毕业设计（论文）-嵌入式ARM的的设计.doc

目录1引言 51.1 直流电机调速的意义 51.2 研究现状综述 61.2.1电气传动的发展现状 61.2.2 微处理器控制直流电机发展现状 72嵌入式arm的发展趋势及应用 92.1 arm的分类 92.2 arm的应用 102.3 arm 9简介 122.3.1 arm 9功能介绍 122.3.2 arm 9 结构特点 142.3.3 arm 9的典型应用 142.4 linux虚拟机的发展及应用 162.4.1linux虚拟机概述 162.4.2 虚拟系统与虚拟机区别 162.4.3 主流虚拟机 172.4.4 本次设计所用linux虚拟机介绍 172.4.5 vmware特点 182.4.6 vmware主要功能 192.4.7 vmware的应用及范围 192.4.8 vmware的发展前景 202.5嵌入式linux开发基础知识 212.5.1 嵌入式linux简介 212.5.2 嵌入式linux在应用中的优缺点 222.5.3 嵌入式linux 开发平台简介 24 3 arm920t 结构芯片三星s3c2410x 开发板介绍 253.1 s3c2410 芯片介绍 253.2 芯片系统管理 273.3 直流电机的发展趋势 273.3.1 直流电机特点 273.3.2 直流电机应用 283.3.3 直流电机控制器的介绍 323.3.4直流电机控制器的分类 324 硬件框架图与实验设计 344.1硬件实验设计 344.2 软件实验设计 344.2.1 模拟仿真 354.2.2 修改维护 354.2.3 创新 355 系统总体方案设计 375.1 系统开发环境 37 5.2 电路原理说明 375.3 up-magic core扩展插座接口定义 405.3.1 外围模块电路实现 415.3.3直流电机原理设计 425.4 系统的软件设计 435.4.1定时器工作方式 435.4.2 调制pwm 446 运行结果与分析摘 要近年来，直流电机做为通用驱动器件广泛应用于光电系统中。它具有启动快、制动及时、可在大范围内平滑地调速等优点。arm既是英国全球著名的32位嵌入式risc芯片内核的设计公司，也是arm的产品商标，其产品arm嵌入式内核已被全球各大芯片厂商采用，基于 arm的开发技术席卷了全球嵌入式市场，已成为嵌入式系统主流技术之一。最新发布的arm 9处理器尤为适用于高性能、极其低成本需求的嵌入式应用，如：微控制器、汽车系统、大型家用电器、网络装置等。本文即在上述背景的情况下，提出了一个基于arm 9控制器的直流电机控制系统。在直流电机控制系统的硬件设计方面，电路以arm 9开发板为核心，主要包括pwm控制输出模块，核心资源s3c2410 arm cpu、32m sdram、64m nand flash。100m网卡，dm9000ae。 一个usb主口，一个usb从口。一个rs232串口db9接口。另有一路rs232串口和ttl串口从扩展插座上引出。扩展插座，引出所有总线信号（经过驱动芯片）和未占用资源，lcd和触摸屏接口，外接专配液晶屏/触摸屏板。电源、复位、jtag、rtc等基本资源和接口，支持博创up-link和j-link仿真器。该控制系统的研制为直流电机在高精度技术的应用提供了良好的实验平台。经过试验，验证了系统的可行性，系统的各项功能及控制精度满足设计要求。关键词：s3c2410arm cpu pwm rs232串口 jtag接口abstractin recent years, the general-purpose bldc motors are widely used in optoelectronic devices drive system. it has features including starting fast, braking in time, may be in the range of advantages such as smooth speed control, commonly used in optoelectronic modulation, zoom in, scanning the field of institutions, such as photovoltaic.arm is the united kingdom the worlds leading 32-bit embedded risc core chip design companies, is also a trademark of arm products, and its embedded arm core products has been the worlds