ARM嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用技術(shù)研究

【摘要】? ? ARM（Advanced RISC Machines）是對(duì)一類微處理器的統(tǒng)稱，由它所構(gòu)建的ARM嵌入式系統(tǒng)當(dāng)前最為先進(jìn)的微處理器系統(tǒng)，它主要被人類用于監(jiān)視、控制與機(jī)器設(shè)備運(yùn)行輔助領(lǐng)域。本文簡(jiǎn)單分析了ARM嵌入式系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)，并研究了它在不同行業(yè)領(lǐng)域中的具體技術(shù)應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】? ? ARM嵌入式系統(tǒng)? ? 軟硬件設(shè)計(jì)? ? 環(huán)境監(jiān)測(cè)應(yīng)用

ARM微處理器屬于質(zhì)優(yōu)價(jià)廉的處理器，它擁有一定節(jié)能特性所以被各個(gè)行業(yè)業(yè)界領(lǐng)域所廣泛應(yīng)用。ARM嵌入式處理器是指一種微信嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，它由國(guó)際電氣和電子工程師協(xié)會(huì)定義，屬于一種典型的非通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。目前的ARM嵌入式系統(tǒng)一般被應(yīng)用于監(jiān)視、控制以及協(xié)助設(shè)備領(lǐng)域，例如在工廠生產(chǎn)線上作為機(jī)械設(shè)備的附加輔助裝置被使用。當(dāng)然，ARM微處理器也可被應(yīng)用于其它行業(yè)領(lǐng)域中，貢獻(xiàn)同樣明顯。

一、ARM嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)分析

1.1 ARM嵌入式系統(tǒng)中硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)分析

在ARM設(shè)計(jì)過(guò)程中需要明確一點(diǎn)其ARM芯片是否自帶MMU功能，這也是決定性因素之一，因?yàn)锳RM芯片內(nèi)核只有附加MMU功能才能正常運(yùn)行，在硬件設(shè)計(jì)過(guò)程中必須要加以注意，當(dāng)然也可以優(yōu)先考慮選擇那些不需要MMU功能支持的ARM嵌入式系統(tǒng)。再一點(diǎn)，要仔細(xì)觀察ARM系統(tǒng)的時(shí)鐘頻率，因?yàn)闀r(shí)鐘頻率決定了ARM芯片的處理速度，通常情況下最好選擇高頻率ARM芯片，例如ARM9芯片就擁有400MHz以上的頻率，不過(guò)在選擇過(guò)程中不能只選高頻率芯片，它還要根據(jù)實(shí)際系統(tǒng)的運(yùn)行狀況來(lái)合理選擇決定，例如要考慮ARM芯片內(nèi)置的外部接口控制器數(shù)量，ARM芯片本身的可擴(kuò)展串行接口包括了RS232串行接口以及以太網(wǎng)接口，為了提高其可拓展性，最好為ARM系統(tǒng)再配置一套DMA控制器硬件設(shè)備，確保系統(tǒng)可與外界進(jìn)行大量高速的數(shù)據(jù)傳輸活動(dòng)。結(jié)合上述ARM系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)提出硬件規(guī)劃方案，即以ARM系統(tǒng)為核心建立支持多平臺(tái)嵌入式平臺(tái)，且要求在硬件系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)中更加便于ARMCPU的隨時(shí)切換。另外還要在ARM芯片位置設(shè)計(jì)多個(gè)小型子母板，再用金手指接口進(jìn)行連接。該設(shè)計(jì)方法占用面積更小，且能夠最大限度減少制作成本。

1.2 ARM嵌入式系統(tǒng)中軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)分析

ARM嵌入式系統(tǒng)中軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是圖形用戶界面、系統(tǒng)軟件以及上層應(yīng)用軟件等多個(gè)層次。在軟件設(shè)計(jì)過(guò)程中必須結(jié)合整體性考慮從不同層次上對(duì)軟件進(jìn)行擇優(yōu)選擇，以達(dá)到整體設(shè)計(jì)效果最優(yōu)化。具體來(lái)說(shuō)，在嵌入式操作系統(tǒng)的選擇與設(shè)計(jì)過(guò)程中就應(yīng)該涉及到Linux、WinCE以及VxWorks 3類軟件，設(shè)計(jì)過(guò)程中需要對(duì)這3類軟件的有缺陷問(wèn)題進(jìn)行深入研究，了解它們各自基本特點(diǎn)。整體來(lái)講，Linux還是軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)的首選，它可為用戶提供一個(gè)輕量級(jí)的圖形用戶界面支持系統(tǒng)，并構(gòu)建集成開(kāi)發(fā)環(huán)境，可實(shí)現(xiàn)對(duì)ARM嵌入式系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)的多重條件綜合考量[1]。

