國產(chǎn)化嵌入式計算機系統(tǒng)設(shè)計

朱傳明

摘 要 本系統(tǒng)軟件采用開源的Linux操作系統(tǒng)，硬件采用國產(chǎn)低功耗ARM芯片作為核心控制單元，模塊包含ARM的嵌入式處理器、DRAM擴展接口、FLASH擴展接口、數(shù)據(jù)存儲單元、以太網(wǎng)通信單元，該系統(tǒng)實現(xiàn)了嵌入式計算機系統(tǒng)的國產(chǎn)化。

關(guān)鍵詞 國產(chǎn)化；嵌入式ARM處理器；Linux

中圖分類號 TP3 文獻標識碼 A 文章編號 1674-6708（2016）162-0084-01

在我們的科研生產(chǎn)中，嵌入式計算機系統(tǒng)十分的常見。而絕大多數(shù)嵌入式計算機系統(tǒng)都是由Intel的CPU和風(fēng)河的Vxworks構(gòu)成。除了在民用領(lǐng)域中廣泛的使用，在軍用領(lǐng)域基本也被國外產(chǎn)品所壟斷。國外的軟硬件核心技術(shù)并沒有向我們開放，這就在我們的軍用設(shè)備上埋下隱患，而消除這種隱患的唯一方法，就是將嵌入式計算機系統(tǒng)國產(chǎn)化，這也是本文的最終目的。

1 系統(tǒng)設(shè)計方案

根據(jù)國產(chǎn)化的要求，關(guān)鍵的核心軟硬件都應(yīng)國產(chǎn)化。處理器作為硬件核心，操作系統(tǒng)作為軟件核心都應(yīng)選擇自主開發(fā)。這也是設(shè)計本系統(tǒng)的關(guān)鍵所在。

1.1 核心器件選取

ARM處理器是一款RISC微處理器，更早稱作Acorn RISC Machine，ARM處理器本身是32位設(shè)計，但也配備16位指令集，并保留32位系統(tǒng)的所有優(yōu)勢，提高了性能和靈活性。ARM還提供兩個前沿特性來輔助帶深嵌入處理器的高集成SoC器件的調(diào)試，它們是嵌入式ICE-RT邏輯和嵌入式跟蹤宏核（ETMS）系列。

1.2 軟件平臺選取

操作系統(tǒng)選用Linux，該操作系統(tǒng)的最大優(yōu)點是其開源性，所有代碼都是公開的，可以根據(jù)系統(tǒng)的功能要求進行裁剪，按要求進行定制，將系統(tǒng)優(yōu)化裁剪的盡量小，這樣一方面可以大大降低對硬件資源的要求，同時可以提高系統(tǒng)的運行效率、降低系統(tǒng)的功耗、提高產(chǎn)品的可靠性和穩(wěn)定性。

1.3 整體方案

本系統(tǒng)主要由ARM處理器、DRAM、FLASH、以太網(wǎng)通信單元和電源模塊組成，如圖1所示。

2 單元模塊

2.1 ARM的嵌入式處理器

ARM的嵌入式處理器選用國產(chǎn)的iMAX287芯片，該芯片內(nèi)嵌ARM9核，主頻：454MHz，包含16kB/32kBCache，支持5V/4.2V供電電源，支持RMII雙10/100M以太網(wǎng)，提供NAND FLASH擴展通道。

2.2 DRAM

由于操作系統(tǒng)采用Linux，這樣就對硬件資源的要求就不需要太高了，考慮到性價比，DRAM選用128M byte的IS43DR16640C-3DBLI芯片。

2.3 FLASH

FLASH的作用是安裝操作系統(tǒng)，由于該存儲板塊的操作系統(tǒng)采用Linux，Linux系統(tǒng)經(jīng)過裁剪后，系統(tǒng)會很小，占用的存儲空間會很小，這樣就對硬件資源的要求就不需要太高了，考慮到性價比，F(xiàn)LASH選用128M byte的MX30LF1G08AA的NAND Flash Memory芯片。

2.4 數(shù)據(jù)存儲單元

數(shù)據(jù)存儲單元采用500G容量的SD/TF卡，其主要優(yōu)點是體積小、重量輕、功耗低等。SD/TF卡接口可以通過ARM嵌入式處理器進行擴展，提供標準的SD/TF卡插槽，使用及維護比較方便。

2.5 以太網(wǎng)通信單元

以太網(wǎng)需要通過給ARM嵌入式處理器外圍設(shè)計PHY和網(wǎng)絡(luò)變壓器才能實現(xiàn)一個標準的以太網(wǎng)接口。

3 結(jié)論

通過對系統(tǒng)的測試，本系統(tǒng)很好的完成了嵌入式計算機系統(tǒng)的主要功能。對比一些過去設(shè)計的現(xiàn)在還在裝備中使用的嵌入式計算機系統(tǒng)，本系統(tǒng)無論是在運算效率上還是在低功耗使用上都具有絕對優(yōu)勢，這也證明了這種國產(chǎn)化方式的可行性。

參考文獻

[1]BobSmith，BillPierce.Linux嵌入式設(shè)計[M].周偉民，譯.北京：人民郵電出版社，2008.

[2]孫紀坤，張小全.嵌入式Linux系統(tǒng)開發(fā)技術(shù)詳解：基于ARM[M].北京：人民郵電出版社，2006.

[3]陶劍鋒.嵌入式Linux系統(tǒng)[D].咸寧：湖北科技學(xué)院，2014.

[4]胥鵬.基于ARM嵌入式系統(tǒng)的Socket通信設(shè)計[D].綿陽：西南科技大學(xué)，2011.