人们生活水品的提 高中国餐饮业也得到蓬勃发展，各种酒店、酒楼之间竞争也愈加激烈，也促使 了中国餐饮业的不断改革与进步。随着互联网和信息技术的高速发展，信息化深 入到人们生活的方方面面，成为社会发展的潮流和趋势，研究信息化与信息技 术在中国餐饮业中的应用，将嵌入式技术运用到各种酒店或者酒楼的点餐创新等 方面，可以从更深入的层面来提升和推进中国餐饮业信息化的整体水平。 餐饮服务业是中国的黄金产业，我们不止需要用信息化系统对酒店和酒楼 进行管理，同时用计算机来代替一些人工服务也是以后餐饮行业要达到的目标。 比如用一个先进的电子系统进行点餐和菜单的传送，这样不仅可以提高企业的 服务水平和工作效率，还给消费者带来方便。餐饮企业也从中可以节约大量的 人力成本，同时提高了自身的品牌形象，给消费者留下深刻的印象。 餐饮服务业现有企业的数量在我国已经超过1 2 0 0 多万，规模较大的酒店， 饭店和酒楼家也有数万之多，然而传统的服务模式，落后的管理技术仍然存在 于多数的企业，主要体现在信息化的程度很低，人工作业是主要的服务模式， 比如：点餐的时候服务员要一直陪同站在身边等待，不仅浪费时间和人力，而 且修修改改容易出错且浪费物资。即使是有些餐饮企业采取了信息化管理理念， 多数也仅仅是把电脑用于记载每日消费账单，打印消费凭条等，而用信息化的 电子点餐系统则是很少出现在使用之中。因此一些较为高档的酒店、酒楼为了 提高顾客消费环境的质量，采用了电子的点餐系统来为人们提供服务。 武汉理工大学硕士学位论文 嵌入式在产业信息化的背景下占有很重的地位，嵌入式系统产品也日渐增 多并在全世界各行业得到广泛应用。嵌入式系统产品的研制和应用已经成为我 国信息化带动工业化、工业化促进信息化发展的新的国民经济增长点1 2 j 。做为酒 店点餐系统工程，应该保证系统在任何时候都是处于先进的，把嵌入式运用在 点餐系统，不仅让点餐的操作系统信息化，先进化，还有开放性和可扩充性的 特点，并且可以不断改善系统的功能。另一方面，在系统设计和开发的过程中， 在成本许可的基础上尽量应采用当前主流并先进且有良好发展前途的产品，而 嵌入式在这方面的应用正好符合了中国餐饮业走向信息化的发展潮流。 1 1 2 国内外研究现状 餐饮业在2 0 世纪7 0 年代以前，一直都是采用传统的人工服务方式，随着 计算机相关的信息技术在2 0 世纪下半叶的飞速发展，意识到餐饮行业需要信息 化的企业越来越多，一些餐饮的电子服务系统和信息管理系统被研发出来，并 被部分企业采纳使用，餐饮行业从而也迅速地发展与进步。国外的餐饮业早在 2 0 世纪7 0 年代末就开始了信息化的逐步覆盖，国内则在8 0 年代末开始展现餐 饮服务管理系统的雏形，但是只是设置p c 机及打印机等外围设备和之相连，从 而在服务台上实现基本的结帐、核算、打印收据等简单功能。虽然在企业财务 管理方面实现了计算机信息化，但是在管理系统和服务系统这2 个大方面却远 没有达到信息化的覆盖，但是部分的信息化的发展，引领了电子科技逐步走进 服务业的门槛p j 。 局域网技术在8 0 年代末至9 0 年代中期得到迅猛发展，人机交互终端出现 了液晶屏这个硬件桥梁，系统之间是以有线的方式进行连接。到如今，网络信 息传递技术方面有了重大突破，宽带技术和数据库技术在很多方面都得到运用 和完善。网络技术也使餐饮服务管理系统得到了更进一步的扩展，消费者如今 可以远程定餐、叫餐甚至网上支付。而在现场消费模式中，北京已经有餐饮企 业运用一卡通管理系统；上海科升科技信息有限公司采用无线通讯技术，利用 智能掌上电脑实现了从预订、开台、点菜，加菜、退菜、催菜、厨房出菜监控 管理到顾客结帐全过程一体化的管理等等。虽然和国外一些先进的餐饮服务管 理系统还有些差距，但是在中国餐饮行业的信息化道路上已经跨出了一大步， 况且国外的餐饮服务电子化产品也不一定适应中国的市场，因此，中国的餐饮 业仍然要继续创新有自身特点的电子产品来填充中国餐饮信息化发展的需求。 