物联网学习汇报

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ARM9
• 嵌入式系统（Embedded System）一般由嵌入式微处理器、外 围设备、嵌入式操作系统以及用户的应用程序等组成。嵌入式系 统的硬件由ARM微处理器（单片机）和外围设备组成。软件系统 由操作系统软件（OS）和应用程序编程。 • 嵌入式系统的核心是嵌入式微处理器，ARM（Advanced RISC Machine）通常指带有ARM核的一类微处理器。 • 技术特点：①低功耗；②开发周期短；③支持Thumb（16位）和 ARM（32位）双指令集；④高效的总线系统（三种不同类型的 总线AHB、ASB和APB）。 • ARM9系列微处理器在高性能和低功耗方面提供了最佳的选择。 其架构为：ARMv4T；核： ARM920T、 ARM922T和ARM940T； • 特点：5级整数流水线（包括五个阶段执行：取指令、译码、执 行、缓冲/数据和回写），指令执行效率更高；支持多种主流嵌 入式操作系统等。
Shell
内核(Kernel)
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嵌入式操作系统linux
• Linux的基本原理 Linux的CPU管理：分时方式管理CPU的运行时间， 实现多用户多任务的操作系统。 Linux的存储管理：采用虚拟存储技术，即用硬盘的 空间来扩充内存的空间；遵循页式存储管理机制，虚拟 内存和物理内存均按页为单位加以分割，页得大小固定 不变。 Linux的文件管理：采用虚拟文件系统（操作系统和 文件系统之间的接口）技术，依靠文件系统来实现。 Linux的设备管理：所有外设按其数据交换的特性分 成三类：字符设备（如打印机、声卡、键盘、显卡、鼠 标等输入输出设备），块设备(必须将数据首先送到缓冲 区，然后以块为单位进行数据交换，即外设)和网络设备 （数据包，如网卡）。
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Linux的存储管理
• 线性空间就是虚拟地址空间。进程可寻 址0-4GB的虚拟内存，进程的线性区由 vm_area_struct结构表示，并且按地址 从小到大的形式组成链表。线性区定义 如下： • 补充：链表，AVR树（高度平衡二叉 树），搜索的速率高。
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struct vm_area_struct { struct mm_ struct * vm_mm; //进程的内存管理结构mm_ struct unsigned long vm_ start; //线性区的起始地址 unsigned long vm_ end; struct vm_ struct * vm_next; //指向链表中的下一个线性区 pgprot_t vm_page_port; //页保护位 unsigned long vm_ flags; //标志 short vm_avl_height; //AVL中，根节点的子树高度 struct vm_ struct * vm_avl_left; struct vm_ struct * vm_avl_right; struct vm_ struct * vm_next_share;//指向在共享链表中的下一个线性区 struct vm_ struct ** vm_pprev_share; struct vm_operations_struct * vm_ops; //操作函数指针集的结 unsigned long vm_ pgoff; struct file *vm_file; //线性区映射文件，指向文件结构 unsigned long vm_ raend; void *vm_private_data; };
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RFID技术的应用
• RFID 的自动识别无论是在技术难度上、还是在应用 系统的可实现性及应用灵活性等方面都更具有明显的 优势。自动定位技术具有系统可实现性好、实现复杂 性低、实现成本较低且便于控制等优点。 • 将 RFID技术应用于 ITS（智能交通系统） 中进行车 辆跟踪需要在其车辆上安装电子标签，对于应用于车 辆跟踪系统的只有杭州、武汉、大庆等地在公交车和 出租车上安装电子标签的试点，从而可实现车辆的到 站预测和调度甚至交通灯的智能控制等功能。 • 金卡工程正向非接触式 CPU 卡/智能卡方向发展。现 在人均持卡量已超过 4 张，这些卡都将被采用 RFID 技术的单张射频 CPU 卡（非接触式 CPU 卡/智能卡） 所取代，金卡工程又将迈上新的台阶。
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ARM的工作状态
• ARM状态：执行32位的ARM指令； • Thumb状态：执行16位的Thumb指令。 • 可在两种状态之间切换：当操作数寄存 器的状态为1时，可采用执行BX指令的 方法，使微处理器从ARM状态切换到 Thumb状态；当操作数寄存器的状态为 0时，可采用执行BX指令的方法，使微 处理器从Thumb状态切换到ARM状态。
基于RFID的移动目标跟踪系统研究与设计 史阅 电子科技大学，硕士学位论文 2010.4
在ARM9平台上基于Linux系统的嵌入式应用
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物联网概念
• 物联网（The internet of things）:通过 射频识别（RFID）、红外感应器、全球 定位系统、激光扫描器等信息传感设备， 按约定的协议，把任何物体与互联网相 连接，进行信息交换和通信，以实现对 物体的智能化识别、定位、跟踪、监控 和管理的一种网络。
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ARM嵌入式系统的外围设备和软件基础
