ARM实训开发板设计—软件设计开题报告

淮 阴 工 学 院毕业设计(论文)开题报告学 生 姓 名：胥李学 号：1081302226专 业：通信工程设计(论文)题目：ARM实训开发板设计软件设计指 导 教 师:刘 虎2011年2月21日 毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告1结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写2000字左右的文献综述文 献 综 述1 引言目前，采用ARM技术知识产权IP核的微处理器，即通常所说的ARM微处理器，已经遍及工业控制、消费类电子产品、通信系统、网络系统、无线系统及军用系统等各类产品市场，ARM技术正在步入到生活的各个方面。本课题的研究目的是以一个初学者的角度写一本关于ARM的学习实训教材。所涉及的实训开发板主要应用于“嵌入式系统设计实训”课程，方便学生理解ARM微处理器基础知识，并能根据实训板配套例程，学习嵌入式系统开发基础知识，了解软硬件协同设计思想。本课题采用32位微处理器LPC2132、Keil工具、C语言，完成近20个单片机实训例程。2 ARM嵌入式的教学现状由于基于ARM的嵌入式系统软、硬件开发同传统51单片机开发相比复杂度和难度急剧加大。要建立一个新的、以ARM技术为核心的嵌入式系统教学课程体系,就需要总结以往以51单片机为核心的嵌入式系统教学经验,同时也要与ARM技术的自身特点以及国内实际教育基础和产业发展的具体情况相结合。既要加强嵌入式的基础教育,又要面向实际工程应用,提升嵌入式教学的实用性和工程性。2.1嵌入式系统教学特点(1)基础性可作为计算机、电工电子、自动控制等专业的基础平台课,可以强化基础知识;(2)综合性涉及电子、计算机、自动控制等诸多专业知识,专业性强,可包括操作系统、微机原理、编程语言 程序设计、计算机网络和单片机设计等课程内容。嵌入式系统是软件、硬件设计的完美结合,可以有效训练学生的综合能力;(3) 实践性 实验是嵌入式系统教学的重要环节,培养学生从问题需求开始,掌握如何设计自己系统的方法。3 ARM7的结构特点ARM7系列微处理器为低功耗的32位RISC处理器，最适合用于对价位和功耗要求较高的消费类应用。采用ARMV4T(Newman)结构，平均功耗0.6mW/MHZ。ARM7微处理器系列具有如下特点：具有嵌入式ICERT逻辑，调试开发方便。极低的功耗，适合对功耗要求较高的应用，如便携式产品。能够提供0.9MIPS/MHz的三级流水线结构。代码密度高并兼容16位的Thumb指令集。对操作系统的支持广泛，包括WindowsCE、Linux、PalmOS等。指令系统与ARM9系列、ARM9E系列和ARM10E系列兼容，便于用户的产品升级换代。主频最高可达130MIPS，高速的运算处理能力能胜任绝大多数的复杂应用。ARM7系列微处理器的主要应用领域为：工业控制、Internet设备、网络和调制解调器设备、移动电话等多种多媒体和嵌入式应用。ARM7系列微处理器包括如下几种类型的核：ARM7TDMI、ARM7TDMI-S、ARM720T、ARM7EJ。其中，ARM7TMDI是目前使用最广泛的32位嵌入式RISC处理器，属低端ARM处理器核。TDMI的基本含义为：T：支持16为压缩指令集Thumb；D：支持片上Debug；M：内嵌硬件乘法器（Multiplier）I：嵌入式ICE，支持片上断点和调试点；4 ARM微处理器结构4.1 RISC体系结构： 采用固定长度的指令格式，指令归整、简单、基本寻址方式有23种。 使用单周期指令，便于流水线操作执行。 大量使用寄存器，数据处理指令只对寄存器进行操作，只有加载/ 存储指令可以访问存储器，以提高指令的执行效率。除此以外，ARM体系结构还采用了一些特别的技术，在保证高性能的前提下尽量缩小芯片的面积，并降低功耗： 所有的指令都可根据前面的执行结果决定是否被执行，从而提高指令的执行效率。 可用加载/存储指令批量传输数据，以提高数据的传输效率。 可在一条数据处理指令中同时完成逻辑处理和移位处理。 在循环处理中使用地址的自动增减来提高运行效率。4.2 ARM微处理器的寄存器结构ARM处理器共有37个寄存器，被分为若干个组（BANK），这些寄存器包括： 31个通用寄存器，包括程序计数器（PC指针），均为32位的寄存器。 