2 武汉理工大学硕士学位论文 1 2 课题研究的目的与主要研究内容 1 2 1 课题研究的目的 虽然现在有一些信息系统已在某些餐饮企业运用，但是对于顾客而言大都 仍然采用的是纸质菜单，不仅容易破损而且对于酒店方修改起来不易，而顾客 用起来也无新意，餐饮业中酒店和酒楼本来就是一个压力很大的行业，要在竞 争对手中脱颖而出，为顾客提供的服务是关键的一点，餐品的色香味是一方面， 其他的一些软硬件条件也非常重要，如服务质量，消费环境等，有特色的个性 化的服务会给顾客带了新鲜愉悦的感觉，从而印象深刻。特别是一些中高档的 酒店或酒楼，一款新颖的点餐系统会让顾客眼睛一亮。本文的研究目的就是为 了提高酒店和酒楼的服务质量和自身的竞争力，同时让消费者享受到更好消费 趣味性而设计的一种电子点餐系统，可以想象当顾客在电子点餐系统面前点餐， 可以看到各种餐系的价格、餐品以及餐品的图片等等，不仅一目了然，而且也 是视觉上和操作上的享受，点餐时也无需服务员在旁等候。特别是在一些中高 档酒店和酒楼的包房里面，一台有特色的电子点餐机会给消费者带来特别的感 受，也能提高酒店和酒楼的品牌效应，给人印象深刻。 1 2 2 论文的主要研究内容 本课题重点讨论在嵌入式操作系统z c o s i i 下，利用图形用户界面z c g u i 开发出用户点餐的各种操作界面，用嵌入式的c 语言实现按键的切换和控制不 同界面操作。本课题的主要研究内容如下： 1 ) 基于$ 3 c 2 4 1 0 a 的微控制器的系统硬件平台上进行# c o s i i 操作系统的 移植。以g c o s i i 操作系统作为软件系统的基础，编写基于# c o s i i 操作系统 的多任务应用平台软件。 2 ) 嵌入式图形用户界面z c g u i 在z c o s i i 上的移植和配置过程。通过对 嵌入图形用户界面强c g u i 配置需求的分析，从系统可移植性的角度和t c g u i 为l c d 提供完美的用户接口以及# c g u i 的特性方面出发，对嵌入式g u i 的体 系层次结构进行了合理设计。基于此，研究了嵌入式图形用户界面# c g u i 的编 程方法以及它的开发流程，并举例应用在点餐界面上的一些设计。 3 ) 在嵌入式2 c g u i 的基础上，研究了嵌入式图形用户界面的关键技术， 3 武汉理工大学硕七学位论文 编辑了用户操作的各种控制界面，并利用嵌入式软件编程对每个界面实现不同 的按键功能。 1 3 论文章节安排 论文将分成七个章节来详细论述上面部分的内容。结构安排如下： 第1 章主要介绍了论文的背景，重点说明了课题研究的目的意义以及嵌入 式技术应用于餐饮系统的发展趋势； 第2 章主要介绍了系统的硬件组成和个单元电路模块。 第3 章介绍g c o s i i 实时操作系统在$ 3 c 2 4 1 0 a 上的移植与配置，以及系 统任务之间的通信方式。 第4 章介绍了, u c g u i 在操作系统上的移植与实现，详细讨论了, u c g u i 在点餐系统界面上的应用。 第5 章介绍点餐系统的按键功能对每个界面以及界面上控件的控制实现。 第6 章总结与展望，提出了系统可以改进的地方和日后要做的工作。 4 武汉理工大学硕士学位论文 第2 章系统的硬件设计 2 1 点餐系统的硬件组成 点餐系统的主要硬件组成如图2 1 所示。 i h 旧吲通信模块 ls 一旧 s 3 c 2 4 1 0 a吲姗 l 旧刮铋 图2 1 点餐系统主要硬件组成 用户数据和操作系统可以存放在f l a s h 之中，特别是系统掉电后，可以防 止有些用户数据的丢失。b o o t l o a d c r 是一小段启动代码程序，在操作系统之前运 行，它也是存放在f l a s h 之中，启动时用来对硬件设备进行初始化，系统存储 空间爱你映射的检测等，主要是让嵌入式操作系统顺利启动。s r a m 是静态的 随机存取存储器，加电情况下，不需要刷新，数据不会丢失，而且，一般不是 行列地址复用的。顾客通过l c d 液晶屏和数字小键盘来控制点餐过程。通信模 块用于系统和服务台的通信。 5 武汉理工大学硕士学位论文 2 1 1a r m 处理器简介 a r m 是a d v a n c e dr i s cm a c h i n e s 的缩写。