major chip manufacturers to use, based on the development of arm technology swept the world of embedded market, has become one of the mainstream embedded systems. the latest release of arm 9 processor is particularly applicable to high-performance, extremely low-cost requirements of embedded applications, such as: micro-controllers, automotive systems, large home appliances, network devices. this paper, in the case of the above background, raises an arm cortex m3-based dc motor controller control system.in the hardware design of the bldc motor control system, the core of the system is arm development board, including control pwm output module, core resource is s3c2410 arm cpu，32m sdram，64m nand flash，100m network card，dm9000ae。one usb primary interface and one usb subprimary interface,one rs232 trunk db9 interface and another rs232 trunk and ttl trunk output from the extend connect jack.the extend connect jack leads all the bus signals and free resources,lcd and touching board interface.power , reset , jtag , rtc resource interfaces and so on,surport up-link and j-link simulators, also set the io interface to control the led and produce the hardware interrupt simple testing resource etc.the development of the bldc motor control system provides a good experimental platform for performance testing of photoelectricitytechnology, and its feasibility has been proved by experiments，the test results indicate that all parameters and functions of the system satisfy the design requirement.key words: s3c2410arm cpu pwm rs232 trunk jtag interface引言1.1直流电机调速的意义现在电气传动的主要方向之一是电机调速系统采用微处理器实现数字化控制。从上世纪80年代中后期起，世界各大电气公司如abb、通用、西屋、西门子等都在竞相开发数字式调速传动装置，经过二十几年的发展，当前直流调速已发展到一个很高的技术水平：功率元件采用可控硅；控制板采用表面安装技术；控制方式采用电源换相、相位控制1。特别是采用了微处理器及其他先进电力电子技术，使数字式直流调速装置在精度的准确性、控制性能的优良性和抗干扰的性能有很大的提高和发展，在国内外得到广泛的应用。数字化直流调速装置作为目前最新控制水平的传动方式显示了强大优势。全数字化直流调速系统不断升级换代，为工程应用和工业生产提供了优越的条件。采用微处理器控制，使整个调速系统的数字化程度，智能化程度有很大改观；采用微处理器控制，使调速系统在结构上简单化，可靠性提高，操作维护变得简捷，电机稳态运行时转速精度等方面达到较高水平。由于微处理器具有较佳的性价比，所以微处理器在工业过程及设备控制中得到日益广泛的应用。