ARM下的嵌入式軟硬件系統(tǒng)的設計分析

摘 要：在這個信息化飛速發(fā)展的時代，嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)深入到當前社會發(fā)展的各個領域。嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)成為我國當前社會一種熱門的行業(yè)，在我國社會當中所起到的作用也越來越大。本文基于ARM下的嵌入式軟硬件系統(tǒng)的設計進行了相關的分析。

關鍵詞：ARM；嵌入式系統(tǒng)；軟硬件設計

中圖分類號：TP302.7 文獻標識碼：A 文章編號：1674-7712 （2014） 16-0000-01

計算機技術的創(chuàng)新與發(fā)展、微處理器工藝的改進以及社會信息化程度的加深，嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)被廣泛的應用于我國當代社會當中。近年來，我國工業(yè)規(guī)模不斷壯大，先進的工業(yè)設備被運用到當代工業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營活動中，將嵌入式系統(tǒng)應用到工業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營的設備當中，有效的提高了工業(yè)的生產(chǎn)效率。在我國傳統(tǒng)的嵌入式系統(tǒng)中，大多都是單個程序實現(xiàn)整個控制邏輯，這種嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)不能滿足我國當代社會發(fā)展的需要了，為此對嵌入式系統(tǒng)進行優(yōu)化設計有著重大意義。

一、ARM的概述

ARM（Advanced RISC Machines），是一種微處理器，是一個32位精簡指令集（RISC）處理器架構，其廣泛地使用在許多嵌入式系統(tǒng)設計。由于節(jié)能的特點，ARM處理器非常適用于移動通信領域，符合其主要設計目標為低成本、高性能、低耗電的特性。ARM處理器有著體積小、低功耗、低成本、高性能等優(yōu)勢，在嵌入式系統(tǒng)中支持Thumb（16位）/ARM（32位）雙指令集，同時能很好的兼容8位/16位器件，其指令執(zhí)行速度快，大多數(shù)數(shù)據(jù)操作都可以在寄存器中完成。

二、嵌入式系統(tǒng)的概述

嵌入式系統(tǒng)是用來控制或者監(jiān)視機器、裝置、工廠等大規(guī)模設備的系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)以應用為中心、以計算機技術為基礎、軟硬件可裁剪、功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴格要求的專用計算機系統(tǒng)[1]。嵌入式系統(tǒng)的核心是由一個或幾個預先編程好以用來執(zhí)行少數(shù)幾項任務的微處理器或者單片機組成。嵌入式系統(tǒng)的系統(tǒng)內(nèi)核小，系統(tǒng)精簡。在嵌入式系統(tǒng)中的軟件系統(tǒng)和硬件系統(tǒng)的結合是非常緊密的。一個嵌入式系統(tǒng)裝置一般都由嵌入式計算機系統(tǒng)和執(zhí)行裝置組成，嵌入式計算機系統(tǒng)是整個嵌入式系統(tǒng)的核心，由硬件層、中間層、系統(tǒng)軟件層和應用軟件層組成。執(zhí)行裝置也稱為被控對象，它可以接受嵌入式計算機系統(tǒng)發(fā)出的控制命令，執(zhí)行所規(guī)定的操作或任務。

三、ARM下的嵌入式軟硬件系統(tǒng)的設計分析

（一）硬件方案的設計

嵌入式硬件系統(tǒng)中主要包括嵌入式微處理器、存儲器、通用設備接口和I/O接。在一片嵌入式處理器基礎上添加電源電路、時鐘電路和存儲器電路，就構成了一個嵌入式核心控制模塊。其中操作系統(tǒng)和應用程序都可以固化在存儲器中。

1.嵌入式微處理器的設計

嵌入式微處理器是嵌入式系統(tǒng)硬件層的核心，嵌入式微處理器與通用CPU最大的不同在于嵌入式微處理器大多工作在為特定用戶群所專用設計的系統(tǒng)中，它將通用CPU許多由板卡完成的任務集成在ARM芯片內(nèi)部，從而有利于嵌入式系統(tǒng)在設計時趨于小型化，同時還具有很高的效率和可靠性。在進行微處理器選擇的時候，首先要確定ARM是否自帶MMU（memory management unit）功能，因為有些嵌入式系統(tǒng)需要自帶MMU功能的ARM芯片。其次要控制好ARM芯片的成本以及芯片的處理速度。芯片的處理速度可以根據(jù)ARM芯片系統(tǒng)中的始終頻率來進行控制。ARM芯片的成本是影響嵌入式平臺運作成功與否的一個重要因素，