是一类微处理器的通称，也是一 种技术的名字。有一个基本指令集即3 2 位a r m 指令集是a r m 处理器的共有 特点，a r m 的不同产品根据需要可以有不一样的扩展指令集，比如：1 6 位t h u m b 指令集、s i m d 扩展指令集、d s p 扩展指令集等。a r m 的指令集包括数据传输、 数据处理、流程转向、协处理器指令。这些指令集可以让a r m 应用于一般的工 业控制上，而且完全符合一般工业控制的需求。a r m 的3 2 位r i s c 的特性使其 性能比一般的8 位或者1 6 位的单片机要强大很多，所以a r m 也能运用在相对 复杂的控制领域，比如通讯设备的内部控制模块。现在的a r m 产品都支持 t h u m b 扩展指令集，它是a r m 指令集其中的一个子集也是a r m 核的标准扩展 指令集。 在如今，在工业控制、无线通讯、网络应用、消费类电子产品、成像和安 全产品等很多领域都应用到了a r m 微处理器及技术，随着科技的发展，a r m 处理器和技术的应用范围会更加宽泛，甚至餐饮领域也会涉及它的技术运用。 本文就采用了a r m 9 系列的处理器作为开发平台的核心硬件，a r m 9 系列微处 理器不但拥有很高的性能而且功率消耗低，实用价值很强。 相对于a r m 7 核，a r m 9 核的功能得到显著提高。a r m 9 不但也支持t h u m b 指令集，还可以在片上直接调试。a r m 9 将a r m 7 的3 级流水线增加到了5 级， a r m 9 的流水线中容纳了更多的逻辑操作，但是每一级的逻辑操作却变得更为 简单。比如原来a r m 7 的第三级流水，需要先内部读取寄存器、然后进行相关 的逻辑和算术运算，接着处理结果回写，完成的动作非常复杂；而在a r m 9 的 5 级流水中，寄存器读取、逻辑运算、结果回写分散在不同的流水当中，使得每 一级流水处理的动作非常简洁，这就使得处理器的主频可以大幅度地提耐4 1 。因 为每一级流水都对应c p u 的一个时钟周期，如果一级流水中的逻辑过于复杂， 使得执行时间居高不下，必然导致所需的时钟周期变长，造成c p u 的主频不能 提升。所以流水线的拉长，有利于c p u 主频的提高。在常用的芯片生产工艺下， a r m 7 一般运行在1 0 0 m h z 左右，而a r m 9 则至少在2 0 0 m h z 以上l 5 。 2 1 2 $ 3 c 2 4 1 0 a 微处理器简介 本文主板的核心是三星公司的$ 3 c 2 4 1 0 芯片【6 l ，该芯片是基于a r m 9 2 0 t 而 6 武汉理工大学硕士学位论文 开发的一款多功能微处理器。除具备一般嵌入式芯片所具有的总线，s d r a m 控 制器，3 个串口等外设之外，s 3 c 2 4 1 0 a 还具有1 1 叮l c d 控制器、u s bs l a v e ， u s bh o s t ，1 2 c 总线控制器、s p i 控制器、i i s 音频接口、s d r a m 存储卡接口等 丰富的扩展功能。芯片工作电压3 3 v ，1 8 v ，最高运行速度可达2 0 0 m h z 以上【1 0 l 。 $ 3 c 2 4 1 0 a 芯片集成了大量的功能单元，包括： 1 ) 芯片内部供电1 8 v ，存储器供电为3 3 v ，外部i o 口供电为3 3 v ，1 6 k b 数据c a c h e 大小有1 6 k b ，指令c a c h e ，m m u 大小有1 6 k b 。 2 ) 内置外部存储器控制器( s d 洲控制和芯片选择逻辑) 。 3 ) 集成有l c d 控制器和一个可以直接访问l c d 存储器的控制器。 4 ) 拥有通用异步串行端口3 个，2 通道的串行外围设备接口 5 ) 一个多主1 2 c 总线，一个1 2 s 总线控制器。 6 ) s d 主接口版本1 0 和多媒体卡协议版本2 1 1 兼容。 