嵌入式门禁系统设计优秀毕业论文 参考文献 可复制黏贴.pdf

嵌入式门禁系统设计 i 摘摘 要要 嵌入式门禁系统作为一种实时系统近年来得到了广泛的应用，目前常见的 门禁系统中，大多是以单片机为平台，随着 arm 技术性能的提高和成本的下 降，采用 arm 处理器进行嵌入式门禁系统设计将成为趋势。 本文首先对嵌入式系统的概念进行了阐述，接着介绍了嵌入式系统的构成 及特点。因为嵌入式系统的特殊性，其开发方法不同于一般系统，它是根据特 定用途所开发的系统，完全受制于特定的功能与具体的应用环境，因此嵌入式 系统设计具有一些特殊的要求，其开发过程和开发环境同传统的软件开发相比 有着显著的不同。嵌入式系统开发的最大特点是需要软硬件综合开发。其开发 流程一般包括：需求分析、系统总体设计、软硬设计、测试集成四个步骤。 本文主要内容讲述了基于 arm 处理器的门禁系统的设计过程。先是提出了 系统的整体组成， 其依据是系统设计的功能要求： 设计一个嵌入式 ic 卡门禁系 统，要求完成对 ic 卡、串口、网络、存储器之间数据的收发和存储控制，并且 要求系统设有键盘、液晶显示器等模块，方便实际应用中的人机交互。根据以 上功能要求将系统设计划分成多个模块进行设计，其中，cpu 处理器的选取是 系统设计的基础和出发点，本系统最终决定选用性价比较高的三星公司的 s3c44box 芯片。 文章的主体部分是系统硬件设计和软件设计。先是详细地介绍了系统各个 组成模块的硬件电路设计及其工作原理，分别是电源、复位模块、ic 卡接口、 串行接口模块、键盘模块、存储模块、时钟模块、网络传输模块。文中给出了 系统各个模块相应的硬件设计电路图。 接下来讲述系统调试与应用程序开发。 主要介绍了使用 ads 工具开发控制 软件方法和过程，包括单元电路的驱动程序和部分应用程序的开发，并给出了 部分程序设计流程图。 关键字： s3c44b0x 嵌入式系统 ic 卡 abstract ii abstract the access controller system has been applied widely these years as a real-time system. at present， access controller systems were mainly built up on the base of scm. with swift development of arm technology and the declining cost， access controller system based on arm will be the trend. the thesis firstly expatiate the concept of embedded system， then introduce the structure and trait of it. for the particularity of the embedded system， the ways of the how to develop it is very is differ from to develop a generic system. the embedded system is generally designed for given purpose， so there are some special elements on embedded system designment. the main peculiarity of the designment is it needs integrating the software and hardware designment. the flow the designing an embedded system is as following: analyzing the demand， designing the system as a whole， hardware designment and software designment， integrating all