嵌入式系统_应用实例.ppt

1、1、第9章开发和应用实例9.1概述随着现代物流、仓储、超市等行业的快速发展，货物流动的速度越来越快，仓储和库存周期越来越短。这样，物流仓储和库存行业的压力越来越大，传统的手工库存方式已经不能适应现代物流的发展。为了解决这个问题，世界上一些先进的物流国家都采用了专业的库存机器进行物流库存。我们在设计中使用了流行的嵌入式微处理器作为系统的核心组件。微处理器是韩国三星公司生产的S3C2410，操作系统是Windows CE。NET 4.2嵌入式操作系统。整个系统的硬件分为三大模块：核心板、系统板、专用键盘和液晶显示器。微处理器、64MB软件无线电内存、64MB与非闪存模块和一些支持电路集成在核心板上

2、。在系统板上，设计了与核心板连接的接口，同时集成了显示接口、以太网接口、USB接口、串口、CF卡和IrDA条码扫描接口等各种外设以及相应的控制组件，此外还有电源管理和转换等辅助电路。31键专用键盘采用超低功耗的MSP430微控制器作为控制器对键盘进行编码和解码，并通过自定义的串行键盘端口访问系统板。显示部分是192*64液晶字符显示器。本章首先介绍了系统的硬件设计和工作原理，软件部分介绍了Windows CE操作系统的移植和定制、驱动程序和支持软件的编写。除常用设备外，库存机还需要支持串行条形码扫描仪、CF卡等设备。3。实物图片，便携式库存设备的外观，4。9.2硬件平台的设计。嵌入式设备的硬件

3、架构一般基于嵌入式微处理器。通过处理器接口的扩展和系统硬件的支持，多个外围单元集成到整个系统中，外围模块通过CPLD等逻辑转换器件和其他硬件电路进行读写和控制。物流库存机系统的硬件原理框图如图9-1所示，硬件主要包括三部分：核心板、系统板、专用键盘和液晶显示器。1)系统核心板介绍核心板是整个系统的核心，它集成了库存系统的微处理器、软件无线电内存单元、与非门闪存单元及其所需的辅助部件，如晶振(12MHZ和32KHZ)、电源模块等。核心板图和印刷电路板图见图9.1b，c和c，5，图9.1a硬件平台示意图，6，2)闪存在核心板，微处理器为基于ARM920T内核的S3C2410微处理器。系统的程序存储

4、器采用NAND Flash，芯片型号为三星K9F1208，容量为64MB。“与非”闪存接口电路的原理如图9-2所示。它是逐页自动编程的，每个页面大小为528(51216)字节，典型的编程时间为200秒。擦除以块为单位执行，每个块的大小为16千字节，典型的擦除时间为2毫秒。读取页面中的一个数据需要50纳秒。K9F1208共有48个引脚，只有8个输入输出端口、读/写控制线和电源线起作用。IO端口是地址、命令输入、数据输出和输入的多路复用端口。K9F1208还提供纠错码，以实现坏区检测和实时映射，因此它具有高达100，000个编程和擦除周期以及长达10年的数据存储。“与非”闪存控制器集成在S3C24

5、10中，可在硬件上直接与“与非”闪存相连。在库存机中，“与非”闪存用于加载操作系统映像，以及大容量数据存储，也是系统启动内存。7、图9.1b是核心板的示意图，核心板是整个系统的核心，集成了处理器、软件无线电内存单元、软件无线电闪存单元及其所需的辅助组件，8、图9.1c是核心板的印刷电路板图(6层)，9、图9-2是软件无线电闪存的示意图，10、3)软件无线电内存随机存取存储器软件无线电内存用于运行操作系统和缓存各种数据。图9-3是核心板软件无线电内存接口部分的原理图。该系统采用两个16M 16位的软件无线电芯片，共同构成32位的数据宽度和64MB的内存。HY57V561620是一款4库4M 16

6、位软件无线电芯片，采用3.3V电源供电，适用于嵌入式系统。与其他内存相比，软件无线电内存具有容量大、功耗低、速度快等独特优势。它最早可以工作在166兆赫，通常存储时间为10毫微秒。SDRAM是高速存储系统中必不可少的外部存储设备。软件无线电由S3C2410芯片中的软件无线电控制器管理，软件无线电连接在BANK6上。11、图9-3核心板SDRAM部分的原理电路图，12、4)核心板电源图9-4是核心板电源部分的原理电路图。图中，微控制器5207电源芯片用于将系统板的3.3V电压转换为两组1.8V电压供处理器内核使用。核心板上有一些辅助电路，包括上拉电阻、滤波电容、处理器主时钟晶振和外设辅助时钟晶振

