嵌入式系统实习报告

学    院：  电气信息工程学院  

专    业：       通信工程     

班    级：        07—1       

姓    名：        乔振宇      

学    号：          40        

指导教师：        山传文      

目        录

一、实习目的…………………………………………………………………………2

二、实习设备…………………………………………………………………………2

三、实习内容…………………………………………………………………………2

四、实习原理…………………………………………………………………………2

五、实习步骤…………………………………………………………………………5

六、实习主程序………………………………………………………………………6

七、实习中间过程……………………………………………………………………7

八、实习心得…………………………………………………………………………10

九、参考文献…………………………………………………………………………10

基于S3C2410嵌入式MDK开发和EduKit-IV-ucos-II实习

一、实习目的：

1、掌握有关音频处理的基础知识；

2、通过实验了解IIS音频接口的工作原理；

3、通过实验掌握对处理器S3C2410X中IIS模块电路的控制方法；

4、通过实验掌握对常用IIS接口音频芯片的控制方法。

5、初步掌握液晶屏的使用及其设计方法。

6、掌握S3C2410X处理器的LCD控制其使用。

7、掌握通过任务调度的方法把液晶显示函数添加到UC/os-II中。

二、实习设备：

1、硬件：Embest EduKit-IV平台，ULINK2仿真器套件，PC机；

2、软件：μVision IDE for ARM集成开发环境，Windows 98/2000/NT/XP。

三、实习内容：

1、将从UART1接收到的字符串回送显示。

2、通过使用Embest Edukit-IV实验板的彩色液晶屏进行电路设计，掌握液晶屏作为人机接口界面的设计方法，并编写任务函数在uc/os-II系统中实现位图显示，在uc/os-II中建立两个任务Task1和Task2，其中Task1顺序熄灭四个LED，延迟一会再顺序点亮四个LED，Task1和Task2在LED屏幕上循环显示两幅图片，并打印一些文字信息。

3、在实习箱上显示你的专业，姓名。

四、实习原理：

1、数字音频基础:

采样频率和采样精度在数字音频系统中，通过将声波波形转换成一连串的二进制数据再现原始声音，这个过程中使用的设备是模拟/数字转换器（Analog to Digital Converter，即ADC），ADC以每秒上万次的速率对声波进行采样，每次采样都记录下了原始声波在某一时刻的状态，称之为样本。

每秒采样的数目称为采样频率，单位为HZ（赫兹）。采样频率越高所能描述的声波频率就越高。系统对于每个样本均会分配一定存储位（bit数）来表达声波的声波振幅状态，称之为采样精度。采样频率和精度共同保证了声音还原的质量。

人耳的听觉范围通常是20Hz~20KHz，根据奈魁斯特（NYQUIST）采样定理，用两倍于一个正弦波的频率进行采样能够真实地还原该波形，因此当采样频率高于40KHz时可以保证不产生失真。CD音频的采样规格为16bit，44KHz，就是根据以上原理制定。

音频编码：脉冲编码调制PCM（Pulse Code Modulation）编码的方法是对语音信号进行采样，然后对每个样值进行量化编码，在“采样频率和采样精度”中对语音量化和编码就是一个PCM编码过程。ITU-T的64kbit／s语音编码标准G.711采用PCM编码方式，采样速率为8KHz，每个样值用8bit非线性的μ律或A律进行编码，总速率为64kbit／s。

CD音频即是使用PCM编码格式，采样频率44KHz，采样值使用16bit编码。

使用PCM编码的文件在Windows系统中保存的文件格式一般为大家熟悉的wav格式，实验中用到的就是一个采样44.100KHz，16位立体声文件t.wav。

在PCM基础上发展起来的还有自适应差分脉冲编码调制ADPCM （Adaptive Differential Pulse Code Modulation）。ADPCM编码的方法是对输入样值进行自适应预测，然后对预测误差进行量化编码。CCITT的32kbit／s语音编码标准G.721采用ADPCM编码方式，每个语音采样值相当于使用4bit进行编码。

2、IIS音频接口：

IIS (Inter-IC Sound)是一种串行总线设计技术，是SONY、PHILIPS等电子巨头共同推出的接口标准，主要针对数字音频处理技术和设备如便携CD机、数字音频处理器等。IIS将音频数据和时钟信号分离，避免由时钟带来的抖动问题，因此系统中不再需要消除抖动的器件。

IIS总线仅处理音频数据，其它信号如控制信号等单独传送，基于减少引脚数目和布线简单的目的，IIS总线只由三根串行线组成：时分复用的数据通道线，字选择线和时钟线。

3、电路设计原理：

（1）信号线

处理器中与IIS相关的信号线有五根：

①串行数据输入IISDI，对应IIS总线接口中的SD信号，方向为输入。

②串行数据输出 IISDO，对应IIS总线接口中的SD信号，方向为输出。

③左右通道选择 IISLRCK，对应IIS总线接口中的WS信号，即采样时钟。

④串行位时钟 IISCLK，对应IIS总线接口中的SCK信号。

⑤音频系统主时钟CODECLK，一般为采样频率的256倍或384倍，符号为256fs或384fs，其中fs为采样频率。CODECLK通过处理器主时钟分频获得，可以通过在程序中设定分频

（2）寄存器

处理器中与IIS相关的寄存器有三个：

①IIS控制寄存器IISCON，通过该寄存器可以获取数据高速缓存FIFO的准备好状态，启动或停止发送和接收时的DMA请求，使能IISLRCK、分频功能和IIS接口。