近年来，尽管交流调速系统发展很快，但是直流电机凭借其良好的启动、制动性能，在金属切削机床、轧钢机、海洋钻机、挖掘机、造纸机、矿井卷扬机、电镀、高层电梯等需要广泛范围内平滑调速的高性能可控电力拖动领域中仍得到了广泛的应用。现阶段，我国还没有自主的全数字化直流调速控制装置生产商，而国外先进的控制器价格昂贵，且技术转让受限，为此研究及更好的使用国外先进的控制器，吸收国外先进的数字化直流电机调速装置的优点，具有重要的实际意义和重大的经济价值。1.2 研究现状综述1.2.1电气传动的发展现状20世纪70年代以来，直流电机传动经历了重大的技术、装备变革。整流器的更新换代，以晶闸管整流装置取代了习用已久的直流发电机电动机组及水银整流装置使直流电气传动完成了一次大的跃进1。同时，高集成化、小型化、高可靠性及低成本成为控制的电路的发展方向。使直流调速系统的性能指标大幅提高，应用范围不断扩大。直流调速技术不断发展，走向成熟化、完善化、系列化、标准化，在可逆脉宽调速、高精度的电气传动领域中仍然难以替代1。早期直流传动的控制系统采用模拟分离器件构成，由于模拟器件有其固有的缺点，如存在温漂、零漂电压，构成系统的器件较多，使得模拟直流传动系统的控制精度及可靠性较低2。随着计算机控制技术的发展，微处理器已经广泛使用于直流传动系统，实现了全数字化控制。由于微处理器以数字信号工作，控制手段灵活方便，抗干扰能力强。所以，全数字直流调速控制精度、可靠性和稳定性比模拟直流调速系统大大提高。所以，直流传动控制采用微处理器实现全数字化，使直流调速系统进入一个崭新的阶段。1.2.2 微处理器控制直流电机发展现状微处理器诞生于上个世纪七十年代，随着集成电路大规模及超大规模集成电路制造工艺的迅速发展，微处理器的性价比越来越高。此外，由于电力电子技术的发展，制作工艺的提升，使得大功率电子器件的性能迅速提高。为微处理器普遍用于控制电机提供了可能，利用微处理器控制电机完成各种新颖的、高性能的控制策略，使电机的各种潜在能力得到充分的发挥，使电机的性能更符合工业生产使用要求2，还促进了电机生产商研发出各种如步进电机、无刷直流电机、开关磁阻电动机等便于控制且实用的新型电机，使电机的发展出现了新的变化。对于简单的微处理器控制电机，只需利用用微处理器控制继电器、电子开关元器件，使电路开通或关断就可实现对电机的控制。现在带微处理器的可编程控制器，已经在各种的机床设备和各种的生产流水线中普遍得到应用，通过对可编程控制器进行编程就可以实现对电机的规律化控制。对于复杂的微处理器控制电机,则要利用微处理器控制电机的电压、电流、转矩、转速、转角等，使电机按给定的指令准确工作。通过微处理器控制，可使电机的性能有很大的提高。目前相比直流电机和交流电机他们各有所长，如直流电机调速性能好，但带有机械换向器，有机械磨损及换向火花等问题；交流电机，不论是异步电机还是同步电机，结构都比直流电机简单，工作也比直流电机可靠，但在频率恒定的电网上运行时，它们的速度不能方便而经济地调节2。高性能的微处理器如dsp (digital signal processor即数字信号处理器)的出现，为采用新的控制理论和控制策略提供了良好的物质基础，使电机传动的自动化程度大为提高。在先进的数控机床等数控位置伺服系统，已经采用了如dsp等的高速微处理器，其执行速度可达数百万兆以上每秒，且具有适合的矩阵运算。2.嵌入式arm的发展趋势及应用2.1 arm的分类当前有5个产品系列arm7、arm9、arm9e、arm10和securcore。 arm 7系列优化用于对价位和功耗敏感的消费应用的低功耗32位核，有：嵌入式ice-rt逻辑，非常低的功耗，三段流水线和冯诺依曼结构，提供0.9mips/mhz。 securcore sc100特为安全市场设计，带特定的抗拒窜改和反工程的特性。还带灵活的保护单元确保操作系统和应用数据的安全。arm9系列 高性能和低功耗领先的硬宏单元，带有：5段流水线，哈佛结构提供1.1mips/mhz。 arm920t和arm922t内置全性能的mmu、指令和数据cache和高速amba总线接口。amba片上总线是一个开放标准，已成为soc构建和ip库开发的事实标准。amba先进的高性能总线(ahb)接口现由所有新的arm核支持，提供开发全综合设计系统。 arm940t内置指令和数据cache、保护单元和高速amba总线接口。 arm9e系列可综合处理器，带有dsp扩充和紧耦合存储器(tcm)接口，使存储器以完全的处理器速度运转，可直接连接到内核上。arm966e-s用于硅片尺寸重要，而对cache没要求的实时嵌入式应用，可配置tcm大小：0、4k、8k、16k，最大达64m。 