基于ARM的嵌入式工业控制系统设计
基于ARM920T嵌入式通信：控制系统设备驱动开发研究
储 在 系 统 内存 中 ， 成 Ｃ 生 ＡＮ 数 据 文 件 ， 用 户 通 过 网 络 可 以 供
访 问和修改这些工业 现场数据 。
图 １
嵌 入 式 控 制 器 本 身 还 可 以 作 为 工 业 控 制 的一 个 节 点 使 用 ， 时 采 集 、 储 、 输 ， 过 键 盘 和 Ｌ Ｄ 进 行 查 询 设 备 状 实 存 传 通 Ｃ 态 和 设 置 设 备 参 数 。 嵌 入式 通 信 控 制 系统 将 基 于ＴＣ ／Ｐ 的 该 ＰＩ
维普资讯
Ｍｉ ０ ０ ｕｅ ｐ ｌ ａｉｎ ｏ． ２ Ｎ ． ０ ２ ０ ｃ ｃｍｐ ｔｒＡ ｐｉ ｔ ｓ １２ ， ｏ １ ，０ ６ ｒ ｃ ｏ Ｖ
开发 应 用
微 型电脑应 用
２０ ０ ６年 第 ２ 卷 第 １ ２ ０期
文 章编 号 ：０７ ７ ７ ２ ０ ）Ｏ ０ ２ — ０ １ ０ — ５Ｘ（ ０ ６ １ 一 ０ １ ４
以 到 ＷＷ ｋ ｇ１ｃｒ 上 下 载 交 叉 编 译 软 件 包 ｃｏｓｏ ｌ ２ Ｗ． ｅｅ．ｏ ｎ ｒ ｓｔｏ一 ． ９． ．ａ． ｚ解 压 并 修 改 ／ｔ ５ ３ ｔｒｇ ， ｅｃ目录 下 的 ｐｏｉ 脚 本 文 件 ， 置 ｒｆｅ ｌ 设
程 主 机 上 。Ｃ ＡＮ 节 点 可 以 收 集 工 业 控 制 中 常 见 的 模 拟 量 输 入 、 出和 开 关 量 输 入 、 出等 信 息 。 过 Ｃ 输 输 通 ＡＮ 总 线 传 送 并 存
以太 网 和 现 场 总 线 技 术 有 效 的 结 合 起 来 ， 得 一 台 台 孤 立 的 使
现 场 设 备 作 为 一 个 个 网 络 节 点 有 机 连 接 在 一 起 ， 于 进 行 集 易 中化 管 理 和控 制 ， 现 了 工业 控 制 领 域 的 网 络 化 和 开 放 性 。 体
基于ARM S3C2410嵌入式系统的Bootloader分析与设计
个 完整 的嵌 入 式 系 统从 软件 角 度 看 分 为 ４层 ，
分别是引导加载程序 、 操作系统 内核 、 文件系统和用户 应用程序。引导加载程序是系统上电后首先运行的代 码 。在 Ｐ Ｃ机 中引导 加 载 程 序 由 ＢＯ （ ＩＳ 基本 输 入 输 出
蒋 维
（ 青海民族学院电子工程与信息科 学系， 青海省西宁市 ８００ ） １０７
摘 要 ： 嵌入 式 系统 中 系统 引导加 载程 序 Ｂ ｏｏｄｒ 非 常重要 的 ， 对 不 同 的 系统板 其 Ｂ ｏ 在 ｏｔ ａｅ 是 ｌ 但 ｏｔ —
ｌａｅ 不 完全相 同， ｏｄｒ 因此 需要针 对 系统板 移 植 Ｂ ｏｏｄｒ ｏｔ ａｅ。分析 了基 于 Ａ Ｍ ￥ Ｃ４ ０嵌入 式 系统 的启 ｌ Ｒ ３ ２１ 动流 程 ， 出 了每 一环 节 的关键代 码 。介 绍 了在 线仿 真和 烧 写 步骤 ， 通过 实 际操 作 对 本 次设计 进 行 给 并
・
４ ・ ９
・
计算机与 自动化技术 ・
电 字 工 套 师
２０ ０ ８年 ｌ ０月
３ 启动流程分析与具体实现
３ １ 启动流程分析 ． 系统加 电复位后 ，Ｐ Ｃ Ｕ从 复位地 址 ＯＯ００ ０ ｘ０００ ０处
系统 ） 位于 ＭＢ 主引 导记 录 ） 和 Ｒ（ 的操作 系 统 Ｂ ｏｏｄ ｏｔａ－ ｌ ｅ共 同组 成 。而在 嵌 入 式 系统 中一 般 没 有 ＢＯ ｒ ＩＳ那 样
ＳＲ Ｄ ＡＭ分 别位 于 Ｂ ｎ６和 Ｂ ｎ７区 ， ａｋ ａｋ 地址 范 围分 别 为
ARM嵌入式体系结构与接口技术
4
1.1.1 嵌入式系统的基本概念
嵌入式系统的特点
（1）面向特定应用的特点，与“通用型”系统相比，满 足特定应用的特定需求 （2）嵌入式系统的硬件和软件都必须进行高效地设计， 量体裁衣、去除冗余，力争在同样的硅片面积上实现更 高的性能 （3）嵌入式系统是将先进的计算机技术、半导体技术和 电子技术与各个行业的具体应用相结合后的产物。
8
1.1.2 嵌入式系统的体系结构
嵌入式操作系统不仅具有通用操作系统的一般功 能，如向上提供对用户的接口（如图形界面、库 函数API等），向下提供与硬件设备交互的接口（ 硬件驱动程序等），管理复杂的系统资源， 在系统实时性、硬件依赖性、软件固化性以及应 用专用性等方面，具有更加鲜明的特点
9
1.1.2 嵌入式系统的体系结构
5
（4）为了提高执行速度和系统可靠性，嵌入式系统中的 软件一般都固化在存储器芯片中或单片机本身，而不是 存储于磁盘中。 （5）嵌入式开发的软件代码尤其要求高质量、高可靠性 。 （6）嵌入式系统本身不具备二次开发能力，即设计完成 后用户通常不能在该平台上直接对程序功能进行修改， 必须有一套开发工具和环境才能进行再次开发。厂家对 产品固件（Firmware）进行升级
3
1.1.1 嵌入式系统的基本概念