②IIS模式寄存器IISMOD，该寄存器选择主/从、发送/接收模式，设置有效电平、通道数据位，选择CODECLK和IISLRCK频率。

③IIS分频寄存器IISPSR。

（3）数据传送

数据传送可以选择普通模式或者DMA模式，普通模式下，处理器根据FIFO的准备状态传送数据到FIFO，处理器自动完成数据从FIFO到IIS总线的发送，FIFO的准备状态通过IIS的FIFO控制寄存器IISFCON获取，数据直接写入FIFO寄存器IISFIF。DMA模式下，对FIFO的访问和控制完全由DMA控制器完成，DMA控制器自动根据FIFO的状态发送或接收数据。

DMA方式下数据的传送细节请参考处理器手册中DMA章节。

音频芯片UDA1341TS 说明

电路中使用的音频芯片是PHILIPS的UDA1341TS音频数字信号编译码器，UDA1341TS可将立体声模拟信号转化为数字信号，同样也能把数字信号转换成模拟信号，并可用PGA（可编程增益控制），AGC(自动增益控制)对模拟信号进行处理；对于数字信号，该芯片提供了DSP(数字音频处理)功能。实际使用中，UDA1341TS广泛应用于MD、CD、notebook、PC和数码摄像机等。

UDA1341TS提供两组音频输入信号线、一组音频信号输出线，一组IIS总线接口信号，一组L3总线。

IIS总线接口信号线包括位时钟输入BCK、字选择输入WS、数据输入DATAI、数据输出DATAO和音频系统时钟SYSCLK信号线。

UDA1341TS的L3总线，包括微处理器接口数据L3DATA、微处理器接口模式L3MODE、微处理器接口时钟L3CLOCK三根信号线，当该芯片工作于微控制器输入模式使用的，微处理器通过L3

五、实习步骤：

1. 准备实验环境

使用ULINK2仿真器连接Embest EduKit-IV实验平台的主板JTAG接口；使用Embest EduKit-IV实验平台附带的交叉串口线，连接实验平台主板上的COM2和PC机的串口（一般PC只有一个串口，如果有多个请自行选择，笔记本没有串口设备的可购买USB转串口适配器扩充）；使用Embest EduKit-IV实验平台附带的电源适配器，连接实验平台主板上的电源接口。

2. 串口接收设置

在PC机上运行windows自带的超级终端串口通信程序，或者使用实验平台附带光盘内设置好了的超级终端，设置超级终端：波特率115200、1位停止位、无校验位、无硬件流控制，或者使用其它串口通信程序。（注：超级终端串口的选择根据用户的PC串口硬件不同，请自行选择，如果PC机只有一个串口，一般是COM1）

3. 打开实验例程

1）拷贝实验平台附带光盘DISK3_S3C2410\03-Codes\01-MDK\Mini2410-IV文件夹到MDK的安装路径：Keil\ARM\Boards\Embest\（如果本实验之前已经拷贝，可以跳过这一步）。（注：用户也可拷贝工程到任意目录，本实验为了便于教学，故统一实验路径）；

2）运行μVision IDE for ARM软件，点击菜单栏“Project”，选择“Open Project…”，在弹出的对话框选择实验例程目录7.3_IIS_Test子目录下的IIS_Test.Uv2工程。

3）默认打开的工程在源码编辑窗口会显示实验例程的说明文件readme.txt，详细阅读并理解实验内容。

4）工程提供了两种运行方式：一是下载到SDRAM中调试运行，二是固化到Nor Flash中运行。用户可以在工具栏Select Target下拉框中选择在RAM中调试运行还是固化Flash中运行。

5）接下来开始编译链接工程，在菜单栏“Projiet”选择“Build target”或者“Rebuild all target files”编译整个工程，用户也可以在工具栏单击“”或者“”进行编译。

6） 编译完成后，在输出窗口可以看到编译提示信息，比如“".\SDRAM\IIS_Test.axf" - 0 Error(s), 1 Warning(s).”，如果显示“0 Error(s)”即表示编译成功。

7）拨动实验平台电源开关，给实验平台上电，单击菜单栏Debug->Start/Stop Debug Session项将编译出来的映像文件下载到SDRAM中，或者单击工具栏“”按钮来下载。

8）下载完成后，单击菜单栏Debug->Run项运行程序，或者单击工具栏“”按钮来全速运行程序。用户也可以使用进行单步调试程序。

9）全速运行后，用户可以在超级终端看到程序运行的信息，出现“Please input words, then press Enter”提示后输入想要发送的数据，并已回车作为发送字符串的结尾标志。

10）用户可以Stop程序运行，使用μVision IDE for ARM的一些调试窗口跟踪查看程序运行的信息。

注：如果在第4）步用户选择在Flash中运行，则编译链接成功后，单击菜单栏Flash->Download项将程序固化到NorFlash中，或者单击工具栏按钮“”固化程序，从实验平台的主板拔出JTAG线，给实验平台重新上电，程序将自动运行。

六、实习主程序：

声音图像同步显示

七、实习中间过程：

1、 终端的设置如下

2、单独显示图片时终端显示结果如下

3、单独实现声音的程序如下

4、单独实现声音的终端显示结果如下

5、图片的转换如下

6、声音的转换如下

八、实习心得：

通过本次实习对ARM9嵌入式系统设计有了更深一步的了解，知道了如何使用uc/os软件进行编程编译，并下载到实验箱中，使图像、声音、文字得以显示，学会了转换IIS声音文件的工具：ProcBmp.exe和转换bmp图片文件的工具：Image2Lcd，使其能够在程序中运行。更重要的是学会了如何解决在实习中遇到的各种问题并很好的解决，为以后使用该软件进行编程打下了坚实的基础，也培养了自己对该软件的兴趣，大四的学生正面临找工作的压力，通过这次实习积累了经验，对找工作也起到了辅助的作用，希望能够有机会对该软件进行进一步的学习研究。最后感谢指导老师和同学们的细心帮助。

