（通信与信息系统专业论文）基于arm视频采集系统的设计与实现.pdf

中文摘要 摘要 随着计算机技术的不断发展，a r m 技术和嵌入式系统的出现，嵌入式系统的 应用领域在不断发展，它所涉及的领域包括工业控制、消费电子、网络通信、科 学研究、军事国防、医疗卫生、航空航天等方方面面。本文采用理论与实践相结 合的方式，通过对a r m 系统的设计与调试，从而掌握了对嵌入式系统的设计与开 发。 本文采用a r m 9 2 0 t 芯片作为嵌入式系统视频采集的处珲器，详细阐述了嵌入 式系统的设计与开发过程，其中包括： 交叉编译环境的搭建：交叉编译环境是嵌入式开发工具的集合，搭建该环境就 足在系统中编译安装开发工具链。 操作系统内核的移植：内核移植是嵌入式开发的重要部分，移植内核主要是对 内核进行重新配置，使它符合特定系统的需要，然后重新编译生成可执行的内核 镜像文件。 文件系统的移植：文件系统是操作系统对数据进行管理的有效和必要的助手。 移植文件系统包括制作义件系统镜像，在f l a s h 上为文件系统分配存储空间以及文 件系统与嵌入式操作系统的有效配合。 驱动程序的设计：驱动是操作系统与硬件沟通的桥梁，驱动设计就是编写具体 硬件的读写控制函数并向操作系统提供统一的接口。 本文着重介绍了液晶厨驱动程序的编写，u s b 摄像头驱动程序的编译与移植， 以及视频显示程序的编；。最后，通过重新编译移植w e b c a ms e r v e r 应用程序， 实现了网络摄像机。 关键词：嵌入式系统；a r m ；u s b 摄像头；视频采集 英文摘要 t h ed e s i g n & r e a l i z a t i o no f v i d e oc o l l e c t i o ns y s t e m b a s e d o n a r m a b s tr a c t w i t ht h ec o m p u t e rt e c h n o l o g y sd e v e l o p m e n t ，a r mt e c h n o l o g ya n de m b e d d e d o p e r a t i n gs y s t e ma p p e a r t h ea r e ao fe m b e d d e ds y s t e mi sd e v e l o p i n gu n c e a s i n g l y ， w h i c hi n c l u d e s i n d u s t r yc o n t r o l ，c o n s u m p t i o ne l e c t r o n , n e t w o r kc o m m u n i c a t i o n ， s c i e n t i f i cr e s e a r c h ，n a t i o n a ld e f e n s e s ，m e d i c a lt r e a t m e n t ，n a v i g a t i o na n ds p a c e f l i g h te t c t h i sa r t i c l ec o m b i n e st h et h e o r ya n dt h ep r a c t i c eb yd e s i g n i n ga n dd e b u g i n ga r m s y s t e m , w ec a nm a s t e rt h ee m b e d d e ds y s t e md e s i g n t h i sm - t i c l ea d o p t e da r m 9 2 0 tc h i pa se m b e d d e ds y s t e mp r o c e s s o r , a n de n ) a t i a t e d t h ed e s i g na n dd e v e l o p m e n to f t h ee m b e d d e ds y s t e m , i n c l u d i n g ： s e tu pz h ec r o s sc o m p i l i n ge n v i r o n m e n t ：t h ec r o s sc o m p i l i n ge n v i r o n m e n ti st h e n a m eo fa l lt h ee m b e d d e dd e v e l o p i n gt o o l si no r d e rt os e tu pac r o s sc o m p i l i n g e n v i r o n m e n t ，w es h o u l dc o m p i l ea n di n s t a l lt h et o o lc h a i n sn e e d e di nd e v e l o p m e n t t r a n s p l a n to fo sk e r n e l ：t h i si s o n eo ft h em