7 ) 两个u s bh o s t ，一个u s bd e v l c e ( v e r l 1 ) 。 8 ) 4 个p w m 定时器和一个内部定时器。 9 ) 芯片内部集成有看门狗定时器。 1 0 ) 通用l o 共1 1 7 个。 1 1 ) 拥有中断源有5 6 个。 1 2 ) 2 4 个外部中断。 1 3 ) 电源控制模式：标准、慢速、休眠、掉电。 1 4 ) 8 通道1 0 位a d c 和触摸屏接口。 1 5 ) 实时时钟带有日历功能。 1 6 ) 芯片内置锁相环。 1 7 ) 采用1 6 3 2 位精简指令集体系结构和先进的a r m 9 2 0 t 内核。 1 8 ) 拥有内存管理单元的先进的体系结构，支持多种操作系统如：w i n c e 、 z c o s - i i 、l i n u x 等。 1 9 ) 对主存储器带宽和性能的影响很小。 2 0 ) 拥有指令缓存、数据缓存、写缓存和物理地址。 2 1 ) 采用的a r m 9 2 0 t 内核支持a r m 调试的体系结构。 2 1 ) 内部集成有先进的位控制器总线。 在系统的存储空间分配上，$ 3 c 2 4 1 0 a 把其分成8 组( b a n k ) 。系统的存储 空间共有1 g ，每个组的大小是1 2 8 m b 。其中有固定开始地址的是b a n k 0 到 b a n k 5 ，用于r o m 和s r a m 。b a n k 6 和b a n k 7 用于r o m ，s r a m 或s d r a m ， 7 武汉理工大学硕士学位论文 这两个组大小相同且可编程。b a n k 6 的结束地址是b a n k 7 的开始地址，灵活可变。 所有内存块的访问周期都可编程【7 。s 3 c 2 4 1 0 a 采用n g c s 【7 ：0 】8 个通用片选信 号选择这些组。 s 3 c 2 4 1 0 a 处理器最高工作频率可以达到2 0 3 m h z ，片上不仅集成了一个具 有日历功能的实时时钟芯片，而且具有p l l ( m p l l 和u p l d 的芯片时钟发生器。 m p l l 产生主时钟，可以让处理器达到最高工作频率。这也使s 3 c 2 4 1 0 a 处理器 可以处理较为复杂的信息，并轻松运行于w i n c e ( w i n d o w sc e ) ，l i n u x 等操作 系统。u p u 产生操作u s b 主从时钟【剐。 $ 3 c 2 4 1 0 a 具有三种启动方式，可通过o m 【1 ：o 】管脚进行选择，值得指出 的是它可以从n a n df l a s h 启动，与n o rf l a s h 相比n a n df l a s h 容量更大，价 格也更低。因此若要获得非常高的性价比，系统可以采用s d r a m 和n a n df l a s h 的组合形式。 2 2 硬件单元电路 2 2 1 按键接口电路 在系统的控制中，通过按钮中断来实现对点菜系统的操作，按键的硬件图 如图2 2 所示。 j 1 r 懈；r i g l l l r !广 e 口手 p _ r = = 口 e m写辞 p “_ 目m。最 t ”丽f - 琴- i 图2 - 2 按键硬件原理图 8 武汉理工大学硕士学位论文 2 2 2 电源系统 电源系统的质量关系到整个系统的稳定性，一个稳定可靠的电源是电子系 统可靠工作的基础。在整个系统中，电源有5 v 、3 3 v 、1 8 v 三种【9 j 。其中，$ 3 c 2 4 1 0 处理器内核电压需要1 8 v 。u s b 接口、i 0 接口、c a n 总线接口、s p i 串行外 围接口需要5 v 。其它部分如l c d 、u a r t 、s d 卡、c s 8 9 0 0 a 、j t a g 接口的电 压为3 3 v 。在本系统中我们需要直流供电+ 1 8 v ，+ 3 3 v 。由于逻辑电路部分功 耗很小，$ 3 c 2 4 1 0 的功耗不超过4 0 0 m w ，系统主要的功率消耗为l c d 部分。