• 存储器：几乎每个嵌入式系统都必须用 到的外地设，但由于制造工艺的不同而 没有加入芯片中。 • 通信接口：一般用专门的通信接口芯片 来实现，如USB接口市场上用USBUART桥接芯片。
• ARM嵌入式系统软件基分类：无操作系统 （软件直接搭在硬件上，即裸机程序）和带操 作系统（嵌入式LINUX）。
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嵌入式操作系统linux
• Linux的各组成部分
㈠、内核：是整个操作系统的核心，提供相应的硬件驱动程和网络 接口程序，源代码用C语言编写，采用模块化的结构，其主要模块 包括：存储管理、CPU和进程管文件系统管理、设备管理和驱动、 网络通信以及系统的引导、系统调用等。 ㈡、Shell：用户和内核之间的桥梁。负责将用户的命令解释为内 核能够接受的低级语言。 应用程序 ㈢、X Window：图形化用户界面的标准。 ㈣、应用程序 X-Window 应用程序
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标签和阅读器设计方案
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• 数字控制电路：通常使用的都是微功耗的微处 理器甚至是定制的或经过对常规通用微处理器 内核进行（RFID）专业化裁剪后的微处理器。 • 存储器是标签核心的另一组成部分，可根据应 用需要使用 ROM/PROM 存储器（有的可直 接使用固态数字逻辑以节省开销）或 EEPROM/FLASH 型存储器，在使用微处理器 的系统中，可能还需要搭配 RAM。
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嵌入式软件开发基本流程
编写源代码 编译器 连接器
PC机
目标文件
定址器 可重定位程序
可执行二进制映像文件
下载可执行文件到目标板
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ARM的工作模式
• ARM体系结构支持7种工作模式：用户模式 （usr）、快速中断模式（fiq）、外部中断模 式（irq）、管理模式（svc）、数据访问终止 模式（abt）、系统模式（sys）、未定义指令 中止模式（und）。 • 指令特点：采用固定长度的指令格式；使用单 周期指令；大量使用寄存器；所有指令均可根 据前面的执行结果决定是否被执行；可在一条 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。
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ARM寄存器
ARM处理器中有37个32位寄存器， 划分为两类寄存器：通用寄存器31个和 状态寄存器6个（CPSR、SPSR_svc、 SPSR _abt、SPSR _und、SPSR _irq、 SPSR _fiq）。但是这些寄存器不能被同 时访问，具体哪些寄存器是可编程访问 的，取决于微处理器的工作状态及具体 的运行模式。如：R14_und。
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RFID 的基本原理
• 该模型中包含有这么两个主要部件：一个是“阅读 器”，是一个与“电子标签”配对的，用于读取 “电子标签”中的信息以及向“电子标签”中写入 必要信息的电子收发器；另一个则是“电子标签”， 是一种存储有特殊标签信息以及相关数据的电子装 置，附着于所需标记的对象，其存储的数据信息用 于标识所附着对象的相关属性信息。
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阅读器的组成
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• 阅读器的组成和标签的组成基本上是差不多的， 但特殊之 • 处在于①阅读器使用的电源通常是市电（当然 是要变换成低压直流电源）或电池 • （对于便携/手持式阅读器）；②数字控制电 路大多使用性能比较好的 MCU 以便于进行数 据处理和对外围接口的控制；③阅读器的存储 器配置是根据实际使用目的和环境情况来予FID（Radio Frequency Identification，射频识别） 技术，“物联网”应用的核心技术，RFID 技术被普 遍认为是 21世纪最具发展潜力的一项新兴技术。这种 技术目前广泛应用于物流业中的物品识别、各种门禁 控制系统、身份和有效性识别以及各种各样的“一卡 通”系统中，并且与此相关的各种应用还在不断地推 出。将 RFID 技术与定位跟踪技术相结合，建立（针 对特定对象的）移动目标跟踪系统正是该论文文的研 究内容。 任务：目标的自动识别和自动定位，其次才是在此基 础之上的对目标运动轨迹的跟踪。
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基于linux的ARM9嵌入式应用
• 一、linux操作系统 • 二、ARM9
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嵌入式操作系统linux
• linux的起源
1969年由美国的Linus Torvalds创建，以可爱的胖企鹅作为 标志。它是嵌入式系统和构筑集群计算机的首选。 特点：ⅰ、真正的多用户多任务；ⅱ、良好的兼容性；ⅲ、 强大的可移植性；ⅳ、高度的稳定性，linux是支持最多硬件平台 的操作系统；ⅴ、漂亮的用户界面，包括字符界面和图形化用户 界面。 优点：ⅰ、源代码开放，成本低；ⅱ、裁剪性，高度的模块 化；ⅲ、完善的通信、图文和文件管理功能；ⅳ、驱动程序丰富； ⅴ、功能强大，内核小；ⅵ、支持多种开发语言(linux+C); ⅶ、 极强的可扩展性（ linux +集群技术）。 缺点：昂贵的价格反映出令人信服的性价比，却把个人用户 拒之门外。