九、参考文献：

1、 熊茂华、杨震伦编著ARM嵌入式系统设计与开发应用，清华大学出版社,2008.1

2、 于明等，ARM9嵌入式系统设计与开发教程，北京：电子工业出版社，2006.5

3、 杜春雷等，嵌入式体系结构与编程，北京：清华大学出版社，2003.5

第二篇：嵌入式系统论文

嵌入式系统

论文

基于ARM9的无线智能家居控制（智能监控）系统设计

林敦杰

摘要：目前，在嵌入式系统应用领域中，不少人对什么是嵌入式系统不甚了解。有些人搞了十多年的单片机应用，不知道单片机就是一个最典型的嵌入式系统；也有些人在解释什么是嵌入式系统时，不是从定义出发，而是列举了嵌入式系统的一些特点，往往不知所云。因此，有必要从现代计算的发展历史，了解嵌入式系统的由来，从学科建设的角度来探讨嵌入式系统较为准确的定义。

关键词：高速  电子系统时代  单片微型计算机  内核  智能家居

引言:

智能家居（Smart Home）是利用计算机技术、网络通信技术、综合布线技术和传感技术等，依照人体工程学原理，将家居生活中的各类电子设备有机的结合在一起，通过网络化综合智能控制和管理的一种嵌入式系统。

电子、通信、传感和网络技术的不断发展和人们生活质量的提高，家居生活中的电子产品不但种类越来越多，功能更加完善，应用更加普遍，而且越来越智能化，最普遍的家居生活电子产品种类达数百种，实现对如此之多的家居电子产品的综合控制是智能家居发展的必然趋势。文中提出的基于ARM9 的无线智能家居控制系统，以ARM9 微处理器为核心 ，结合ZigBee 和GPRS 通信技术，根据实际需要实现对家居电子设备进行本地和远程两种方式的无线控制，本地控制是指在本地通过互联网将控制指令传输给控制系统来实现各种家居电器的监控，远程控制是指用计算机网络或手机短信将控制指令传输给控制系统实现对各种家居电器的远距离监控，这两种控制方式的结合将给我们的工作和生活带来极大的便捷，是未来智能化家居生活发展的必然趋势。

l  第一章：嵌入式系统发展历史

目前，在嵌入式系统应用领域中，不少人对什么是嵌入式系统不甚了解。有些人搞了十多年的单片机应用，不知道单片机就是一个最典型的嵌入式系统；也有些人在解释什么是嵌入式系统时，不是从定义出发，而是列举了嵌入式系统的一些特点，往往不知所云。因此，有必要从现代计算的发展历史，了解嵌入式系统的由来，从学科建设的角度来探讨嵌入式系统较为准确的定义。

嵌入式系统诞生于微型机时代，嵌入式系统的嵌入性本质是将一个计算机嵌入到一个对象体系中去，这些是理解嵌入式系统的基本出发点。由于嵌入式计算机系统要嵌入到对象体系中，实现的是对象的智能化控制，因此，它有着与通用计算机系统完全不同的技术要求与技术发展方向。

通用计算机系统的技术要求是高速、海量的数值计算；技术发展方向是总线速度的无限提升，存储容量的无限扩大。 而嵌入式计算机系统的技术要求则是对象的智能化控制能力；技术发展方向是与对象系统密切相关的嵌入性能、控制能力与控制的可靠性。

嵌入式计算机系统则走上了一条完全不同的道路，这条独立发展的道路就是单芯片化道路。它动员了原有的传统电子系统领域的厂家与专业人士，接过起源于计算机领域的嵌入式系统，承担起发展与普及嵌入式系统的历史任务，迅速地将传统的电子系统发展到智能化的现代电子系统时代。

在中国嵌入式系统领域，比较认同的嵌入式系统概念是：嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，并且软硬件可裁剪，适用于应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格要求的专用计算机系统。它一般由嵌入式微处器、处围硬件设备、嵌入式操作系统以及用户的应用程序等四个部分组成，用于实现对其他设备的控制、监视或管理等功能。

如果我们了解了嵌入式（计算机）系统的由来与发展，对嵌入式系统就不会产生过多的误解，而能历史地、本质地、普遍适用地定义嵌入式系统。

1、 嵌入式系统的定义

按照历史性、本质性、普遍性要求，嵌入式系统应定义为：“嵌入到对象体系中的专用计算机系统”。“嵌入性”、“专用性”与“计算机系统”是嵌入式系统的三个基本要素。对象系统则是指嵌入式系统所嵌入的宿主系统。

2、 嵌入式系统的特点

嵌入式系统的特点与定义不同，它是由定义中的三个基本要素衍生出来的。不同的嵌入式系统其特点会有所差异。

与“嵌入性”的相关特点：由于是嵌入到对象系统中，必须满足对象系统的环境要求，如物理环境（小型）、电气/气氛环境（可靠）、成本（价廉）等要求。

与“专用性”的相关特点：软、硬件的裁剪性；满足对象要求的最小软、硬件配置等。

与“计算机系统”的相关特点：嵌入式系统必须是能满足对象系统控制要求的计算机系统。与上两个特点相呼应，这样的计算机必须配置有与对象系统相适应的接口电路。

另外，在理解嵌入式系统定义时，不要与嵌入式设备相混淆。嵌入式设备是指内部有嵌入式系统的产品、设备，例如，内含单片机的家用电器、仪器仪表、工控单元、机器人、手机、PDA等。