the modules and test the system. the thesis expatiate a scheme of designing an access controller system based on arm. at the beginning， it presents the idea of how to design the whole system， which is according to the requirement：has interfaces to send/ receive data between ic card、 serial data port device、 internet and the memorizers， also it needs keyboard and lcd screen to make the communication on the system easily.considering all the functions above， the system should be separated into seveval blocks， the cpus selectness is the base of designing the system， and in the end samsungs s3c44b0x is fixed upon for its great functions and low cost. the main of this thesis is the systems hardware design and software design. firstly it introduces the every blocks hardware designment and their principles in detail. these contents 9 sections， they are power circuit， reset block， ic card interface， serial data interface， keyboard block， real-time block， internet 嵌入式门禁系统设计 iii interface block. in the thesis there is a hareware digram for each corresponding module. the following is the system software design， mainly introducing how to design procedure of using ads for debugging hardware circuit and developing some corresponding application. when expatiating how to design the software， i prenst some flow charts of the routine of some modules. keywords：s3c44b0x embedded system ic card 目 录 iv 目目 录录 摘 要 .i abstract . ii 第一章 绪论 . 1 1.1 嵌入式系统概述 . 1 1.1.1 嵌入式系统简介 . 1 1.1.2 嵌入式系统的构成和特点 . 2 1.1.3 嵌入式处理器简介 . 4 1.2 arm 处理器简介 . 6 1.3 嵌入式系统的开发方法 . 7 1.4 ic 卡门禁系统功能与现状 . 9 1.5 论文的主要内容和结构安排 . 10 第二章 系统总体设计 . 11 2.1 系统的设计任务和要求 . 11 2.2 系统方案设计 . 12 2.3 处理器选型 . 12 2.3.1 选型依据 . 12 2.3.2 s3c44b0x 处理器原理 . 13 2.4 软件设计平台的选择 . 20 第三章 系统硬件设计与原理 . 22 3.1 硬件架构 . 22 3.2 各模块具体设计 . 