a i nd e v e l o p i n gu n i t so fe m b e d d e d s y s t e m i no r d e rt ot r a n s p l a n tt h eo sk e r n e l ，w es h o u l dc o n f i g u r et h ek e r n e la g a i nt o m a k ei tm e e ts p e c i f i cr e q u i r e m e n t ，a n dt h e nc o m p i l ei ta g a i nt og e n e r a t et h ee x e c u t a b l e o sk e r n e li m a g ef i l e t r a n s p l a n to f f i l es y s t e m ：f i l es y s t e mi st h ee f f e c t i v ea n dn e c e s s a r ya s s i s t a n to f a o p e r a t i n gs y s t e mt om a n a g et h ed o t & t r a n s p l a n to ff i l es y s t e m si n c l u d e sm a k i n gf i l e s y s t e m si m a g e ，a s s i g n i n gt h em e m o r yf o rt h e mi naf l a s hc h i p ，a n dv a l i dc o o p e r a t eo f f i l es y s t e ma n dt h ee m b e d d e do s d e s i g no f d r i v e r s ：d r i v e ri st h eb r i d g eo f o sa n dh a r d w a r et oc o m m u n i c a t ed e s i g n o fd r i v e r si st ow r i t ef i m c t i o n sw h i c ha r eu s e dt or e a d ，w r i t ea n dc o n t r o las p e c i f i c h a r d w a r e ，a n dt oo f f e rac o m m o ni n t e r f a e ef o rt h eo s t h i sa r t i c l ee m p h a s i z e so ni n t r o d u i n gt h ep r o g r a m m e ro fl c dd r i v e r s ，c o m p i l i n g a n dt r a n s p l a n to fu s bc a m e r ad r i v e r s ，a n dc o m p i l i n gt h ep r o g r a mo f v i d e od i s p l a yi n t h ee n d ，c o m p i l i n ga n dt r a n s p l a n tt h ew e b e a ms e r v e ra p p l i c a t i o n ，r e a l i z et h en e t w o r k c a m e f a 英文摘要 k e yw o r d s ：e m b e d d e ds y s t e m ；a r m ；u s bc a m e r a ；v i d e os a m p l e 大连海事大学学位论文原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重声明：本论文是在导师的指导下，独立进行研究t 作所取得的成果， 撰写成硕士学位论文“基fa r m 视频采集系统的设计0 实现”。除论文中 已经注明引用的内容外，对论文的研究做出重要贡献的个人和集体，均己在文中 以明确方式标明。本论义中不包含任何未加明确注明的其他个人或集体己经公开 发表或未公开发表的成果。 本声明的法律责任山本人承担。 论文作者签名：同卞藩w 7 年3 月】牛日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者及指导教师完全了解“大连海事大学研究生学位论文提交、 版权使用管理办法”，同意大连海事大学保留并向国家有关部门或机构送交学位 论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大连海事大学可以将 本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，也可采用影印、缩印或 扫描等复制手段保存和j r ：编学位论文。 保密口，在年解密后适用本授权书。 