3、 嵌入式系统的种类与发展

按照上述嵌入式系统的定义，只要满足定义中三要素的计算机系统，都可称为嵌入式系统。嵌入式系统按形态可分为设备级（工控机）、板级（单板、模块）、芯片级（MCU、SoC）。

有些人把嵌入式处理器当作嵌入式系统，但由于嵌入式系统是一个嵌入式计算机系统，因此，只有将嵌入式处理器构成一个计算机系统，并作为嵌入式应用时，这样的计算机系统才可称作嵌入式系统。

嵌入式系统与对象系统密切相关，其主要技术发展方向是满足嵌入式应用要求，不断扩展对象系统要求的外围电路（如ADC、DAC、PWM、日历时钟、电源监测、程序运行监测电路等），形成满足对象系统要求的应用系统。因此，嵌入式系统作为一个专用计算机系统，要不断向计算机应用系统发展。因此，可以把定义中的专用计算机系统引伸成，满足对象系统要求的计算机应用系统。

4、 嵌入式系统的实时性

响应时间：是实时系统从识别出一个外部事件到做出响应的时间；

生存时间：是数据的有效等待时间，数据只有在这段时间内才是有效的；

吞吐量：是在给定的时间内系统能够处理的事件总数，吞吐量通常比平均响应时间的倒数要小一点。

实时系统根据响应时间可以分为弱实时系统、一般实时系统和强实时系统三种。弱实时系统在设计时的宗旨是使各个任务运行得越快越好，但没有严格限定某一任务必须在多长时间内完成，弱实时系统更多关注的是程序运行结果的正确与否，以及系统安全性能等其他方面，对任务执行时间的要求相对来讲较为宽松，一般响应时间可以是数十秒或者更长。一般实时系统是弱实时系统和强实时系统的一种折衷，它的响应时间可以在秒的数量级上，广泛应用于消费电子设备中。强实时系统则要求各个任务不仅要保证执行过程和结果的正确性，同时还要保证在限定的时间内完成任务，响应时间通常要求在毫秒甚至微秒的数量级上，这对涉及到医疗、安全、军事的软硬件系统来说是至关重要的。

第二章

　Java技术对于服务器，个人电脑和嵌入式系统来说是一项伟大的技术。由于其具有跨平台等特性。Java在服务器和桌面电脑方面的应用是非常成功的。然而在GUI方面，Java只用非常有限的一些特征去构建图形用户界面。其思想就是采用平台无关的Java应用程序接口打包到不同的操作系统来开发本地图形用户界面，被称之为抽象的窗口工具(AWT)。仅有普通的部件如文件域、文本区、选择框、单选按钮、列表框和按钮被AWT支持，图形和图像的特性支持非常有限，也就是说，只足够构建简单的applet程序。认识到需要更高级的图形用户界面组件和图形能力，Sun公司开发了Swing，Java 2D，Java3D，图像的输入/输出，以及Java高级图像(JAI)。Swing是用来构建Java图形界面的标准API(应用程序接口)，一些AWT类由Swing基础而来。它有一套完全的组件从按钮到文件域、表格、树型和文件编辑器。这些组件不依赖于操作系统本地的部件，而是用原始的图形像直线、矩形、文字画出。这种画代表感观插件，它能够模仿本地的感观。SWT是基于Java开发的，它的设计理念是最大化了操作系统的图形构件的API，就是说只要操作系统提供了相应图形的构件，那么SWT只是简单应用JNI技术调用它们，只有那些操作系统中不提供的构件，SWT才自己去做一个模拟的实现。另外SWT还提供对操作系统本地图形用户界面的直接访问，因此，基于SWT的Java应用程序拥有本地的图形用户界面并且可以和本地别的应用程序和部件集成在一起。使用SWT开发包，简单、跨平台、可靠等这些Jaya语言本身所具有的优点正渐渐融合到图形界面的应用程序开发中去。Java语言的另一扇成功之门正在逐渐打开。

l  第三章： 嵌入式系统的两种应用模式

嵌入式系统的嵌入式应用特点，决定了它的多学科交叉特点。作为计算机的内含，要求计算机领域人员介入其体系结构、软件技术、工程应用方面的研究。然而，了解对象系统的控制要求，实现系统控制模式必须具备对象领域的专业知识。因此，从嵌入式系统发展的历史过程，以及嵌入式应用的多样性中，可以了解到客观上形成的两种应用模式。

1、 客观存在的两种应用模式

嵌入式计算机系统起源于微型机时代，但很快就进入到独立发展的单片机时代。在单片机时代，嵌入式系统以器件形态迅速进入到传统电子技术领域中，以电子技术应用工程师为主体，实现传统电子系统的智能化，而计算机专业队伍并没有真正进入单片机应用领域。因此，电子技术应用工程师以自己习惯性的电子技术应用模式，从事单片机的应用开发。这种应用模式最重要的特点是：软、硬件的底层性和随意性；对象系统专业技术的密切相关性；缺少计算机工程设计方法。