23 3.2.1 电源 . 23 3.2.2 复位电路 . 24 3.2.3 ic 卡接口 . 25 3.2.4 串行接口 . 26 3.2.5 键盘 . 28 3.2.6 存储器 . 29 3.2.7 时钟模块 . 31 嵌入式门禁系统设计 v 3.2.8 液晶显示模块 . 32 3.2.9 网络传输模块 . 34 第四章 系统软件设计与实现 . 38 4.1 软件总体设计 . 38 4.2 控制软件设计 . 39 4.2.1 串口通信模块 . 39 4.2.2 键盘处理模块 . 42 4.2.3 实时时钟模块 . 43 4.2.4 液晶显示模块 . 46 4.2.5 网络模块 . 47 4.2.6 main 主函数 . 51 第五章 总结与展望 . 53 参考文献 . 54 致 谢 . 56 攻读学位期间发表的学术论文 . 57 嵌入式门禁系统设计 1 第一章第一章 绪论绪论 1.1 嵌入式系统概述嵌入式系统概述 1.1.1 1.1.1 嵌入式系统简介嵌入式系统简介 根据 ieee(国际电气和电子工程师协会)的定义，嵌入式系统是：“控制、 监视或辅助设备、机器和车间运行的装置”(devices used to control， monitor， or assist the operation of equipment， machinery or plants) 1。 目前，国内一个普遍被认同的定义是：嵌入式系统是以应用为中心，以计 算机技术为基础，软硬件可裁剪，对功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格 要求的专用计算机系统。 嵌入式系统的概念是与通用计算机系统相对的。服务器、个人计算机(pc) 中所使用的处理器，都是为通用目的而设计的，即为通用计算机系统。通用计 算机系统处理器资源非常丰富，一般具有内置的内存管理单元，能提供内存保 护和多任务能力的虚存， 具有先进的高速缓存逻辑和快速浮点运算的协处理器， 能提供支持各种各样外部设备的接口， 所以这类处理器具有广泛的应用。 然而， 其功耗大、体积大、成本高，难以广泛地应用于嵌入式领域。 一般嵌入式系统中所使用的处理器，是为某一类用途专门设计的处理器， 这类产品的共同点是能满足特定应用的需求即可， 不需要非常强大的运算能力、 性能，但要求功耗低、稳定性高、成本低和占用空间小2。设计这样的处理器 比设计高性能的个人电脑、服务器等的处理器容易得多，而且由于相关产品的 专用特性，嵌入式平台基本不用考虑相互通用和兼容的问题，每个厂商都可以 有自己的一套解决方案，因此嵌入式平台的产品越来越专业化、多样化。 嵌入式系统始于 20 世纪 70 年代， 经过 30 多年的发展， 在硬件和软件发展 的带动下，嵌入式技术越来越趋于稳定和成熟，已被广泛应用于工业控制、信 息家电、电子商务、环境检测、机器人等各个领域。所以研究开发嵌入式系统 有着十分重要的意义3。 第一章 绪 论 2 1.1.2 1.1.2 嵌入式系统的构成和特点嵌入式系统的构成和特点 嵌入式系统是一个集软硬件一体、可独立工作的系统，包括硬件和软件两部 分。硬件包括处理器、嵌入式外围设备，软件部分包括操作系统软件、硬件驱动 程序和应用程序编程。嵌入式系统结构如图1-1所示。 (1) 嵌入式处理器 嵌入式系统的核心是各种类型的嵌入式处理器， 嵌入式处理器与通用处理器 最大的不同点在于，嵌入式处理器大多工作在为特定用户群所专门设计的系统 中，它将通用处理器中许多由板卡完成的任务集成到芯片内部，从而有利于嵌入 式系统在设计时趋于小型化，同时还具有很高的效率和可靠性。 (2) 嵌入式外围设备 嵌入式外围设备包括用于完成存储、通信、调试、显示等辅助功能的、系统 中除处理器以外的所有硬件设备。 目前常用的嵌入式外围设备按功能可以分为存 储设备、人机交互设备和应用电路三类。 存储设备主要用于各类数据的存储，常用的有静态易失型存储器(ram， sram)、动态存储器(dram)和非易失型存储器(rom，eprom， eeprom， flash)三种，其中flash凭借其可擦写次数多、存储速度快、存储容量大、价格便 宜等优点，在嵌入式领域内得到了广泛应用。 