（计算机应用技术专业论文）基于gprs网络的控制系统研究与应用.pdf

江苏大学硕士学位论文 摘要 g p r s 网络在我国已经投入商业运行，加上近年来以a r m 为代表 的3 2 位微处理器迅猛发展和因特网在我国的普及，为以高性能微处 理器为核心，利用g p r s 网络和因特网实现嵌入式系统的无线数据传 输提供了必要条件。 本文设计并实现了以s 3 c 4 4 b o x 为微处理器，利用g p r s 网络与因 特网主机进行无线数据通信的嵌入式系统( 以下简称为g p r s 上网控 制器) ，并成功地应用在金库门监控系统中。 这种方案克服了以s m s 方式和自各电台方式进行无线数据通信 的嵌入式系统的不足，在实时性和可靠性方面有了长足的进步，由于 采用了3 2 位a r m 7 t d m i 核微处理器s 3 c 4 4 b o x ，系统的多方面性能有 了很大的提高。它可广泛应用在水利，交通，银行，电力，海关等领域， 实现远程实时信息的采集、监测和控制。 论文主要工作集中在g p r s 上网控制器的软硬件设计、在金库门 监控系统中的应用以及整个系统的测试上。具体工作如下： ( 1 ) 分析了微处理器s 3 c 4 4 b o x 和g p r s 模块m c 3 5 i 的特点，设 计了g p r s 上网控制器的硬件系统。 ( 2 ) 在s 3 c 4 4 b o x 中移植了u c o s i i 实时嵌入式操作系统。特 别地，在s 3 c 4 4 b o x 的支持下，扩充了u c o s - i i 的功能，成功地在中 断服务程序中实现了发送信号量的同时立即进行任务切换的功能，它 是保证整个系统具有最大实时性的关键技术。 江苏大学硕士学位论文 ( 3 ) 研究了p p p 协议的工作原理和交互过程，重点设计了p p p 包的接收算法。 ( 4 ) 在u c o s i i 的支持下，用i p 任务、t c p 输入任务、t c p 输 出任务、t c p 定时器任务在s 3 c 4 4 b o x 中实现了t c p i p 协议栈。在i p 任务中，设计了i p 数据报分片的重组算法；在t c p 输入任务中，实 现了t c p 报文段的失序重组、流量控制和拥塞处理，并根据实测的 t c p 报文段r t t 样本值，初步探讨了提高g p r s 环境下t c p 性能的方 法；在t c p 输出任务中，设计了t c p 输出状态机，并采用了消息驱动机 制；在t c p 定时器任务中，设计了特定的数据结构，可以满足各种时 延事件的定时要求；此外，还增加了g p r s 环境下t c p 连接的“保活” 功能。 ( 5 ) 实现了个金库门监控系统，作为g p r s 上网控制器的具体 应用。设计了一种g p r s 上网控制器与数据采集终端进行可靠通信的 协议和算法，最后通过了综合测试。 关键词：嵌入式系统，a r m ，g p r s ，p p p 协议，u c o s i i ，t c p i p 协议 江苏大学硕士学位论文 a b s t r a c t g p r sn e t w o r kh a sb e e nr u n n i n gc o m m e r c i a l l yi nc h i n a ，g i v e nt h e r a p i dd e v e l o p m e n to fa r m ，w h i c hi sat y p eo fa d v a n c e d3 2b i t sm c u c u r r e n t l y , a n dt h ee x p a n d i n go f n t e m e t ，i tm a k e st h ee m b e d d e ds y s t e m w h i c hi sb a s e do nh i g h p o w e r e dm c ua n dt r a n s f e rd a t at h r o u g hg p r s n e t w o r ka n di n t e r n e tp o s s i b l e f o rt h i sr e a s o n ，t h es c h e m et or e a l i z et h ee m b e d d e d s y s t e mb a s e d o n s 3 c 4 4 b o xa n dg p r sn e t w o r k ( c o n t r o l l e rb a s e do ng p r s ，f o rs h o r t ) i s r e s e a r c h e d ，a n di th a sb e e na p p l i e dt o ac a s h - d o o rc o n t r o l s y s t e m s u c c e s s f u l l y i nt h es y s t e mb a s e do ns m so rb r o a d c a s t i n g - s t a t i o n ，t h et a r g e