基于ARM嵌入式系统开发方法及其应用研究-
最后更新时间：2024-03-01
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论文导读：
摘要：从基础概念入手，先介绍了嵌入式系统的定义、特点及结构组成，以ARMLinux为例说明了嵌入式系统的搭建；然后研究了嵌入式系统的应用情况；最后预测了嵌入式系统的发展前景及发展方向。
关键词：ARM；嵌入式系统；Linux
16727800（2012）007003602
作者简介：陆莲芳(1979-)，男，四川岳池人，硕士，新疆交通职业技术学院助教，研究方向为软件开发、计算机科学与技术。
0引言
嵌入式系统与PC系统一起，被并列为21世纪现代计算机科技的两大重要分支。而嵌入式系统产品伴随着计算机、互联网及通信技术的不断发展，已经成为IT产业的主要发展方向。在后PC时代，IT产业将以嵌入式系统作为新的发展核心，
现在的嵌入式系统已经应用到社会生活的各个方面，例如在移动通信、网络站点、自动化控制、仪器监测及智能家居等方面都取得了不小的成果。嵌入式系统产品给人类的工作和生活带来了全新的改变，在3C（Computer、Communication、Consumer）时代的今天，如果能将嵌入式系统与互联网技术有机地结合在一起，嵌入式技术又将开启另一个不一样的时代。
1基于ARM的嵌入式系统开发方法
于英国剑桥的公司，主要以芯片销售为主，公司的前身是上个世纪80年代的Acorn Computers公司，以开发处理器为主要业务。随着嵌入式系统应用的逐渐深入，ARM便被用来代替微处理器，有时也是嵌入式技术的一种称呼。现如今，基于ARM微处理器的嵌入式系统已经广泛地应用于各个领域，包括工业自动化控制、电子数码消费产品、智能家电、通信工程、无线网络系统及军事领域等。基于ARM微处理器的嵌入式系统之所以能有如此广泛的应用，主要是因为其具有成本低、功耗低、处理速度快、结构简单等特点，因此基于ARM的嵌入式系统今后将会有更广泛的应用前景。
本文主要是将ARM处理器应用到Linux系统开发中，以搭建ARMLinux软件开发平台为例来深入研究基于ARM微处理器的嵌入式系统开发。
通过上面的介绍可以了解到，所谓交叉编译环境的搭建就是为了将软件代码编译好，烧录到嵌入式开发板中，以便其完成特定工作。因此交叉编译环境需要一台PC机作为主机，还需要执行命令的嵌入式系统开发板，在主机上，通过编译软件将命令代码编译成开发板识别的语言烧录到其中，以便执行任务。具体的操作流程如图2所示。
从图中可以看出，PC机与嵌入式系统开发板（ARM板）之间通过交换机（switch）链接到一起，交换机与开发板之间的链接是通过串口和网线相连的。PC机在Linux系统上用交叉编译软件将命令代码编译为机器识别的二进制代码后，经由交换机，通过串口交互协议和TFTP协议，将其烧录到开发板上。
PC主机和目标开发板之间的连接有一支路是通过串口连接的，这在图2中可以看到。Bootloader引导程序工作的时候是通过串口来进行数据的录入和输出操作的。
(1)根据Linux内核的源代码信息下载对应的ARM补丁，然后将补丁打上。Linux内核的源代码信息可以到arch/arm子目录中查看，头文件信息可以在include/aarm目录中找到，接着需要修改Makefile文件，并相应的交叉编译器，搭建交叉编译环境。
(2)在对Linux内核的源代码进行相应的修改之后，为了确保交叉编译器的正常使用，需要将修改后的信息进行重置，这样能保证硬件配置和应用开发环境都能适应新的内核配置。基于ARM的Linux嵌入式系统包括接收模块、执行模块和编译分析论文导读：入式系统而发明的，可以说嵌入式系统已经融入到了社会的各个方面。2.2基于ARM的嵌入式系统应用领域上面综合介绍了ARM嵌入式系统的发展概状，现就其广泛的应用前景，将其应用领域概括为如下几个方面：（1）在工业控制方面：各种自动化控制设备中大量使用了基于ARM式的嵌入式微控制器。（2）在交通管理方面：汽
模块，每个模块间的活动都是根据命令流的指示进行，共同协调来完成特定的任务。对于一个比较大型的系统来说，系统是由很多不同的构件所组成的，而每个构件又由很多的子结构形成，每部分都需要指令接收、解析、执行，因此只有将这些部分全部有机组合起来才能构成一个完整的嵌入式系统的软件架构。