6个状态寄存器，用以标识CPU的工作状态及程序的运行状态，均为32位，目前只使用了其中的一部分。同时，ARM处理器又有7种不同的处理器模式，在每一种处理器模式下均有一组相应的寄存器与之对应。即在任意一种处理器模式下，可访问的寄存器包括15个通用寄存器（R0R14）、一至二个状态寄存器和程序计数器。在所有的寄存器中，有些是在7种处理器模式下共用的同一个物理寄存器，而有些寄存器则是在不同的处理器模式下有不同的物理寄存器。关于ARM处理器的寄存器结构，在后面的相关章节将会详细描述。4.3 ARM微处理器的指令结构ARM微处理器的在较新的体系结构中支持两种指令集：ARM指令集和Thumb指令集。其中，ARM指令为32位的长度，Thumb指令为16位长度。Thumb指令集为ARM指令集的功能子集，但与等价的ARM代码相比较，可节省3040以上的存储空间，同时具备32位代码的所有优点5 LPC21XX系列芯片的特点LPC2131/2132/2138 是基于一个支持实时仿真和嵌入式跟踪的32/16 位ARM7TDMI-STM CPU 的微控制器，并带有32kB、64kB、512 kB 的嵌入的高速Flash 存储器。128 位宽度的存储器接口和独特的加速结构使32 位代码能够在最大时钟速率下运行。对代码规模有严格控制的应用可使用16 位Thumb模式将代码规模降低超过30%，性能的损失却很小。较小的封装和极低的功耗使 LPC2131/2132/2138 可理想地用于小型系统中，如访问控制和POS 机。宽范围的串行通信接口和片内8/16/32kB 的SRAM 使LPC2131/2132/2138 非常适用于通信网关、协议转换器、软modem、声音辨别和低端成像，为它们提供巨大的缓冲区空间和强大的处理功能。多个32 位定时器、1个或2 个10 位8 路ADC、10 位DAC、PWM 通道和47 个GPIO 以及多达9 个边沿或电平触发的外部中断使它们特别适用于工业控制和医疗系统。特性如下： 小型LQFP64封装16/32位ARM7TDMI-S微控制器。 8/16/32kB片内静态RAM。片内Boot装载软件实现在系统/在应用中编程（ISP/IAP）。扇区擦除或整片擦除的时间为400ms1ms可编程256字节。 EmbeddedICERT和嵌入式跟踪接口可实时调试(利用片内RealMonitor 软件）和高速跟踪执行代码。 1个（LPC2132/2132）或2 个（LPC2138）8 路10 位A/D 转换器共包含16 个模拟输入，每个通道的转换时间低至2.44us。 1个10位D/A 转换器,可提供不同的模拟输出（LPC2132/2138）。 2个32位定时器/计数器（带4 路捕获和4 路比较通道）、PWM 单元（6 路输出）和看门狗。 实时时钟具有独立的电源和时钟源，在节电模式下极大地降低了功耗。 多个串行接口，包括2个16C550工业标准UART、2个高速I2C接口（400 kbit/s）、SPITM和SSP（具有缓冲功能，数据长度可变）。 向量中断控制器。可配置优先级和向量地址。 多达47个5V 的通用I/O 口（LQFP64 封装）。 9个边沿或电平触发的外部中断引脚。 通过片内PLL可实现最大为60MHz的CPU 操作频率，PLL的稳定时间为100us。 片内晶振频率范围：1-30 MHz。 2个低功耗模式：空闲和掉电。 可通过个别使能/禁止外部功能和降低外部时钟来优化功耗。 通过外部中断将处理器从掉电模式中唤醒。 单个电源供电，含有上电复位(POR)和掉电检测(BOD)电路：应用： 工业控制 医疗系统 访问控制 POS 机 通信网关 嵌入式软moderm 一般性应用5 Kell软件介绍Keil是美国Keil Software公司推出的单片机与ARM系列芯片汇编和C语言软件开发系统，也是目前非常流行的开发单片机和ARM的软件，这从近年来各仿真机厂商纷纷宣布全面支持Keil即可看出。Keil提供了包括C编译器、宏汇编、连接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案，通过一个集成开发环境将这些部份组合在一起，可以完成编辑、编译、连接、调试、仿真等整个开发流程。开发人员可用IDE本身或其它编辑器编辑C或汇编源文件，然后分别由C51及A51编译器编译生成目标文件(.OBJ)。