嵌入式教學(xué)課件

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1、單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級(jí),第三級(jí),第四級(jí),第五級(jí),*,第9章開(kāi)發(fā)應(yīng)用實(shí)例,9.1 概述,9.2 物流盤(pán)點(diǎn)機(jī)硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì),9.3 物流盤(pán)點(diǎn)機(jī)軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì),1,9.1 概述,隨著現(xiàn)代物流業(yè)倉(cāng)儲(chǔ)、超市等行業(yè)的快速發(fā)展，物品流動(dòng)的速度越來(lái)越快，倉(cāng)儲(chǔ)庫(kù)存周期也越來(lái)越短。這樣物流倉(cāng)儲(chǔ)盤(pán)點(diǎn)行業(yè)的壓力也越來(lái)越大，傳統(tǒng)的人工盤(pán)點(diǎn)方式已經(jīng)不能適應(yīng)現(xiàn)代物流的發(fā)展。為了解決這一問(wèn)題，國(guó)際上一些物流先進(jìn)國(guó)家已經(jīng)采用專(zhuān)業(yè)的盤(pán)點(diǎn)設(shè)備盤(pán)點(diǎn)機(jī)，用于物流盤(pán)點(diǎn)。,我們?cè)谠O(shè)計(jì)時(shí)采用了目前流行的嵌入式微處理器作為系統(tǒng)核心部件。其微處理器選型是采用韓國(guó)三星公司生產(chǎn)的S3C2410微處理器，操作系統(tǒng)采

2、用了Windows CE.NET 4.2嵌入式操作系統(tǒng)。整個(gè)系統(tǒng)的硬件部分主要分為三個(gè)大的模塊：核心板、系統(tǒng)板和專(zhuān)用鍵盤(pán)及 LCD顯示器。,2,在核心板上集成了微處理器、64MB SDRAM和64MB NAND Flash模塊及部分支持電路。在系統(tǒng)板上設(shè)計(jì)有與核心板連接的接口，同時(shí)又集成有顯示器接口，以太網(wǎng)接口，USB接口，串口，CF卡和IrDA條形碼掃描接口等各種外設(shè)及以相應(yīng)的控制部件，另外還有電源管理與轉(zhuǎn)換等一些附屬電路。31鍵的專(zhuān)用鍵盤(pán)是采用超低功耗的MSP430單片機(jī)作為控制器來(lái)對(duì)鍵盤(pán)進(jìn)行編解碼，通過(guò)自定義的串行鍵盤(pán)口接入系統(tǒng)板。顯示部分是采用192*64 LCD字符型顯示器。,本章首

3、先介紹了系統(tǒng)硬件部分設(shè)計(jì)及工作原理，在軟件部分介紹了Windows CE操作系統(tǒng)的移植和定制，驅(qū)動(dòng)程序和支持軟件的編制。盤(pán)點(diǎn)機(jī)除了支持常用的設(shè)備，還需要支持串口條形碼掃描儀，CF卡等設(shè)備。,3,實(shí)物圖片,便攜式盤(pán)點(diǎn)設(shè)備外觀(guān),4,9.2 硬件平臺(tái)的設(shè)計(jì),嵌入式設(shè)備的硬件架構(gòu)一般都是以嵌入式微處理器為核心，通過(guò)處理器接口擴(kuò)展以及系統(tǒng)硬件的支持，把眾多的外設(shè)單元集成到整個(gè)系統(tǒng)中，并通過(guò)CPLD 等邏輯轉(zhuǎn)換器件和其它硬件電路完成對(duì)外設(shè)模塊進(jìn)行讀寫(xiě)和控制操作。,物流盤(pán)點(diǎn)機(jī)系統(tǒng)硬件原理框圖如圖9-1abc所示，硬件部分主要包含有核心板，系統(tǒng)板和專(zhuān)用鍵盤(pán)及 LCD顯示器三個(gè)部分。,1）系統(tǒng)核心板簡(jiǎn)介,核心板