本学付论文属于：保密口 不保密文请在以上方框内打“、，一) 签弓师年 导1 x ，最：f 期司日 名签者阼文论 基于a r m 视频采集系统的设计与实现 第1 章绪论 1 1 课题背景 随着嵌入式系统不断地发展，它所涉及的领域包括工业控制、消费电予、网络 通信、科学研究、军事国防、医疗卫生、航空航天等方方面面。我们所熟悉的电 严产品几乎都可以找到嵌入式系统的影子。随着a r m ( a d v a n c er i s cm a c h i n e s ) 技术的推广，嵌入式芯片从原来的8 位、1 6 位等升级到了3 2 位，嵌入式领域的发 展展现了一片新的天地。l i n u x 操作系统以其源代码的开放性、可裁减性，对多处 理器的支持，尤其是a r 体系结奉句的广泛支持，以及对多任务多文件系统的支持， 解决了限制嵌入式系统发展的软件瓶颈问题。 嵌入式系统设计是一门综合性的课程，涉及电子、计算机、自动控制等诸多专 、f k 知识，综合性强，可包括微机原理、单片机设计、操作系统等课程内容。嵌入 式系统设计需要软件和硬件紧密配合，协调工作，共同完成系统的预定功能。 1 2 系统设计思路 嵌入式系统波计中微处理器的选型非常重要。目前市场上有各种型号的a r m 芯片，从c p u 处理速度，技术指标以及软件支持工具上进行选型，选择了三星公 。d 的a r m 9 芯片$ 3 c 2 4 1 0 。由于a r m 9 芯片的封装基本上都是b g a 封装格式， 由于受条件的限制，电路板的设计、制作以及芯片的焊接都比较困难，因此采用 购买核心板的方式，这样就可以根据设计的需要来制作底层板，这样可以节省成 本，并且只要接口相同，同一块核心板可以用在不同的底板上。 图1l 是购买的华恒公司的a r m 9 核心板的实物图。核心板上有1 6 m b 的f l a s h 、 6 4 m b 的s d r a m 和三星的a r m 9 芯片s 3 c 2 4 1 0 ，核心板接口采用d i m m l 4 4 标 准接口。本设计的系统框图如图l2 所示。核心板区域主要是焊接连接核心板的 d i m m l 4 4 插槽；电源转换电路主要是将外部输入的电压转化为电路板上需要的 33 v 和5 v 电压，采用的电源芯片为l m l 0 8 6 一a d j 和l m l 0 8 6 33 v ，l m l 0 8 6 a d j 卜要是将外部输入电压转为5 v ，5 v 电压可以给液晶屏供电，l m l 0 8 6 33 将5 v 第1 章绪论 电压转为3 3 v ，给电路板l 的其他器件供电；网络接口部分使用了d m 9 0 0 0 芯片， 实现嵌入式系统的网络连接功能；串口区设计了2 个串口，其中串叫1 用作交叉 编译环境的调试信息输出口，串口0 作为扩展用。 图11 核心板实物图 f i g u r el 1p i c t u r eo f c o r eb o a r d i - ：二一l_ 二三：一- 一_ 一_ 一。一。：三一。 f。一。 l i 一：一l - 一。 二二二- 二二二i 。一_ j 簪t f t ；r 一一一一一一 ；核心板 1一ji i r 一。一。一。一。一。一i! 核心板 ! ! ； 忙二= 一k 爱 - - - - - u s b _ ：e ll i ! ! i m 叫ji i 。二，= 。二。之二_ 二：二：二：二o ! = l 三。二 t f t 液晶屏接l 用来接t f t 液晶屏：u s b 接口区，u s b 主接口宅要是用来接u s b 摄像头，u s b 从接l j 作扩展使用。 i lja r m 视频采集系统的设计与实i 地 在软件方面，经过比较，决定采用p p c b o o t 作为引导装拔器，采用a r m l m u x 作为嵌入式操作系统，采川r a m f s 、j f f s 2 和c r a m f s 作为史件系统，j e q j f f s 2 足町写的日志型文件系统，州以在该文件系统中存储l 【台j 时数缸c 。软件部分除了以 i 各个部分的移机外，迅也 升发环境的搭建，液晶驱动稃 卜编写，u s b 摄像又 鼾动的实现以及捌应的 i ! 小稃序的编写。 1 3 论文的意义 目前，嵌入武系统作为个新兴的技术，正确：贯穿实阿；应川的各个钡域。确个 | | 界，有1 0 0 多咏半导仆公州经a r m 公司授权，t 产各j - t q ：j 包的芯片。本没i f 以 f 啦频监控系统为硎究7 fj i ：，遽过具体的软硬件系统设计，熟恳嵌入式系统的软蚀 f 1 开发过程，掌掷嵌入，系统升发的基本技术。本文所研究的内容，适应当自u ： 严技术的发展与史新，jl 仃定的研究价值。 第2 章嵌入式系统概述及、r m 介绍 第2 章嵌入式系统概述及a r m 介绍 2 1 嵌入式系统的定义 什么足嵌入式系统( e m b e d d e ds y s t e m ) ? 广义地沂，j l 圯不用于迎川h 的n 0 i j 编程训算机设备，就i j j 以弹足嵌入式计算机系统。举例水说，个人计勇机( p c ) 小足种嵌入式系统，川为它是用于通用目的的系统。