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1、微处理器的嵌入式系统研究毕业论文目 录前言11 绪论21.1 嵌入式系统定义21.2 嵌入式系统的组成21.3 嵌入式系统的应用领域21.4 嵌入式系统的发展历史及趋势31.5 ARM概述32 系统需求分析72.1 需求分析72.2 系统总体设计73 系统硬件设计93.1 核心处理器LPC2114简介93.2 系统功能模块103.2.1 电源模块103.2.2 复位电路103.2.3 系统时钟电路113.2.4 JTAG接口电路123.2.5 键盘电路123.2.6 I2C接口电路123.3 硬件开发工具ORCAD9.2简介134 嵌入式系统软件开发144.1 嵌入式系统软件的组成144.2
2、嵌入式系统软件运行流程154.3 LPC2114的启动代码154.4 C/OS-简介204.5 选择C/OS-的原因214.6 应用程序开发224.6.1 键盘输入控制224.6.2 中断程序234.6.3 定时器控制程序255 系统调试295.1 程序调试295.1.1 CodeWarrior IDE集成开发环境和AXD调试器说明295.1.2 工程的编辑305.1.3 工程的调试355.1.4 程序调试375.2 固化程序395.2.1 使用JTAG接口下载405.2.2 使用ISP下载40总结43参考文献44致谢词45附录46 前言随着电子技术和计算机技术的进一步发展，嵌入式系统将起着越
3、来越重要的作用，无论是民用还是军用随处都可以看见嵌入式系统的身影。在我国，到目前为止，在嵌入式系统研究方面，比起世界先进技术，落后了很多，基本上没多少核心技术，先进技术的知识产权都在国外。我国目前还没有生产出可以在市场上竞争的芯片，但是随着国家的重视和投资，以及不断吸收世界先进技术，在一些领域已经能够实现国产化了。但是这离许多世界先进技术还相差甚远。虽然现在经济全球化，但我们得到的只是一些落后的技术。因此必须培养自己的人才，研究核心技术，掌握核心技术。本次毕业设计的题目正是“基于LPC2114微处理器的嵌入式系统研究”。本次设计涉及到了嵌入式系统开发的两个重要模块。包括硬件开发和应用程序开发。
4、旨在研究嵌入式系统的开发流程，掌握嵌入式系统的基本开发方法，以及掌握一些硬件和软件的开发和调试工具。显然，本次设计的任务量是繁重的。再加上，以前我并没有接触过嵌入式系统这一领域。所以，对我来说，任务就更加繁重。但我相信，通过我的努力，一定可以完成本次设计的任务。并且为我以后的工作和学习打下坚实的基础。1 绪论1.1 嵌入式系统定义从应用来看：嵌入式系统是计算机的一种应用形式，通常是指嵌入到对象系统中的专用计算机系统。嵌入式系统被定义为：以应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬件可裁剪、能适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。从组成来看：把基于处理器（通用处理器和
5、嵌入式处理器）的设备称为计算机，把计算机分成两大部分，即通用计算机和嵌入式计算机。嵌入式系统也称为嵌入式计算机，因此嵌入式系统被定义为非通用计算机系统，即专用计算机系统。1.2 嵌入式系统的组成一个典型的嵌入式系统主要由以下几部分组成：(1) 硬件系统硬件系统由嵌入式微处理器、外围接口硬件设备组成。(2) 嵌入式操作系统在嵌入式操作系统中，一般都要采用嵌入式实时操作系统（RTOS），RTOS一般包括实时核（kernel）及用户特定的板级支持包（BSP），它介于硬件系统及上层软件之间，为所有的上层软件提供一个多任务的实时操作系统环境及一整套API。当然，在一些简单的嵌入式应用系统中，并没有操作系