应用电路包括：放大电路、隔离电路、时钟电路、复位电路、输入输出接口、 通信设备接口等。其中通信设备接口的设计是应用电路设计的核心，嵌入式系统 中常用的通信接口包括rs-232接口、spi接口、i2c总线、usb接口、以太网接口 等。 人机交互的设备包括：键盘、鼠标、触摸板、led屏、显示器等设备。 (3) 驱动程序 驱动程序即添加到操作系统中的一小块代码，其中包含有关硬件设备的信 息。有了此信息，计算机就可以与设备进行通信。驱动程序是根据操作系统编写 的配置文件， 可以说没有驱动程序， 计算机中的硬件就无法工作。 操作系统不同， 硬件的驱动程序也不同。驱动程序是硬件的一部分，当你安装新硬件时，驱动程 嵌入式门禁系统设计 3 序是一项不可或缺的重要元件。凡是安装一个原本不属于你电脑中的硬件设备 时，系统就会要求你安装驱动程序，将新的硬件与电脑系统连接起来。驱动程序 扮演沟通的角色， 把硬件的功能告诉电脑系统， 并且也将系统的指令传达给硬件， 让它开始工作。 (4)嵌入式操作系统 为了使嵌入式系统的开发更加方便和快捷，需要有专门负责管理存储器分 配、中断处理、任务调度等功能的软件模块，这就是嵌入式操作系统。 (5)嵌入式应用软件 嵌入式应用软件是针对特定应用领域，基于某一固定的硬件平台，用来达到 用户预期目标的计算机软件，由于用户任务可能有时间和精度上的要求，因此有 些嵌入式应用软件需要特定嵌入式操作系统的支持。 嵌入式应用软件和普通应用 软件有一定的区别，它不仅要求其准确性、安全性和稳定性等方面能够满足实际 应用的需要，而且还要尽可能地进行优化，以减少对系统资源的消耗，降低硬件 成本。 图 1-1 嵌入式系统结构 第一章 绪 论 4 figure1-1 the structure of embedded system 嵌入式系统相对于通用计算机系统具有以下特点： 1集成度高 嵌入式处理器大多工作在为特定用途用户群设计的系统中， 能够把通用计算 机中许多由板卡完成的任务集成在芯片内部， 从而有利于嵌入式系统设计趋于小 型化。 2功耗低 尤其是便携式嵌入式系统， 用于无线及移动的计算和通信设备中靠电池供电 的更是如此，如需要功耗只有mw甚至uw级。 3要求较高的实时性 在多任务嵌入式系统中，时间特性要求非常严格，有时超过了一定的时限， 即使得出了所需的结果，但效果和没有得出结果是一样的，对应用系统没有作用 甚至是有害的。所以系统应对重要性各不相同的任务进行合理调度，要求完成多 任务并且有较短的中断响应时间。 4软件一般固化在单片机中 为了提高执行速度和系统可靠性， 嵌入式系统中的软件一般都固化在单片机 本身中，而不是存贮于磁盘等载体中。 5较长的生命周期 嵌入式系统和具体应用有机地结合在一起，它的升级换代也是和具体产品 同步进行，因此嵌入式系统产品一旦进入市场，具有较长的生命周期。 1.1.3 1.1.3 嵌入式处理器简介嵌入式处理器简介 嵌入式处理器是嵌入式系统硬件的核心， 大多工作在为特定用户群所专门设 计的系统中，它将通用cpu中许多由板卡完成的任务集成到芯片内部，从而有利 于嵌入式系统在设计时趋于小型化，同时还具有很高的效率，其特点是体积小、 成本低和可靠性高。嵌入式处理器一般以某一种微处理器内核为核心，芯片内部 集成rom/eprom，ram、总线、总线逻辑、定时器/计数器、看门狗、i/o、串 行口、a/d、d/a等各种必要的功能外设。 嵌入式门禁系统设计 5 嵌入式处理器按字长分有8位、16位、32位和64位。当前应用最广泛的是8 位和32位。8位微处理器的典型产品是51系列，它的发展和应用已经很成熟。32 位微处理器的典型代表是arm系列处理器。 32位mcu不但在处理速度上比8位的 快，它提供给用户的资源也更丰富。有些32位处理器的还集成了存储管理单元、 cache等，提高了处理器的性能，以满足更高的要求。 同样为了提高系统的信息 处理能力，有些处理器内还集成了一个或多个协处理器，如dsp协处理器，以完 成高性能的信号处理。组成一个嵌入式硬件最小系统需要有mcu、时钟电路(晶 振电路)、电源电路、复位电路、存储器扩展电路这几个电路。