嵌入式系统的基本概念
嵌入式系统应用随处可见，工业、军事、宇宙、通信、运 输、金融、医疗、气象、农业等领域 嵌入式系统是以应用为中心，以计算机控制系统为基础， 并且软硬件可裁剪，适用于应用系统对功能、可靠性、成 本、体积、功耗有严格要求的专用计算机系统。 嵌入式系统通常由特定功能模块和计算机控制模块组成， 主要由嵌入式微处理器、外围硬件设备、嵌入式操作系统 以及用户应用软件等部分组成。它具有“嵌入性”、“专 用性”与“计算机系统”的三个基本要素。
第十一章-嵌入式系统设计与应用—基于ARM...和Linux(第2版)-王剑-清华大学出版社
1. HTTP协议 HTTP（超文本传输协议）协议是Web服务器与浏览器通信的协议， HTTP协议规定了发送和处理请求的标准方式，规定了浏览器和服 务器之间传输的消息格式及各种控制信息，从而定义了所有Web通 信的基本框架。
一个完整的HTTP事务由以 下4个阶段组成： （1）客户与服务器建立 TCP连接； （2）客户向服务器发送请 求；
除此之外，硬件选择要考虑的因素主要还包括： 首先是需要考虑的是生产规模 其次是需要考虑开发的市场目标 最后只要可能，尽量选择使用普通的硬件。
嵌入式软件的开发主要采用的是“宿主机-目标机”的 交叉开发模式。常见的软件开发步骤如下所示： （1）配置开发环境及BSP开发。选择合适的开发工具， 针对嵌入式的硬件环境对操作系统进行设置剪裁，另 外增加BSP支持。 （2）编写用户程序和简单仿真调试。建立交叉编译开 发环境，开发用户用户程序，将其下载到目标板上调 试，应用程序开发完毕后，和文件系统一起次年改成 文件系统的镜像文件，然后通过仿真工具对系统进行 仿真和调试。 （3）系统的下载和脱机运行。当仿真完成后，评价系 统功能，如果达到开发目标，则可把最终形成的文件 下载并运行。
（3）如果请求被接受，则 由服务器发送应答，在应
答中包括状态码和所要的 文件（一般是HTML文档）； （4）客户与服务器关闭连 接。
2. CGI原理 CGI（通用网关接口）规定了Web服务器调用其他可执行程序 （CGI程序）的接口协议标准。Web服务器通过调用CGI程序实现 和Web浏览器的交互，也就是CGI程序接受Web浏览器发送给Web 服务器的信息并进行处理，然后将响应结果再回送给Web服务器及 Web浏览器。CGI程序一般完成Web网页中表单(Form)数据的处理、 数据库查询和实现与传统应用系统的集成等工作。
基于ARM嵌入式的计算机联锁控制系统研究
Ｋ ｅ ｏ ｄｓ： Ｒａｌ ｙ ｓｇ ａ ；Ｃｏ ｕ ｅ ｎ ｅ ｌｃ ｉ ｇ； Ｒｅ ｌｔｍｅ ｙｗ ｒ ｉ ｗａ ｉｎ ｌ ｍｐ ｔ ｒｉ ｔｒｏ ｋ ｎ ａ —ｉ
根据计 算 机 联 锁 系 统 的 性 能 特 点 以 及 对 故 障一
安全 的特 殊 要 求 ， 出 了基 于 Ａ Ｍ 嵌 入 式 的铁 路 提 Ｒ
江 伟 谢振 华 刘孝凡 刘湘 国
摘 要 ：铁 路 车站 信 号计算 机联 锁控 制 系统是 实时 、多任务 、安 全 苛求 的计 算机控 制 系统 。基 于 Ａ Ｍ 嵌入 式的计 算机联 锁 控制 系统 可 以确保 系统 可靠 性 和 安 全 性 的 实现 。利 用 Ｌｎ ｘ的 实时 多 Ｒ ｉｕ
系 统设 计过 程 中带来 了很 大 的灵活性 ，在需要 变 化 的时候 ，可 以快 速地 进行 扩展来 适应 需求 。
信 号机 转 辙机 轨 道 电路 信 号机 转 辙机 轨道 电路
３ ．实 时性与 稳 定 性 。在 工 控 领 域 中应 用 的嵌 入 式系 统对 时序 和稳定 性 的要求 更 高 ，通 常要 求 系
２０ ０ ８年 ｌ 月 １ 第４ ４卷 第１ １期
铁 道 通 信 信 号
ＲＡＩ ＷＡＹ Ｉ ＮＡＬ Ｉ Ｌ ＳＧ Ｌ ＮＧ ＆ Ｃ ０ＭＭＵＮＩ ＡＴ ０Ｎ Ｃ １
Ｎｏ ｅ ｅ ． ０ ８ ｖｍｂ ｒ ２ ０
Ｖ０ ． Ｎｏ ｌ １４４ ．１
蓥 熬 ｉ ｉ 篓
蠹
基于 Ａ Ｍ 嵌入式的计 算机 联锁控制系统研究 Ｒ
系统 已在广 铁集 团公 司衡 阳机 务段 ２个 自备 铁路 站
场 投 入运 用
１ ＡＲ 嵌 入 式 的主 要特 性 Ｍ
１ ．功 能特性 。嵌 入 式 系统 要 求 设 计 者 在 实 际
3 嵌入式系统的设计方法
3、逐一测试各功能模块的性能
4、整机联调
测试：
用于验证设计的产品是否满足应用的需求
1、功能与性能测试 2、可靠性测试（温度、湿度、振动、冲击、运输 等情况） 3、容错测试 4、长时间、极端情况
文档编制：
非常重要的一环，不可忽视
1、设计报告 2、测试报告 3、产品说明书 4、用户手册 5、维修与安装手册 6、其他
基于ARM处理器的应用系统设计
1、系统设计概述
2、单元电路设计
3、存储器系统设计
4、通过JTAG访问外设
系统设计概述
S3C2410A处理器详解