虽然在单片机时代，计算机专业淡出了嵌入式系统领域，但随着后PC时代的到来，网络、通信技术得以发展；同时，嵌入式系统软、硬件技术有了很大的提升，为计算机专业人士介入嵌入式系统应用开辟了广阔天地。计算机专业人士的介入，形成的计算机应用模式带有明显的计算机的工程应用特点，即基于嵌入式系统软、硬件平台，以网络、通信为主的非嵌入式底层应用。

2、两种应用模式的并存与互补

由于嵌入式系统最大、最广、最底层的应用是传统电子技术领域的智能化改造，因此，以通晓对象专业的电子技术队伍为主，用最少的嵌入式系统软、硬件开销，以8位机为主，带有浓重的电子系统设计色彩的电子系统应用模式会长期存在下去。另外，计算机专业人士会愈来愈多地介入嵌入式系统应用，但囿于对象专业知识的隔阂，其应用领域会集中在网络、通信、多媒体、商务电子等方面，不可能替代原来电子工程师在控制、仪器仪表、机械电子等方面的嵌入式应用。因此，客观存在的两种应用模式会长期并存下去，在不同的领域中相互补充。电子系统设计模式应从计算机应用设计模式中，学习计算机工程方法和嵌入式系统软件技术；计算机应用设计模式应从电子系统设计模式中，了解嵌入式系统应用的电路系统特性、基本的外围电路设计方法和对象系统的基本要求等。

3、 嵌入式系统应用的高低端

由于嵌入式系统有过很长的一段单片机的独立发展道路，大多是基于8位单片机，实现最底层的嵌入式系统应用，带有明显的电子系统设计模式特点。大多数从事单片机应用开发人员，都是对象系统领域中的电子系统工程师，加之单片机的出现，立即脱离了计算机专业领域，以“智能化”器件身份进入电子系统领域，没有带入“嵌入式系统”概念。因此，不少从事单片机应用的人，不了解单片机与嵌入式系统的关系，在谈到“嵌入式系统”领域时，往往理解成计算机专业领域的，基于32位嵌入式处理器，从事网络、通信、多媒体等的应用。这样，“单片机”与“嵌入式系统”形成了嵌入式系统中常见的两个独立的名词。但由于“单片机”是典型的、独立发展起来的嵌入式系统，从学科建设的角度出发，应该把它统一成“嵌入式系统”。考虑到原来单片机的电子系统底层应用特点，可以把嵌入式系统应用分成高端与低端，把原来的单片机应用理解成嵌入式系统的低端应用，含义为它的底层性以及与对象系统的紧耦合。

l  第四章：嵌入式系统的组成

一个嵌入式系统装置一般都由嵌入式计算机系统和执行装置组成嵌入式计算机系统是整个嵌入式系统的核心，由硬件层、中间层、系统软件层和应用软件层组成。执行装置也称为被控对象，它可以接受嵌入式计算机系统发出的控制命令，执行所规定的操作或任务。执行装置可以很简单，如手机上的一个微小型的电机，当手机处于震动接收状态时打开；也可以很复杂，如ＳＯＮＹ智能机器狗，上面集成了多个微上控制电机和多种传感器，从而可以执行各种复杂的动作和感受种状态信息。

下面对嵌入式计算机系统的组成进行介绍。

1、 硬件层

硬件层中包含嵌入式微处理器、存储器（SDRAM、ROM、Flash等）、通用设备接口和I/O接口（A/D、D/A、I/O等）。在一嵌入式处理器基础上添加电源电路、时钟电路和存储器电路，就构成了一个嵌入式核心控制模块。其中操作系统和应用程序都可以固化在ＲＯＭ中。

2、 中间层

硬件层与软件层之间为中间层，也称为硬件抽象层（Hardware Abstract Layer,HAL）或者板级支持包（Board Support Package,BSP），它半系统上层软件与底层硬件分离开来，使系统的底层驱动程序与硬件无关，上层软件开发人员无需关心底层硬件的具体情况，根据BSP层提供的接口即可进行开发。该层一般包含相关底层硬件的初始化、数据的输入/输出操作和硬件设备的配置功能。

实际上,BSP是一个介于操作系统和底层硬件之间的软件层次，包括了系统中大部分与硬件联系紧密的软件模块。设计一个完整的BSP需要完成两部分工作：嵌入工系统的硬件初始化的BSP功能，设计硬件相关的设备驱动。

3、 系统软件层

系统软件层由实时多任务操作系统（Real-time Operation System,RTOS）、文件系统、图形用户接口(Graphic User Interface,GUI)、网络系统及通用组件模块组成。RTOS是嵌入式应用软件的基础和开发平台。

l  第五章：无线智能家居设计

1、 无线智能家居控制系统总体结构及功能

无线智能家居控制系统总体结构及功能文中提出的基于ARM9 的无线智能家居控制系统主要包括ARM9 核心控制模块，无线通信模块、LCD 触摸屏模块和家居电器，另外还有传感检测，语音报警和电源等模块。系统总体结构模型 图如图1 所示。

其中ARM 是整个系统的控制核心，通过GPRS 和ZigBee 无线通信网络收发控制指令实现对家居电器进行综合监控，同时提供防火墙的功能，阻止外界对家庭内部设备的非法访问和攻击。

无线通信模块分为本地和远程两部分，本地通信主要通过新型的ZigBee 无线通信技术实现系统与家居电器的通信，达到对其控制；远程通信是利用手机通过GPRS 通信网络或利用计算机通过互联网实现人与控制系统的通信，进而达到对家居电器的远程监控。采用无线通信技术省去了布线使家居布局更加灵活，远程控制使家居电器工作更加贴近人们的工作和生活要求。