电 源部分的设计如图2 3 所示： ；，i ；一l：l ：lj ：jl ；l ；l 1 ； ； ： ：? l ： i 哺i 一； 1 m 瞄vt ：嗍i i ，m ，：；：； 。；l洲 i j ； 删v 1 陆v h h 髑箍甏j r - 车c 刚巧誓警：；i。”。r 了r 并- c 叫 l ! 。 i ：1 l ； 洲蛐_ i p 銎扯吲引_ ： = c 艟? “ i - h f ? 事一 ! | j 。，二。二。：i 。j ：三 ：= 波2 ， 一o ，：! ； | j ： ， 嘣t 5 ：；：；： ：jh 融一 一 ： ：啪1 1 7 4 | l ! ； ! ； ：o ：1j 1 蜘，_ ：3 ：_ + ：她l ：v ”“j ，；- ： 8 。 一 一l i ：= c d 锄，卜嘲! ；，iv i 1 、l r l ： 味- f f ”7 = ；c 瞄 。；l ： 一 l o i l e r 一 。，l j i i * 。 ；i；! l亨i ：i ：。， ；l i ：；l ：| ：i ；： l ； ! f ：；：；，i 。；：。l ：；： ! ； i j ；。；： 一| ：! ；l l ；i ：；j | i l ：一一；，： ：； ；li ：l ! ：i 2 2 3 时钟系统 图2 - 3 电源部分电路图 s 3 c 2 4 1 0 a 具有实时时钟r 1 r c 功能，芯片的r t c 直接提供年月日时分秒格 式，无需通过软件计算。$ 3 c 2 4 1 0 a 具有锁相环( m p l l 和u p l u 的芯片时钟发 生器，系统处理器使用外部1 2 m h z 晶体，由m p l l 产生主时钟，使c p u 工作 频率最高可达到至2 0 3 m h z 。s 3 c 2 4 1 0 a 的时钟控制逻辑m p l l 可以产生满足 c p u 、a h b 总线及a p b 总线所需的f c l k 、h c l k 与p c l k 时钟信号。$ 3 c 2 4 1 0 a 的另一路锁相环u p l l 用于产生实现主从u s b 功能的时钟( 4 8 m h z ) p 0 1 。时钟控 制逻辑可以通过软件方法关闭p l l 以降低系统工作频率或关闭外部总线的时钟 信号，这些措施都有效的降低了系统的功耗。时钟系统如图2 4 所示。 9 武汉理工大学硕士学位论文 2 2 4 复位电路 图2 4 时钟系统电路 复位方式一般包括上电复位和掉电复位。可靠的复位系统是为了保证各个 单元都处于正常工作状态。如果程序“跑飞 或者进入死循环，这时，处理器 就处于未知状态态，需要将系统强行复位。 1 ) 上电复位，保障在上电状态时能系统能够正确地启动。 2 ) 掉电复位，在电源处于无效状态或电压降到某一电压值以下的时候，对系 统进行复位。 具体复位电路如图2 5 所示。 。4 一一 一一。4一7 ”一4 9 “1 一 一4 9+ 4 v 一十 图2 - 5 复位电路 1 0 武汉理工大学硕士学位论文 2 2 5 外存储器接口设计 外部存储器( f l a s h 和s d r a m ) 和a r m 处理器的接口技术在嵌入式最小系统 硬件设计中占有关键的地位。为了有效的提升嵌入式系统的整体性能，可以根 据需要选择合理的接口方式。 常用外存储器简介， n o r f l a s h n o r f l a s h 也称为线性f l a s h ，具有可靠性高、随机读取速度快，具有芯片内 执行的特点，这样应用程序不必再把代码读到系统r a m 中而可以直接在f l a s h 闪存内运行。通常用在擦除和编程操作较少而直接执行代码的场合。n o r f l a s h 的连接图如图2 - 6 所示。 