arm946e-s内置集成保护单元，提供实时嵌入式操作系统的cache核方案。arm926et-s带jazelle扩充、分开的指令和数据高速ahb接口及全性能mmu。vfp9 向量浮点可综合协处理器进一步提高arm9e处理器性能，提供浮点操作的硬件支持。 arm10系列 硬宏单元，带有：64位ahb指令和数据接口，6段流水线；1.25mips/mhz，比同等的arm9器件性能提高50。 两种新的先进的节能方式得到了异常低的耗电。vfp10协处理器完善地依从arm10器件提供高性能的浮点解决方案。2.2 arm的应用到目前为止，arm微处理器及技术的应用几乎己经深入到各个领域: 工业控制领域:作为32的risc架构，基于arm核的微控制器芯片不但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。 图1 arm嵌入式工业控制系统的功能模块无线通讯领域:目前己有超过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音频播放器、数字机顶盒和游戏机中得到广泛采用。 图2 基于arm技术的数码相机的功能模块成像和安全产品: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。 本次设计是基于arm 9 系列处理器为核心进行驱动直流电机的设计，所以下面着重介绍一下arm 9 微处理器的功能，结构和特点等。2.3 arm 9简介arm 9系列处理器是英国arm公司设计的主流嵌入式处理器，主要包括arm9tdmi和arm9e-s等系列。以手机应用为例，2g手机只需提供语音及简单的文字短信功能，而目前的25g和未来的3g手机除了提供这两项功能外，还必须提供各种其他的应用功能。主要包括：(1)无线网络设备：手机上网、电子邮件及其他定位服务等功能；(2)pda功能：含有用户操作系统(windows ce、symbian os、linux等)及其他功能；(3)高性能功能：音频播放器、视频电话、手机游戏等。在25g和3g的应用中arm9已经全面替代了arm7。因为arm9的新特性能够满足各种新需求的同时减少产品研发时间并降低研发费用。2.3.1 ar功能简介新一代的arm9处理器，通过全新的设计，采用了更多的晶体管，能够达到两倍以上于arm7处理器的处理能力。这种处理能力的提高是通过增加时钟频率和减少指令执行周期实现的。时钟频率的提高arm7处理器采用3级流水线，而arm9采用5级流水线。增加的流水线设计提高了时钟频率和并行处理能力。5级流水线能够将每一个指令处理分配到5个时钟周期内，在每一个时钟周期内同时有5个指令在执行。在同样的加工工艺下，arm9tdmi处理器的时钟频率是arm7tdmi的1822倍。ii指令周期的改进指令周期的改进对于处理器性能的提高有很大的帮助。性能提高的幅度依赖于代码执行时指令的重叠，这实际上是程序本身的问题。对于采用最高级的语言，一般来说，性能的提高在30左右。iii loads 指令矛n stores指令 指令周期数的改进最明显的是loads指令和stores指令。从arm7到arm9这两条指令的执行时间减少了30。指令周期的减少是由于arm7和arm9两种处理器内的两个基本的微处理结构不同所造成的。arm9有独立的指令和数据存储器接口，允许处理器同时进行取指和读写数据。这叫作改进型哈佛结构。而arm7只有数据存储器接口，它同时用来取指令和数据访问。5级流水线引入了独立的存储器和写回流水线，分别用来访问存储器和将结果写回寄存器。以上两点实现了一个周期完成loads指令和stores指令。iv 互锁(interlocks)技术当指令需要的数据因为以前的指令没有执行完而没有准备好就会产生管道互锁。当管道互锁发生时，硬件会停止这个指令的执行，直到数据准备好为止。虽然这种技术会增加代码执行时间，但是为初期的设计者提供了巨大的方便。编译器以及汇编程序员可以通过重新设计代码的顺序或者其他方法来减少管道互锁的数量。vi 分枝指令 arm9和arm7的分枝指令周期是相同的。而且arm9tdmi和arm9e-s并没有对分枝指令进行预测处理。2.3.2 arm 9 结构特点以arm9e-s为例介绍arm9处理器的主要结构及其特点。其主要特点如下：32bit定点risc处理器，改进型armthumb代码交织，增强性乘法器设计。支持实时(real-time)调试；片内指令和数据sram，而且指令和数据的存储器容量可调；片内指令和数据高速缓冲器(cache)容量从4k字节到1m字节；设置保护单元(protcction unit)，非常适合嵌入式应用中对存储器进行分段和保护；采用amba ahb总线接口，为外设提供统一的地址和数据总线；支持外部协处理器，指令和数据总线有简单的握手信令支持；支持标准基本逻辑单元扫描测试方法学，而且支持bist(built-in-self-test)；支持嵌入式跟踪宏单元，支持实时跟踪指令和数据。