除了最小系统外 用户根据不同的需要来构件硬件系统的其余部分，如键盘、液晶显示器、通信接 口模块、实现应用系统功能的电路模块等。 从功能上看，用于嵌入式系统的嵌入式处理器主要分为4类：嵌入式微处理 器、单片机、嵌入式dsp、嵌入式片上系统。 1嵌入式微处理器 嵌入式微处理器可分为cisc(复杂指令集)和risc(精简指令集)两类。大家熟 悉的大多数台式pc都是使用cisc微处理器，如intel的x86。risc结构体系有两大 主流：silicon graphics公司(硅谷图形公司)的mips技术，arm公司的advanced risc machines技术。 2单片机 顾名思义就是将整个计算机系统集成到一块芯片中。 一般以某一种微处理器 内核为核心，芯片内部集成总线逻辑、定时/计数器、watchdog、i/o、串行口、 脉宽调制输出、a/d、 d/a、 flashram、eeprom等各种必要功能模块。为适 应不同的应用需求，一般一个系列的单片机具有多个型号，处理器内核都是一样 的，不同的是存储器和外设的配置及封装。这样可以使单片机最大限度地和应用 需求相匹配，从而减少功耗和成本。 3嵌入式dsp处理器 dsp处理器对系统结构和指令进行了特殊设计，使其适合于执行dsp算法， 编译效率较高，指令执行速度也较高。在数字滤波、fft、谱分析等方面dsp算 法正在大量进入嵌入式领域，dsp应用正在从通用单片机中以普通指令实现dsp 第一章 绪 论 6 功能，过渡到采用嵌入式dsp处理器。嵌入式dsp处理器有两个发展来源，一是 dsp处理器经过单片化、增加片上外设成为嵌入式dsp处理器；二是在通用单片 机或片上系统(soc)中增加dsp协处理器。 4嵌入式片上系统4 随着vlsi设计的普及化及半导体工艺的迅速发展，可以在一块硅片上实现 一个更为复杂的系统，这就是system on chip(soc)。各种通用处理器内核将作 为soc设计公司的标准库，和许多其它嵌入式系统外设一样，成为vlsi设计中 一种标准的器件，用标准的vhdl等语言描述，存储在器件库中。用户只需定义 出整个应用系统，仿真通过后就可以将设计图交给半导体工厂制作样品。这样除 个别无法集成的器件以外， 整个嵌入式系统大部分均可集成到一块或几块芯片中 去， 应用系统电路板将变得很简洁， 对于减小体积和功耗、 提高可靠性非常有利。 1.2 arm 处理器简介处理器简介 arm 即 advanced risc machines 的缩写。既是一个公司的名字、一类微 处理器的通称，也可以认为是一种技术的名称。arm 公司成立于 1990 年，是 知识产权供应商， 本身并不生产芯片， 通过转让高性能、 低成本、 低功耗的 risc 微处理器、外围和系统芯片设计技术给合作伙伴，使他们能用这些技术来生产 各具特色的芯片。作为 32 位嵌入式 risc 微处理器业界的领先供应商，arm 公司在世界上的合作伙伴超过 100 个，其中包括半导体工业的著名公司，从而 使其具有大量的开发工具和丰富的第三方资源，它们共同保证了基于 arm 处 理器核的设计可以很快投入市场。 arm 家族的所有成员都共享同一个基本指令集即 32 位 arm 指令集，同 时不同的产品又可以有不同的扩展指令集。arm 指令集是基本指令集，它包 括数据传输、数据处理、流程转向、协处理器指令5。arm 对于一般的工业控 制应用绰绰有余， 而其 32 位 risc 的特性使得其性能远比一般的 8/16 位单片机 强大得多， 因此也能用在比较复杂的控制领域， 如手机内部的控制单元。 thumb 扩展指令集是 arm 指令集的一个子集，而且被压缩成了 16 位，现在的 arm 产品都支持thumb指令集。 thumb指令集己经成为arm核的标准扩展指令集。 嵌入式门禁系统设计 7 现在，arm 已成为移动通信、手持设备、多媒体数字消费嵌入式技术解决 方案的risc标准。arm提供一系列内核、体系扩展、微处理器和系统芯片方案。 由于所有产品均采用一个通用的体系，所以相同的软件可在所有产品中运行。目 前，arm处理器有六个系列：arm7， arm9， arm9e， arm10， securcore 和xscale，它们都是为特定的应用而设计。