b o ：n 曲 嵋 【吒i b r it ， -臼 【 0 d r tt id 【 0 d r jt j 以dt 【 0 【重 jl 【 c 艘； i d 【 d o r 6t ，d l c o r ，l 埘瞳 l d d r zl i l 7口， l d o r 9 l睫 u 嗷i of 肿聃 c c 】0 t i i o i l d d r l t， oi- l d d r i j4 nd i 【 d o r l 4玉 i d j l d i ； i o 【 c 墩i i l ， o ， 【 o o 窿i i l c 艘i li ， ， l a o o r i 口i t t 【 d o 曰d i 【 d c 疵il a 2 1 1 4 虻 l l d d r t t1 3 i | 慧l _ w e 伯 i t l c 墨 计五 3 y 凳砖，- c 罨 t o c s o 、量伯 k 罗叫 。 k i 嚏谨c r 、 酷t 屺 1 4 j 曼& o ” 1 晤，- r p j 埘 1 幅s i 图2 - 6n o r f l a s h 连接电路 n a n d f l a s h n a n d f l a s h 一般用于数据存储和文件存储，以块为单位进行擦除，是高数据存 储密度的理想解决方案，具有擦除速度快的优点。本系统采用的n a n d f l a s h 是由 三星公司推出的k 9 f 1 2 0 8 u 芯片。k 9 f 1 2 0 8 un a n d f l a s h 片内寻址采用2 6 位地 武汉理工大学硕士学位论文 址形式。从第0 位开始分四次通过f 0 0 一i 0 7 进行，其顺序是：列地址、低位 行地址、高位行地址。具体含义如下：o _ _ 7 位( 2 5 6 ) ：字节在上半部、下半部及 o o b 内的偏移地址；8 位( 2 ) ：值为0 代表对一页内前2 5 6 个字节进行寻址值。 为1 代表对一页内后2 5 6 个字节进行寻址；9 1 3 位( 3 2 ) ：对页进行寻址；1 4 2 5 位( 4 0 9 6 ) ：对块进行寻址1 1 1 】。$ 3 c 2 4 1 0 与n a n d f l a s h 接口电路示意图3 - 5 所示。 图2 7s 3 c 2 4 1 0 与n a n df l a s h 连接示意图 s d k a m s d r a m ( 届t 新亿所以称为d r a m ，就是因为它要不断进行刷新才能保留住 数据，因此它是d r a m 最重要的操作。目前公认的刷新标准时存储体中电容的 数据有效保存期上限是6 4 m s ( 1 m s = l 1 0 0 0 s ) ，也就是说每一行书信的循环周期 是6 4 m s 。这样刷新速度就是：行数量、6 4 m s 。s d r a m 是同步内存，并在接口 信号中引入了c l k 信号，所有数据、地址和控制信号都是和c l k 上升沿对齐 的。此外s d r a m 还在内部引入了一个命令控制器，处理器访问s d r a m 都是 通过向命令控制器发送命令来实现的1 1 2 1 。 2 2 6l c d 模块 l c d 屏要想显示图像，除了l c d 驱动器外还需要l c d 控制器。l c d 控制 器要有外部电路来实现。而$ 3 c 2 4 1 0 a 内部已经集成了l c d 控制器，因袭可以 很方便地控制各种类型的l c d 屏，包括s t n 屏和t i 丌屏。而对于本系统所用 的t f r 屏，$ 3 c 2 4 1 0 a 的l c d 控制器支持单色、4 级灰度、2 5 6 色的调色板显示 1 2 武汉理工大学硕士学位论文 模式，而且支持6 4 k 和1 6 m 色非调色板显示模式，支持分辨率为6 4 0 * 4 8 0 ， 3 2 0 * 2 4 0 及其它多种规格的i _ , c d l l 3 1 。控制器采用直接内存访问方式进行数据的 传送，这样可以使延迟达到最小。$ 3 c 2 4 1 0 a 内的l c d 控制器起到对l c d 所显 示的数据的传送，并对显示信号产生和调制进行控制。$ 3 c 2 4 1 0 a 的l c d 控制 器主要部分框图如图2 8 所示。 s 3 c 2 4 1 0 al c d v d l 7 ：0 v d 7 ：0 】 v 翻融蝴 b a i l ：0 1 v c l kv c l k v u n ei n e v mv m n r e s e t n r e s e t 2 3 本章小结 图2 - 8 $ 3 c 2 4 1 0 a 和l c d 连接示意图 本章主要对电子点餐系统设计中的硬件设计进行了详细介绍。