2.3.3 arm 9的典型应用 ti公司的omap730是最新的无线通信基带信号处理器。该处理器是ti的gprs class 12通信模块与专用于应用处理的arm926通用处理器(gpp)的集成。由于gpp的速度可达200mhz，因此omap730具有两倍于上一代omap710处理器的应用处理性能。如同所有的omap处理器一样，omap730可支持领先的移动操作系统，其中包括microsoft的智能电话与pocket pc phoneedition、svmbian os与series 60、palm os以及linux。ti omap730结构如图5所示。其中arm926tej处理器的主要特性包括：最高频率200mhz；16kb指令高速缓存，8kb数据高速缓存；硬件java加速；扩展多媒体指令集结构。 arm微处理器是一种高性能、低功耗的32位微处器，它被广泛应用于嵌入式系统中。arm9代表了arm公司主流的处理器，已经在手持电话、机顶盒、数码像机、gps、个人数字助理以及因特网设备等方面有了广泛的应用。ep930x处理器 ep9301/ep9302是cirrus logic公司新近推出的系列arm9芯片中的一种极具价格优势的处理器，它的高性能设计是许多消费和工业电子产品的理想选择。 ep9301拥有先进的166兆赫 arm920t处理器（ep9302为200兆赫）, 66兆赫系统总线(ep9302为100兆赫系统总线)以及支持linux、windows ce和其它许多嵌入式操作系统的存储器管理器单元（mmu）。arm920t 的32位微处理器结构带有一个5阶管线，可以极低的功耗提供优异的性能。 16k指令高速缓存和16k数据高速缓存可为现有的程序和数据提供零等待时间，或者也可被锁定，以确保对关键指令和数据的无延迟存取。另外ep9302具有maverickcrunch协处理器。这一协处理器显著提高了arm920t的单/双精度整数及浮点运算能力。当对数字音频和视频格式进行编码、执行工业控制运算以及其它运算密集型计算和数据处理功能时，该协处理器可使ep9302具有高速精确计算能力。2.4 虚拟机发展及应用2.4.1虚拟机概述虚拟机（virtual machine）指通过软件模拟的具有完整硬件系统功能的、运行在一个完全隔离环境中的完整计算机系统。通过虚拟机软件，你可以在一台物理计算机上模拟出一台或多台虚拟的计算机，这些虚拟机完全就像真正的计算机那样进行工作，例如你可以安装操作系统、安装应用程序、访问网络资源等等。对于你而言，它只是运行在你物理计算机上的一个应用程序，但是对于在虚拟机中运行的应用程序而言，它就是一台真正的计算机。因此，当我在虚拟机中进行软件评测时，可能系统一样会崩溃，但是，崩溃的只是虚拟机上的操作系统，而不是物理计算机上的操作系统，并且，使用虚拟机的“undo”（恢复）功能，我可以马上恢复虚拟机到安装软件之前的状态。2.4.2虚拟系统与虚拟机区别虚拟系统其实以prayaya迅影v3虚拟系统为代表的，通过生成现有操作系统的全新虚拟镜像，它具有真实windows系统完全一样的功能，进入虚拟系统后，所有操作都是在这个全新的独立的虚拟系统里面进行，可以独立安装运行软件,保存数据,拥有自己的独立桌面，不会对真正的系统产生任何影响 ，而且具有能够在现有系统与虚拟镜像之间灵活切换的一类操作系统。虚拟系统和传统的虚拟机（vmware,virtualbox,virtual pc）不同,虚拟系统不会降低电脑的性能，启动虚拟系统不需要像启动windows系统那样耗费时间，运行程序更加方便快捷。2.4.3主流虚拟机目前流行的虚拟机软件有vmware(vmware ace）和virtual pc，它们都能在windows系统上虚拟出多个计算机，微软虚拟机，ibm虚拟机，hp虚拟机，swsoft虚拟机，sun虚拟机，intel虚拟机，amd虚拟机，java虚拟机2.4.4 本次设计所用虚拟机介绍vmware 虚拟机软件，是全球桌面到数据中心虚拟化解决方案的领导厂商。全球不同规模的客户依靠vmware来降低成本和运营费用、确保业务持续性、加强安全性并走向绿色。2008年，vmware年收入达到$1.9billion美元，拥有逾150,000的用户和接近22,000多家合作伙伴，是增长最快的上市软件公司之一。vmware总部设在加利福尼亚州的帕罗奥多市（palo alto）vmware (virtual machine ware)是一个“虚拟pc”软件公司.