基于EP7211構(gòu)建通用嵌入式處理平臺

摘    要：本文介紹了嵌入式處理器EP7211的通用處理平臺的設(shè)計(jì)，該平臺適用于開發(fā)便攜式電子產(chǎn)品。文中具體闡述了系統(tǒng)的硬件構(gòu)成、軟件平臺選取和系統(tǒng)的初始化過程。這些設(shè)計(jì)原則具有普遍性，適合于一般的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)。
關(guān)鍵詞：嵌入式處理器；EP7211；ARM核；系統(tǒng)初始化；RTOS

引言
目前，嵌入式處理器已經(jīng)普遍應(yīng)用于工控領(lǐng)域，構(gòu)建一個可以方便更換的通用嵌入式處理器模塊，既便于設(shè)計(jì)又便于維修、使用，可以提高工作效率，同時節(jié)省資金投入。

軟硬件選用
本通用嵌入式處理平臺主要是用于開發(fā)便攜式電子產(chǎn)品，此類產(chǎn)品不僅要求功能完備、用戶界面友好、操作方便簡潔，而且要求壽命長、功耗低。這就要求在設(shè)計(jì)初期從硬件和軟件兩個方面來考慮，具體來說就是要從嵌入式處理器、實(shí)時操作系統(tǒng)和電路形式等幾個方面來綜合選取。
嵌入式處理器的選用
在便攜式通信、便攜式計(jì)算機(jī)、多媒體數(shù)字消費(fèi)和需要嵌入式解決方案的市場中，ARM的微處理器核心正在迅速成為RISC計(jì)算設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)，越來越多的廠家選擇ARM核心處理器開發(fā)自己的下一代產(chǎn)品。在本通用開發(fā)平臺中選用Cirrus Logic公司的嵌入式微處理器EP7211作為CPU，該器件是專為低成本、超低功耗的應(yīng)用設(shè)計(jì)的。
電路形式的選用
一種方案是在通用模塊中設(shè)置盡可能全的功能，但在工控應(yīng)用領(lǐng)域中，將所有功能全部用上的場合并不多，因此，功能太全只能是浪費(fèi)，并會加長開發(fā)周期。本平臺的板卡電路由CPU、程序存儲器Flash、RAM、CPU輔助電路(如晶振、復(fù)位)和電源電路構(gòu)成，特殊功能可由特殊模塊自行設(shè)計(jì)。
將嵌入式處理器EP7211、Flash、Dram、串口和電源電路作為一個通用模塊，數(shù)據(jù)、地址總線、空閑的I/O和其他的外圍接口信號做成標(biāo)準(zhǔn)的接口插座。如果要實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)接口或液晶顯示等功能，只需要做以太網(wǎng)相關(guān)模塊的電路，并將其與EP7211相關(guān)的信號做成和通用模塊匹配的接口即可。這樣既減少了調(diào)試CPU、內(nèi)存等部分電路的重復(fù)勞動，也有利于電路故障的排除。
實(shí)時操作系統(tǒng)的選用
以嵌入式處理器為中心，當(dāng)搭建好硬件電路時僅提供了裸機(jī)運(yùn)行平臺，要使整個系統(tǒng)中有限的硬件資源充分利用起來，還需要嵌入式實(shí)時操作系統(tǒng)RTOS的軟件支持。針對本項(xiàng)目，RTOS的選擇有兩個方案：一是使用已經(jīng)購買的用在油田測井系統(tǒng)SL3000型產(chǎn)品的商用Nucleus；二是使用自主開發(fā)的、專門面向嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)的XGW軟件開發(fā)平臺。
在本通用開發(fā)平臺中采用了XGW平臺，這是因?yàn)閄GW開發(fā)平臺是自主研發(fā)的，軟件產(chǎn)品升級和故障排除等都比較容易，產(chǎn)品成本費(fèi)用相對較低。另外，EP7211嵌入式處理器和XGW的組合，在“GPS汽車導(dǎo)航系統(tǒng)”和“鐵路交通信息系統(tǒng)PDA”項(xiàng)目中已經(jīng)獲得了成功應(yīng)用，具有較成熟的開發(fā)經(jīng)驗(yàn)。
XGW嵌入式操作系統(tǒng)針對以ARM7為內(nèi)核的硬件平臺來進(jìn)行系統(tǒng)開發(fā)，用C語言實(shí)現(xiàn)完成，并借鑒了Windows的消息驅(qū)動機(jī)制。XGW功能強(qiáng)大、模塊化設(shè)計(jì)、擴(kuò)展性強(qiáng)、產(chǎn)品升級容易，其總體框架如圖1所示。XGW軟件開發(fā)平臺包括事件消息驅(qū)動機(jī)制(XGW軟件開發(fā)平臺中的消息分為鼠標(biāo)消息、鍵盤消息和定時器消息等三類)、內(nèi)存管理、字符和圖形顯示輸出、圖形組件庫等。圖形組件庫中的編輯框、列表框、按鈕、進(jìn)度條等圖形控件為用戶應(yīng)用程序開發(fā)提供了應(yīng)用編程接口API。不過，XGW平臺對于系統(tǒng)硬件的中斷響應(yīng)沒有提供統(tǒng)一的入口和出口，需要開發(fā)人員單獨(dú)處理。