硬件平台的 设计是整个系统的基础部分，占有很重要的地位。主要介绍了点餐系统的主要 硬件组成、作用以及硬件接口电路的设计。硬件单元电路的设计在每个模块中 都起有重要的作用，是硬件设计的重点。整个硬件平台是点餐系统稳定与协调 运行的基础。 1 3 武汉理工大学硕士学位论文 第3 章c o s 。i i 在$ 3 c 2 4 1 0 a 上的 移植研究 3 1 嵌入式实时操作系统 3 1 1 嵌入式操作系统简介 嵌入式系统是以应用为中心，软硬件可裁减的，适用于对功能、可靠性、 成本、体积、功耗等综合性严格要求的专用计算机系统。嵌入式操作系统一般 软件代码较小、具有高度自动化和响应速度快等特点，如果设计体系要求很强 的实时性并且是多任务运行，便可使用嵌入式系统。嵌入式系统通常包括，处 理器、相关的硬件支撑、嵌入式操作系统和应用软件系统。目前，已经有了一 些应用比较成功的嵌入式操作系统产品，如l i n u x ，w i n c e ，肛c o s 等。 嵌入式操作系统除了具备一般操作系统最基本的功能，如任务调度、文件 功能、同步机制、中断处理等外，还有以下特点1 1 4 l ： 1 ) 可装卸性。 2 ) 实时性强。 3 ) 接口统一。 4 ) 操作方便、简单、提供友好的图形g u i 。 5 ) 提供强大的网络功能，支持t c p l p 协议及其它协议，提t c p u d p i p p p p 协议支持及统一的m a c 访问层接口，为各种移动计算设备预留接口。 6 ) 稳定性强。用户不需要干预正在运行的嵌入式系统，因为运行中的嵌入 式系统非常稳定，一般不会出现异常情况。 7 ) 固化代码。在嵌入系统中，嵌入式操作系统和应用软件被固化在嵌入式 系统计算机的r o m 中。辅助存储器在嵌入式系统中很少使用，因此，嵌入式操 作系统的文件管理功能应该能够很容易地拆卸，而用各种内存文件系统。 8 ) 具有良好的移植性。 3 1 2 系统的分类 一般情况下，嵌入式操作系统可以分为两类，一类是面向控制、通信等领 1 4 武汉理工大学硕士学位论文 域的实时操作系统，另一类是面向消费电子产品的非实时操作系统1 1 5 l 。 本设计选用实时性的操作系统。实时系统是指能在确定的时间内执行其功 能并对外部的异步事件做出响应的计算机系统。其操作的正确性不仅依赖于逻 辑设计的正确程度，而且与这些操作进行的时间有关。在确定的时间内，做确 定的操作，是该定义的核心。也就是说，实时系统是对响应时间有严格要求的。 在实时操作系统中，又可以分为不可抢占型内核和可抢占型内核两类。可 抢占型的实时系统一般用于基于优先级的系统设计。它主要起到的作用是利用 内核抢占c p u ，即如果c p u 正在被一个任务占领使用，而有优先级更高的任务 需要使用c p u ，这时内核可以抢占正在运行任务的c p u ，使处在就绪态的优先 级更高的任务得到c p u 的使用权。至于不可抢占型实时操作系统，不可抢占型 内核要求每个任务主动放弃c p u 的使用权，其间不能被高优先级任务抢占。 点餐系统需要很好的实时性，像这种对实时性要求较高的系统就要用可抢 占型的内核，进程( 任务) 都是抢占型的，通过给每个进程( 任务) 设置一个 优先级，当系统中有优先级比当前运行的进程( 任务) 的优先级更高的进程( 任 务) 时，当前的进程( 任务) 执行被中断，并调用调度程序选择优先级高的进 程( 任务) 运行。利用抢占式内核，可以保证高优先级的进程( 任务) 被优先 执行，从而保证系统的实时响应1 1 6 l 。 3 1 3 z c o s i i 的特点 l l c o s 1 i 是一个微型的实时操作系统，包括了一个操作系统最基本的一些特 性，如任务调度、任务通信、中断管理、内存管理等。它的代码完全开放，简 单明了的结构和严谨的代码风格非常适合初涉嵌入式操作系统的人士学习，自 从9 2 年