4、是整個(gè)系統(tǒng)的核心，集成了盤(pán)點(diǎn)機(jī)系統(tǒng)的微處理器、SDRAM單元、NAND Flash單元以及它們所需要的輔助部件，如晶體振蕩器（12MHZ和32KHZ兩組），電源模塊等等。核心板圖和PCB板圖如圖9.1b,c所示。,5,圖9.1a硬件平臺(tái)示意圖,6,2）FlashROM程序存儲(chǔ)器,在核心板中，微處理器采用的是基于A(yíng)RM920T核的S3C2410微處理器。系統(tǒng)的程序存儲(chǔ)器采用的是NAND Flash，芯片的型號(hào)是Samsung公司的K9F1208，容量為64MB，NAND FlashROM 接口電路原理如圖9-2所示。,它按頁(yè)進(jìn)行自動(dòng)編程，每一頁(yè)大小為528（512+16）字節(jié)，編程的典型時(shí)間為2

5、00s。擦除則按照塊進(jìn)行，每一塊的大小為16K字節(jié)，典型的擦除時(shí)間為2ms。它在頁(yè)面中讀取單個(gè)數(shù)據(jù)的時(shí)間為50ns。K9F1208總共有48個(gè)引腳，起作用的只有8根IO口線(xiàn)、讀寫(xiě)控制線(xiàn)和電源線(xiàn)等。IO口是地址、命令輸入和數(shù)據(jù)輸出輸入的復(fù)用端口。K9F1208還提供了ECC錯(cuò)誤糾正碼，實(shí)現(xiàn)壞區(qū)檢測(cè)以及實(shí)時(shí)映射，這樣它具有高達(dá)10萬(wàn)次的編程擦除周期，數(shù)據(jù)保存長(zhǎng)達(dá)10年。在S3C2410內(nèi)部集成有NAND Flash控制器，可以在硬件上直接與NAND Flash相連。在盤(pán)點(diǎn)機(jī)中，NAND Flash被用作裝載操作系統(tǒng)鏡像以及大容量的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，同時(shí)也是系統(tǒng)啟動(dòng)存儲(chǔ)器。,7,圖9.1b 核心板部分的示意

6、圖,核心板是整個(gè)系統(tǒng)的核心，集成了盤(pán)點(diǎn)機(jī)系統(tǒng)的處理器，SDRAM單元，NAND Flash單元以及它們所需要的輔助部件,8,圖9.1c 核心板PCB圖（6層）,9,圖9-2 NAND FlashROM的原理圖,10,3)SDRAM隨機(jī)存儲(chǔ)器,SDRAM被用來(lái)運(yùn)行操作系統(tǒng)以及各類(lèi)數(shù)據(jù)的緩存，圖9-3是核心板 SDRAM 接口部分的原理圖，系統(tǒng)采用兩片HY57V561620 16M16Bit SDRAM芯片，共同組成32Bit數(shù)據(jù)寬度，64MB內(nèi)存。,HY57V561620是一款4Banks4M16Bit的SDRAM芯片，采用3.3V電源供電，比較適合嵌入式系統(tǒng)。SDRAM與其它的RAM相比，有許

7、多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，容量大，功耗低，速度快，最快可以工作在166MHz頻率下，通常存儲(chǔ)時(shí)間為10ns。在高速存儲(chǔ)系統(tǒng)中SDRAM是必不可少的外部存儲(chǔ)設(shè)備。SDRAM通過(guò)S3C2410片內(nèi)的SDRAM控制器來(lái)管理，SDRAM掛接在BANK6上。,11,圖9-3核心板SDRAM部分的原理電路圖,12,4）核心板電源,圖9-4是核心板電源部分的原理電路圖。圖中，采用MIC5207電源芯片將來(lái)自系統(tǒng)板的3.3V電壓轉(zhuǎn)換為兩組1.8V電壓供給處理器內(nèi)核使用。核心板上還有一些輔助電路，包括上拉電阻，濾波電容，以及供處理器使用的主時(shí)鐘晶振，供外設(shè)適用的輔助時(shí)鐘晶振等，它們一起構(gòu)成了ARM的最小硬件系統(tǒng)板。系統(tǒng)所使