arm微处理器及技术的应用已经深入 到工业控制、无线通讯、网络应用、消费类电子产品、安防产品等各个领域，并 会在将来得到更加广泛的应用。 1.3 嵌入式系统的开发方法嵌入式系统的开发方法 嵌入式系统设计不同于一般系统，它是根据特定用途所开发的系统，完全受 制于特定的功能与具体的应用环境，因此嵌入式系统设计具有一些特殊的要求， 其开发过程和开发环境同传统的软件开发相比有着显著的不同。 嵌入式系统开发 的最大特点是需要软硬件综合开发。其原因在于：一方面，任何一个嵌入式产品 都是软硬件的结合体；另一方面一旦嵌入式产品研制完成，软件就固化在硬件环 境中，嵌入式软件是针对相应的嵌入式硬件开发的，是专用的。嵌入式系统的这 一特点决定了嵌入式应用的开发方法不同于传统的软件工程的开发方法。 嵌入式系统设计早期存在有两种方式：针对一个特定的硬件进行软件开发， 或根据一个已有的软件实现其具体的硬件结构。前者是一个软件开发问题，后者 是一个软件固化的问题。这种设计因为软硬件设计是分离的，因此不能自动地进 行不同的软硬件划分，并对不同的划分进行评估；不能从系统级进行验证，不容 易发现软硬件边界的兼容问题，开发周期较长。因此这两种设计方式存在很多缺 陷和不足6。 现在的嵌入式系统设计采用软硬件协同设计的方法。 协同设计意味着软件与 硬件的并行设计，从系统功能描述开始，将软件和硬件要完成的功能作一个总体 考虑， 设计软硬件体系结构， 然后进行软硬件划分并设计实现7。 在设计实现时， 始终保持软件和硬件设计的匹配，提供互相通信的支持。在设计后期对整个系统 进行验证，设计出满足条件限制的目标系统。 嵌入式产品市场竞争激烈，要求开发人员尽可能地缩短产品周期，所以选择 第一章 绪 论 8 使用的高效开发工具平台，是嵌入式系统开发关键步骤。好的开发工具除了能够 帮助开发人员开发出处理器的全部功能，界面也应该是非常友好的，易于使用。 目前嵌入式系统的开发工具平台主要包括下面几类： (1) 实时在线仿真系统ice：进行嵌入式应用系统最有效的开发工具。ice首 先可以对应用程序进行原理性检验，排除人的思维难以发现的逻辑错误。ice的 另一个主要功能是在应用系统中仿真微控制器的实时执行， 发现和排除由于硬件 干扰等引起的异常执行行为8。 (2) c语言编译器：c语言作为一种通用的高级语言，大幅度提高了嵌入式系 统工程师的工作效率，能充分发挥出嵌入式处理器日益提高的性能，缩短产品进 入市场时间。采用c语言编写的程序易于在不同的开发者之间进行交流，从而促 进了嵌入式系统开发的产业化。 (3) 源程序摸拟器：这种测试工具的用途是在广泛使用的、人机接口完备的 工作平台上，如小型机和pc，通过软件手段模拟执行为嵌入式处理器内核编写 的源程序。简单的模拟器可以通过指令解释方式逐条执行源程序，分配虚拟存储 空间和外设，供程序员检查；高级的模拟器可以利用计算机的外部接口模拟出处 理器的i/o电气信号。模拟器软件独立于处理器硬件，一般与编译器集成在同一 个环境中，是一种有效的源程序检验和测试工具。 嵌入式开发的流程一般为以下顺序： 1系统需求分析：确定设计任务、设计目标，提炼出设计规格说明书，作 为正式设计指导和验收的标准。 系统的需求包括功能性需求和非功能性需求两方 面。功能性需求是系统的基本功能，如输入输出信号、通信接口、操作方式等， 非功能需求包括系统性能、成本、功耗、体积等因素。 2体系结构设计：描述系统如何实现，包括对系统各个功能模块的划分以 及软硬件选型。一个好的体系结构是设计成功与否的关键，最重要的是选择合适 的嵌入式处理器，以及开发环境和开发工具。 3硬件、软件设计：在系统要求的指导下，基于体系结构对系统的软件、 硬件进行具体的设计。通过综合分析系统软硬件功能、现有资源，选择合适的硬 件设备进行各个模块和处理器之间的接口设计、外围电路设计，然后进行软件设 嵌入式门禁系统设计 9 计实现各个模块的功能及相互间的通信。 4 系统测试集成： 把系统的软件、 硬件和执行装置集成在一起， 进行调试， 发现并改进单元设计过程中的错误。对设计好的系统进行测试，看其是否满足规 格说明书中给定的功能要求9。 