7、，共同构成了ARM的最小硬件系统板。系统中使用的S3C2410处理器是FBGA封装的高速处理器，运行时钟频率为203兆赫。这种FBGA封装的高速处理器需要使用多层电路板设计。该系统的核心板工作在高速信号下。为了便于布线和减少干扰，采用了六层电路板设计，第二层为接地层，第四层为电源层，其他层为信号层。核心板通过标准的144核SIMM插座与主板相连。核心板是最小的ARM9硬件系统板，通用性好，可作为不同产品开发设计的基础。13、图9.4、14、9.2.2系统板(应用板)的组成及工作原理示意图。系统板扮演两个角色，一方面为核心板提供支持。例如，为了给核心板供电，它提供外围设备和核心板之间的连接，另一

8、方面，它为各种外围设备提供接口。系统板主要集成了RJ-45网络接口、USB主从设备接口、串行接口、液晶显示接口、CF卡接口、键盘等接口电路。同时，还有一些相应的控制转换电路(如CPLD)和电源管理部分。标准SIMM插槽用于连接核心板和主板，相应的外设接口用于连接外设和系统板。采用Altera公司的EPM3032ATC44-10可编程逻辑器件芯片。可编程逻辑器件可实现高速先进先出或利用其灵活的可编程性，并可用作核心板和其他外部功能模块之间的通用接口(如集成电路接口)。因为S3C2410本身没有CF卡(半导体辅助存储器之一)接口，为了连接CF卡，必须采用转换接口。在实际系统中，带有总线接口的集成开

9、发环境接口被转换为CF卡接口。15、系统板上的网络接口芯片采用CS8900网络接口芯片。CS8900芯片是卷云逻辑公司生产的局域网处理芯片。它的封装是100引脚TQFP，集成了片内随机存取存储器、10BASE-T收发器滤波器，并提供8位和16位接口。该系统采用16位接口模式。以太网接口示意图如图9-6所示。在图中，HR601627是一个脉冲变压器，它对CS8900前端的网络信号进行脉冲波形变换。图9.6 cs 8900网络接口示意图。17、系统采用专用显示器19264液晶显示器。显示器为图形点阵液晶显示器，主要由行驱动器、列驱动器和19264全点阵液晶显示器组成。它可以完成图形显示和显示124

10、 (1616点阵)汉字。它由3.3V电源供电。与处理器的接口采用8位并行输入输出数据总线和8条控制线。S3C2410处理器内部集成了液晶控制器，但控制器不支持用户选择的显示器，所以只能通过其他方式连接到显示器，实际上是直接连接到处理器的通用输入输出端口。18，S3C2410集成串行接口，TTL电平为3.3v，可直接使用。为了与标准的RS232C串行设备进行通信，采用了一个SP3243芯片进行电平转换，构成了一个相对完整的串口。在库存机的实际应用中，需要一个带外部串口的条形码扫描仪。扫描仪采用标准串口9针D插座，工作时需要通过串口的第九针外接5V电源。为了方便该扫描仪的使用，对串行接口进行了改进

11、设计，并利用电子开关将可控5V电源叠加在串口的第九引脚上。当用作标准串行端口时，5V电源从第九个引脚断开。当扫描仪外接时，第九针接5V电源，驱动扫描仪正常工作。串口驱动程序实现串口第九针是否接5V电源，通过串口设置系统调用功能来控制应用程序。接口电路如图9-8所示。19，图9-8串行接口电路，20，该系统中使用了许多器件，其中许多器件需要复位信号来确保正常可靠的复位。因此，在系统板上设计了复位信号模块。该模块使用电阻、电容和二极管构成一个简单适用的复位电路。在此基础上，利用74HC17芯片进行波形调整和信号反相，产生两组高低电平的复位信号，以满足设备对整个系统的需求。复位电路原理图如图9-9所