8、用的S3C2410處理器是一款FBGA封裝的高速處理器，運(yùn)行時(shí)鐘頻率為203MHz，這種FBGA封裝的高速處理器需要使用多層電路板設(shè)計(jì)。本系統(tǒng)核心板工作在高速信號(hào)下，為了布線(xiàn)方便，減少干擾，采用了六層電路板設(shè)計(jì)，第二層為接地面，四層為電源面，其他各層為信號(hào)層。核心板通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)144芯SIMM插座與母板連接。核心板是一個(gè)最小的ARM9硬件系統(tǒng)板，具有較好的通用性，可以作為不同產(chǎn)品開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。,13,圖9.4 電源原理圖,14,系統(tǒng)板（應(yīng)用板）的組成與工作原,系統(tǒng)板起兩方面的作用，一方面對(duì)核心板提供支持。如為核心板供電，提供外設(shè)到核心板的連接，另一方面為各種外設(shè)提供了接口。系統(tǒng)板主要集成有RJ-

9、45網(wǎng)絡(luò)接口、USB 主從設(shè)備接口、串行接口、LCD顯示器接口、CF卡接口、鍵盤(pán)等接口電路。同時(shí)，還有包含有一些相應(yīng)的控制轉(zhuǎn)換電路（如可編程器件CPLD）和電源管理部分。核心板和母板之間采用標(biāo)準(zhǔn)SIMM插槽連接，外設(shè)和系統(tǒng)板之間采用相應(yīng)的外設(shè)接口連接。其中可編程器件CPLD采用的是Altera公司的EPM3032ATC44-10的CPLD芯片。CPLD器件可以實(shí)現(xiàn)高速的FIFO或者利用其靈活的可編程性，可以作為核心板與外部其他功能模塊的通用接口（如實(shí)現(xiàn)了一個(gè)IDE接口）。因?yàn)镾3C2410本身沒(méi)有CF卡（半導(dǎo)體輔助存儲(chǔ)器中的一種）接口，所以為了連接CF卡，必須采用轉(zhuǎn)換接口。實(shí)際系統(tǒng)中采用了總線(xiàn)

10、接口的IDE接口轉(zhuǎn)換為CF卡接口。,15,系統(tǒng)板上的網(wǎng)絡(luò)接口芯片采用CS8900網(wǎng)絡(luò)接口芯片。CS8900芯片是Cirrus Logic公司生產(chǎn)的一種局域網(wǎng)處理芯片，它的封裝是100-pin TQFP，內(nèi)部集成了在片RAM、10BASE-T收發(fā)濾波器，并且提供8位和16位兩種接口。本系統(tǒng)中采用16位接口方式。以太網(wǎng)接口原理圖如圖9-6 所示，圖中HR601627是一種脈沖變壓器，在CS8900的前端對(duì)網(wǎng)絡(luò)信號(hào)進(jìn)行脈沖波形變換。,16,圖9.6 CS8900網(wǎng)絡(luò)接口原理圖。,17,系統(tǒng)采用了一款專(zhuān)用顯示器19264型LCD顯示器。該顯示器是一種圖形點(diǎn)陣液晶顯示器，它主要由行驅(qū)動(dòng)器、列驅(qū)動(dòng)器及19