通用模塊的設(shè)計(jì)
本系統(tǒng)的通用模塊主要包括嵌入式處理器、DRAM和非易失性存儲器如ROM或FLASH、電源電路、CF卡接口、彩色LCD顯示器接口、以太網(wǎng)接口和串行接口等。系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。
圖中各部分的主要功能為：紅外(IrD)接口用來完成便攜式系統(tǒng)之間的無線數(shù)據(jù)交換；串行接口用于程序和數(shù)據(jù)的下載及進(jìn)行軟件升級；傳呼譯碼芯片用來接收個人傳呼及公共信息；LCD和觸摸屏提供顯示和輸入的人機(jī)界面；Flash RAM與SRAM用于存儲程序和數(shù)據(jù)，為程序運(yùn)行提供緩存；電源電路可將電池或外加電源變換為嵌入式處理器和外圍電路所需要的3.3V、2.5V和5V；CF卡用作大容量存儲器；以太網(wǎng)接口用于跟計(jì)算機(jī)或其他模塊進(jìn)行通信；MP3播放器用于播放MP3音樂。

通用模塊的初始化
由于嵌入式系統(tǒng)的資源有限,程序通常都是固化在ROM中運(yùn)行。ROM中的程序在執(zhí)行前需要由啟動程序建立軟件運(yùn)行環(huán)境，主要包括：對系統(tǒng)硬件進(jìn)行初始化，將出錯中止程序或重啟動的程序段由ROM拷貝到RAM中；在RAM中創(chuàng)建主程序運(yùn)行時使用的堆棧和數(shù)據(jù)區(qū)；建立C程序運(yùn)行的環(huán)境，如對段寄存器和堆棧指針初始化、對靜態(tài)變量和RAM區(qū)清零、建立堆(heap)；設(shè)置必要的中斷向量，并將每個未使用的中斷指向一個只含RET指令的啞函數(shù)，以防止錯誤中斷引起系統(tǒng)的混亂。另外，雖然字符串等常數(shù)與程序一起固化在ROM中，系統(tǒng)運(yùn)行時主程序可以訪問它們，但RAM的存取速度比ROM快，因此串?dāng)?shù)據(jù)也應(yīng)在程序執(zhí)行前被拷貝到RAM中，以提高讀出速度。為了提高執(zhí)行速度、方便地存取各寄存器，啟動程序由匯編語言來編寫。
啟動程序是嵌入式程序的開頭部分，應(yīng)該與應(yīng)用程序一起固化在EPROM中，并在系統(tǒng)加電后首先執(zhí)行。具體步驟如下：
1. 設(shè)置入口指針
應(yīng)用程序首先必須定義入口指針，而且整個應(yīng)用程序只有一個入口指針。
2．設(shè)置中斷向量
ARM7要求中斷向量表必須設(shè)置在從0地址開始，連續(xù)8