to f r e a l t i m ea n dr e l i a b i l i t ys e e m sd i f f i c u l tt og a i n f o r t u n a t e l y ，t h ec o n t r o l l e r b a s e do ng p r sc a no v e r c o m et h e s ed i f f i c u l t i e s i na d d i t i o n ，s 3 c 4 4 b o x ， w h i c hh a st h ea r m 7 t d m i c o r e ，i su s e di nt h i ss c h e m e ，a n di tm a k e st h e c o n t r o l l e rh a v e g r e a ta b i l i t i e si nm a n ya s p e c t s t h ec o n t r o l l e rc a nb eu s e d i nw a t e rc o n s e r v a n c y 、t r a f f i c 、b a n k 、p o w e ra n dc u s t o mt og e ta n dt r a n s f e r r e a l t i m ed a t at i m e l y t h e s i sm o s t l ye x p a t i a t et h ed e s i g no fh a r d w a r ea n ds o f t w a r eo ft h e c o n t r o l l e rb a s eo ng p r s 、t h ea p p l i c a t i o no ft h ec o n t r o l l e rt ot h e c a s h - d o o rc o n t r o ls y s t e ma n dt h et e s to ft h ew h o l es y s t e m t h ed e t a i l s a r ed i s c u s s e da sb e l o w 江苏大学硕士学位论文 ( 1 ) p a r s es 3 c 4 4 b o x 、m c 3 5 i a n do t h e rc o m p o n e t s ，a n dd e s i g n h a r d w a r eo ft h ec o n t r o l l e rb a s e do ng p r s ( 2 ) t r a n s p l a n tt h ee m b e d d e dr e a l - t i m eo p e r a t i o ns y s t e m ，u c o s i i ， t os 3 c 4 4 b o x w eh a v ea d d e dt ou c o s - i it h ec o d e sp o s t i n gs e m a p h o r e a n da tt h es a m et i m es w i t c h i n gd i r e c t l yf r o mo n et a s kt oa n o t h e rh i g h e s t p r i o r i t y t a s ki na i n t e r r u p ts e r v i c ep r o g r a m i ti s t h ek e ym e t h o dt o g u a r a n t e et h er e a l - t i m ef e a t u r eo ft h es y s t e m ( 3 ) a n a l y s em e c h a n i s m s o fp p p ，a n da tt h es a m et i m e ，t h e p p p p a c k e t r e c e p t i o na l g o r i t h mi sb r o u g h tf o r w a r d ( 4 ) u n d e ru c o s i i ，t c p i pp r o t o c o l si sr e a l i z e do ns 3 c 4 4 b o xb y i pt a s k 、t c p i nt a s k 、t c p o u tt a s ka n dt c p t i m e rt a s k i ni pt a s k ，w e d e s i g n e daa l g o r i t h mt or e f o r mt h ef r a g m e n t so f i pp a c k e t ；i nt c p i nt a s k ， w ed e s i g n e da l g o r i t h m st or e a r r a n g et h ed i s o r d e r e dt c p s e g m e n t s 、r e a l i z e f l o wc