它的产品可以使你在一台机器上同时运行二个或更多windows、dos、linux系统。与“多启动”系统相比，vmware采用了完全不同的概念。多启动系统在一个时刻只能运行一个系统，在系统切换时需要重新启动机器。vmware是真正“同时”运行，多个操作系统在主系统的平台上，就象标准windows应用程序那样切换。而且每个操作系统你都可以进行虚拟的分区、配置而不影响真实硬盘的数据，你甚至可以通过网卡将几台虚拟机用网卡连接为一个局域网，极其方便。安装在vmware操作系统性能上比直接安装在硬盘上的系统低不少，因此，比较适合学习和测试。2.4.5 vmware特点除了为到网络适配器、cd-rom读盘机、硬盘驱动器、以及usb设备的访问提供了桥梁外，vmware工作站还提供了模拟某些硬件的能力。例如，能将一个iso文件作为一张cdrom安装在系统上、也能将.vmdk文件作为硬盘驱动器安装、以及可将网络适配器驱动程序配置为通过宿主计算机使用网络地址转换（nat）来访问网络，而非使用与宿主机桥接的方式（该方式为：宿主网络上的每个客户操作系统必须分配一个ip地址）。vmware工作站还允许无须将livecd烧录到真正的光盘上、也无须重启计算机，而对这些livecd进行测试。还可以捕获在vmware工作站下运行的某个操作系统的快照。每个快照可以用来在任何时候将虚拟机回滚到保存的状态。这种多快照功能使vmware工作站成为销售人员演示复杂的软件产品、开发人员建立虚拟开发和测试环境的非常流行的工具。vmware工作站包含有将多个虚拟机指定为编队的能力，编队可以作为一个物体来开机、关机、挂起和恢复这使vmware工作站在用于测试客户端-服务器环境时特别有用。 vmware公司新的企业级服务器和工具产品，正在使“将旧的生产服务器移植到虚拟机”的做法开始流行，这种做法能几乎不费力地将多个旧式服务器集装到一个单个的新宿主计算机中。2.4.6 vmware主要功能vmware是提供一套虚拟机解决方案的软件公司，主要产品分为如下三个。 vmware-esx-server这个版本并不需要操作系统的支持。它本身就是一个操作系统，用来管理硬件资源。所有的系统都安装在它的上面。带有远程web管理和客户端管理功能。 vmware-gsx-server这个版本就要安装在一个操作系统下了，这个操作系统叫做host os.这个host os可以是windows 2000 server以上的windows系统或者是linux(官方支持列表中只有rh,suse,mandrake很少的几种)，和vmware-esx-server一样带有远程web管理和客户端管理功能。 vmware-workstation这个版本和vmware-gsx-server版本的机构是一样的。也是要安装在一个操作系统下，对操作系统的要求也是windows 2000以上或者linux。和vmware-gsx-server的区别就是没有web远程管理和客户端管理。 2.4.7 vmware的应用及范围 戴闻(devon) it公司与vmware 公司合作开发的瘦客户机终端操作系统（detos）6.0是一种基于linux操作系统的，可捆绑多客户并连接到众多的各类服务器，利用不同类型协议的网络终端管理软件vmware产品主要的功能有：不需要分区或重开机就能在同一台pc上使用两种以上的操作系统。完全隔离并且保护不同os的操作环境以及所有安装在os上面的应用软件和资料。 不同的os之间还能互动操作，包括网络、周边、文件分享以及复制粘贴功能。有复原（undo）功能。能够设定并且随时修改操作系统的操作环境，如：内存、磁碟空间、周边设备等等。 热迁移，高可用性。 2.4.8 vmware的发展前景vmware最著名的产品为esx，安装在裸服务器上的强大server，最近系列产品升级，更名为vsphere系列，最新产品为vshpere 4.1。是vmware的企业级产品，该产品一直遥遥领先与微软hyper-v跟思杰xen。是构建大企业数据中心的不二之选，目前中国很大一部分商业银行，保险公司，电信公司以及政府部门都在使用。其架构也是云计算的底层。 其次，vmware第二大产品为：vmware workstation虚拟机是一个在windows或linux计算机上运行的应用程序，它可以模拟一个基于x86的标准pc环境。这个环境和真实的计算机一样，都有芯片组、cpu、内存、显卡、声卡、网卡、软驱、硬盘、光驱、串口、并口、usb控制器、scsi控制器等设备，提供这个应用程序的窗口就是虚拟机的显示器。 在使用上，这台虚拟机和真正的物理主机没有太大的区别，都需要分区、格式化、安装操作系统、安装应用程序和软件，总之，一切操作都跟一台真正的计算机一样。 