智能家居控制系统的具体功能包括：

①家居电器的综合监控：对所控制的家居电器进行开关、工作参数的设置和工作状态的检测。

②室内环境信息采集：采集家居环境的温度、湿度信息和煤气、烟气等有毒气体的检测。

③自动报警：当检测到家居环境的温度、湿度、煤气、烟气等超标，或检测到有陌生人强行开启室门或进入室内时就自动报警，告知居室主人。

④本地控制：用户在本地可通过计算机或家居电器本身的操作键对家居电器进行监控。

⑤远程控制：用户远程可以通过手机短息或互联网对家居电器进行控制或工作状况查询。

⑥安全防盗：家居中的所有与控制系统连接的电器设备均可实现与主人通信，一旦盗贼对某设备进行操作，或某设备工作状态异常时，系统将立即通知主人，以达到安全和防盗的目的。

2、 系统硬件实现

系统硬件主要由ARM9 微处理器、GPRS 通信网络、ZigBee通信技术、LCD 触摸屏、语音报警和电源等模块组成。

3、 ARM9 微处理器

微处理器采用三星公司的ARM9(S3C2440)。S3C2440 是一款高性能32 位RISC 微处理器, 采用了ARM920T 的内核，0.13um的CMOS 标准宏单元和存储器单元，最高主频可以达到400MHz，提供多款液晶屏配置。ARM920T 实现了MMU，AMBA BUS 和Harvard 高速缓冲体系结构，这一结构具有独立的16Kb 指令Cache和16Kb 数据Cache，每个都是由具有8 字长的行组成。通过提供一套完整的通用系统外设，无需配置额外的组件从而减少整体系统成本，为手持设备和一般类型应用提供了低价格、低功耗、高性能小型微控制器的解决方案。

4、 无线通信网络

GPRS 网络是覆盖范围最广，性能较为完善的无线网络，GPRS 网络本身具有较强的数据纠错能力，数据传输速率最高可达128Kb/s，能够保证数据传输的可靠性和实时性。ZigBee 技术组成的无线传感器网络结构简单、体积小、成本低；采用GPRS 网络进行数据传输的模块体积小、功耗低，适合作为无线传感器网络的数据节点，ZigBee 技术与GPRS 通信网络相结合组成新的无线通信网络。GPRS DTU 无线通信模块采用成都众山电子有限公司的ZSD2110 GPRS DTU。  

ZSD2110 是一款使用GPRS 网络进行数据无线透明传输的嵌入式DTU 模块。内置工业级GPRS 引擎和嵌入式处理器。支持PPP、TCP、UDP、ICMP 等众多复杂网络协议和SOCKET 标准，提供全透明数据传输和用户自由控制传输两种模式。同时支持点对点、点对多点、设备间、设备与中心间等各种不同的通讯模式。用户不用关心复杂的网络协议，使用TTL 串行通信接口，就可以进行无线数据收发，使系统能够随时随地接入

Internet。ZigBee 技术是一种新型的无线、短距离、低功耗组网通讯技术,具有低复杂度、低功耗、低成本、高效率，可靠度高和网络覆盖面积广等技术优势，工作在免费的2.4GHz-2.5GHzISM 微波段，具有较强的抗干扰性和设备联络功能，能够实现1500m 的全向识别，传输速率最高可达10M bit/s，它支持3 种主要的自组织无线网络类型，即星状结构、网状结构和族状结构，这些网络具有较强的网络健壮性和系统可靠性。基于以上特点ZigBee 广泛应用于智能家居控制、工业控制系统。本文采用的CC2430 是一种真正的系统芯片（SoC）CMOS 解决方案，这种解决方案能够提高性能并满足以ZigBee 为基础的2.4GHz ISM 波段应用及对低成本，低功耗的要求，它结合一个高性能2.4GHz DSSS（直接序列扩频）射频收发器核心。

5、 传感器与显示模块

传感器包括煤气、烟雾等有毒气体检测器，人体红外探测器，门窗磁开关，温度、湿度、光照度传感器等，所有的传感器都与无线传输模块P1R2000 连接，构成无线传感器网络并与控制系统实现实时通信。

显示模块选用低电压低功耗的LCDl2832 液晶显示屏，LCDl2832 是一款分辨率为128×32 的中英文图形液晶（黄色背光）显示模块，具有4 位/8 位并行2 线或3 线串行多种接口方式，内部置有8192 个16×16 点阵的一级、二级简体汉字和128 个16×8点ASCII 字符集，用来显示8×2 行16×16 点阵的汉字对话信息，构成全中文人机交互图形界面并显示当前时间、日期、星期、湿度、温度、定时提醒等信息和煤气等有毒的含量超标时报警提示的输出信息。

6、 系统软设计

整个智能家居控制系统以ARM9 微处理器为核心，支持C 语言和汇编语言，本系统采用C 语言与汇编语言混合编程。低层驱动由汇编语言编写，对外留C 语言接口，人机交换采用Linux嵌入式实时操作系统。系统软件由系统主程序、初始化子程序、ZigBee 通信子程序、GPRS 通信子程序、传感检测子程序、显示子程序、报警子程序、数据处理子程序和远程控制子程序等模块组成，程序软件流程图如图3 所示。

l  第六章：嵌入式系统的主要应用，分类，特点

1、  主要应用

嵌入式系统技术具有非常广阔的应用前景，其应用领域可以包括：工业控制、交通管理、信息家电、家庭智能系统、POS网络及电子商务、环境工程与自然、机器人。这些应用中，可以着重于在控制方面的应用。就远程家电控制而言，除了开发出支持TCP/IP的嵌入系统之外，家电产品控制协议也需要制订和统一，这需要家电生产厂家来做。同样的道理，所有基于网络的远程控制协议也需要与嵌入式系统之间实现接口，然后再由嵌入式系统来控制并通过网络实现控制。所以，开发和探试嵌入式系统有着十分重要的意义。