6、统的支持。应用程序直接对底层硬件进行访问。(3) 应用软件应用软件是针对特定的应用需求开发的软件，完成嵌入式系统的主要功能。大部分嵌入式系统开发人员选用的软件开发模式是先在PC机上编写软件，再进行软件的移植工作。1.3 嵌入式系统的应用领域嵌入式系统广泛地应用在人们生活、工作的各个方面。如：（1）消费类电子产品。如机顶盒，个人移动设备（PDA），数码音频播放器（MP3），数码相机，视频游戏播放器，IP等等。（2）办公自动化产品。如激光打印机，传真机，扫描仪，复印机和LCD投影仪等。（3）控制系统与工业自动化。如智能控制设备，智能仪表、现场总线设备，数控机床，机器人等。（4）生物医学系统。如X光
7、机的控制部件，EEG和ECG设备，CT，超声检测设备，核磁共振设备等。（5）现场仪器。如测量温度，湿度，电压，电流的仪器。还有各种协议分析器，用于分析网络协议。还有数字示波器等。（6）网络通信设备。调制解调器，数据通信基础设备，IP网上多媒体设备，网关，路由器，加密解密设备，GPS设备，交换机，网络接入盒等。（7）电信设备。交换机，终端适配器TA，ATM交换机，帧中继和一些通信设备。1.4 嵌入式系统的发展历史及趋势 嵌入式系统的出现至今已经有30多年的历史了，嵌入式技术也历经了几个发展阶段。第一阶段是以单芯片为核心的可编程控制器形式的系统，同时具有与监测、伺服、指示设备相配合的功能。第二阶段
8、是以嵌入式CPU为基础、以简单操作系统为核心的嵌入式系统。第三阶段是以嵌入式操作系统为标志的嵌入式系统。第四阶段是以基于Internet为标志的嵌入式系统，这是一个正在迅速发展的阶段。就嵌入式系统的而言，其发展趋势表现在如下几个方面。（1）开发平台的完备性嵌入式系统的开发是一项系统的工程，涉及到软件，硬件，系统集成等诸多方面。有的嵌入式厂商不公仅提供处理器，还提供完备的开发工具。其开发工具包括硬件工具和软件工具。（2）嵌入式系统的网络化网络化主要表现在在两个方面，一方面是嵌入式处理器集成了网络接口，另一方面是嵌入式设备应用于网络环境中（3）系统的集成度的提高和性能指标的提高。未来的嵌入式产品，
9、是软硬件高度集成的产品。这就要求设计者尽可能地提高系统的可靠性，降低系统的功耗，精简系统的核，降低成本，对操作系统进行裁剪，用高效率的算法开发应用程序。 （4）友好的人机界面大多数的嵌入式系统都与人进行交互，所以友好的人机界面是开发嵌入式系统的基本要求。随着嵌入式技术的发展，新的人机界面不断被开发出来，如手写输入技术，语音输入/输出技术，图像输出技术。1.5 ARM概述ARM（Advanced RISC Machines）是微处理器行业的一家知名企业，1991年ARM公司成立于英国剑桥。ARM公司是专门从事基于RISC技术芯片设计开发的公司，作为知识产权供应商，本身不直接从事芯片生产，靠转让设
10、计许可由合作公司生产各具特色的芯片，世界各大半导体生产商从ARM公司购买其设计的ARM微处理器核，根据各自不同的应用领域，加入适当的外围电路，从而形成自己的ARM微处理器芯片进入市场。目前，总共有30多家半导体公司与ARM签订了硬件技术使用许可协议，其中包括Intel、IBM、LG半导体、NEC、SONY、菲利浦和国民半导体这样的大公司，至于软件系统的合伙人，则包括微软、升阳和MRI等一系列知名公司。基于ARM技术的微处理器应用约占据了32位RISC微处理器75以上的市场份额，ARM技术正在逐步渗入到我们生活的各个方面。ARM架构是面向低预算市场设计的第一款RISC微处理器。到目前为止，ARM