2.5嵌入式linux开发基础知识随着后pc 时代的到来，嵌入式系统技术已经成为了一个万众瞩目的焦点。目前已广泛应用于信息家电、数据网络、工业控制、医疗卫生、航空航天等众多领域。巨大的市场潜力，无穷的商机，吸引了各路英豪纷踵沓来。硬件方面，各大电子厂商相继推出了自己的专用嵌入式芯片，漫天而至的是mp3，pda，无线上网装置，让人们充分感受到了这股强劲之势；软件方面，在vxworks、psos、neculeus 和windows ce 等嵌入式操作系统引领下，也出现了空前繁荣的局面，但这些专用操作系统都是商业化产品，其高昂的价格使许多面向低端产品的小公司望而却步，并且其源代码的封闭性也大大限制了开发者的积极性。近两年在我国登陆并蓬勃发展的linux，也已广泛应用于各类计算应用，不仅包括ibm 的微型linux 腕表、手持设备(pda 和蜂窝电话)、因特网装置、客户机、防火墙、工业机器人和电话基础设施设备，甚至还包括了基于集群的超级计算机。linux 在高端服务器的优越表现及其天生具有的突出特点，就注定它必将在低端嵌入式系统中再次给人们以惊喜，而基于嵌入式linux 操作系统的应用，必定给我们未来的工作和生活带来翻天覆地的变化。2.5.1 嵌入式linux简介linux 正在嵌入式开发领域稳步发展。linux 使用 gpl，所有对特定开发板、pda、掌上机、可携带设备等使用嵌入式linux 感兴趣的人都可以从因特网上免费下载其内核和应用程序，并开始移植和开发。许多 linux 改良品种迎合了嵌入式市场，它们包括 rtlinux（实时 linux）、uclinux（用于非 mmu 设备的 linux）、montavista linux（用于 arm、mips、ppc 的 linux 分发版）、arm-linux（arm 上的 linux）和其它 linux 系统。嵌入式linux 的发展比较迅速。nec、索尼已经在销售个人视频录像机等基于linux 的消费类电子产品，摩托罗拉则计划在其未来的大多数手机上使用linux，ibm 也制定了在手持机上运行linux 的计划。数年来，“linux 标准库”组织一直在从事对在服务器上运行的linux 进行标准化的工作，现在，嵌入式计算领域也开始了这一工作。嵌入式linux 标准吸引了“linux 标准库”以及unix 组织中有益的元素。2.5.2 嵌入式linux在应用中的优缺点虽然大多数 linux 系统运行在 pc 平台上，但 linux 也是嵌入式系统的可靠主力。linux 的安装和管理比 unix 更加简单灵活，这对于那些 unix 专家们来说又是一个优点，因为 linux 中有许多命令和编程接口同传统的 unix 一样。但是对于习惯于windows 操作系统的人来说,需要记忆大量的命令行参数却是一个缺点。随着linux 社团的不断努力，linux 的人机界面开发环境正在不断完善。典型的linux 系统经过打包，在拥有硬盘和大容量内存的 pc 机上运行，嵌入式系统不需要这么高的配置。一个功能完备的 linux 内核要求大约 1 mb 内存。而 linux 微内核只占用其中很小一部分内存，包括虚拟内存和所有核心的操作系统功能在内，只需占用系统约100 k 内存。只要有 500 k 的内存，一个有网络栈和基本实用程序的完全的 linux系统就可以在一台 8 位总线（sx）的 intel 386 微处理器上运行的很好了。由于内存要求常常是需要的应用所决定的，比如 web 服务器或者 snmp 代理，linux 系统甚至可以仅使用 256 kb rom 和 512 kb ram 进行工作。因此它是一个瞄准嵌入式市场的轻量级操作系统。与传统的实时操作系统相比（rtos），采用象嵌入式 linux 这样的开放源码的操作系统的另外一个好处是 linux 开发团体看来会比 rtos 的供应商更快地支持新的 ip 协议和其它协议。例如，用于 linux 的设备驱动程序要比用于商业操作系统的设备驱动程序多，如网络接口卡（nic）驱动程序以及并口和串口驱动程序。核心 linux 操作系统本身的微内核体系结构相当简单。网络和文件系统以模块形式置于微内核的上层。驱动程序和其它部件可在运行时作为可加载模块编译到或者是添加到内核。这为构造定制的可嵌入系统提供了高度模块化的构件方法。而在典型情况下该系统需结合定制的驱动程序和应用程序以提供附加功能。嵌入式系统也常常要求通用的功能，为了避免重复劳动，这些功能的实现运用了许多现成的程序和驱动程序，它们可以用于公共外设和应用。linux 可以在外设范围广泛的多数微处理器上运行，并早已经有了现成的应用库。linux 用于嵌入式的因特网设备也是很合适的，原因是它支持多处理器系统，该特性使 linux 具有了伸缩性。