目标文件可由LIB51创建生成库文件，也可以与库文件一起经L51连接定位生成绝对目标文件(.ABS)。ABS文件由OH51转换成标准的Hex文件，可以下载到目标板中进行调试和运行。Keil C51软件提供丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具，全Windows界面。另外重要的一点，只要看一下编译后生成的汇编代码，就能体会到Keil C51生成的目标代码效率非常之高，多数语句生成的汇编代码很紧凑，容易理解，在开发大型软件时更能体现高级语言的优势。Keil的新版本是Vision IDE 4,其内的ARM开发工具MDK（Microcontroller Development Kit），是用来开发基于ARM核的系列微控制器的嵌入式应用程序。它适合不同层次的开发者使用，包括专业的应用程序开发工程师和嵌入式软件开发的入门者。MDK包含了工业标准的Keil C编译器、宏汇编器、调试器、实时内核等组件，支持所有基于ARM的设备，能帮助工程师按照计划完成项目。Keil ARM开发工具集集成了很多有用的工具，正确的使用它们，可以有助于快速完成项目开发。Vision IDE集成开发环境和Vision Debugger调试器可以创建和测试应用程序，可以用GNU ARM ADS或者RealView的编译器来编译这些应用程序。其主要工具如下： Vision IDE RealView C/C+ Compiler RealView Macro Assembler RealView Utilities RTL-ARM Real-Time Library Vision Debugger毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告参考文献1 李驹光. ARM应用系统开发详解M. 清华大学出版社. 20042 贾东平，孙印杰，陈安，ARM嵌入式系统技术开发与应用实践，2009，电子工业出版社3 崔树林，周志光，嵌入式系统通用的应用软件结构研究，电子工业出版社，20034 凌志，林志红，嵌入式硬件，嵌入式技术与应用丛书，电子工业出版社，20085 邹逢兴，陈立刚，李春，微型计算机原理与接口技术，清华大学出版社，20086 周润景，袁伟亭，基于PROTECUS的ARM虚拟开发技术，北京航空航天大学出版社，20067 张齐，王华中，ARM7嵌入式技术高级实践教程，北京航空航天大学出版社，20058 谭浩强，C语言程序设计，清华大学出版社，20039 杨爱琴，李晓萍，ARM程序设计与分析，清华大学出版社，200710 三恒星科技，ARM7原理与应用设计，人民邮电出版社，200811 徐英慧，马忠梅等，ARM7嵌入式系统设计与Keil软件应用，北京航空航天大学出版社，200712 兰吉昌，单片机C51完全学习手册，化学工业出版社，200513 王宇行，ARM程序设计与分析，北京航空航天大学出版社，200714 田泽，ARM7嵌入式开发实验与实践，北京航空航天大学出版社，200815 刘天时，强新建，王瑞，曹庆年ARM7嵌入式开发基础实验，电子工业出版社，2009毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告2本课题要研究或解决的问题和采用的研究手段（途径）1 主要解决的问题本论文旨在通过ARM7处理器（LPC2132芯片）写实验室实训教材。具体来说就是：用 Keil 软件完成20个实验。并在开发板上进行调试。调试成功后编写成实验教材。2 实现方案本教材主要包括如下几个步骤：（1） 熟悉环境：根据首先仔细阅读开发板使用手册，依据手册进行环境的搭建和实验；（2）阅读文献：仔细阅读有关ARM的技术文档搞懂基本原理以及内部结构，理解指令系统和硬件电路设计；（3）软件设计：利用Keil工具，C语言设计实训应用程序；（4）系统仿真：利用开发板对程序进行系统仿真；（5）编写教材：将以上的各个步骤进行总结，结合开发板及设计软件编写成教材。毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告3 进度安排2011年3月1日2011年3月4日 完成开题报告2011年3月5日2011年3月6日 系统概要设计2011年3月7日 开题答辩2011年3月8日2011年3月20