基于ARM的快速原型化平臺的實現(xiàn)

1 背景介紹

在日益信息化的社會中，各種各樣的嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)全面滲透到日常生活的每一個角落。嵌入式系統(tǒng)的功能越來越復雜，這就使得一個嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)品從市場需求立項到方案選擇、樣機研制、定型量產(chǎn)所需要的開發(fā)費用越來越多，所需開發(fā)時間越來越長。因此，高效的嵌入式系統(tǒng)設計方法就顯得尤為重要。

1.1 傳統(tǒng)的嵌入式系統(tǒng)設計方法

嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的關鍵就是對核心部分進行功能驗證。傳統(tǒng)的驗證方法是建模模擬和制作目標板評估。

通過建模來進行功能驗證存在不足。首先就是耗時和準確性互相矛盾。建立高層次的模型需要的時間短，但是模擬不夠準確。相反，低層次的模型可以達到滿意的評估效果，但是建模耗時長。其次，建模模擬是靜態(tài)的過程，不能很好地反映系統(tǒng)實際運行的情況。好的目標板，各部分連接已經(jīng)固定。如果需要改動部分連接，只能重新設計制版。這樣一來就會大大延長產(chǎn)品的上市時間，還會增加開發(fā)費用。新推出的嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)品，開始設計時比較難把所有的技術細節(jié)考慮清楚，有時甚至是邊設計邊修改性能指標，因此直接制作專用的目標板原型已經(jīng)不太適合復雜的嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)品的設計。

1.2 嵌入式系統(tǒng)模塊化設計方法

嵌入式系統(tǒng)設計要求做到可測性、高效性和靈活性。目前，嵌入式系統(tǒng)物理尺寸越來越小，功能越來越復雜。為了方便調試、維護系統(tǒng)，完全可測顯得極為重要。另一方面，模塊化的設計方法越來越引起人們的關注。模塊化設計方法將復雜的系統(tǒng)合理地劃分出不同的功能模塊，然后充分利用已有的模塊，設計新的模塊，最后將這些模塊連接起來組成目標系統(tǒng)。模塊化的設計方法減少全新的設計、降低開發(fā)難度、節(jié)省開發(fā)成本、縮短開發(fā)時間，是一種高效的嵌入式系統(tǒng)設計方法。另外，各個模塊連接的靈活性是非常重要的，它直接決定模塊的組合能力。

2 基于ARM核的快速原型化平臺

嵌入式系統(tǒng)硬件有如下特點：

1、嵌入式硬件以嵌入式處理器為核心。嵌入式處理器的種類眾多，功能各異。

2、相對嵌入式處理器，嵌入式系統(tǒng)外設的種類較少，接口標準也比較統(tǒng)一。

3、隨著EDA的發(fā)展，SOC（system on chip）的應用越來越廣泛。

2.1 ARM核處理器的特點

ARM核處理器因為其低成本、低功耗、高性能的優(yōu)點廣泛應用于嵌入式系統(tǒng)?；贏RM核處理器是高度集成的SOC，包括ARM核和各種各樣的外設。圖1是基于ARM核處理器的常見結構。存儲器控制接口為外接存儲器提供了總線接口。該總線接口支持不同種類的存儲器芯片以及不同的存儲操作。此外，還可以用該總線來擴展外設。片內外設包括中斷控制器、OS定時器、UART、I2C、PWM和AC97等等。在這些片內外設中，有些信號是復用的，這樣做的好處是方便用戶使用。用戶如需要片內外設，只需要配置相關的寄存把片內外設連接到通用I/O即可，非常靈活，例如USB接口的服務器／客戶端。有些片內外設有專用的信號。用戶通過連接或者擴展這些通用I/O和專用I/O來使用片內外設。當片內外設不能完成目標系統(tǒng)的功能時，需要通過總線來擴展特殊的外設芯片。

圖1（ARM核處理器框圖）

圖2 （ARM核處理器的嵌入式系統(tǒng)的框圖）

2.2 基于ARM的快速原型化平臺的實現(xiàn)

圖2是基于ARM核處理器的嵌入式系統(tǒng)的框圖。該系統(tǒng)分成兩個部分，一部分是最小系統(tǒng)，由嵌入式ARM核處理器和存儲器組成；另外一部分包括從嵌入式處理器片內外設接口直接擴展的外設和通過總線擴展的外設。為了充分利用模塊化設計方法，這些部分應該能夠通過靈活的互連組成一個平臺。靈活的互連功能由互連模塊完成。