f i 儿电话系统! j 9 c 是乐川 个人计算机技术矬妒的嵌入上弋i i 算机系统，最典掣的嵌入，系统如手机、町戳i u 【 等；另外还有此嵌入式系统采用特殊的微处理器，如传爽帆、打e 机i ；。 狭义上而吉，嵌入- 系统是指咀应用为核心，计算机技术为基础，软硬r 川 找减。对功能、i j 靠一h 、成本、体积和功耗严格要求的专川i i 锋机系统。一般的 嵌入式系统的设i 1 过程足：从产品定义开始，接着进行嫂f ，l 设汁，然厉将软r i 政 操作系统移植到6 史什卜，j i ：f l 进行应用程序的开发，最历纾过测试与调试后即j i 始销售或使用。 根据i e e e ( | 1 | 际电7l 和 乜了工程师协会) 的定义：嵌入- 系统是“ jj 拧i | j f 】、 ；湓事或者辅助探作杉l 器f 发备的装置”( 原文为d e v i c e su s e dt oc o n t r o l ，m o f l l t o r ， o ra s s i s tt h eo p e r a t i o no f e q u i p m e n t ，m a c h i n e r yo rp l a n t s ) 。可以“- f f j 此定义从啦川i 虑，嵌入式系统足软r 利硬什的综合体。 2 2 嵌入式系统的特点 作为专用计算机系统的嵌入式系统与通用计算机相比，j l 仃以下几个蕈= 要 i ： ( 1 ) 系统内核小 由于嵌入式系统般足应用于小型电子装置的，系统资源牛对有限，所以内予幺 较之传统的探作系统婴小得多。 f 2 ) 专用性强 嵌入式系统的个忖化很强，其中的软件系统和硬件的结合| j 常紧密，股要 i 刈硬件系统进行移植，【 【j 使仡同一品牌、同系列的产l 川- 也i 薪要根引系统艘r l i lj r 视频采集系统的设i f 与寅现 旧变化和增减小断进i j0 收。同时针对不同的任务，往行i i 篮尉系统j 仃较人史 i2 ，程序的编详p 拔眨1 1 系统相结合，这种修改和通用软f ，i 的“升级”是完伞小 i 帕概念。 ( 3 ) 系统精简 嵌入式系统帔没fj 系统软件和应用软件的明髭l x 分，小篮求其功能发计及。1 ：l 腿卜过卜复杂，返样nj i l l 利j ：控制系统成本，l 丌j 时卡利j 艾现系统安个。 ( 4 ) 高实时俐o s 这是嵌入式软的j i 夺盐求，r 毗且软件要求刚念存储，以 足r 岛速度。软件代n ， 埋求岛质量和高j ；：r i 、戈州忡。 ( 5 1 嵌入式7 i 发走川h h i 化 宵此嵌入式j i ，用柑吁，i j 以没有操作系统直接在芯片 运j j ，但为了合胛地调他 乡任务、利用系统资源、系统函数以及和函数库接口，j i 发存必须自行选酰r t o s l r e a l - - t i m e r o p e la t m gs v s t e m ) 开发平台，这样才能保h l ：n ! l i - 执行的实叫。r 、j 。f ，并减少歼发叫问，n ! ：v 软件质量。 ( 6 ) 嵌入式系统斋盐f 发i ：具和环境 由于基本不其备 j1 外发能力，即使设计完成以后，川户通常也不能对其r 0 i i t 序功能进行修改，必坝仃套开发工具和环境才能进行j f 发。这些 贝和环j ，f 殷是肇于计算机 ：的4 0 艘“没备以及各种逻辑分析仪、泓台信号示波器等。j ih j _ f 手往仃主机年 机、n 慨念，手机用于稃序的扦发，i l | ，j 机作为由2 瓜的执ij 仉，开发时斋要，爻替幺i ，j f 进行。 3 常见的嵌入式操作系统 嵌入式操作系统n j 以分为商_ i j 型和免费型。商用型的实探f 1 = 系统功能程定、，r j ，蠢，宵完善的技术支 j 川1 1 j i 一服务，但往往价格昂贵。免赀j p 的实时搽作系统订 价格方而具囱优坍， 喽( i l m u x j j = t luc o s ，但稳定性j j 】k 务r i 存在挑战。目6 娟t 吧的嵌入式操作系统仃】：c f | r 儿个： ( 1 ) v x w o r k s 稚2 亭嵌入式系统概述及介钎 v x w o r k s 探f 1 系统足父r , w m d r w e r 公司于1 9 8 3 年改i fj i 发的一种嵌入式实叫 j 兼作系统( r t o s ) ，j 仃良好的持续发展能力、岛忭能的内卡幺以及友酊的j j ，1j l 发环境，在嵌入式实i i - j 探f 系统钡域牢牢山据着一席之地。v x w o r k s 所 仃的 i 特点足；可铝忭、灾时州1 = i in r 裁减性，而f j 它支拍多种处j q l 器，女f f x 8 6 、1 9 6 3 、s u n s p a r c 、m o t o r o l am c 6 8 x x x 、m i p s 、p o w e rp c 等等。人多效| ，e ；j v x w o r k sa p i 足0 0 的，火星机器人使川的i l j c 足v x w o r k s 操作系统。 ( 2 ) w m d o w s c e w m d o w s c e3o 足种t f 对小容量、移动式、智能化、3 2 i ；r 、连接设箭的板坎 化实h j 嵌入j 弋操f 1 系统。