S3C2410A在包含ARM920T核的同时，增加了丰富的外围资源，如下图所示。 主要片内外围模块包括： 1个LCD控制器，支持STN和TFT液晶显示屏； 外部存储器管理（SDRAM控制器和芯片选择逻辑）； 3个通道的UART； 4个通道的DMA，支持存储器和I/O口之间的传输，以猝发模式提高传输率； 4个具有PWM功能的16位定时/计数器和1个16位内部定时器，支持外部时 钟源； 8通道的10位ADC，最高速率可达500kB/s，10位分辨率； 触摸屏接口； IIS总线接口； 2个USB主机接口，1个USB设备接口； 2个SPI接口； SD卡接口和MMC卡接口； 16位看门狗定时器； 117位通用I/O口和24位外部中断源； 8通道10位AD控制器； 电源管理。
嵌入式系统开发过程
嵌入式软件的开发与传统的软件有许多共同点， 它继承了许多传统软件开发的开发习惯。但由于嵌入式 软件运行于特定的目标环境，与传统软件的开发又有着 很大的不同。
嵌入式系统的开发特点
基于Arm-Linux的嵌入式智能家居控制系统的设计
嵌入式系统以其占用资源少、专用性强、功耗低的特点使其广泛应用在移动通信、工业生产、安全监控等领域。
针对人们对高效、舒适、安全、便利、环保的居住环境的要求，提出了以Arm-Linux为平台的智能家居控制系统的设计。
1 智能家居控制器的总体设计Arm-Linux嵌入式系统以其在性能、体积及功耗等方面的优势在智能家居领域得到越来越广泛的应用。
系统采用基于ARM的嵌入式linux方案，系统分为五层分别为硬件层，系统引导层，系统层，应用支撑层及应用层。
如图1所示应用层在Qtopia图形系统、SQLite 数据库等的支撑下完成了电话报警、照明控制、安防控制、门禁控制以及网络浏览等应用。
2 系统硬件的设计CPU处理器选用Samsung S3C2440A，其主频为400 MHz，资源丰富功能强大。
内存为64M SDRAM，数据总线32bit，时钟频率高达100MHz。
存储器为128 M掉电非易失NANDFLASH。
LCD显示部分为具有4线电阻式触摸屏接口的35英寸真彩色液晶屏。
网卡芯片为DM9000可自适应10／100 M网络，通过RJ45连接头可连接控制器至路由器或者交换机。
智能家居控制模块通过RS485总线与主控制器进行通信。
其硬件结构图如图2所示。
3 软件平台的构建开发环境选取的是虚拟机Vmware6．5+fedora9Linux系统+arm-linux-gcc 4．3．2编译器。
系统与软件的编译采取交叉编译的方式进行。
表1是构建控制系统所需移植开发的一些主要软件。
Uboot是专门针对嵌入式Linux系统设计的开源bootloader，其任务是初始化处理器及外设硬件资源并引导操作系统。
内核为linux2.6.3 2，这版提供了更多的驱动程序以及API，调用起来更加的方便。
在内核中要添加对帧缓存frambuffer的支持，图形系统需要它的支持。
文件系统使用Yaffs2，以配合2 K每页的大页存储器。
根文件系统选用Busvbox1．13．3，配置编译完之后会生成bin和sbin目录以及linuxrc文件，从而系统就具备了系统以及文件管理的相关命令。
嵌入式操作系统全解课件
中断处理优化
总结词
在嵌入式操作系统中，中断处理是一个重要的功能，它可以实现系统的实时性和 可靠性。因此，中断处理优化也是嵌入式操作系统优化技术中的重要一环。
详细描述
中断处理优化包括对中断处理程序的优化和中断优先级的设置等操作。例如，可 以通过减少中断处理程序的执行时间和复杂度，提高系统的响应速度和实时性； 可以通过合理地设置中断优先级，确保重要任务能够优先得到执行。
I/O操作优化
总结词
在嵌入式操作系统中，I/O操作也是一个重要的功能，它可以实现系统与外部设备的通信和控制。因此，I/O操作 优化也是嵌入式操作系统优化技术中的重要方面。
详细描述
I/O操作优化包括对I/O设备的选择、驱动程序的优化等操作。例如，可以通过选择合适的I/O设备，减少系统的 复杂度和成本；可以通过优化驱动程序，提高I/O操作的效率和可靠性。
内存优化
总结词
内存优化是嵌入式操作系统优化技术中的另一个重要方面，它可以减少内存的占用和提高内存的使用 效率，从而提高整个系统的性能和可靠性。
详细描述
内存优化包括内存管理、内存分配、内存缓存等技术的优化。例如，可以通过合理地使用静态和动态 内存分配，减少内存碎片的产生；可以通过使用内存缓存技术，提高内存访问的速度和效率。
05
嵌入式操作系统的可靠性设 计
可靠性设计方法
01
硬件冗余设计：通过增加备份或冗余组件来提 高系统的可靠性，例如双电源设计、双CPU等。
03
容错技术
02
软件健壮性设计：在软件设计阶段，采用容错 技术、异常处理等手段，提高软件的健壮性和
可靠性。
04
故障诊断与恢复
容错技术
硬件容错