o n t r o l 、r e s p o n s et oc o n g e s t i o n ，a n da c c o r d i n gt ot h es a m p l e so f r t t , w eb e g i nap o l i ts t u d ya b o u ti m p r o v i n gt h ep e r f o r m a n c eo ft c p u n d e rg p r sn e t w o r k ； i nt c p - o u t t a s k ， w e d e s i g n e d a t c p o u t s t a t e m a c h i n e ，a n dm e s s a g e d r i v e rm e c h a n i s mi sa p p l i e d ；i n t c p t i m e rt a s k ，w ed e s i g n e das p e c i a ld a t as t r u c t u r et om e e tt h ed e m a n d s o fa l lk i n d so ft i m e d e l a ye v e n t s ；a d d i t i o n a l l y , w eh a v er e a l i z e dt h e f u c t i o no fk e e p i n gt c pa l i v eu n d e rg p r sn e t w o r k ( 5 ) d e s i g nac a s h d o o rc o n t r o ls y s t e mu s i n gt h ec o n t r o l l e rb a s e d o n g p r s i ti sa na p p l i c a t i o no ft h ec o n t r o l l e r i nt h ea p p l i c a t i o n ，w ep u t 江苏大学硕士学位论文 f o r w a r das o l u t i o nf o rs t a b l ec o m m u n i c a t i o nb e t w e e nt h ec o n t r o l l e ra n d t h ec a s h - d o o rc o n t r o ls y s t e m a tl a s t ，w ed e s i g n e dat e s te n v i r o n m e n t ，a n d t h es y s t e mh a sp a s s e dt h et e s t k e yw o r d s ：e m b e d d e d s y s t e m ，a r m ，g p r s ，p p pp r o t o c o l s ， u c o s i i ，t c p i pp r o t o c o l s 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借 阅。本人授权江苏大学可以将本学位论文的全部内容或部分内容编入有关数据库 进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 保密口，在年解密后适用本授权书。 不保缸丑 。 学位论文储签名虱救 指删雠 加j 年占月占日 f ) 售。 潲r 年 7 月bf | 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下， 独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容以 外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品 成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以 明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：厣n 酗。 日期：加时年占月占日 江苏大学硕士学位论文 第一章绪论 1 1 研究的背景和意义 随着我国“以信息化带动产业化”战略的实施，以微处理器为核心的嵌入式 系统已经广泛应用于各种工业和民用设备中。在嵌入式系统应用逐步深入的今 天，对数据通信的要求也越来越高，其主要指标是稳定性和实时性。 总的来说，数据通信可分为有线通信和无线通信。稍早的嵌入式设备与外部 其他设备进行无线通信时，大多采用短消息( s m s ) 或自各电台的方式。但这两种 方式有其固有的缺点：短消息的实时性无法保证，自备电台由于使用公用频率， 因而干扰比较严重。 g p r s 业务的全面开通和i n t e r n e t 的普及，为从根本上解决上述问题提供了必 要条件。 g p r s 网络是在g s m 网络的基础上增加了业务支持节点、网关支持节点和点对 多点业务中心等功能实体后发展起来的，它采用了信道复用技术，使每一个g p r s 用户都能够实现永远在线。