12、示。S3C2410处理器与芯片上的USB接口集成在一起，所以系统板简单地导出这个信号。21，图9.8复位电路原理图，22，存货机的输入信号由外部串行键盘手动输入，由串行条码扫描仪读取。串行键盘是我们自己设计的一种特殊键盘，适用于库存行业。键盘由16位低功耗微控制器MSP430管理。使用库存机器的目的是提高库存效率。对于库存人员来说，扫描仪和键盘是最常用的。扫描仪上只有一个按钮，很容易使用。因为键盘的效率对于提高库存效率非常重要，所以在库存机系统中设计一个最适合库存的键盘是一个重要的步骤。库存机器是一种便携式设备，键盘不能做得很大。另一方面，为了便于库存人员进行盲打字，按键的尺寸不应过小，尤其是

13、常用按键应略大于电脑标准键盘。在这种情况下，键的数量是有限的。经过大量的练习，最终的键盘设计采用了31个键。字母和数据键通常用作数字键，字母用Shift键输入。图9-10是键盘的框图。9.2.3特殊键盘的设计，23。同时，为了使用方便，键盘上还设有系统睡眠和唤醒按钮，通过扁平电缆将键盘接口连接到系统板。键盘控制器为MSP430F149，是一种16位RISC结构、超低功耗的工业混合信号控制器。这些控制器设计为依靠电池运行，可以长时间使用。中央处理器中的16个寄存器和常数发生器使MSP430微控制器能够实现最高的代码效率，灵活的时钟源能够使器件实现最低的功耗，数字控制振荡器(DCO)能够使器件在不

14、到6秒的时间内从低功耗模式快速唤醒并激活至主动工作模式。在程序中，使用MSP430F149的外部中断输入/输出端口作为键盘扫描的信号线，通过内置的串口进行编码并输出到系统板上。该芯片工作在1.8-3.6V的电压和1兆赫的时钟，功耗为0.1-400安(不同的工作模式有所不同)。至于中央处理器的省电模式，按键时会触发中断信号，中央处理器会立即唤醒。处理完键盘事件后，中央处理器再次进入省电模式。、24、图9-10是键盘框图、25、系统板框图、10M以太网卡CS8900、条码扫描器RS232接口、网络传输RJ45接口、JTAG调试接口、键盘RS232接口、液晶显示接口、电源模块MAX603、26、9.

15、3软件系统设计，系统软件系统主要包括嵌入式操作系统的选择、定制和简化。9.3.1操作系统的定制与实现视窗ce具有良好的图形交互界面，便于上层图形应用程序的开发和调试，因此选择视窗CE作为本便携式库存机的操作系统。微软视窗系统。NET是一个可定制的32位嵌入式操作系统，支持多种平台。支持多线程、抢先执行和多任务处理。它不仅适用于工业嵌入式设备，还支持高度便携的个人计算设备，如掌上电脑、PDA和移动通信设备。Windows CE。NET采用完全模块化的设计结构，可以根据硬件平台和应用目的灵活定制。对于应用程序开发人员来说。NET提供了各种类似于Windows环境的开发环境。微软的Win32 API

16、、ActiveX控件、消息队列、COM接口、ATL和MFC，这些都有利于提高程序员的工作效率和从其他Windows平台移植成功的应用程序。Windows CE。NET内置了对多媒体、通信(TCP/IP、SNMP、TAPI等)的支持。)和安全性，并提供windows用户熟悉的常见应用程序。Windows CE通过ActiveSync实现目标设备和桌面计算机之间的通信。该系统的核心板使用NAND闪存芯片分成4个平面，每个平面包含1024个块，每个块包含32个页面，每个页面包含512个字节。芯片以页为单位读写，以块为单位擦除。因此，内存以块(16KB)为单位进行分配。内存被分成两个相同大小的大区域，

17、即系统区域和用户区域，两者都是2048个块。用户区域由用户用来保存用户程序和数据。系统区域具体分为三个部分：(1)引导区域(0-1块):大小为2块(32KB)，其中前4KB是系统启动代码，用于引导EBoot(调试状态)或Windows CE(发布状态)内核，其他部分可以存储启动期间可能需要的程序或数据。(2)电子书区(2-8块):大小为7块(112K)，一般在调试时使用。它的主要功能是格式化NAND Flash，并通过网络下载Windows CE内核。(3)窗口执行区(其他块):保存窗口执行的系统文件。9 . 3 . 1 WINCE操作系统的定制和实现，28.2)WINCE操作系统的定制和实现。要构建一个基于Windows CE操作系统的平台，需要完成以下主要步骤：(1)导入。与硬件平台相关的cec文件；(2)使用标准的开发向导，