嵌入式系统中信息的解析主要分为变换分析和事务分析，这两种分析方式应用的场合不同，在不具有显著数据流的情况下应使用变换分析法来进行解析，相反若具有了显著的数据流信息，则就要摘自：7彩论文网写论文www.7ctime.com
采用事务分析法。总之对于这两种解析法的运用要遵循灵活的原则，不能只认准其中的一种，要综合运用，对于负责的大系统而言，先将系统细化，再对于不同部分有针对性地采用相应的解析方法。
2基于ARM的嵌入式系统应用概况
（1）在工业控制方面：各种自动化控制设备中大量使用了基于ARM式的嵌入式微控制器。
（2）在交通管理方面：汽车本身的影音娱乐系统及导航系统都是在嵌入式系统的基础上制造的，用以增加驾乘乐趣和驾驶的简易性；交管部门对于道路情况的监管，对于交通设施的控制也都应用了嵌入式系统产品。
（3）在信息家电方面：最主要的一种应用就是智能家居，这也是以后人类居住的一种趋势，通过在家中设置很多的嵌入式系统产品，然后再编写相应的控制程序，这样通过现在的无线蜂窝移动网络，可以实现无线通信，这样就可以通过手机等手持设备，在外就可以对家中的电器等进行调节控制。
（4）在公共服务设施方面：像智能公交卡(Contactlessartcard，CSC)系统、自动售货机、自动取款机、自动租车系统、自助柜员机等各种为了便捷人们生活的公共服务设施中，都大量应用了嵌入式系统。
（5）在环境工程和自然方面：对于环境和自然条件的监测需要不间断进行，这项工作靠人来完成显然是不可能的，而如果使用嵌入式系统来完成，就轻而易举了，不仅可以监测，而且还能对收集的资料信息进行分析，并做出判断。
3结语
目前，嵌入式系统已经广泛应用到了人类生活的方方面面，发展前景十分广阔。本文主要介绍了嵌入式系统的发展历程、结构组成，以建立ARMLinux系统为例，研究了基于ARM的嵌入式系统的搭建，最后通过对基于ARM的嵌入式系统应用状况的分析，预测了其今后的发展方向和发展定位。
参考文献：
\[1\]LISODLEG. DDI0210B. ARM7TDM1 (Rev4) Technical reference manual\[EB/OL\]. http: // .cn, 2001-06-05.
\[2\]马敖翔.基于ARM内核的嵌入式系统的开发和应用\[D\].成都：四川大学,2002.
\[3\]王田苗.嵌入式系统设计与示例开发——基于ARM微处理器与uC/OS. II实时操作系统:第2版\[M\].北京:清华大学出版社,2003.
\[4\]胥静.嵌入式系统设计与开发实例详解——基于ARM的应用：第1版\[M\].北京：北京航空航天大学出版社，2005.
\[5\]窦振中,宋鹏,李凯.嵌入式系统设计的新发展及其挑战\[J\].单片机与嵌入式系统应用,2004(12).
\[6\]陈翌,田捷,王金刚.嵌入式软件开发技术:第1版\[M\].北京：国防工业出版社，2003.
（责任编辑：孙娟）
摘要：从基础概念入手，先介绍了嵌入式系统的定义、特点及结构组成，以ARMLinux为例说明了嵌入式系统的搭建；然后研究了嵌入式系统的应用情况；最后预测了嵌入式系统的发展前景及发展方向。
关键词：ARM；嵌入式系统；Linux
16727800（2012）007003602
作者简介：陆莲芳(1979-)，男，四川岳池人，硕士，新疆交通职业技术学院助教，研究方向为软件开发、计算机科学与技术。
0引言
嵌入式系统与PC系统一起，被并列为21世纪现代计算机科技的两大重要分支。而嵌入式系统产品伴随着计算机、互联网及通信技术的不断发展，已经成为IT产业的主要发展方向。在后PC时代，IT产业将以嵌入式系统作为新的发展核心，
现在的嵌入式系统已经应用到社会生活的各个方面，例如在移动通信、网络站点、自动化控制、仪器监测及智能家居等方面都取得了不小的成果。嵌入式系统产品给人类的工作和生活带来了全新的改变，在3C（Computer、Communication、Consumer）时代的今天，如果能将嵌入式系统与互联网技术有机地结合在一起，嵌入式技术又将开启另一个不一样的时代。
1基于ARM的嵌入式系统开发方法
1.1嵌入式系统的定义及特点
嵌入式系统的定义也是一种计算机系统，只是这个计算机系统是以应用为中心，软件和硬件都是可以任意添加和删除的，自由度高，并且有着严格的功能、安全性、成本和功耗的要求。它与普通的计算机系统有着较大差别，主要表现在以下几个方面：①嵌入式系统主要是为某种特定的应用而设的，系统的建立都是与应用结合在一起的；②为了使嵌入式系统的可靠性高和功耗小，就要求嵌入式系统的软硬件都是可以自由添加和删除的；③嵌入式系统的控制程序可以直接烧录到芯片之中，不需要磁盘载体；④为了能把控制程序烧录到嵌入式系统的芯片中，就必须要有一套与嵌入式系统配套的编译软件和烧录工具。1.2嵌入式系统的基本结构