由于中国移动在g p r s 网络上增加了接入i n t e r n e t 的网 关，所以嵌入式设备就可以通过g p r s 网络与i n t e r n e t _ l 的设备相互通信。 目前，我国正处于i n t e r n e t 的初级阶段，即p e r s o n a lt op e r s o n a l 时代，并 逐步向p e r s o n a lt od e v i c e ，d e v i c et od e v i c e 时代过渡，随着该时代的到来， 智能将下移到设备，大量的嵌入式设备将连接至u i n t e r n e t 上。将嵌入式系统与 i n t e r n e t 连接的主要困难在于，i n t e r n e t 上运行的各种通信协议对存储器容量、 m c u 的运算速度等的要求比较高，支持t c p i p 协议栈将占用大量的系统资源。过 去的嵌入式设备与i n t e r n e t 的连接时，有的仅仅实现了u d p 协议，或者仅实现了 t c p 协议的部分功能。随着制造工艺的进步，控制芯片成本越来越低，功能越来 越强大，高性能的嵌入式微处理器不断涌现，如i n t e l8 0 9 6 0 、m o t o l o r a 6 8 k 、m i p s 、 a r m 等，这使得嵌入式系统通过i n t e r n e t 进行数据通信变得更加可靠。 本文在深入研究目前嵌入式系统的基础上，实现了在以s 3 c 4 4 b o x 为微处理器 的系统中，通过g p r s 网络与因特网主机进行实时无线数据通信的嵌入式系统。这 种方案的优点在于：实时性强；可靠性高；覆盖面广；无线上网，适用于可移动 目标；安装简便，维护方便。它可广泛应用于水利，交通，银行，电力，海关等领域， 实现实时信息的采集与发布、监测、远程控制等。 1 2 研究现状和发展方向 目前，对g p r s 的应用研究主要有两个方向，一是对t c p 协议在g p r s 环境下的 性能进行研究，国内进行这方面研究的主要是浙江大学；二是对嵌入式系统中应 用g p r s 网络进行数据通信的研究，国内有部分高校也在进行这方面的研究，如清 江苏大学硕士学位论文 华大学等。 在嵌入式系统中应用g p r s 网络进行数据通信主要有两种组网方式：一是g p r s 网内应用。通信双方都是嵌入式系统时一般都采用这种方式。由于通信双方申请 到的一般都是移动骨干网内动态i p 地址，无法被公网服务器直接解析，所以需要 采用某种中转方式才能在两个具有动态i p 地址的嵌入式系统间实现通信；二是 g p r s 网与i n t e r n e t 的网间应用，嵌入式系统与控制中心之间的无线通信一般都采 用这种方式。由于控制中心一般采用固定的i p 地址，所以一般是嵌入式系统作为 客户机，控制中心作为服务器。 g p r s 在国外的诸多工业和商业领域已有了很好的应用，比如无线银行a t m 机。 工业远程自动化控制，无线医疗救护等。由于在g p r s 技术的出现和普及应用方面， 国内与国外并不相差多长时间，因此，在这方面的应用也会快速地与国外同步。 1 3 研究内容 从2 0 0 3 年8 月进入课题开始，作者在导师的悉心指导下，确定了课题研究 的主要内容。在一年多的时间里，作者完成了以下工作： ( 1 ) 采用三星公司的s 3 c 4 4 b o x 作为微处理器，实现了通过g p r s 网与因特网主机 进行无线数据通信的嵌入式系统( 以下简称为g p r s 上网控制器) 的硬件部分。 ( 2 ) 在( 1 ) 的基础上，将u c o s i i 实时嵌入式操作系统移植到s 3 c 4 4 b o x 中，并设 计实现了p p p 协议、t c p i p 协议等，实现了g p r s 上网控制器软件系统。 ( 3 ) 设计并测试了一个金库门监控系统，作为g p r s 上网控制器的具体应用，并 讨论了g p r s 上网控制器与数据采集终端间的通信可靠性。 1 4 创额点 本文的主要创新在于： 1 ) 基于s 3 c 4 4 b o x 微处理器的g p r s 上网控制器的设计和实现 采用了先进的3 2 位微处理器s 3 c 4 4 b o x 与m c 3 5 i 等构成了g p r s 上网控制器 的硬件部分。软件系统采用了分层结构，具有很强的可扩展性。在软件系统实现 时，将有限状态自动机理论和c r c 原理相结合，解决了p p p 包的接收问题。特别 地，为了最大限度地保证系统的实时性，本文扩展了u c o s i i ，增加了在判断 出接收到完整的p p p 包后，能在中断服务程序中发送信号量的同时立即进行任务 切换的函数。在s 3 c 4 4 b o x 中实现t c p i p 协议时，为定时器任务设计了一个特定 的数据结构，能满足各种时延事件的要求；同时，t c p 输出任务采用了消息驱动 机制，较好地适应了多任务环境的要求。 2 ) g p r s 上网控制器与采集终端间通信协议的设计与实现 基于1 ) 所设计的g p r s 上网控制器，设计了金库门监控系统。