嵌入式考勤系統的研究與應用

涂　娟

[摘要]多年來嵌入式系統一直被應用在各個領域當中，它的優越性也被越來越多的人認識到，從硬件的角度討論嵌入式系統在校園考勤系統中的新應用。

[關鍵詞]考勤機 IC卡 嵌入式Linux操作系統。

中圖分類號：G47文獻標識碼：A文章編號：1671－7597（2009）0510045－01

一、嵌入式系統簡介

嵌入式系統一般指非PC系統，有計算機功能但又不稱之為計算機的設備或器材。它是以應用為中心，軟硬件可裁減的，適應應用系統對功能、可靠性、成本、體積、功耗等綜合性嚴格要求的專用計算機系統。簡單地說，嵌入式系統集系統的應用軟件與硬件于一體，類似于PC中BIOS的工作方式，具有軟件代碼小、高度自動化、響應速度快等特點，特別適合于要求實時和多任務的體系。嵌入式系統主要由嵌入式處理器、相關支撐硬件、嵌入式操作系統及應用軟件系統等組成，它是可獨立工作的“器件”。嵌入式系統的硬件部分，包括處理器/微處理器、存儲器及外設器件和I/O端口、圖形控制器等。嵌入式系統有別于一般的計算機處理系統，它不具備像硬盤那樣大容量的存儲介質，而大多使用EPROM、EEPROM或閃存（Flash Memory）作為存儲介質。軟件部分包括操作系統軟件（要求實時和多任務操作） 和應用程序編程。應用程序控制著系統的運作和行為；而操作系統控制著應用程序編程與硬件的交互作用。

二、嵌入式處理器特點

嵌入式系統的核心是嵌入式微處理器。嵌入式微處理器一般具備4個特點：（1）對實時和多任務有很強的支持能力，能完成多任務并且有較短的中斷響應時間，從而使內部的代碼和實時操作系統的執行時間減少到最低限度；（2）具有功能很強的存儲區保護功能，這是由于嵌入式系統的軟件結構已模塊化，而為了避免在軟件模塊之間出現錯誤的交叉作用，需要設計強大的存儲區保護功能，同時也有利于軟件診斷；（3）可擴展的處理器結構，以能迅速地擴展出滿足應用的高性能的嵌入式微處理器；（4）嵌入式微處理器的功耗必須很低，尤其是用于便攜式的無線及移動的計算和通信設備中靠電池供電的嵌入式系統更是如此，功耗只能為mW甚至μW級。

三、嵌入式操作系統

嵌入式操作系統是一種支持嵌入式系統應用的操作系統軟件，它是嵌入式系統（包括硬、軟件系統）極為重要的組成部分，通常包括與硬件相關的底層驅動軟件、系統內核、設備驅動接口、通信協議、圖形界面、標準化瀏覽器等Browser。嵌入式操作系統具有通用操作系統的基本特點，如能夠有效管理越來越復雜的系統資源；能夠把硬件虛擬化，使得開發人員從繁忙的驅動程序移植和維護中解脫出來；能夠提供庫函數、驅動程序、工具集以及應用程序。與通用操作系統相比較，嵌入式操作系統在系統實時高效性、硬件的相關依賴性、軟件固態化以及應用的專用性等方面具有較為突出的特點。嵌入式操作系統的種類有實時操作系統和非實時操作系統兩種。

四、嵌入式Internet方法在考勤機中的運用

考勤機的硬件設計組成如圖4.1所示。系統采用ARM控制器LPC2104為核心，LPC2104帶有一個支持實時仿真和跟蹤的ARM7TDMI-S CPU，并嵌入了128KB高速Flash存儲器。與片內存儲器控制器接口的ARM7局部總線、與中斷控制器接口的AMBA高性能總線（AHB）和連接片內外設功能功能的VLSI外設總線（VPB、ARM AMBA總線的兼容超集）。LPC2104將ARM7TDMI-S配置為小端字節順序。128位寬度的存儲器接口和獨特的加速結構使32位代碼能夠在最大時鐘頻率下運行。由于LPC2104具有非常小的尺寸和極低的功耗，因此非常適合本系統的需要。LPC2104還帶有通用I/O口、LCD控制器、雙UART，其中一個帶有完全的調制解調器接口和帶PLL的時鐘發生器。

為能夠運行嵌入式操作系統，使用了4Mb的Flash只讀存儲器，8Mb的DRAM。嵌入式操作系統、應用程序的代碼和文件系統存儲在Flash中，采用CS8900A以太網控制器為嵌入式控制器擴展了一個10Mbase的以太網端口將系統接入Internet。由于在系統運行時需要存儲一些可配置信息，如本地IP地址、服務器IP地址、運行方式等，使用了串行EEPROM存儲各種配置信息。為了具有良好的人機界面，設計了鍵盤和LCD顯示。

IC卡讀寫器由滑動式卡座與I/O接口連接以及程序組成。IC卡座的連接電原理圖如圖4.2所示。系統上電即處于復位狀態，P0.24通過T1控制IC卡的工作電源，P0.21由IC卡的SDA將數據串行輸入，P0.22將時鐘送SCL，P0.23為啟動信號。

參考文獻：

[1]李善平等，Linux與嵌入式系統，清華大學出版社，2002.

[2]彭宣戈等，圖書借閱管理系統中IC卡讀寫器的軟硬件設計，浙江大學學報，1998.12.