2.存儲器的設計

嵌入式系統(tǒng)的正常運行需要依靠存儲器來提供保障，在嵌入式系統(tǒng)中利用存儲器可以存放和執(zhí)行代碼。存儲器主要包含cache、主存和輔助存儲器。針對主存，首先要考慮的是其處理速度問題，為了保障嵌入式系統(tǒng)的運作效率，一般選用處理速度比較快的主存，例如SDRAM，其次就是要考慮價格問題，只有價格低，性能好的主存才能保障系統(tǒng)運行的效率。輔助存儲器是用來存放大數(shù)據(jù)的程序代碼以及信息，例如MMC，這種輔助存儲器的價格低廉，儲存空間大，在嵌入式系統(tǒng)中，可以有效的滿足系統(tǒng)的要求。

3.通用設備接口

嵌入式系統(tǒng)在與外界交互的過程中需要一定形式的通用設備接口來完成，例如I/O，外設通過ARM芯片外其他設備的連接來實現(xiàn)微處理器的輸入以及輸出功能。通用設備接口要根據(jù)具體的嵌入式系統(tǒng)來進行選擇。

（二）軟件方案的設計

1.系統(tǒng)軟件層的設計

在嵌入式軟件系統(tǒng)中主要由文件系統(tǒng)和操作系統(tǒng)兩個部分。嵌入式操作系統(tǒng)（Embedded Operation System，EOS）是一種用途廣泛的系統(tǒng)軟件，嵌入式操作系統(tǒng)負責嵌入系統(tǒng)的全部軟、硬件資源的分配、任務調制、控制、協(xié)調并發(fā)活動，它必須體現(xiàn)其所在系統(tǒng)的特征，能夠通過裝卸某些模塊來達到系統(tǒng)所要求的功能[2]。文件系統(tǒng)主要是負責文件的存儲、檢索等功能。通過以口令的形式設置好文件名、文件存儲目錄，同時還要設置好文件的修改、重命名的方法和路徑。

2.應用軟件的設計

應用軟件層是在嵌入式操作系統(tǒng)的基礎上，調用操作系統(tǒng)為上層提供的接口進行軟件開發(fā)，以便滿足系統(tǒng)運作的需求。應用軟件層除了要滿足現(xiàn)代嵌入式系統(tǒng)在準確性、安全性以及穩(wěn)定性方面的需求，同時還要盡可能的減少資源的消耗，優(yōu)化資源配置，降低軟件開發(fā)的成本。

3.圖形用戶接口

當用戶在使用嵌入式系統(tǒng)進行操作的時候，為了方便用戶的需求，在圖形用戶接口中要統(tǒng)一接口，提供各種設備驅動接口。同時，嵌入式用戶接口還要滿足系統(tǒng)可靠性、可移植性、可配置的需求。

四、結束語

隨著信息化、智能化、網(wǎng)絡化的發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)技術也獲得了較大的發(fā)展空間。嵌入式系統(tǒng)作為一種先進技術的產(chǎn)物，代表著先進生產(chǎn)力發(fā)展的需求，其在我國社會發(fā)展過程中有著不可替代的作用。針對我國當前ARM下的嵌入式系統(tǒng)，主要是針對軟硬件系統(tǒng)的設計來保障系統(tǒng)的正常運行，對嵌入式系統(tǒng)進行開發(fā)和探討有著十分重要的意義。

參考文獻：

[1]陸鑫.可編程軟硬件系統(tǒng)的綜合設計[D].上海交通大學，2008（06）.

[2]胡振國.基于ARM的嵌入式軟硬件系統(tǒng)設計與實現(xiàn)[D].電子科技大學，2010（04）.

[作者簡介]張衛(wèi)華（1980-），男，工程師，碩士，研究方向：聲納信號處理。