针对掌l ：设备、无线设备的动念胁川柑序和服务提f j i 了 种功能 二富的探作系统1 7 台，w l n d o w s c e 嵌入式小够实叫，槲于软实h j 垛f 1 系 境。南于其w m d o w s 背景，界曲比较统一认可。操作系统的上l 小内核需要午，) 2 0 0 k i j r o m 空问。 ( 3 ) p a l m o s p a l mo s 足蒋名的h 络设备制造商3 c o m 旗下的p a l mc o m p u t m g 掌电脯公川 h j 产品。p a l mo s 在p d m b - 场j 二占有很大的市场份额，il 酊j 1 眨与w i nc e 进“激 烈竞争。 ( 4 ) q n x q n x 足加争人q n x 公，j 的j ”品。它足舀，x 8 6 体系上j l 技f i 来的，驯的女f 多 r t o s 都足从6 8 k f l 7 , j c p u | f n f 丌发成熟，然后再移植至1 x 8 6 体系l ：面米的。q n x “i 个实州的、司扩充的探f 1 系统，它部分遵循p o s i x x i 父杯，由于q n x 贝f i 泊i 人的图形界面功能，队i 此很适合作为桃顶盒、手持设备( 丁。i u 脑、手牡l ) 、g p s 躞各的实吲探作系统使川。 ( 5 ) l a c o s m m r oc o n t r o l l e ro p e r a t i n gs y s t e m ，微控制器操作系统它是南又 i 入j e a n l a b r o s s e1 9 9 2 年完成的。应川向覆盖了诸多领域如照卡 机、队，器械、出。u 日设备、 z 乏动机控制、高速公路i 【i 话系统、自动提款机等。1 9 9 8 i - 丁f 级剑l a c o s 一1 1 ，2 0 0 0 l ：，得剑美国航。管，4 ( f a a ) 的认证，可以用于飞 j 器j 。 j lj 、r 视频采集系统的设i l 与实现 ( 6 ) 嵌入式l m u x l m u x 的核心址山l m u st o r v a l d s 在1 9 9 1 年开发出来，j i ：放纠叫络上供人家 4 k 学习使用。开放i j ! ；! 代码，内核小、功能强大、系统健斗 、效卒高、易j 裁减。，- j 以支持数十种c p u 芯i 。嵌入式l m u x 就足指对l m u x 经过小犁化裁减后，能够l e 1s e 亿容量只有几百k 节歧j l 兆字节的储存器芯片中，用】特定嵌入式场合的专川 l m u x 探作系统1 1 1 1 2 1 1 1 1 1 4 i 。 2 4 选择l i n u x 的原因 以上常见的嵌入式操f 系统，虽然提供了很多高级的功能，如图形月j 户界州和 l 、q 络支持，但这- 叱号川操作系统鄙是商业化产品，其岛b l j 的价懈使许多低j * ， 旧小公司望而却步：矶 1 i j , 9 , 鸦封闭性也大大限制了丹发析的年5 极性。另外，结合 伐【日幽情，当前刚家刈ni 探作系统的大力支持，也为源代外放的l l n u x 构抑j t 供了广阔的发j 隧f i l j j ；：，逸f l l n u x 有以下几个原闪： ( 1 ) 町应用寸彩种f 幔、i7 台。l m u x 已经被移植到多种硬彳1 1 7 台，这刈受 销、 叫问限制的研究o o 开发j ! j ! 1 足很何吸引力的。可以香：标准、，臼i ：开发然后移桕纠 j 体的硬佴上，j i l l j 陕了软f 1 j 硬佴的开发过程。 ( 2 ) l m u x f i j 以随意n 勺雌竹，不需要任何的许可汗或向家的合作关系。l l f 卜一的 f | j | j 足开发者必须做刘l m u x 十 区有益的改动。 ( 3 ) 它足免费的，沈代码町以得到，这是最吸引人的。，2 无疑问，这会节省人 ：f ：的升发费用。l m u x l l i 外就是一个自由、开放的e i 目。 ( 4 ) 优秀的州络支舶，微内核直接提供网络支持，而不必像其他操作系统篮外 j t c p i p 协议包。 ( 5 ) l m u x 高度使块化f ：汝加部件非常容易。 ( 6 ) l m u x 在台j l ：yl fhj 成功，也保证t l m u x z t 嵌入- 系u1 1 的辉煌f j i j 。 基一j _ l m u x 的嵌入j l 抓f 1 系统常见的有a r m l l n u x 、r t l m u x 和1 1c l i n u x 等。小 。殳i f 中选择a r m l m u x f l 为操作系统6 1 。 2 5a r m 介绍 锄2 节嵌入式系统概述及介绍 a r m 即a d v a n c e dr i s cm a c h i n e 的缩写，既呵以认为址个公司的幺# ，也 r ，以认为是对一类微处川1 器的通称，还可以认为足一种技术的名字。 