提出了g p r s 上网控制器与数据采集终端之间的通信协议，并在下位机中实现了避免“死等” 江苏大学硕士学位论文 的算法。 本课题尝试在嵌入式系统中利用g p r s 网络与因特网主机进行实时数据通 信，对嵌入式系统的研究具有一定的理论价值。在实际应用方面，本课题的研究 内容有很强的实用性，对g p r s 在我国的进一步应用提供了一个较高的平台。 江苏大学硕士学位论文 第二章g p r s 上网控制器的硬件设计 2 1 硬件总体设计 系统以三星公司的s 3 c 4 4 b o x 微处理器为核心：外接型号为s s t 3 9 v f l b o 的 f l a s h ，作为系统程序的存储空涮：s d r k m 采用h y 5 7 v 5 4 1 5 2 0 ；采用西门子公司的 m c 3 5 i 作为g p r s 通信模块；s 3 c 4 4 b o x 的一个串口作为与m c 3 5 i 通信时的接口， 另一个串口作为与步卜部设备的接几；最后用1 6 c 5 5 0 扩展出一个串口与p c 机连接， 用来输出调试信息。系统还引出了j t a g 信号线，作为将系统程序下载到f l a s h 中时的接口，同时它也可用于硬件仿真。g p r s 上网控制器的硬件框图如图2 一l 所示： 图21g p r s 上网控制器硬件框图 2 2s 3 c 4 4 8 0 x 微处理器的特点川 $ 3 c 4 4 8 0 x 是三星公司的一款基于a r m 7 t d m i 核的3 2 位微处理器，有a k m 和 t h u m b 两种操作状态，可通过c p s r 中的一个位来标记。复位后s 3 c 4 4 b o x 处于a r m 态。相对于其它微处理器，8 3 c 4 4 b o x 还有以下一些特点： ( 1 ) 8 3 c 4 4 h o x 处理器有u s e r ( 用户模式) 、f i q ( 快速中断模式) 、i r q ( 外 部中断模式) 、s v c ( 超级用户模式) 、a b o r t ( 数据访问终j t 模式) 、s y s t e m ( 系统 部中断模式) 、s v c ( 超敛用户模式) 、a b o r t ( 数据访问终止模式) 、s y s t e m ( 系统 曰 回 国圈 江苏大学硕士学位论文 第二章g p r s 上网控制器的硬件设计 2 1 硬件总体设计 系统以三星公司的s 3 c 4 4 b o x 微处理器为核心；外接型号为s s t 3 9 v f l 6 0 的 f l a s h ，作为系统程序的存储空间：s d r a m 采用h y 5 7 v 6 4 1 6 2 0 ；采用西门子公司的 m c 3 5 i 作为g p r s 通信模块：s 3 c 4 4 b o x 的一个串口作为与m c 3 5 i 通信时的接口， 另一个串口作为与外部设备的接口；最后用1 6 c 5 5 0 扩展出一个串口与p c 机连接， 用来输出调试信息。系统还引出了j t a g 信号线，作为将系统程序下载到f l a s h 中时的接口，同时它也可用于硬件仿真。g p r s 上网控制器的硬件框图如图2 一l 所示 lm c 3 5 蟆块及接 l e l 电路 l 图2 一lg p r s 上网控制器硬件框图 2 2s 3 c 4 4 8 0 x 微处理器的特点【1 j s 3 c 4 4 b o x 是三星公司的一款基于a r m 7 t d m i 核的3 2 位微处理器，有a r m 和 t h u m b 两种操作状态，可通过c p s r 中的个位来标记。复位后s 3 c 4 4 b o x 处于a r m 态。相对于其它微处理器，s 3 c 4 4 b o x 还有以下些特点： ( 1 ) s 3 c 4 4 b o x 处理器有u s e r ( 用户模式) 、f i q ( 快速中断模式) 、i r q ( 外 部中断模式) 、s v c ( 超级用户模式) 、a b o r t ( 数据访问终止模式) 、s y s t e m ( 系统 4 曰 囤 圉圉 江苏大学硕士学位论文 模式) 、u n d e f jn e d ( 来定义指令终止模式) 等7 萃中运行模式。 在用户模式下，程序只能访问有限的系统资源，不能直接进行处理器模式的 切换，当需要进行模式切换时，应用程序可以产生异常中断，在异常处理过程中 进行处理器运行模式的切换。 ( 2 ) 5 3 c 4 4 b o x 共有3 7 个寄存器，其中包括3 1 个通用寄存器和6 个状态寄 存器，所有这些寄存器都是3 2 位的。任意时刻，可见的寄存器包括1 5 个通用寄 存器( r o r 1 4 ) 、一个或2 个状念寄存器以及程序计数器p c 。在所有的寄存器中， 有些是各模式共用的同一个物理寄存器，有一些是各模式自己拥有的独立的物理 寄存器。