通过硬件冗余、表决等技术实现 容错，例如采用多重表决器、奇 偶校验等。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
摘 要 嵌入式系统如今已经广泛的应用到了科学研究，工程设计，军事技术，各类产业和商业等领域。并且还在不断的发展和延续，嵌入式系统中又以ARM架构的运用最为有发展前景，普及最为广泛。在嵌入式操作系统领域中则是种类繁多，各有特色，Windows CE操作系统由微软开发，还继承了Windows等系列操作系统的有点，极大的方便了应用程序的开发，ARM是嵌入式系统研究的一个重要方向。
随着工业自动化的迅速发展，人们对于工业监控系统的要求也越来越高，在这里我以“无线监控系统的设计”作为工控系统的实例进行研究设计。经分析比较，选择S3c2440处理器为系统核心，因为它带有摄像头接口。选择Windows CE系统作为嵌入式操作系统。
本文详述了作者参与并主持的具体开发过程，从硬件选型，系统设计，硬件电路详细设计， Windows CE操作系统分析，Windows CE系统定制，每一个步骤都做了有特点的说明。本文在最后对整个项目开发进行了总结。
【关键词】嵌入式系统 Windows CE ARM S3c2440 Abstract The embedded system now widely used in scientific research, engineering design, military technology, all kinds of industrial and commercial, etc. And also in constant development and continue, embedded systems and to the frame of the most have use ARM development prospects, popularize the most widely used. In embedded operating system in the field is wide variety, have distinguishing feature each, Windows CE operating system developed by Microsoft, also inherited the Windows operating system as a bit of a series, great convenience application development, ARM embedded system is an important direction. With the rapid development of industrial automation, people for the industrial control system in the more and more is also high requirements, here I with "wireless monitoring system design" as the example of industrial control system design. By analysis and comparison, the choice S3c2440 processor core for the system, for it with a camera interface. Choose Windows CE system as embedded operating system. The paper reviews the author and participate in specific development process hosted, from hardware selection, system design, hardware circuit the detailed design, Windows CE operating system analysis, Windows CE system customizing, each step all did have a characteristic of it. This paper in the last for the whole project development are summarized. 【Keywords】Embedded system Windows CE ARM S3c2440 I