a r m 公司， l ! = 0fj 从jrj i lj - r i s c 技术芯片发；i 片发的公川，作为知u 铲一权【 心商，本身不直接从事芯”，t 产，靠转让设计许町由含f 1 ：公，i j 乍产各： 【牛| j 包的芯 j i ，世界各大半导体生广j 。尚从a r m 公司购买其设讨的a r m 微处理器核，袱j l f ： 许f j 不 叫的应用领域，加入通“1 的外围电路，从而形成f iln ( ja r m 微处邢； ： 芯j i 边入市场。i jf i ，个世界仃儿1 一家人的半导体公司都使j l ja r m 公司的授权i 州此， l 见使得a r m 技术获得殳彩的第方工具、制造、软什支拍，辽披整个系统成小阶 f 工使产+ 品吏容易进入f lj 场破消费吝所接受，更只f 竞争力。 采用a r m 技术知u 扩十义( i p ) 核的微处珲器，即我们迎佑所说的a r i d 微处 ，| ，器，已遍及1 ：q p 控制、_ j j 货炎电子、通信系统、州络系统，无线系统等各炎f 一h 仃场，望ra r m 投术i j ，j 微处理器的应用约占据了3 2 位r i s c 微处，i l 嚣7 5 以 二的i h 场份额，a r m 技术l f ：在逐步渗入到我们生活的各个厅“，采用r i s c 架构 l i ：ja r m 处理器收具仃i 人特点： ( 1 ) 小体积，低功耗，饭成本，赢性能。 ( 2 ) 支持t h u m b ( 1 6 忙) a r m ( 3 2 位) 双指令集，能很女川0 兼容8 位1 6 伊搽 。 ( 3 ) 全球众多的合f i , l m ：1 1 1 1 7 i 。 25 1a r m 处理器系列 a r m 处理器 i i i 也 以卜儿个系列：a r m 7 系列，a r m 9 ，a r m 9 e 系列， r m l 0 e 系列，s e c u r c o r e 系列，i n t e l 公司的x s c a l e 和s t r o n g a r m 等等。琮了j 7 r a r m 体系结 4 j ( ( j jl 特点以外，每个系列的a r m 微处驯器郜有各f l 的特点椰 啦朋领域。在所仃系列f 1 ，a r m 7 、a r m 9 、删1 0 e 为4 个通j f j 处理嚣系列， ：j 个系列提供一 ：榭划独 的性能柬满足4 i 同应用钡域的j i 水。s e c u r c o r e 系列【， j 为安全要求较“的膨川向设计。x s c a l e 系列忖能l 岛达1 2 0 0 m i p s ，功托测b ：为 u w m h z ，并且所仃体系纪陶兼容1 3 1 。 址j 、聃视频采集系统的设i l 与宜现 a r m 9 系列处岬z ：已n 高性能和低功耗特恬方面挺供了 佳的件能。它j 【仃 以下特点： ( 1 ) 5 级整数流水指令执行效率更高。 ( 2 ) 提供1l m i p s 、i l t zf f j 哈佛结构。 ( 3 1 支持3 2 俯的 生a m b a 总线接口。 ( 4 ) 全。阽能的m m i 支 、 w m d o w s c e 、l m u x 、p a l mo s 等多种主流嵌入探 ，1 | 系统。 ( 5 ) m p u 支持实传j ，o f 系统。 ( 6 ) 支持数据c a c h e 剐指令c a c h e ，具有更高的指令和数j i l ：处理能力。 a r m 9 系列微处刑h 包含a r m 9 2 0 t ，a r m 9 2 2 t 和a r m 9 4 0 t ，以适j 于小| l i ：j 1 , 9 应用场合。a r m 9 2 0 i 利a r m 9 2 2 t 采用双8 k b 的c a c b e ，之持仝性能的m m u ， r m 9 4 0 t 采用烈4 k b 晌c a c h e ，内霞保护单元。它们为婴水憧拟存储管删! 和1 复杂 内彳保护提供了个一：能的处理方案，叮以用j 。高竹能尤 k 心 j 、网络，图像、 l j 视频编解码等疗面。 本次设计采川s a n ? - , t m g 公司的$ 3 c 2 4 1 0 即属j 二该系剁的处岬器。 252a r m 体系结构 传统的c i s c ( c o m p l e xi n s t r u c t i o ns e tc o m p u t e r ，复杂指令集计算机) 结构f 1 f e 同有的缺点，随着i f ”机技术的发展而不断引入新的复杂f | ，j 指令集，为支扎返 一i 弋新增的指令，t l 锋卡j l ! 1 仆系结构会越来越复杂。然咖，以c i s c 的指令集的再种 j 彳令中，其使用频率一 | 彳怂殊，大约有2 0 的指令会破反复使用，dr 整个 m ： 代码的8 t y , 4 ，而余f f i q8 0 的指令却不经常使用，自群序波i f ，t , r 占2 0 。显然， 这种结构不太合理。 基于以上的小合列1 9 7 9 年美国加州大学f f l 克利分校扭m 了r i s c ( r e d u c e i n s t r u c t l o ns e tc o m p u t cr 秭简指令集计算机) 的概念，r i s cj i1 i - r 是简单地、“k ，指令，而是把 i 眼j ，z 存了如何使计算机的结构更加简 、f 1 合理地提 ：，运算逃f 生 1 。