各运行模式下可见的寄存器组情况如图2 2 所示： a r ms t a t eg e n e r a lr e g i s t e r sa n dp r o g r a mc o u n t e r s 3 s t e m u s e r f i q s u p e p a s o ra b o r li r q u n d e f m e d r o r 1 r 2 r 0 r 4 r 5 r 6 r 7 r 8 r 9 r 1 0 r 1 1 r 1 2 r 1 3 l r 1 4 r 1 5 ( p c ) r 0 r 1 r 2 r 3 r 4 r 5 r 6 r 7 瓤r 8 。自q 湫r 9 自q 瓤、r 1 0f i q 汰r 1 1f i q 湫r 1 2 _ f i q 瓤r 3 _ f i q 瓤r 1 4 j i q r 1 5 ( p c ) r 0 r 1 r 2 r 3 鼬 r 5 r g r 7 r 8 r 9 r 1 0 r 1 1 r 1 2 瓤r 1 3 一w c 酝r 1 4 “e r 15r p c r 0 r 1 r 2 r 3 刚 r 5 r 8 r 7 r 8 r 9 r 1 0 r 1 1 r 1 2 瓤r 柏a b t 淞r 1 4 一a b t r 1 s ( p c j r 0 r 1 r 2 r 3 r 4 r 5 尺g r 7 r 8 r 9 r 1 0 r 1 1 r 12 狐r 1 3 旧 鹣鼻1 4 i r q r 15 f p c ) a r ms t a t ep r o g r a ms t a t u sr e g i s t e r s c p s r c p s r ii c p s r iic p s rf 睡剜窿剜瑟剜睦剜 图2 - 2s 3 c 4 4 b o x 寄存器示意图 r 0 r 1 一 r 2 r 3 r 4 r 5 只6 r 7 r 8 r 9 r 1 0 r 1 1 r 12 瓤r 1 置u n d 瓤r 1 4u n d r 1 5 i p c ) 其中，每一列是一种运行模式下可访问的寄存器，不带黑三角的表示所有运 行模式共享一个物理寄存器，带黑三角的表示每种运行模式都有自己的一套专用 物理寄存器，在别的运行模式下访问不到。也就是说，在不同运行模式下同一寄 存器名称可能对应不同的物理寄存器。 c p s r 可以在任何运行模式下被访问。它包含了条件标志位、中断禁止位、 当前处理器模式标志以及其他的一些控制和状态位。 当特定的异常中断发生时，s p s r 用来保存进入当前运行模式前的上一个运 行模式下的c p s r 。因为用户模式和系统模式不是异常中断模式，所以它们没有 江苏大学硕士学位论文 s p s r 。而其它每一种运行模式下s p s r 都对应个专用的物理寄存器。 ( 3 ) s 3 c 4 4 b o x 中有复位中断( r e s e t ) 、未定义的指令中断( u n d e f i n e d i n s t r u e t i o n ) 、软件中断( s w i ) 、指令预取终止中断( p r e f e e ha b o r t ) 、数据访问 终止中断( d a t aa b o r t ) 、外部中断( i r q ) 、快速中断( f i q ) 等7 种异常中断。上述 异常中断发生时，对应每种异常中断，会跳转到某个特定的地址处去执行指令。 当几个异常中断同时发生时，会按照一定的次序来处理这些异常中断。s 3 c 4 4 b o x 定义了6 级中断，如表2 - 1 示： 异常中断类型中断向量地址所处的处理器运行模式优先级 复位 o x 0 0s v c1 未定义的指令 0 x 0 4u n d e f i n e d6 软件中断o x 0 8 s v c6 指令预取中止 o x o ca b o r t5 数据访问中止 o x l oa b o r t2 保留 o x l 4 外部中断o x l 8i r q 4 快速中断 o x l c f i q 3 表2 - 1各异常中断的中断向量地址、处理器运行模式及优先级间的关系 另外，外部中断有3 0 个中断源。当i r q 中断被触发时，寄存器i i s p r ( 地 址为o x o l e 0 0 0 2 0 ) 中记录了触发i r q 中断的具体中断源。所以i r q 中断服务程 序首先要确定具体的中断源，然后才能跳转到相应的中断服务程序处执行。对应 i r q 中断服务程序的源代码可列示如下： i s r l r q：i s r 中断服务程序 s u b s p ，s p ，# 4：腾出空位，准备存放中断服务程序首地址 s t m f d s p ! ， r 8 一r 9 ) i d r r 9 = ii s p r i d r r 9 ， r 9 ：将i _ i s ，p r 的内容传入r 9 m o vr 8 # o x 0 0 m o v sr 9 ，r 9 ，l s r # l ：将i i s p r 逻辑左移 b c sf 1：判断进位标志c 是否位1 ，若为l ，则跳到标号 ：1 处执行 6 江苏大学硕士学位论文 a d d b 1 d r a d d l d r s t r r 8 ，r 8 ，# 4：否则，在r 8 中记录偏移量 b o r 9 ，= h a n d le a d c r 9 ，r 9 ，r 8 r 9 ， r 9 r 9 ， s p ，# 8 h a n d l e a d c 是各i r q 中断服务程序首地址存 放的开始位置 r 9 中为刚刚发生中断的外部中断源中断服务 程序首地址存放位置 将中断服务程序首地址取出 放入堆栈中( 开始时腾出的空位) l d m f d s p 【， r 8 一r 9 ，p c ：跳转到中断服务程序处执行 ( 4 ) s 3 c 4 4 b o x 处理器对异常中断的响应过程：第一步，保存处理器当前状态、 中断屏蔽位及各条件标志位。