1.4 ic 卡卡门禁系统门禁系统功能与功能与现状现状 ic 门禁系统是一种利用电子设备进行身份验证、控制开门和关门、对用户 进出的记录进行保存的智能管理系统。 使用这种门禁系统，首先要在需要控制的出入口安装门禁控制设备和电控 门锁，授权 ic 卡，确定一个 ic 卡能够进出门的权限，然后持卡人可以用授权 卡控制去方便进出，拥有管理员权限的卡能够方便地控制和管理整个单位的大 门、各个入口单元、甚至每个办公室门的人员进出。智能门禁系统为查阅各门 的出入情况，保障安全提供了极大的方便，是一种个安全、可靠的电子门锁控 制系统。 门禁系统由门禁控制器、读卡器、卡片、电子锁、管理软件组成。门禁系 统的核心部分是门禁控制器，它负责整个系统输入输出信息的处理、存储和控 制；读卡器负责读取卡片中的数据；电控锁是门禁系统中开门和锁门的执行部 件。 现有门禁系统多是以单片机为硬件平台进行开发的，由于单片机一般具有 端口资源少、内存小、集成度低等缺点，导致系统的功能不能得到扩展，开发 设计周期较长并且稳定性不能得到保障。并且现有的门禁系统多是采用单机模 式工作，采集数据需要人工采集才能进行合并、管理，操作起来非常麻烦。 选用集成度较高的处理器平台、进一步扩充系统的功能、多个门禁控制器 联网工作、通过专门的管理软件对出入数据进行汇总管理将成为门禁系统发展 方向，本系统的研究正是基于这些考虑进行的，以进一步提高各种性能、使用 的便捷性，利于门禁系统的推广应用。 第一章 绪 论 10 1.5 论文的主要内容和结构安排论文的主要内容和结构安排 本文课题来源于实验室的研究项目，主要研究基于arm7处理器的ic卡门禁 系统的设计与实现。 在本文所设计的系统中，充分利用了arm处理器高性能、低功耗、低成本 的优点，设计了一个功能较完善的嵌入式平台，为ic卡的应用提供了经济，完善 的解决方案。这正是本课题提出的意义所在。 本文的主要内容包括嵌入式ic卡门禁系统的设计方案，以及各硬件模块、软 件模块的设计与实现。首先介绍了嵌入式系统的组成结构、系统设计思想以及器 件的选型，以三星公司的s3c44b0x处理器芯片为基础，设计出适合课题需要的 硬件系统，以及为实现系统功能所设计的一系列软件。 在结构上，文章共分五章，结构划分如下： 第一章是绪论，介绍课题背景以及目前研究现状； 第二章介绍系统的总体设计，根据具体的功能需求探讨系统的设计选型，确 定设计方案； 第三章详细地介绍了系统各个模块的硬件电路设计及其工作原理， 按模块分 为9节讲述，分别是电源模块、复位电路、串行接口模块、键盘模块、存储模块、 系统时钟模块、液晶显示模块和以太网接口模块，除此之外还讲解了印刷电路板 设计的注意事项； 第四章讲述了系统的控制软件和应用软件的设计， 介绍了使用ads集成开发 环境开发基于arm的嵌入式系统软件的过程； 第五章是总结及展望。 嵌入式门禁系统设计 11 第二章第二章 系统总体设计系统总体设计 2.1 系统的设计任务和要求系统的设计任务和要求 项目要求设计一个嵌入式非接触 ic 卡门禁系统，要求完成对 ic 卡、串口 设备、网络、存储器之间数据的收发和存储控制，并且要求系统设有键盘、液 晶显示器等模块，以方便实际应用中的人机交互。 系统由 pc 机、 门禁设备组成， pc 机安装数据库管理系统和门禁管理软件， 通过 rs232 接口与门禁设备相联接，对门禁设备进行各种设置、从门禁设备上 采集门禁数据、对门禁数据进行处理，包括设置权限、挂失、读取门禁设备内 记录、进行数据分析统计和查询，生成各种报表等。 具体功能要求： 1刷卡时检验卡是否有效、是否在允许进出的时间段，卡有效且在允许的 时间段则控制电磁门锁开关打开门， 并保存此进出记录， 否则发出报警提示信息。 2可识别不同类别的卡，控制不同使用者的允许进出的时间及允许进出的 位置。 3 拥有管理员权限的人员可对读卡器进行各种硬件设置， 管理员可通过按 键和液晶显示器上的菜单选项设置读卡器。 4可以完成制卡操作，对失效或遗失的 ic 卡进行挂失，防止过期或者丢 失的卡被继续使用。 5存储刷卡的历史数据。 6系统能够与pc机建立连接，可以发送数据给主机，也可以接收主机发送 的数据 7设有网络接口，方便数据通过网络传输。 