目录 第1章 绪论 ......................................................... 1 1.1课题背景和研究内容 ............................................ 1 1.2相关知识背景 .................................................. 1 1.3课题研究的方法 ................................................ 2 1.4国内外发展状况 ................................................ 3 第2章 硬件电路设计 ................................................. 4 2.1总体电路设计 .................................................. 4 2.2硬件电路的开发工具 ............................................ 5 2.3内存、闪存、微处理器的部分电路设计 ............................ 7 第3章 定制WINDOWS CE嵌入式操作系统 ................................ 9 3.1分析方法 ...................................................... 9 3.2 简述WINDOWS CE操作系统 ........................................ 9 3.3 WINDOWS CE系统的任务调试 ....................................... 9 3.4 WINDOWS CE系统的内存管理 ...................................... 10 3.5 WINDOWS CE中的设备管理器 ...................................... 12 3.6 WINDOWS CE中的注册表 .......................................... 12 第5章 调试总结 .................................................... 15
5.1调试 ......................................................... 15 5.1.1硬件调试 .................................................. 15 5.1.2软件调试 .................................................. 15 总 结 ............................................................. 17 参考文献 ........................................................... 18 致 谢 ............................................................. 20 基于ARM的嵌入式工业控制系统设计
作者：刘晓明 第 1 页 共 24 页 第1章 绪论 1.1课题背景和研究内容 近年来，嵌入式技术飞速发展，嵌入式产品随处可见。基于ARM核的芯片具有低功耗、高性能的特点，广泛应用于嵌入式产品当中。
本课题研究的主要是基于ARM的嵌入式工业控制系统，在国内外已有类似的产品面世，但是大多数还是在研究与学习的阶段上，能够完整的应用到实际中的实例确实很少，该选题主要是为了研究出一套新的工业控制方案。
随着工业自动化的迅速发展，人们对于工业监控系统的要求也越来越高，希望能够在很远的地方也能够监控到工业操作对象，在这里我以“无线监控系统的设计”作为工控系统的实例进行研究设计。经分析比较，选择S3c2440处理器为系统核心，因为它带有摄像头接口。
研究内容:以“无线监控系统的设计” 作为本次课题的研究内容，深入了解ARM嵌入式控制系统在工业控制系统中的作用。借助Windows CE对其进行一定的操作，从而使其Windows CE得到极大的优化。硬件部分有硬件电路的设计和分析以及其适用性分析，硬件系统和综合调试等等。
1.2相关知识背景
ARM：全称是Advanced RISC Machine,它是英国一个研发RISC处理器的公
司名称，后来它生产的RISC处理器被命名为ARM处理器。ARM处理器是当今世界上最为先进的16/32位的RISC微处理器之一。特点：高性能、低能耗、低成本、小体积，在已经广泛的被应用到嵌入式系统中去。解决方案、通信、手持设备等很多的方面，都有它的身影。
嵌入式系统：用来控制和监测机器、装置、工厂等大规模系统的设备。（国际电气和电子工程师协会定义）一般来说，可以把嵌入式系统看成是对象系统的