11、264全點(diǎn)陣液晶顯示器組成。可完成圖形顯示，也可以顯示124個(gè)(1616點(diǎn)陣)漢字，采用3.3V電源供電，與處理器接口采用8位并行輸入輸出數(shù)據(jù)總線(xiàn)和8條控制線(xiàn)。S3C2410處理器內(nèi)部集成了LCD控制器，但是該控制器不支持用戶(hù)選定的顯示器，只能采用其他方式接入該款顯示器，實(shí)際采用的是直接掛接到處理器的通用I/O口上的方式。,18,S3C2410中集成了3.3V TTL 電平的串行接口，可以直接使用。為了與標(biāo)準(zhǔn)RS232C串行設(shè)備通信，采用了一塊SP3243芯片用于電平的轉(zhuǎn)換，構(gòu)成了一個(gè)比較完整的串口。,在盤(pán)點(diǎn)機(jī)的實(shí)際應(yīng)用中，需要外接串行口的條形碼掃描儀，該掃描儀采用標(biāo)準(zhǔn)串口9針D型插座，工作時(shí)

12、需要通過(guò)串口第九針外接5V電源。為了方便使用該款掃描儀，設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)串行接口進(jìn)行了改進(jìn)，在串口第九針上采用電子開(kāi)關(guān)疊加可控的5V電源。在作為標(biāo)準(zhǔn)串口使用時(shí)，5V電源和第九針斷開(kāi)。當(dāng)外接掃描儀時(shí)第九針接入5V電源，驅(qū)動(dòng)掃描儀正常工作。串口第九針是否接入5V電源在串口驅(qū)動(dòng)程序中實(shí)現(xiàn)，應(yīng)用程序通過(guò)串口設(shè)置系統(tǒng)調(diào)用函數(shù)來(lái)控制，接口電路如圖 9-8 所示。,19,圖 9-8 串行接口電路,20,本系統(tǒng)中所用的設(shè)備較多，其中很多設(shè)備需要復(fù)位信號(hào)來(lái)保證正?？煽康膹?fù)位。為此，在系統(tǒng)板上設(shè)計(jì)了復(fù)位信號(hào)模塊，該模塊采用電阻、電容和二極管構(gòu)成一個(gè)簡(jiǎn)單適用的復(fù)位電路，在此基礎(chǔ)上采用74HC17芯片進(jìn)行波形調(diào)整、信號(hào)取反繼

13、而生成符合設(shè)備需要的高、低電平兩組復(fù)位信號(hào)，供整個(gè)系統(tǒng)使用。復(fù)位電路的原理圖見(jiàn)圖9-9所示。,S3C2410處理器片內(nèi)集成有USB接口，故系統(tǒng)板只是簡(jiǎn)單的將此信號(hào)引出。,21,圖9.8 復(fù)位電路原理圖,22,盤(pán)點(diǎn)機(jī)的輸入信號(hào)則采用外接的串口鍵盤(pán)手動(dòng)輸入和串口條形碼掃描儀讀入方式。串口鍵盤(pán)為自行設(shè)計(jì)的，適合盤(pán)點(diǎn)業(yè)需要的專(zhuān)用鍵盤(pán)，鍵盤(pán)采用了一款16位低功耗單片機(jī)MSP430進(jìn)行管理。,使用盤(pán)點(diǎn)機(jī)的目的是為了提高盤(pán)點(diǎn)效率，對(duì)于盤(pán)點(diǎn)人員而言，使用最多的就是掃描儀和鍵盤(pán)。掃描儀上只有一個(gè)按鍵，使用簡(jiǎn)單。由于鍵盤(pán)的效率對(duì)于提高盤(pán)點(diǎn)的效率非常重要，所以在盤(pán)點(diǎn)機(jī)系統(tǒng)中設(shè)計(jì)一款最合適盤(pán)點(diǎn)使用的鍵盤(pán)是提高盤(pán)點(diǎn)效率