根据嵌入式系统的一般设计方法， 可以将系统分为硬件设计和软件设计两部 分。硬件部分主要完成微处理器与电源模块、复位模块、时钟模块、ic卡接口、 串口、以太网、flash存储器、键盘、lcd液晶显示等模块间的接口电路设计。 软件部分主要实现串口驱动程序完成串行数据的收发、 对ic芯片的有效控制和读 写操作、处理器与网络接口间的双向数据传输、键盘输入数据的处理、lcd液晶 显示的设置、时钟芯片数据的读写等。 第二章 系统总体设计 12 2.2 系统方案设计系统方案设计 首先，根据系统功能需求分析，本系统的设计要兼顾它的性能和成本，开 发周期等达到最优。 在设计过程中必须考虑到如何使硬件平台尽可能地满足系统软件和应用程 序运行时的资源要求如频率、 存储器空间等， 其次还必须提供丰富的通讯接口， 包括串行数据的接口、存储器接口、时钟接口以及以太网通讯接口等，另外还 要把成本控制好。 本系统主板整体设计如图 2-1。 图 2-1 系统整体结构设计 figure2-1 the overall design of the system 2.3 处理器选型处理器选型 2.2.3 3.1 .1 选选型型依据依据 作为一个门禁系统的硬件平台，其基本目的是采集ic卡数据，并将采集回来 的数据按照设定要求进行处理和存储。其设计的系统要求如下： (1) 处理器速度必须快，以达到准实时处理； (2) 要求处理器价格低，集成外设丰富； (3) 低功耗、集成度高； (4) 支持以太网等多种通讯接口； 嵌入式门禁系统设计 13 (5) 要有较高的稳定性，软件必须采用固化存储； (6) 开发周期短、成本合理，以利于推广使用。 2.2.3 3.2 .2 s3c44b0x 处理器处理器原理原理 由于arm在内存容量、运算速度、以及方便地接入以太网等方面的技术优 势，使它较单片机更容易地开发出大容量的门禁系统等等。在本课题中，我们广 泛的调研和对比，选用了samsung公司s3c44b0x， 它是16/32位risc(reduced instruction set computer)处理器，是手持设备和一般类型应用的高性价比、高性 能的微控制器解决方案。它的低功耗、精简和出色的全静态设计特别适合于低成 本和功耗敏感的应用。通过选用这一处理器进行设计，大大减少了整个系统的成 本，减少了为系统匹配的额外器件。 s3c44b0x采用了arm7tdmi内核，0.25um工艺的cmos标准宏单元和存储 编译器。它的低功耗精简和出色的全静态设计适用于对功耗敏感的应用。 s3c44b0x通过提供全面的、通用的片内外设，大大减少了系统电路中除处理器 以外的元器件配置， 从而最小化系统的成本， 也使得设备的体积能够做得非常小。 s3c44box提供的内置部件包括： 8kb cache，内部sram， lcd控制器，带自 动握手的2通道uart， 4通道dma， 系统管理器(片选逻辑， fp/edo/sdram 控 制器)， i/o端口，rtc， 8通道10位adc， iic-bus接口，iis-bus接口，同步 sio接口和pill倍频器12。 同时s3c44b0x还采用了一种新的总线结构，即sambaii(三星arm cpu嵌 入式微处理器总线结构) 13。 arm7tdmi体系结构的特点是它集成了thumb代码 压缩器，片上的ice( inc ircuite mulation)断点调试支持，和一个32位的硬件乘法 器。 1. 常用接口介绍如下表2-1所示。 表2-1 s3c44b0x常用接口介绍14 table2-1 introduction of common interface of s3c44b0x 1）通用i/o 第二章 系统总体设计 14 2）总线控制接口 3）串行数据接口 4）i2c 总线接口 5）存储器接口 嵌入式门禁系统设计 15 6）复位和时钟信号接口 7）电源 2. s3c44b0x的各种片上功能介绍： 2.5v的arm7 tdmi内核，带有8k高速缓存器，sambai i总线体系结构， 主频高至66mhz； 外部存储器控制器(fp/edo/sdram控制，片选逻辑)； lcd控制