这是通过将当前程序状态寄存器c p s r 的内容保存 到将要切换到的运行模式下所对应的s p s r 寄存器来实现的；第二步，设置当前 程序状态寄存器c p s r 中相应的位。使处理器进入相应的运行模式，当进入 i r q f i q 中断时，禁止i r q f t q 中断等；第三步，将中断模式下的l r 设置成返 回地址；第四步，将程序计数器( p c ) 的值，设置成对应的中断向量地址，从而 跳转到相应的异常中断处理程序处执行。 ( 5 ) 从异常中断处理程序中返回。以i r q 中断为例：由于i 蹿中断产生时， 程序计数器( p c ) 的值已更新，它指向当前指令后的第三条指令，在中断响应时， 处理器将p c 一4 的值保存到了i r o 模式下的l r 寄存器中。这时l r 中的值实际上 是被中断指令后面的第二条指令。因此，壹果中断服务程序是用c 语言程序实现， 而且在该中断服务程序中调用汇编语言程序，并要求在汇编代码中直接返回断 点，则汇编代码中返回操作可通过下面的指令来实现：s u b sp c ，l r ，# 4 。 2 3 存储系统 2 3 1s 3 c a 4 b o x 对存储空间的管理 s 3 c 4 4 b o x 采用单一的平板地址空间，最大支持2 5 6 m 字节空间，它将这2 5 6 m 字节空问分为8 个b a n k 来进行管理，每个b a n k 最大空间为3 2 m 字节空间( b a n k o 支持最大2 8 m 字节外接存储器，另外的4 m 字节空间被系统保留，作为特殊功能 寄存器地址) 。其中b a n k o b a n k 5 支持r o m 和s r a m ，b a n k 6 和b a n k 7 支持r o m 、 s r a m 、d r a m 、s d r a m 。$ 3 c 4 4 0 b x 对b a n k 的选择是通过引脚n g c s o n g c s 7 进行 的：引脚n o c s o 为低电平时选择b a n k o ，引脚n g c s l 为低电平时选择b a n k l ， 依此类推。地址线a d d r o a d d r 2 4 选择每个b a n k 中对应单元。s 3 c 4 4 b o x 对存储 空问的管理可以用图2 3 表示： 江苏大学硕士学位论文 o x o e 0 00 0 0 0 o x o c 0 0 0 0 0 0 o x o a 0 00 0 0 0 0 x 0 8 0 00 0 0 0 0 x 0 6 0 00 0 0 0 o x c , 4 0 00 0 0 0 0 x 0 2 0 0 0 0 0 0 0 x o l c o0 0 0 0 0 x 0 0 0 00 0 0 0 s r a m ，r o m d r a m s d 队m 2 h 似m 引8 m 1 6 m 3 2 m b jl ( n g c s 7 ) s r a m r o m d r a m s d r a m t2 m 4 m 目8 m i 6 m r t 3 2 m b ( n g c s 6 ) r o m s r a m 3 2 m b ( n g c s 5 ) ， r o m s r a m ，3 2 m ( n g c s 4 ) r o m s r a m 3 2 m b 2 5 6 m b ( n g c s 3 ) r o m ，s r a m ( n g c s 2 ) 3 2 m b r o m s r a m m m ( n g c s l ) 特殊功能 寄存器( 4 m b ) r o m s r a m 2 8 m b 7 ( n g c s o ) 1r 图2 - 3s 3 c 4 4 b o x 存储空间映射图 需要注意的是，在s 3 c 4 4 b o x 中，要求字单元的地址是字对齐的( 地址的最 低两位为0 b 0 0 ) ，半字单元的地址是半字对齐的( 地址的最低位为o b o ) 。在存储 访问操作中，如果存储单元的地址没有遵守上述的对齐规则，则称为非对齐 ( u n a l i g n e d ) 的存储访问操作。在实际编程的过程中，如果结构体中的变量安 排得不恰当，在访问结构体中的变量时，很有可能产生非对齐的存储访问操作， 这时s 3 c 4 4 b o x 将发生数据访问终止( d a t aa b o r t ) 异常，这种情况是必须要避 免的。 2 3 2s s t 3 9 v f l6 0f l a s h 及s 3 c a 4 b o x 对它的控制 s s t 3 9 v f l 6 0 是一款s s t 公司生产的2 m 字节f l a s h 2 】( 其结构为1 m 1 6 b i t ) 。 