相对于其他的领域，机电产品可以说是嵌入式系统应用最典型最广泛的领域之一。从最初的单片机以现在的工控机、SOC在种机电产品中均有着巨大的市场。

工业设备是机电产品中最大的一类，在目前的工业控制设备中，工控机的使用非常广泛，这些工控机一般采用的是工业级的处理器和各种设备，其中以X86的MPU最多。

家电行业是嵌入式应用的另一大行业，我们传统的电视，电冰箱当然其中也嵌有处理器，但是这些处理器只是在控制方面应用。而现在只有按钮、开关的电器显然已经不能满足人们的日常需求，具有用户界面，能远程控制，智能管理的电器是未来的发展趋势。到我们身边。

2、 分类

由于嵌入系统由硬件和软件两大部分组，所以其分类也可以从硬件和软件进行划分。

从硬件方面来讲，各式各样的嵌入式处理器是嵌入式系统硬件中的最核心的部分，而目前世界上具有嵌入式功能特点的处理器已经超过1000种，流行体系结构包括MCU，MPU等30多个系列。鉴于嵌入式系统广阔的发展前景，很多半导体制造商都大规模生产嵌入式处理器，并且公司自主设计处理器也已经成为了未来嵌入式领域的一大趋势，其中从单片机、DSP到FPGA有若各式各样的品种上，速度越来越快，性能越来越强，价格也越来越低。目前嵌入式处理的寻址空间可以从64KB到16MB，处理速度最快可以达到2000MIPS,封装从８个引脚到144个引脚个不等。

从软件方面划分，主要可以依据操作系统的类型。目前嵌入式系统的软件主要有两大类：实时系统和分时系统。其中实时系统又分为两类：硬实时系统和软实时系统。

实时嵌入系统是为执行特定功能而设计的，可以来严格的按时序执行功能。其最大的特征就是程序的执行具有确定性。在实时系统中，如果系统在指定的时间内未能实现某个确定的任务，会导致系统的全面失败，则系统被称为硬实时系统。而在软实时系统中，虽然响应时间同样重要，但是超时却不会导致致命错误。一个硬实时系统往往在硬件上需要添加专门用于时间和优先级管理的控制芯片，而软实时系统则主要在软件方面通过编程实现时限的管理。比如Windows CE就是一个多任备置分时系统，而Ucos-II则是典型的实时操作系统。

当然，除了上述分类之外，还有许多其他分类方法，比如从应用方面分为工业应用和消费电子等，在这里就不一一叙述了。

3、特点作用

嵌入式系统的核心是嵌入式微处理器。嵌入式微处理器一般就具备以下4个特点；

①、对实时任务有很强的支持能力，能完成多任务并且有较短的中断响应时间，从而使内部的代码和实时内核心的执行时间减少到最低限度。

②、具有功能很强的存储区保护功能。这是由于嵌入式系统的软件结构已模块化，而为了避免在软件模块之间出现错误的交叉作用，需要设计强大存储区保护功能，同时也有利于软件诊断。

③、可扩展的处理器结构，以能最迅速地开发出满足应用的最高性能的嵌入式微处理器。

④、嵌入式微处理器必须功耗很低，尤其是用于便携式的无线及移动的计算和通信设备中靠电池的嵌入式系统更是如此，如需要功耗只有nW甚至uW级。

而嵌入式系统的重要特征则是如下：

①系统内核小。由于嵌入式系统一般是应用于小型电子装置的，系统资源相对有限，所以内核较之传统的操作系统要小得多。比如Enea公司的OSE分布式系统，内核只有5K，而Windows的内核？简直没有可比性。

②专用性强。嵌入式系统的个性化很强，其中的软件系统和硬件的结合非常紧密，一般要针对硬件进行系统的移植，即使在同一品牌、同一系列的产品中也需要根据系统硬件的变化和增减不断进行修改。同时针对不同的任务，往往需要对系统进行较大更改，程序的编译下载要和系统相结合，这种修改和通用软件的“升级”是完全两个概念。

③系统精简。嵌入式系统一般没有系统软件和应软件的明显区分，不要求其功能设计及实现上过于复杂，这样一方面利于控制系统成本，同时也利于实现系统安全。

④高实时性的系统软件（OS）是嵌入式软件的基本要求。而且软件要求固态存领教，以提高速度；软件代码要求高质量和高可靠性。

⑤嵌入软件开发要想走向标准化，就必须使用多任务的操作系统。嵌入式系统的应用程序可以没有操作系统直接在芯片上运行；但是为了合理地调度多任务、利用系统资源、系统函数以及和专家库函数接口，用户必须自行选配RTOS(Real-Time Operation System)开发平台，这样才能保证程序执行的实时性、可靠性，并减少开发时间，保障软件质量。

⑥嵌入式系统开发需要开发工具和环境。由于其本身不具备自举开发能力，即使调设计完成以后用户通常也是不能对其中的程序功能进行修改的，必须有一套开发工具和环境才能进行开发，这些工具和环境一般是基于通用计算机上的软硬件设备以及各种逻辑分析仪、混合信号示波器等。开发时往往有主机和目标机的概念，主机用于程序的开发，目标机作为最后的执行机，开发时需要交替结合进行。

l  第七章：嵌入式微处理器的的种类

嵌入式微处理器的核心是嵌入微处理器，嵌入式微处理器与通用CPU最大的不同在于嵌入式微处理器大多工作在为特定用户群所专用设计的系统中，它将通用CPU许多由板卡完成的任务集成在芯片内部，从而有利于嵌入式系统在设计时趋于小型化，同时还具有很高的效率和可靠性。

