基于ARM的快速原型化平臺(tái)的實(shí)現(xiàn)

1 背景介紹

在日益信息化的社會(huì)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(gè)角落。嵌入式系統(tǒng)的功能越來(lái)越復(fù)雜，這就使得一個(gè)嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)品從市場(chǎng)需求立項(xiàng)到方案選擇、樣機(jī)研制、定型量產(chǎn)所需要的開發(fā)費(fèi)用越來(lái)越多，所需開發(fā)時(shí)間越來(lái)越長(zhǎng)。因此，高效的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法就顯得尤為重要。

1.1 傳統(tǒng)的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法

嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的關(guān)鍵就是對(duì)核心部分進(jìn)行功能驗(yàn)證。傳統(tǒng)的驗(yàn)證方法是建模模擬和制作目標(biāo)板評(píng)估。

通過(guò)建模來(lái)進(jìn)行功能驗(yàn)證存在不足。首先就是耗時(shí)和準(zhǔn)確性互相矛盾。建立高層次的模型需要的時(shí)間短，但是模擬不夠準(zhǔn)確。相反，低層次的模型可以達(dá)到滿意的評(píng)估效果，但是建模耗時(shí)長(zhǎng)。其次，建模模擬是靜態(tài)的過(guò)程，不能很好地反映系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行的情況。好的目標(biāo)板，各部分連接已經(jīng)固定。如果需要改動(dòng)部分連接，只能重新設(shè)計(jì)制版。這樣一來(lái)就會(huì)大大延長(zhǎng)產(chǎn)品的上市時(shí)間，還會(huì)增加開發(fā)費(fèi)用。新推出的嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)品，開始設(shè)計(jì)時(shí)比較難把所有的技術(shù)細(xì)節(jié)考慮清楚，有時(shí)甚至是邊設(shè)計(jì)邊修改性能指標(biāo)，因此直接制作專用的目標(biāo)板原型已經(jīng)不太適合復(fù)雜的嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)。

1.2 嵌入式系統(tǒng)模塊化設(shè)計(jì)方法

嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求做到可測(cè)性、高效性和靈活性。目前，嵌入式系統(tǒng)物理尺寸越來(lái)越小，功能越來(lái)越復(fù)雜。為了方便調(diào)試、維護(hù)系統(tǒng)，完全可測(cè)顯得極為重要。另一方面，模塊化的設(shè)計(jì)方法越來(lái)越引起人們的關(guān)注。模塊化設(shè)計(jì)方法將復(fù)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(shè)計(jì)新的模塊，最后將這些模塊連接起來(lái)組成目標(biāo)系統(tǒng)。模塊化的設(shè)計(jì)方法減少全新的設(shè)計(jì)、降低開發(fā)難度、節(jié)省開發(fā)成本、縮短開發(fā)時(shí)間，是一種高效的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法。另外，各個(gè)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(tái)

嵌入式系統(tǒng)硬件有如下特點(diǎn)：

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(duì)嵌入式處理器，嵌入式系統(tǒng)外設(shè)的種類較少，接口標(biāo)準(zhǔn)也比較統(tǒng)一。

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

2.1 ARM核處理器的特點(diǎn)

ARM核處理器因?yàn)槠涞统杀尽⒌凸?、高性能的?yōu)點(diǎn)廣泛應(yīng)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(shè)。圖1是基于ARM核處理器的常見(jiàn)結(jié)構(gòu)。存儲(chǔ)器控制接口為外接存儲(chǔ)器提供了總線接口。該總線接口支持不同種類的存儲(chǔ)器芯片以及不同的存儲(chǔ)操作。此外，還可以用該總線來(lái)擴(kuò)展外設(shè)。片內(nèi)外設(shè)包括中斷控制器、OS定時(shí)器、UART、I2C、PWM和AC97等等。在這些片內(nèi)外設(shè)中，有些信號(hào)是復(fù)用的，這樣做的好處是方便用戶使用。用戶如需要片內(nèi)外設(shè)，只需要配置相關(guān)的寄存把片內(nèi)外設(shè)連接到通用I/O即可，非常靈活，例如USB接口的服務(wù)器／客戶端。有些片內(nèi)外設(shè)有專用的信號(hào)。用戶通過(guò)連接或者擴(kuò)展這些通用I/O和專用I/O來(lái)使用片內(nèi)外設(shè)。當(dāng)片內(nèi)外設(shè)不能完成目標(biāo)系統(tǒng)的功能時(shí)，需要通過(guò)總線來(lái)擴(kuò)展特殊的外設(shè)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(tái)的實(shí)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(gè)部分，一部分是最小系統(tǒng)，由嵌入式ARM核處理器和存儲(chǔ)器組成；另外一部分包括從嵌入式處理器片內(nèi)外設(shè)接口直接擴(kuò)展的外設(shè)和通過(guò)總線擴(kuò)展的外設(shè)。為了充分利用模塊化設(shè)計(jì)方法，這些部分應(yīng)該能夠通過(guò)靈活的互連組成一個(gè)平臺(tái)。靈活的互連功能由互連模塊完成。