因而设计人员可以选择在双处理器系统上运行实时应用，提高整体的处理能力。例如，您可以在一个处理器运行 gui，同时在另一个处理器上运行 linux 系统。在嵌入式系统上运行 linux 的一个缺点是 linux 体系提供实时性能需要添加实时软件模块。而这些模块运行的内核空间正是操作系统实现调度策略、硬件中断异常和执行程序的部分。由于这些实时软件模块是在内核空间运行的，因此代码错误可能会破坏操作系统从而影响整个系统的可靠性，这对于实时应用将是一个非常严重的弱点。已经有许多嵌入式 linux 系统的示例；可以有把握地说，某种形式的 linux 能在几乎任一台执行代码的计算机上运行。2.5.3 嵌入式linux 开发平台简介 linux 价格低廉，功能强大，可以运行在x86，alpha,sparemips,ppc,motorola,nec,arm等硬件平台上，而且开放源代码，可以定制。我们所介绍的硬件平台是基于arm体系结构，由北京博创兴业科技有限公司开发的up-magic 开发板，该认证板采用samsung s3c2410嵌入式微处理器，可运行linux 2.4.x 和linux 2.6.x 内核，支持qt/e、minigui 等嵌入式图形界面。既适合作为计算机、软件等专业，又适合广大从事pmp、pda、智能手机的厂商和科研单位作为参考设计。3.arm920t 结构芯片三星s3c2410x 开发板介绍arm920t 结构芯片三星s3c2410x 开发板是核心板，它将s3c2410芯片内主要的资源都做了扩展，具体包含1个rsr232串口，两个总线扩展接口（地址总线和数据总线），一个全功能扩展口和iis、i2c、spi、a/d、gpio、外部中断、串口2等外部接口，主要作为接口板来使用，使用时只需要按照芯片的类型将相应的器件连接即可运行软件使用。3.1 s3c2410 芯片介绍s3c2410x 芯片集成了大量的功能单元，包括：内部1.8v，存储器3.3v，外部io 3.3v，16kb 数据cach，16kb 指令cach，mmu；内置外部存储器控制器（sdram 控制和芯片选择逻辑）；lcd 控制器（最高4k 色 stn 和256k 彩色tft），一个lcd 专用dma；4 路带外部请求线的dma；三个通用异步串行端口（irda1.0, 16-byte tx fifo, and 16-byte rx fifo）,2 通道spi；一个多主iic 总线，一个iis 总线控制器；sd 主接口版本1.0 和多媒体卡协议版本2.11 兼容；2 个usb host ，一个usb device（ver1.1）；4 个pwm 定时器和一个内部定时器；看门狗定时器；117 个通用io；24 个外部中断；电源控制模式：标准、慢速、休眠、掉电；8 通道10 位adc 和触摸屏接口；带日历功能的实时时钟；芯片内置pll；设计用于手持设备和通用嵌入式系统；1632 位risc 体系结构，使用arm920t cpu 核的强大指令集；arm 带mmu 的先进的体系结构支持wince、epoc32、linux；指令缓存（cache）、数据缓存、写缓冲和物理地址tag ram，减小了对主存储器带宽和性能的影响；arm920t cpu 核支持 arm 调试的体系结构；内部先进的位控制器总线(amba2.0, ahb/apb)其结构图如图1 所示：图 1 s3c2410x 芯片3.2 芯片系统管理小端大端支持；地址空间：每个bank128mb（全部1g 字节）；每个bank 可编程为8/16/32 位数据总线；bank 0 到bank 6 为固定起始地址；bank 7 可编程bank 起始地址和大小；一共8 个存储器bank；6 个存储器bank 用于rom, sram 和其他；2 个存储器bank 用于rom, sram 和同步dram；每个存储器bank 可编程存取周期；支持等待信号用以扩展总线周期；支持sdram 掉电模式下的自刷新；支持不同类型的rom 用于启动nor/nand flash, eeprom 和其他。3.3 直流电机的发展趋势本次毕业设计的题目是基于arm920t 结构芯片三星s3c2410x 开发板驱动的直流电机控制系统设计。基本任务是用s3c2410x芯片控制对直流电机进行精确的速度控制。直流电机作为该系统的被控对象并不是研究的重点，需要了解直流电机的特点和应用。3.3.1 直流电机特点直流电机的最大特点是没有换向器（曾称整流子）和电刷组成的机械接触机构。它通常采用永磁体为转子，没有激磁损耗，同时发热的电枢绕组又通常安装在外面的定子上。因此，直流电机没有换向火花，寿命长，运行可靠，维护简便。此外，其转速不受机械换向的限制