嵌入式微处理器的体系结构可以采用冯.诺依曼体系或哈佛体系结构；指令系统可以选用精简指令系统（Redyced Instryction Set Computer,RISC）和复杂指令系统CISC (Complex instruction Set Computer,CISC)。RSIC计算机在通道中只包含最有用的指令。确保数据通道快速执行每一条指令，从而提高了执行效率并使用CPU硬件结构设计变得更为简单。

嵌入式微处理器有各种不同的体系统，即使在同一体系中也可能具有不同的时钟频率和数据总宽度，或集成了不同的外设和接口。据不完全统计，目前全世界嵌入式微处理器已经超过1000多种，体系结构有30多个系列，其中主流的体系有ARM、MIPS、PowerPC、X86和SH等。但与全球PC市场不同的是，没有一种嵌入式微处理器可以主导市场，仅以32位的产品而言，就有100种以的嵌入式微处理器。嵌入式微处理器的选择是根据具体的应用而决定的。

l  第八章：嵌入式系统的发展现状和发展趋势

随着信息化，智能化，网络化发展，嵌入式系统技术也将获得广阔发展空间。美国著名未来学家尼葛洛庞帝99年1月访华时预言，4~5年后嵌入式智能（电脑）工具将是PC和因特网之后最伟大的发明。我国著名嵌入式系统专家沈绪榜院士98年11月在武汉全国第11次微机学术交流会发表的《计算机的发展与技术》一文中，对未来10年以嵌入式芯片为基础的计算机工业进行了科学的阐述和展望。1999年世界电子产品产值已超过12000亿美元，20##年达到13000亿美元。

信息时代，数字时代使得嵌入式产品获得了巨大的发展契机，为嵌入式市场展现了美好的前景，同时也地嵌入式生产厂商提出了新的挑战，从中我们可以看出未来嵌入式系统的几大发展趋势；

①、嵌入式开发是一项系统工程，因此要求嵌入式系统厂商不仅要提供嵌入式软硬件系统本身，同时还需要提供强大的硬件开发工具和软件包支持。

②、网络化、信息化的要求随着因特网技术的成熟、带宽的提高日益提高，使得以往单一功能的设备如电话、手机、冰箱、微波炉等功能不再单一，结构更加复杂

③、网络互联成为必然趋势。未来的嵌入式设备为了适应网络发展的要求，必然要求硬件上提供各种网络通信接口。

④、精简系统内核，算法，降低功耗和软硬件成本。

⑤、提供友好的多媒体人机界面。嵌入式设备能与用户亲密接触，最重要的因素就是它能提供非常友好的用户界面。

结论：

在指导老师的耐心指导下，我经历了几个月的努力，顺利的完成了此次的毕业设计。在此次的毕业设计的制作过程中，我学到了不少的知识，经历了很多，也体会到了很多，虽然结果很重要，可是并不能因此就忽略了中间的过程，因为这才是解决问题的关键。

    本次的毕业设计，给我提供了一个理论与实践相结合的机会。既锻炼了我的动手能力，又使我加深理解了课堂上锁学习的理论知识。又动脑，又动手还有锻炼了独立思考的分析问题的能力，提高了我运用所学知识解决实际问题的综合素质。

    这个设计是基于ARM9的无线智能家居控制（智能监控）系统设计。从硬件平台的选择、操作系统内核版本的选择|操作系统的内核移植、文件系统的制作，一直到应用程序的移植，在老师的耐心帮助下，再加上自己的努力一点一滴的完成的，这使我对嵌入式系统开发有了更深刻的认识。多动手，多动脑，多用心，在过程中学习，在错误中进取，才能有收获。这是通过这次的设计锁总结出来的学习方法。我相信在今后的学习生活中，这种积极的学习方法，将会是我受用一生。光是有了好的学习方法是不够的，还要有恒心有毅力的坚持这种学习方法，不断的努力进取，这样才能成为一个合格并且优秀的嵌入式开发人。

致谢：

    在毕业设计的制作期间，感谢所有老师和同学对我的帮助，无论是精神鼓励还是物质上设施的支持。正是因为有了大家的热情相助，我才能顺利的完成此次的毕业设计。感谢校领导对此次毕业设计的支持，给了我们一个良好的制作环境和优质的设备支持。最后还有一个非常重要的原因，促使我能顺利的完成此次的毕业设计，那就是我的指导老师刘新。正是因为有他一直不断耐心的帮助我，为我解决了一个又一个的问题，而且还给我提出了很多建设性的建议，使我茅塞顿开，受益良多，如果不是因为有老师的大力支持，我想这次的毕业设计也不会这么顺利的就解决了，在此我要对他表示最真诚的感谢。

参考文献：

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[2]褚光辉.《无线智能家居控制网络设计》

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[5]陈得民.《基于无线传感器网络的远程智能抄表系统设计》

[6]徐本柱，王浩，胡学钢.《ACM/ICPC的教学与实践》

[7]吴文虎.《ACM国际大学生程序设计竞赛试题与解析(一)》

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[9]胡经珍.《深入探讨企业网络安全管理中的常见问题》、《计算机安全》2008(11)

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