基于ARM嵌入式系統的設計及其應用

劉丹

摘 要：21世紀現代計算機科技的兩大重要分支就是嵌入式系統與PC系統，隨著計算機通信技術以及網絡技術的發展，嵌入式系統也取得了一定的進步，成為IT行業的重要發展內容。如今嵌入式系統在社會生活的各個領域都有應用，并且也獲得了一定的成就，嵌入式系統能夠改變人們的生活、工作，若能夠將嵌入式系統與網絡技術相結合，將實現更好地發展。本文就ARM嵌入式系統的設計及其應用進行探討和分析。

關鍵詞：ARM嵌入式系統；設計；應用

嵌入式系統的基礎就是計算機技術，應用是核心部分，嵌入式系統中的硬件、軟件都能夠進行裁剪，使得計算機系統的功能需要、成本等得以滿足。嵌入式系統能夠結合用戶的實際需要，裁剪系統的硬件以及軟件，使其集成性得到提升，并減少體積以及功耗，有助于實現網絡化、智能化的系統建設。ARM處理器擁有良好的性能，體積不大，功耗也比較高，最為主要的就是成本不高，將其與嵌入式系統相結合，能夠獲得更好地價值。

一、ARM與嵌入式系統概述

1、ARM

ARM架構，是一個32位元精簡指令集中央處理器的架構，以ARM架構為基礎生產出的產品功耗比較低，質量水平比較高，成本比較少，因此在嵌入式控制、多媒體、移動式應用以及DSP中有很好的應用。ARM32的體系結構是32位嵌入式RISC的微處理器結構[1]，在這個行業中處于先進水平，能夠被ARM處理器共享。這種結構有很好的節能性，適合在移動通信領域中應用，滿足該領域設計中的節能減耗需要。

2、嵌入式系統

嵌入式系統涉及以下部分，分別是處理器、儲存器、輸入輸出以及相關軟件等。系統中最為關鍵的部分就是嵌入式的處理器，嵌入式處理器目前有幾千種，但是每一種嵌入式處理器都有自身的優勢與特點，性能高，功耗以及成本比較少。儲存器也是嵌入式系統中重要內容之一，需要與處理器相配套，要對儲存器的容量以及穩定性給予關注。對于系統外圍設備，需要依據實際需要以及處理器的情況進行全面的分析研究。

二、基于ARM嵌入式系統的設計應用

1、硬件設計

ARM嵌入式系統硬件設計過程中需要將用戶的實際需要作為基本，對成本進行科學的控制，減少開發的難度；本次研究使用32位嵌入式處理器LPC2104芯片，體積不大，有很強的性能，并且功耗也比較低。

實際應用中，非插入式的JTAG調試是比較常見的方法，通過JTAG邊界掃描，能夠與ARM CPU進行通信。調試主機能夠對ARM程序進行編譯，通過調試程序開展調試工作。蜂鳴器的作用是能夠報警，或者將指紋識別系統的工作情況反饋出來。LPC2104芯片有兩組電源，電壓為3.3V的I/O口供電電源以及1.5V的內核供電電源，通常選擇電壓為5V的電源芯片作為輸入電源。使用I2C總線[2]，保證實現看門狗時鐘電路與處理器之間的通訊，該系統使用X1228芯片，若電壓明顯大于或小于正常值，就需要馬上復位，保存比較重要的數據信息。

利用鍵盤上的6個功能性按鍵，實現上、下、左、右、進入、退出的功能。

本系統使用SMG12864B點陣型LED的液晶，必須要先初始化，然后正常使用，能夠顯示出姓名、ID號、時間等相關信息，控制系統中包含一個數據地址頁指針，一個數據地址列指針，為用戶訪問系統內部的RAM提供便利。

Flash存儲器操作起來比較簡單，成本不高，并且讀寫起來比較可靠，還能夠擦寫，因為這種優勢在嵌入系統中應用比較多。該系統中使用的芯片是K9F6408u0b芯片，這是由三星公司研發的，能夠很好的保存用戶信息、指紋庫中的數據以及出入情況等。

通訊模塊是該系統中的重要內容，LPC2104芯片中有兩個UART，其寄存器基本上是一樣的，兩個UART主要是與上位機的PC以及指紋識別模塊進行通信。使用RS232協議和電平電路。

LPC2104的數據處理只針對寄存器中的內容，并不是儲存器，能夠減少操作的難度，將相關數據信息寫入到發送緩沖區中，就能夠實現數據的發送。利用FIQ中斷接受數據，數據進入到接收緩沖區中，就會中斷，然后就會開始執行中斷程序。

本次研究中使用的設計系統主要是RS232電平轉換芯片MAX3232，其具有兩組RS232電平轉換，能夠使兩口有效串聯，并保證通信的正常推進。將MAX3232芯片的TTL/CMOS輸入及輸出信號與LPC2104的UART 的輸入及輸出相結合[3]，并將MAX3232的輸入輸出口與9針連接器的串口相連接。如果需要UART0，需要設置TXD0和RXD0管腳，然后再設置串口波特率和相應的工作模式，這些設置都結束后，才能夠正常的開始發送、接收。

2、指紋識別模塊與軟件設計

設計嵌入式系統的硬件之后，通過UART0串口嵌入指紋識別模塊能夠使通信正常進行。本次設計中，一般使用SM-60指紋識別模塊，功耗比較低。SM-60指紋識別模塊中包含光學指紋傳感器，并且設計DSP處理器和Flash等[4]，能夠對指紋圖像進行處理，將模板進行提取、配置和保存、搜索等，需要整合相關指令，保證其功能順利實現。

本文研究的系統程序主要涉及管理和通訊兩個方面的內容，將指紋識別模塊協議作為主要的參考對系統的程序進行編寫。發送指令幀，接受檢驗相關數據的準確性，同時將用戶信息加入到數據庫中，比如用戶的ID號、姓名、門禁開關時間等。通過液晶屏菜單選擇，增加、刪減指紋庫，修改個人信息等。利用LPC2104單片機，還能夠對指紋進行錄入，對圖像進行處理，獲取相關的特征，并生成模板，同時對其保存，搜索、對比指紋等。這些程序操作只需要按鍵就能夠進行。

結束語：

總而言之，基于ARM嵌入式系統的指紋識別系統能夠使得用戶的基本需要得以滿足，指紋識別系統將朝著嵌入式的方向發展，將指紋識別技術與嵌入式系統相結合，能夠有效的控制系統成本，能夠有效的識別出不同領域的身份特點，有很大的發展前景。

參考文獻

[1]程小艷，胡毅. 基于ARM Cortex-M3內核的嵌入式多機通信系統設計與應用[J]. 儀表技術，2012，04：31-33+36.

[2]劉芳宇. 基于ARM嵌入式系統的設計及其應用[J]. 計算機光盤軟件與應用，2012，09：173-174.

[3]楊澤林，何莉，陳亮文. ARM嵌入式系統課程教學輔助系統的設計與應用[J]. 計算機時代，2017，03：40-43.

[4]杜智敏，謝維波，謝毅勇. 基于ARM-Linux的GUI系統體系分析及其應用設計[J]. 計算機應用與軟件，2011，10：127-130.