嵌入式系统主要有嵌入式软件和嵌入式硬件两部分组成，硬件主要包括各种电子元件搭建的系统结构，其中最主要的部分就是控制微处理器；软件就是为完成特定工作程序和程序运行所需要的平台环境。一般的嵌入式系统大致可以分为4个部分：嵌入式处理器、嵌入式设备、嵌入式操作系统和嵌入式应用软件，其层次关系如图1所示。1.2嵌入式软件系统开发方法
ARM(Advanced RISC Machines)是一个于1990年成立摘自：7彩论文网毕业论文免费下载www.7ctime.com于英国剑桥的公司，主要以芯片销售为主，公司的前身是上个世纪80年代的Acorn Computers公司，以开发处理器为主要业务。随着嵌入式系统应用的逐渐深入，ARM便被用来代替微处理器，有时也是嵌入式技术的一种称呼。现如今，基于ARM微处理器的嵌入式系统已经广泛地应用于各个领域，包括工业自动化控制、电子数码消费产品、智能家电、通信工程、无线网络系统及军事领域等。基于ARM微处理器的嵌入式系统之所以能有如此广泛的应用，主要是因为其具有成本低、功耗低、处理速度快、结构简单等特点，因此基于ARM的嵌入式系统今后将会有更广泛的应用前景。
本文主要是将ARM处理器应用到Linux系统开发中，以搭建ARMLinux软件开发平台为例来深入研究基于ARM微处理器的嵌入式系统开发。
1.2.1交叉编译环境的建立
嵌入式系统的应用软件需要在嵌入式系统适合的平台上运行，而对于大部分的Linux系统而言，是没有足够的资源来为嵌入式系统的软件提供开发工具和调试工具的。因此，为了保证嵌入式系统的正常运行，为嵌入式系统的软件搭建一个开发运行平台是必需。大部分的嵌入式系统软件开发所采用的都是一种交叉式编译方式，即编译、链接和调试的过程既可以在PC机上进行，也可以在目标机上进行。通过上面的介绍可以了解到，所谓交叉编译环境的搭建就是为了将软件代码编译好，烧录到嵌入式开发板中，以便其完成特定工作。因此交叉编译环境需要一台PC机作为主机，还需要执行命令的嵌入式系统开发板，在主机上，通过编译软件将命令代码编译成开发板识别的语言烧录到其中，以便执行任务。具体的操作流程如图2所示。
从图中可以看出，PC机与嵌入式系统开发板（ARM板）之间通过交换机（switch）链接到一起，交换机与开发板之间的链接是通过串口和网线相连的。PC机在Linux系统上用交叉编译软件将命令代码编译为机器识别的二进制代码后，经由交换机，通过串口交互协议和TFTP协议，将其烧录到开发板上。
1.2.2引导程序Bootloader的开发
命令代码烧录到嵌入式开发板后，在运行之前，必须将嵌入式系统的硬件设备初始化，将内存释放，使新程序的运行达到一个良好的状态，以保证程序的顺利运行，也便于在出现故障后能保护系统内核和应用程序。因此，嵌入式系统需要通过运行一个引导程序Bootloader来完成上述工作。PC主机和目标开发板之间的连接有一支路是通过串口连接的，这在图2中可以看到。Bootloader引导程序工作的时候是通过串口来进行数据的录入和输出操作的。
1.2.3Linux内核开发
Linux内核的开发主要包括Linux的配置和编译过程，以及最后形成Linux的映像文件。对于嵌入式Linux内核的配置流程主要包括以下几个步骤：(1)根据Linux内核的源代码信息下载对应的ARM补丁，然后将补丁打上。Linux内核的源代码信息可以到arch/arm子目录中查看，头文件信息可以在include/aarm目录中找到，接着需要修改Makefile文件，并相应的交叉编译器，搭建交叉编译环境。
(2)在对Linux内核的源代码进行相应的修改之后，为了确保交叉编译器的正常使用，需要将修改后的信息进行重置，这样能保证硬件配置和应用开发环境都能适应新的内核配置。基于ARM的Linux嵌入式系统包括接收模块、执行模块和编译分析论文导读：入式系统而发明的，可以说嵌入式系统已经融入到了社会的各个方面。2.2基于ARM的嵌入式系统应用领域上面综合介绍了ARM嵌入式系统的发展概状，现就其广泛的应用前景，将其应用领域概括为如下几个方面：（1）在工业控制方面：各种自动化控制设备中大量使用了基于ARM式的嵌入式微控制器。（2）在交通管理方面：汽