11、微处理器及技术的应用几乎已经深入到各个领域： 工业控制领域：作为32位的RISC架构，基于ARM核的微控制器芯片不断占据了高端微控制器市场的大部分市场份额，同时也逐渐向低端微控制器应用领域扩展，ARM微控制器的低功耗、高性价比，向传统的8位/16位微控制器提出了挑战。 无线通讯领域：目前已有超过85%的无线通讯设备采用了ARM技术， ARM以其高性能和低成本，在该领域的地位日益巩固。 网络应用：随着宽带技术的推广，采用ARM技术的ADSL芯片正逐步获得竞争优势。此外，ARM在语音及视频处理上进行了优化，并获得广泛支持，也对DSP的应用领域提出了挑战。 消费类电子产品：ARM技术在目前流行的数字
12、音频播放器、数字机顶盒和游戏机中得到广泛采用。 成像和安全产品：现在流行的数码相机和打印机中绝大部分采用ARM技术。手机中的32位SIM智能卡也采用了ARM技术。除此以外，ARM微处理器及技术还应用到许多不同的领域，并会在将来取得更加广泛的应用。采用RISC架构的ARM微处理器一般具有如下特点： 体积小、低功耗、低成本、高性能； 支持Thumb（16位）/ARM（32位）双指令集，能很好的兼容8位/16位器件； 大量使用寄存器，指令执行速度更快； 大多数数据操作都在寄存器中完成； 寻址方式灵活简单，执行效率高； 指令长度固定；ARM微处理器目前包括下面几个系列，以及其它厂商基于ARM体系结构的
13、处理器，除了具有ARM体系结构的共同特点以外，每一个系列的ARM微处理器都有各自的特点和应用领域。 ARM7系列 ARM9系列 ARM9E系列 ARM10E系列 SecurCore系列 Inter的Xscale Inter的StrongARM其中，ARM7、ARM9、ARM9E和ARM10为4个通用处理器系列，每一个系列提供一套相对独特的性能来满足不同应用领域的需求。SecurCore系列专门为安全要求较高的应用而设计。ARM7微处理器系列：ARM7系列微处理器为低功耗的32位RISC处理器，最适合用于对价位和功耗要求较高的消费类应用。ARM7微处理器系列具有如下特点： 具有嵌入式ICERT逻
14、辑，调试开发方便。 极低的功耗，适合对功耗要求较高的应用，如便携式产品。 能够提供0.9MIPS/MHz的三级流水线结构。 代码密度高并兼容16位的Thumb指令集。 对操作系统的支持广泛，包括Windows CE、Linux、Palm OS等。 指令系统与ARM9系列、ARM9E系列和ARM10E系列兼容，便于用户的产品升级换代。 主频最高可达130MIPS，高速的运算处理能力能胜任绝大多数的复杂应用。ARM7系列微处理器的主要应用领域为：工业控制、Internet设备、网络和调制解调器设备、移动等多种多媒体和嵌入式应用。ARM7系列微处理器包括如下几种类型的核：ARM7TDMI、ARM7T
15、DMI-S、ARM720T、ARM7EJ。其中，ARM7TMDI是目前使用最广泛的32位嵌入式RISC处理器，属低端ARM处理器核。TDMI的基本含义为：T： 支持16位压缩指令集Thumb；D： 支持片上Debug；M： 嵌硬件乘法器（Multiplier）I： 嵌入式ICE，支持片上断点和调试点；ARM处理器共有37个寄存器，被分为若干个组（BANK），这些寄存器包括： 31个通用寄存器，包括程序计数器（PC指针），均为32位的寄存器。 6个状态寄存器，用以标识CPU的工作状态及程序的运行状态，均为32位，目前只使用了其中的一部分。同时，ARM处理器又有7种不同的处理器模式，在每一种处理器模式下均有一组相应的寄存器与之对应。即在任意一种处理器模式下，可访问的寄存器包括15个通用寄存器（R0R14）、一至二个状态寄存器和程序计