二、ARM嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用技術(shù)研究

2.1 ARM嵌入式系統(tǒng)在環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的技術(shù)應(yīng)用

在環(huán)境監(jiān)測(cè)與控制系統(tǒng)領(lǐng)域中會(huì)專門引入ARM嵌入式系統(tǒng)，例如采用Arduino平臺(tái)進(jìn)行嵌入式開(kāi)發(fā)，配合主控單片機(jī)、溫度傳感器、氣體傳質(zhì)器、粉塵傳感器、通信端、存儲(chǔ)端、顯示端等等構(gòu)建輔助模塊體系，設(shè)計(jì)一套完整的ARM嵌入式環(huán)境監(jiān)測(cè)與控制系統(tǒng)，下面談?wù)勊目傮w設(shè)計(jì)。

首先利用主控單片機(jī)控制傳感器大量采集外界環(huán)境數(shù)據(jù)并進(jìn)行數(shù)據(jù)顯示，如果用戶通過(guò)系統(tǒng)系統(tǒng)顯示端發(fā)出查詢請(qǐng)求，則通信端會(huì)快速識(shí)別請(qǐng)求信息內(nèi)容，并反饋為用戶提供其所需信息數(shù)據(jù)與功能服務(wù)內(nèi)容。在整個(gè)ARM嵌入式結(jié)構(gòu)圖中還包括了控制信號(hào)通信、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)通信、顯示數(shù)據(jù)通信等5個(gè)通信驅(qū)動(dòng)模塊，它們都能協(xié)助系統(tǒng)軟件Adduino平臺(tái)上展開(kāi)嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)過(guò)程，而整個(gè)開(kāi)發(fā)環(huán)境則是全新型的變成環(huán)境，其中包含了Java編碼語(yǔ)言環(huán)境以及底層數(shù)據(jù)傳導(dǎo)封裝環(huán)境。在系統(tǒng)操作過(guò)程中利用ARM嵌入式系統(tǒng)可有效簡(jiǎn)化系統(tǒng)的通信端操作步驟，且可將設(shè)計(jì)重點(diǎn)轉(zhuǎn)移到控制端與傳感器端，有效提高嵌入式系統(tǒng)的簡(jiǎn)潔效能。大體來(lái)說(shuō)，基于ARM嵌入式系統(tǒng)的環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)平臺(tái)就依托于Arduino平臺(tái)進(jìn)行通信封裝，同時(shí)配合傳感器通信、控制信號(hào)通信、存儲(chǔ)數(shù)據(jù)通信以及網(wǎng)絡(luò)服務(wù)通信4點(diǎn)內(nèi)容展開(kāi)數(shù)據(jù)信息交互與共享，而系統(tǒng)主平臺(tái)則負(fù)責(zé)顯示數(shù)據(jù)通信內(nèi)容[2]。

2.2 ARM嵌入式系統(tǒng)在其它行業(yè)領(lǐng)域中的技術(shù)應(yīng)用

除在環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域外，ARM嵌入式系統(tǒng)在其它行業(yè)領(lǐng)域中的技術(shù)應(yīng)用也十分廣泛，例如它在工業(yè)自動(dòng)化設(shè)備建設(shè)與應(yīng)用領(lǐng)域中，專門利用自身的微處理器設(shè)計(jì)了數(shù)控機(jī)床、電力系統(tǒng)以及電網(wǎng)設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)。在交通管理領(lǐng)域，則專門服務(wù)應(yīng)用于車載導(dǎo)航系統(tǒng)、車輛交通監(jiān)控系統(tǒng)以及車輛信息服務(wù)系統(tǒng)中，它可操控汽車集成定位模塊與移動(dòng)終端，有效豐富交通管理工作可操作項(xiàng)目?jī)?nèi)容。

總結(jié)：ARM嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)復(fù)雜，設(shè)計(jì)硬件與軟件領(lǐng)域中的多點(diǎn)技術(shù)內(nèi)容，這也賦予了它極為強(qiáng)大豐富的功能屬性，確保它能夠在各個(gè)行業(yè)領(lǐng)域技術(shù)應(yīng)用中都占有一席之地，解決行業(yè)技術(shù)問(wèn)題，體現(xiàn)新系統(tǒng)、新技術(shù)的本質(zhì)優(yōu)越性。

作者簡(jiǎn)介：劉燚榮，1983年7月，男，遼寧省大連市，本科，講師，計(jì)算機(jī)嵌入式開(kāi)發(fā)，大連航運(yùn)職業(yè)技術(shù)學(xué)院。

參? 考? 文? 獻(xiàn)

[1]楊航.基于ARM的嵌入式軟硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].求知導(dǎo)刊，2015（9）：60-60.

[2]單正翔.基于ARM的空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研究[D].安徽：安徽理工大學(xué)，2017.