STR71xF嵌入式系統(tǒng)設計和實踐

0 前言

隨著信息化、智能化、網(wǎng)絡化的發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)技術也將獲得廣闊的發(fā)展空間。以信息家電為代表的互聯(lián)網(wǎng)時代嵌入式產(chǎn)品，不僅為嵌入式市場展現(xiàn)了美好前景，注人了新的生命，同時也對嵌入式系統(tǒng)技術提出了新的挑戰(zhàn)。這主要包括:支持日趨增長的功能密度、靈活的網(wǎng)絡聯(lián)接、輕便的移動應用和多媒體的信息處理。

由于因特網(wǎng)技術的成熟、帶寬的提高，ICP和ASP在網(wǎng)上提供的信息內容日趨豐富、應用項目多種多樣，像電話手機、電話座機及電冰箱、微波爐等嵌入式電子設備的功能不再單一，電氣結構也更為復雜。為了滿足應用功能的升級，設計師們一方面采用更強大的嵌入式處理器如32位、64位RISC芯片增強處理能力;同時還采用實時多任務編程技術和交叉開發(fā)工具技術來控制功能復雜性，簡化應用程序設計、保障軟件質量和縮短開發(fā)周期。

ARM微處理器因其卓越的低功耗、高性能在32位嵌入式應用中已位居世界第一，是高性能、低功耗嵌入式處理器的代名詞。為了順應當今世界技術革新的潮流，了解、學習和掌握嵌入式技術，就必然要學習和掌握以ARM微處理器為核心的嵌入式開發(fā)環(huán)境和開發(fā)流程，這對于研究和開發(fā)高性能微處理器、DSP以及開發(fā)基于SOC芯片設計及應用系統(tǒng)是非常必要的。作為電子信息專業(yè)的本科生很有必要了解和掌握32位嵌入式應用的開發(fā)技術。所以，通過對嵌入式系統(tǒng)設計課程的學習和本次設計的實踐，一方面使學生具有較強的綜合素質，成為具有良好的實際操作能力設計能力符合社會需求的開拓性電子應用人才，另一方面也可為高年級本科生提供一個可擴展的嵌入式系統(tǒng)設計平臺。

1 STR710FZ2TB微處理器介紹

嵌入式微處理器的基礎是通用計算機中的CPU。在應用中，將微處理器裝配在專門設計的電路板上，只保留和嵌入式應用有關的母板功能，這樣可以大幅度減小系統(tǒng)體積和功耗。為了滿足嵌入式應用的特殊要求，嵌入式微處理器雖然在功能上和標準微處理器基本是一樣的，但在工作溫度和工業(yè)控制計算機相比，嵌入式微處理器具有體積小、重量輕、成本低、可靠性高的優(yōu)點，嵌入式處理器目前主要有Power PC, 68000, MIPS, ARM系列等。

STR710F 系列產(chǎn)品以工業(yè)標準的ARM7TDMI 32位RISC CPU為內核，特別適用于需要尺寸緊湊、CPU功能強大的嵌入式系統(tǒng)和可升級的解決方案如用戶界面、工廠自動化系統(tǒng)和銷售點（POS）應用等。該系列微控制器提供同級產(chǎn)品中最佳的閃存隨機存取時間，直接從閃存的速率高達33MHz；由于采用突發(fā)加速技術，順序代碼零等待狀態(tài)，最大存取速率50MHz，因此這個系列產(chǎn)品非常適合實時應用。該系列配備多達10個通信接口，包括CAN、 USB、HDLC (高級數(shù)據(jù)鏈路控制)、MMC (多媒體卡)和智能卡接口。靈活的封裝選擇包括有小型低量引腳的64引腳TQFP64和外置存儲器總線的144引腳TQFP144。該系列包括內置USB 和CAN接口的低成本64k字節(jié)閃存版微控制器STR711和 STR712，以及內置128或256字節(jié)程序閃存的經(jīng)典型微控制器,和對于無需USB和CAN接口的成本更低的“裸”微控制器STR715，該芯片內置 64千字節(jié)代碼閃存、16字節(jié)數(shù)據(jù)閃存和16字節(jié)RAM，沒有USB和CAN模塊，這個成本優(yōu)化型32位微控制器采用 64引腳的TQFP64封裝，專門為占板尺寸小的低成本應用而設計，例如：需要多用途和高性能處理器而不需要USB和CAN接口的工業(yè)系統(tǒng)和消費家電。

STR710工業(yè)級微控制器以ARM7TDMI 16/32處理器為內核，內帶Flash、SRAM、EMI、USB、CAN、5個定時器、12位ADC、10個通信接口。

2 uC/OS-II操作系統(tǒng)介紹

嵌入式系統(tǒng)的軟件一般由嵌入式操作系統(tǒng)和應用軟件組成, 編譯過程是一起進行的。而操作系統(tǒng)的軟件又與硬件緊密相關, 必須與具體應用相結合才能發(fā)揮其優(yōu)勢, 即必須結合實際系統(tǒng)的需求進行合理的裁剪。所以, 如果能夠建立相對通用的軟硬件基礎, 然后在其上開發(fā)出需要的系統(tǒng), 是一種比較好的發(fā)展模式。從某種程度上來說, 嵌入式系統(tǒng)是指能夠運行操作系統(tǒng)的軟硬件綜合體。就實時嵌入式操作系統(tǒng)(operation system )而言, 它可大致分為商用嵌入式OS與源碼開放的嵌入式OS, 前者如WindRiver公司的Vxworks、ISI公司的pSOS和Quan- tum公司的QNX 等, 后者如免費的嵌入式Linux, 以及本文中所用到的uC/OS-II。

μC/OS-II由Micrium公司提供，是一個可移植、可固化的、可裁剪的、占先式多任務實時內核，它提供信號量、帶互斥機制的信號量、事件標志、消息信箱、消息隊列、內存管理、時鐘管理、任務管理等服務，適用于多種微處理器，微控制器和數(shù)字處理芯片（已經(jīng)移植到超過100種以上的微處理器應用中），同時，該系統(tǒng)源代碼開放、整潔、一致，注釋詳盡，適合系統(tǒng)開發(fā)。

3 嵌入式系統(tǒng)設計

3.1 硬件設計

該系統(tǒng)的硬件主要由STR710F微處理器，電源、復位、時鐘電路，JTAG調試電路，基本的按鍵和LED顯示等人機接口電路和時鐘電路所組成。系統(tǒng)設計結構如圖1所示。

在硬件上，系統(tǒng)包括基于STR710FZ2TB的ARM開發(fā)平臺和時鐘電路兩大部分，其中ARM開發(fā)平臺由電源部分，復位電路，時鐘電路，JTAG調試電路，Boot模式配置電路，ADC接口等組成。