r i s c 结构优先选l ，他川频率最高的简单指令，避免复尔指令；将指令k 嫂 讹2 章嵌入式系统概述及介绍 j c ，指令格，和、址厅，l 种炎减少；以控制逻辑为 ：小川戚少用微6 q 抒制* j h 世柬达到 i 述h 们。 刨h 劬为止，r i s c 体系绵构也还没有严格的定义， 舭认为，r i s ( 体系毛l ，十；：| f t 只有如下特点： ( 1 ) 采j 1 j 叫定k 发的 旨令格式，指令灿整、简誓、丛本、地疗式有2 3 种。 ( 2 ) 使刚甲川删指令，使r 流水线操作执行。 ( 3 ) 大掣使 j 奇存器，数掘处胄f 指令只对寄存器进i j 探f 1 ，只有加级、存储 r 夸”，以访问存储器，以抛r 岛 亍令的执行效率。 。j 然，和c i s c 架构j r i 比较，尽管r i s c 架构有上述的特a ，f il 决小能认为r i s ( 1 埭构就可以取代c i s c 架陶，j 实上，r i s c 和c i s c 子仃优势，l i j 且界m 门不删么 j j 硅。现代的c p u j _ i r 求i i j c i s c 的外n ；l ，内部加入了r i s c 旧特性，如超k 指令 q 、c p u 就足融合了r i s c 年| c i s c 的优势。a r m 体系2 i i j 物纠，r 了r i s c 纷孥勾。j ! r r 加拔和彳，储指令町以圻m 行能器，数掘处理指令只剥寄打器的内容逊 j 煤f 1 ：。 川州a r m 体系禽弁了r i s c 寄存器窗l j ，延迟聋专移和所仃t 川弁令周期a r m 体 毳结构目前坡公认为足qj ，崧钡先的3 2 位嵌入式r i s c 微处删器结构。所f fa r m 处 一i j ! 器共亭这一体系结构。l i l 】确保了丌发者转向史高性能的a r m 处理器州，仉4 上可以得到更人的报i 。 2 6 嵌入式系统的应用 ( 1 ) 嵌入式系统在无线通信领域的应用有手机、小灵通、钾能手机等，8 5 0 o u , i 的无线设备( 丁饥等) _ | j 采用了a r m 技术，砬向3 g 丁f 级过程中，a r m 的地 f ，也非常稳i 占j 。嵌入】f i ，j h 如21 所示。 ( 2 ) 嵌入式系统在消优炎电子中的应用迅速增 乏，如放7 “频播放器( r a p 3 ) 、 孜视频插放器( m p 4 ) 、数产机顶盒和游戏机等。 甚1 、r 视频采集系统的设计与寅现 i j 塞| 2 1 嵌入式应用图 f i g n r e2 ip i c t u r eo f e m b e d d e ds ) s t e ma p p h e a t l o n ( 3 ) 嵌入式系统也& ：j 7 家庭网络应用越来越广泛，数。，客斑叫络是通过无线j 上 术将家庭内的各种智“l i t , 彖f 乜和网络设备连接在一起，包括无线媒体接收器、无线 鹱录像机、无线投影j 而z 器、无线音箱等。华恒公司关j ：数j ：魑体解决力案如h 22 所示2 1 。 l 冬| 22 华恒数字网络整体解决力案 f i g u r e22s o l u t i o no f h u a h e n gd l g m a ln e t x o r k 第2 章嵌入式系统概述及、脯介绍 ( 4 ) 嵌入式技术在交j 亘竹蝉、环境监测中的应用1 9 1 1 1 0 j 交通臀珥j 存4 ：辆吁舰、流驴控制、信息舱测与汽1 ：眦务们面，日i 衲g p s 设 备已经从，：瑞广协进入了酱通e i 姐的家庭，只需婴儿r 几 水文资料实时骱测，防洪体系及水仁质量监测、堤j 扒宜伞，地足：豁删m ， 实时7 t 象化息叫，水源和窄气污染j 瞌测。 加油站 停车场管邶 ( 5 ) 嵌入式系统在! 他领域也自着广泛的应用，如工u p 拧：| j j j 、海量存储诱：备( 微 掣l l j 存卡) 、成像没备( 包含a r m 技术的数码孝h 机和数 i 1 5 jl qj l , i d 以及安全f “t l ( 3 2 位s i m 智能| ) 笛， 2 7 本章小节 本章介绍了嵌入式系镜的，| 念，阐述了一些常见的探f 系钪，并分卡j i 了i ：次l 殳 【i 巾选择l i n u x 胤仵系统i l 虬l 冈，对a r m 对了个全国5 的介 m 最后绐了嵌八 ，。系统的巢型应 j 。 址j 、r m 视频采集系统的设i f 与实现 第3 章s 3 c 2 4 1 0 微处理器 3 1 $ 3 0 2 4 1 0 芯片介绍 $ 3 c 2 4 1 0 微处理器址款由s a m s u n g 公司为于持设备发训f j ：j t 氐功耗、高集成慢 | l j 瑟于a r m 9 2 0 t 亥n 7 j7 i 处胛器，芯片集成了大量的功能【f l 儿，包括： 内部1 8 v ，存器33 v ，外部i 0 33 v ，1 6 k b 放捌c a c h e ，1 6 k b 指令 c a c h e ，m m u 。 