14、的重要一環(huán)。盤(pán)點(diǎn)機(jī)是一款便攜式設(shè)備，鍵盤(pán)不可能做得很大，另一方面為了便于盤(pán)點(diǎn)人員實(shí)現(xiàn)盲打，按鍵的大小不能太小，特別是頻繁使用的按鍵還應(yīng)該比計(jì)算機(jī)標(biāo)準(zhǔn)鍵盤(pán)略大。在這種情況下，按鍵的個(gè)數(shù)就有所限制，經(jīng)過(guò)大量實(shí)踐，最終的鍵盤(pán)設(shè)計(jì)采用了31鍵的方案。其中字母和數(shù)據(jù)鍵在一般情況下作為數(shù)字鍵使用，配合Shift按鍵輸入字母，圖9-10為鍵盤(pán)部分的框圖。,專(zhuān)用鍵盤(pán)的設(shè)計(jì),23,同時(shí)，為了使用方便，鍵盤(pán)上還設(shè)置了系統(tǒng)休眠、喚醒按鍵，與鍵盤(pán)接口一起通過(guò)排線(xiàn)接入系統(tǒng)板。鍵盤(pán)所用的控制器為MSP430F149，這是TI公司推出的一種具有16位RISC結(jié)構(gòu)、超低功耗的工業(yè)級(jí)混合信號(hào)控制器。這些控制器被設(shè)計(jì)為可用電池工

15、作，而且可以有很長(zhǎng)使用時(shí)間的應(yīng)用。CPU中的16個(gè)寄存器和常數(shù)發(fā)生器使MSP430微控制器能達(dá)到最高的代碼效率，靈活的時(shí)鐘源可以使器件達(dá)到最低的功率消耗，數(shù)字控制的振蕩器（DCO）可使器件從低功耗模式迅速喚醒，在少于6s的時(shí)間內(nèi)激活到活躍的工作方式。程序中使用MSP430F149的外部中斷I/O口作為鍵盤(pán)掃描的信號(hào)線(xiàn)，經(jīng)過(guò)編碼后，通過(guò)片內(nèi)內(nèi)置的串口輸出到系統(tǒng)板。該芯片在電壓，1MHz的時(shí)鐘條件下運(yùn)行，耗電電流在0.1-400A之間（因不同的工作模式而不同）。CPU平時(shí)至于節(jié)電模式，按鍵時(shí)觸發(fā)中斷信號(hào)，CPU立即被喚醒，處理完鍵盤(pán)事件后，CPU再次進(jìn)入省電模式。,24,圖9-10為鍵盤(pán)部分的框圖

16、,25,系統(tǒng) 板圖,10M,以太網(wǎng),網(wǎng)卡,CS8900,條形碼掃描儀RS232接口,網(wǎng)絡(luò)傳輸,RJ45,接口,JTAG調(diào)試,接口,鍵盤(pán),RS232,接口,LCD顯示器,接口,電源模塊,MAX603,26,9.3 軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì),系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)主要包括嵌入式操作系統(tǒng)選型、定制及裁減、硬件驅(qū)動(dòng)程序和用戶(hù)應(yīng)用程序方面。,操作系統(tǒng)的定制與實(shí)現(xiàn),Window CE 具有良好的圖形交互界面，便于開(kāi)發(fā)調(diào)試上層圖形應(yīng)用程序，所以本便攜式盤(pán)點(diǎn)機(jī)的操作系統(tǒng)選用了Windows CE。,Microsoft Windows CE.NET 是支持多平臺(tái)的、可定制的32位嵌入式操作系統(tǒng)。支持多線(xiàn)程、完全搶占執(zhí)行和多任務(wù)。不僅適用于工業(yè)上的嵌入式設(shè)備，同時(shí)支持高度便攜性的個(gè)人計(jì)算設(shè)備，如掌上電腦、PDA 和移動(dòng)通信設(shè)備等。Windows CE.NET在設(shè)計(jì)上采用完全的模塊化結(jié)構(gòu)，可以根據(jù)硬件平臺(tái)和應(yīng)用目的靈活的進(jìn)行定制。對(duì)于應(yīng)用程序的開(kāi)發(fā)者來(lái)說(shuō)，Windows CE.NET 提供了同 Windows 環(huán)境相似的各種開(kāi)發(fā)環(huán)境。Microsoft Win32 API、ActiveX 控件、消息隊(duì)列、COM 接口、ATL