模块，每个模块间的活动都是根据命令流的指示进行，共同协调来完成特定的任务。对于一个比较大型的系统来说，系统是由很多不同的构件所组成的，而每个构件又由很多的子结构形成，每部分都需要指令接收、解析、执行，因此只有将这些部分全部有机组合起来才能构成一个完整的嵌入式系统的软件架构。
嵌入式系统中信息的解析主要分为变换分析和事务分析，这两种分析方式应用的场合不同，在不具有显著数据流的情况下应使用变换分析法来进行解析，相反若具有了显著的数据流信息，则就要摘自：7彩论文网写论文www.7ctime.com
采用事务分析法。总之对于这两种解析法的运用要遵循灵活的原则，不能只认准其中的一种，要综合运用，对于负责的大系统而言，先将系统细化，再对于不同部分有针对性地采用相应的解析方法。
2基于ARM的嵌入式系统应用概况
2.1嵌入式系统发展现状
嵌入式系统产品的应用范围越来越广，几乎覆盖了人类日常生活的各个方面，像手持电脑终端、电视机等娱乐终端、厨房的智能电器、家电、车载娱乐多媒体设备、医院的医疗设备及排号机等很多的公共服务设施。随着科技的不断进步，社会的信息化、智能化及网络化都大跨步发展，这也为嵌入式系统的发展提供了更广阔的空间，为其进入更多的领域提供了技术支持。如在自动控制领域，各种自动控制的机床、车床广泛应用于机械加工，自动化的汽车组装流水线用于汽车的组装，保质保量；在通信娱乐领域，各种智能手机系统都是基于ARM嵌入式系统研制而成，还有很多的娱乐终端等都是基于嵌入式系统而发明的，可以说嵌入式系统已经融入到了社会的各个方面。2.2基于ARM的嵌入式系统应用领域
上面综合介绍了ARM嵌入式系统的发展概状，现就其广泛的应用前景，将其应用领域概括为如下几个方面：（1）在工业控制方面：各种自动化控制设备中大量使用了基于ARM式的嵌入式微控制器。
（2）在交通管理方面：汽车本身的影音娱乐系统及导航系统都是在嵌入式系统的基础上制造的，用以增加驾乘乐趣和驾驶的简易性；交管部门对于道路情况的监管，对于交通设施的控制也都应用了嵌入式系统产品。
（3）在信息家电方面：最主要的一种应用就是智能家居，这也是以后人类居住的一种趋势，通过在家中设置很多的嵌入式系统产品，然后再编写相应的控制程序，这样通过现在的无线蜂窝移动网络，可以实现无线通信，这样就可以通过手机等手持设备，在外就可以对家中的电器等进行调节控制。
（4）在公共服务设施方面：像智能公交卡(Contactlessartcard，CSC)系统、自动售货机、自动取款机、自动租车系统、自助柜员机等各种为了便捷人们生活的公共服务设施中，都大量应用了嵌入式系统。
（5）在环境工程和自然方面：对于环境和自然条件的监测需要不间断进行，这项工作靠人来完成显然是不可能的，而如果使用嵌入式系统来完成，就轻而易举了，不仅可以监测，而且还能对收集的资料信息进行分析，并做出判断。
2.3基于ARM的嵌入式系统的未来发展前景
现代科技的发展不仅为嵌入式系统的应用提供了更广泛的应用空间，也为其提供了相应的技术支持，现在的嵌入式系统在系统相应速度、功耗、成本方面都较以前有了很大的进步。以后的嵌入式系统的应用主要是向多功能、无线通信、便捷性等方面发展，另外还应该与互联网联系起来，实现三网合一才能将嵌入式系统带入一个全新的时代。3结语
目前，嵌入式系统已经广泛应用到了人类生活的方方面面，发展前景十分广阔。本文主要介绍了嵌入式系统的发展历程、结构组成，以建立ARMLinux系统为例，研究了基于ARM的嵌入式系统的搭建，最后通过对基于ARM的嵌入式系统应用状况的分析，预测了其今后的发展方向和发展定位。
参考文献：
\[1\]LISODLEG. DDI0210B. ARM7TDM1 (Rev4) Technical reference manual\[EB/OL\]. http: // .cn, 2001-06-05.
\[2\]马敖翔.基于ARM内核的嵌入式系统的开发和应用\[D\].成都：四川大学,2002.
\[3\]王田苗.嵌入式系统设计与示例开发——基于ARM微处理器与uC/OS. II实时操作系统:第2版\[M\].北京:清华大学出版社,2003.
\[4\]胥静.嵌入式系统设计与开发实例详解——基于ARM的应用：第1版\[M\].北京：北京航空航天大学出版社，2005.
\[5\]窦振中,宋鹏,李凯.嵌入式系统设计的新发展及其挑战\[J\].单片机与嵌入式系统应用,2004(12).
\[6\]陈翌,田捷,王金刚.嵌入式软件开发技术:第1版\[M\].北京：国防工业出版社，2003.
（责任编辑：孙娟）