要求的电压范围是2 7 v 一3 6 v 。它与s 3 c 4 4 b o x 的接线原理图4 i 如图2 4 所示。 其中，c e 是片选信号，将s 3 c 4 4 b o x 的n g c s o 与它连接，则固定了该f l a s h 的地址范围为o x 0 0 0 0 0 0 0 0 一o x 0 0 1 f f f f f ；读写信号o e 矛d w e 分别与s 3 c 4 4 b o x 的n o e 及n w e 连接；数据线d a t a o d a t a l 5 与s 3 c 4 4 b o x 的d a t a o d a t a l 5 连接： 由于s s t 3 9 v f l 6 0 是1 6 位输出，s 3 c 4 4 b o x 对它的每次访问，它都将输出2 个字 节，所以s s t 3 9 v f l 6 0 的地址线a o 要与s 3 c 4 4 b o x 的a d d r i ( 不是a d d r o ) 连接，a 1 与a d d r 2 连接，a 1 9 与a d d r 2 0 连接。 江苏大学硕士学位论文 rs j；7j；一，-1；一1；jlff1 r； 三蠢鹾姑i ；喾雠礴p 1 二。1 下”；鼍： 1 ：乏i 尊丰车；享醛：耋：_ _ 喜：弱：篡：l ：! ：。，o ：i i 。- u ；? 卜； j i ；， i -。 t 。 i i | i ；ij 荨j ；# ：f ￥善i j ： “r 1 。 7 “”r ”。r 。i - - i 。 丽r r r r i r r ：一卜t 卜 1 1 6 1 p “强 _ r i _ h 。一 r 藉棼一ff ? f 磷 l 神：；b 蜩仲；zz “q 一。6 叶p 叶”吖“r；* t ；jl l f3 i l ；b m ij!p 纛麓点i ：篡鲻：士捌蕊臻 ，* 3 + i i ”ll3 35 ，d 邮mt ， i 融牛 专一强0 7 l m ei ；f # ll * d p ：、- z 雕；，；墨芝j ” q + m 5 ；z | if3 = ，rd _ 删1 ； jj - j t ol _ o ；n 2 ：一专r 腿寸l 、n m ， l7 i l 帅d 目。椰s， * l 4 j fl li _ 4d m ，p ”t frr r r f ：女 ：2j ； 坤f1 口邮怖 l ；。j o 整乏盛一 ，。 i i 1l ，l n b 盯舯t5 - ， i i i ； - ； 纠；b 蚵w i a v ? v v ： | 卜 啊 皤一 、；th 1 l jli ，r l l liy 曩r r 卜。 哥。h 一s t 、jl 1 l ；tli i i d - w 苒弭3 二i 茸锌朝丰弭_ ：= ；= 、jh m i l ! 3li l ；ld m l * ； 、j 。 i illl 口ll ：l 口1 4 lv 一专 一 h 一 一卜t 一 l 、：j i t i li ，l 盯lf 凸￥r i gl ； ：。麓二秘j 二l = = = ： 牛车车爱。j ，h 嗽i il ；i _ il ll 4 ：l l it i ，l 暹# 肄# 鬻车；争讧 o 年击r | w 吨一r 专 一j w * va i 。2 l l ；i 孵 l r r t r 孵 寸。 h 十阱争并甘一h 争；l 、il 甍。 il | l i | 。l j j ；、霉；j jj ；j | j ；，j 0 l k l ! ；年 匿霉霞匿黯番 至；要露蒜 l i ，| lllill j 一 图2 4s s t 3 9 v f l 6 0 与s 3 c 4 4 b o x 的接线圈 采用这种接法，s 3 c 4 4 b o x 对s s t 3 9 v f l 6 0 的控制主要通过寄存器b a n k c o n o ( 地 址为0 x 0 1 c 8 0 0 0 4 ) 完成的。b a n k c o n o 对s s t 3 9 v f l 6 0 有效控制位及本系统设定值 可如表2 2 所示： 位名称含义设定值 1 4 ：1 3 t a c s在片选有效前地址有效的时间1 个时钟周期 1 2 ：1 1 t c o s片选有效后等待多长时间读信号有效1 个时钟周期 1 0 ：8 t a c c访问周期1 4 个时钟周 期 7 ：6 t o c h在n o e 无效后片选信号还要保持有效的o 个时钟周期 时间 5 ：4 t c a h在片选无效后地址信号还要保持有效的o 个时钟周期 时间 3 ：2 t a c p在页访问模式下的页访问周期0 个时钟周期 1 ：o p m c页访问模式下设置每页访问的字数每次访问1 个 宝 表2 2b a n k c o n o 对s s t 3 9 v f l 6 0 有效控制位及设定值 2 3 3h y 5 7 v 6 4 16 2 0s d r a m 及s 3 c 4 4 b o x 对它的控制 h y 5 7 v 6 4 1 6 2 0 是一款h y n i x 公司生产的8 m 字节s