内置外部打储”拧制器( s d r a m 控制和芯片选抒逻驯) 。 l c d 控h ，0 ； ，个l c d 专用d m a 。 4 个带外挪请爿、k 的d m a 。 3 个通用片步 i 一“* l j ( i r d a l0 ，1 6 - b y t e t xf i f o ，a n d1 6 - b y t e r xf i f o ) ， 2 通道s p i 。 一个多二j ：1 2 c _ k ，一个1 2 s 总线控制器。 s d 主接l j 版本l0 年多媒体号协议版本21 1 兼容。 两个u s b h o sr ，。个u s b d e v i c e ( v e r l l ) 。 4 个p w m 定h 、 和个内部定时器。 看j 狗定h 0 器 1 1 7 个通川i o 2 4 个外部i i 晰 电源控制梭式： 1 、h i ：、慢速、休眠、调电。 8 通道1 0 他a 【) ( 1 和触摸屏接口。 带日历功能的。0 、j 叫钟。 芯片内置p l l 设计用于于拍：! 卉和通h j 嵌入式系统。 1 6 3 2 位r i s c 协彖纪构，使用a r m 9 2 0 tc p u 核的姒人指令集。， 带m m u 的先也体系结构支持w i n c e 、e p o c 3 2 、l m u x 。 第3 审s w 2 4 1 0 微处珲器 指令缓存( c a c h e ，、数捌缓存、写缓存霹 物p 4 地川t a g r a m ，减少了 对 存储器带宽和，r if i - ( i q 影l 响。 a r m 9 2 0 tc p u z 支 a r m 调试的体系结构。 内部先边的住托，引擀总线( a m b a ) ( a m b a 2 0 ，a b b a p b ) l ”i 。 圈3i $ 3 c 2 4 1 0 结构椎图 f i g u r e3i $ 3 c 2 41 0b l o c kd i a g r a m 1 4 址j 。视频采集系统的设i 与寅现 -_-_-一一 $ 3 c 2 4 1 0 集成了i i 【协功能的r t c 和具有p l l ( m p l l 和u p l lj 的芯j 1i i j 砷发生器。m p l l 产q ，寸t 1 i ，能够支持处理器工作频率最岛丛剑2 0 3 m h z 。u p l l r 。生实现主从u s b 功 旧f j j 钟。利用$ 3 c 2 4 1 0 资源和强人的 理功能，可以轩松 地进行各种嵌入八系毛l t 0 发计开发。$ 3 c 2 4 1 0 结构桕图如图3l 所示。 3 2 $ 3 0 2 4 1 0 系统管理 $ 3 c 2 4 1 0 支拍夫、，j 、甜i ! 式，将存储空间分成82 p t ( b a n k ) ，组大小足12 8 m b ， l t fl g b 。如图32 月i 、ic , i 。 o x f f f ff f f f o x 6 0 0 00 0 0 0 0 x 4 8 0 00 0 0 0 o x 4 0 0 0o f f f 0 x 4 0 0 00 0 0 0 0 x 3 8 0 00 0 0 0 0 x 3 0 0 00 0 0 0 0 x 2 0 0 0 0 0 0 0 o x l 8 0 0 0 0 0 0 0 x o l 0 00 0 0 0 0 x 0 8 0 00 0 0 0 o x 0 0 0 00 0 0 0 0 m i0 1 2 0 l ，l o o m 1o 卜0 1 ，1 0 未使用 j 功能 寄存器存储区 b o o t s r a m ( 4 k b ) s r o m b a n k 7 ，n g c s 7 ) s r o m ( b a n k 6 ，n g c s 6 ) s r o m fb a n k 5 ，n g c s 5 ) s r o m b a n k 4 ，n g c s 4 ) s r o m b a n k 3 ，n g c s 3 ) s r o m b a n k 2 ，n g c s 2 ) s r o m b a n k l ，n g c s l ) s r o m ；b a n k 0 ，n g c s 0 ) 未f 止川 0 川j d 能 寄存搽n 储区 木他川 s r o m ( b a n k 7 ，n g c s 7 ) s r o m ( b a n k 6 ，r l g c s 6 ) s r o m ( b a n k 5 ，n g c s 5 ) s r o m ( b a n k 4 ，n g c s 4 ) s r o m ( b a n k 3 ，n g c s 3 ) s r o m ( b a n k 2 ，n g c s 2 ) s r o m ( b a n k l ，n g c s l ) 0 - l i i j n a n df l a s h 启动 i 史用n a n df l a s h 启动 h32 $ 3 c 2 4 1 0 复位后存储器映鲥图 f g t u c3