DSP论文

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题目：DSP芯片arm与linux概况 作者：电子信息科学与技术 摘要：首先本文先介绍嵌入式系统的定义以及用途等基本情况，通过对比单片机的功能来说明嵌入式功能的齐全，另外还将对嵌入式系统的基本构成情况作一定的叙述。在硬件方面，对其开发平台arm板的基本情况和2410/2440系列芯片做较为详细的介绍。在软件方面，简单介绍开发环境，linux嵌入式系统，虚拟机VMWARE和ubuntu的使用。最后简单阐述嵌入式系统的开发流程。

关键字：ARM，LINUX，DSP，S3C2440，VMWAREK，UBUNTU

正文：嵌入式系统狭义上是指以应用为中心，以计算机技术为基础，且软硬件可裁减，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗的严格要求的专用计算机系统。广义上说凡是带有微处理器的专用系统都可以称为嵌入式系统。如单片机系统和带OS的ARM系统。相比之下，单片机系统，在完成较为单一的专业功能时具有简洁高效的特点。但是由于他们没有操作系统，所以管理硬件和软件的能力有限，在实现复杂的多任务功能时往往困难重重，甚至无法实现。而嵌入式系统的应用远远超过了各种通用计算机,一台通用计算机的外部设备中就包含了5-10个嵌入式微处理器：键盘、鼠标、软驱、硬盘、显示卡、显示器、Modem、网卡、声卡、打印机、扫描仪、数字相机、USB集线器等均是由嵌入式处理器控制的.在制造工业、过程控制、通讯、仪器、仪表、汽车、船舶、航空、航天、军事装备、消费类产品等方面均是嵌入式计算机的应用领域.

嵌入式系统的组成：总体上嵌入式系统可以划分成硬件和软件两部分.硬件一般由高性能的微处理器和外围的接口电路组成.软件一般由实时操作系统和其上运行的应用软件构成。嵌入式系统的特点系统内核小.一般是应用于小型电子装置的，系统资源相对有限，所以内核较之传统的操作系统要小得多. 嵌入式系统的个性化很强，其中的软件系统和硬件的结合非常紧密，一般要针对硬件进行系统的移植. 嵌入式系统一般不要求其功能设计及实现上过于复杂，这样一方面利于控制系统成本，同时也利于系统安全.这是嵌入式软件的基本要求，而且软件要求固化存储，以提高速度，软件代码要求高质量和高可靠性、实时性专用的开发工具和开发环境.

嵌入式处理器是嵌入式系统的核心部件，与通用处理器的最大差异在于其大多工作在为特定用户群设计的系统中。嵌入式处理器通常把通用计算机中许多由板块完成的任务集成在芯片内部，从而有利于嵌入式系统趋于小型化，并具有高效率、高可靠性等特征。目前，市面上有1000多种嵌入式处理器芯片，包括ARM系列、MIPS系列、PowerPC系列等等。外围设备是指在一个嵌入式系统当中，嵌入式处理器以外的完成存储、通信、调试、显示等辅助功能的其它部件，根据外围设备的功能可分为以下3类：存储器：SRAM、DRAM、NAND FLASH、 NOR FLASH等.接口：并口、RS232串口、SPI串行接口、USB通用串行总线、以太网接口等.人机接口：LCD、触摸屏、键盘等.

嵌入式操作系统有以下几种1. 嵌入式Linux本身所具备的源码开放、内核可裁减等种种特性使其成为一种重要的嵌入式操作系统.随着嵌入式Linux技术的成熟，定制更加方便，同时支持更多的平台.2. WinCE的缺点是体积庞大，价格昂贵，不完全开放源码。因此随着嵌入式操作系统领域日益激烈的竞争，微软不得不应付来自Linux等免费系统的冲击.3. VxWorks是美国WindRiver公司专门为实时嵌入式系统设计开发的操作系统软件。VxWorks拥有良好的持续发展能力、高性能的内核以及友好的用户开发环境，在实时嵌入式操作系统领域占据一席之地，但其昂贵的价格让不少厂商望而却步.4. µC/OS是一个典型的实时操作系统。它是研究和学习实时操作系统的重要选择。特点：源码公开、代码结构清晰、可移植性好、可裁减、可固化、内核属于抢占式，最多可以管理60个任务。 ARM，即Advanced RISC Machines是微处理器行业的一家知名企业，设计了大量高性能、


廉价、耗能低的RISC处理器、相关技术及软件。技术具有性能高、成本低和能耗省的特点。Arm系列目前比较成熟的有ARM7、ARM9也已经趋于完善，目前最新的有ARM11，采用的芯片有S3C2410，S3C2440，S3C6410等，适用于多种领域，比如嵌入控制、消费/教育类多媒体、DSP和移动式应用等。可以说DSP在嵌入式方面的应用已经在生活中的得到普及。 S3c2440X是韩国三星公司推出的32位RISC微控制器，其CPU采用的是ARM920内核加上丰富的片内外设，为手持设备和其他应用提供了低价格、低功耗、高性能的解决方案。该微控制器具有16KB指令Cache、16KB数据Cache和村粗气的管理单元MMU。外部存储器控制器最多可以扩展8组，每组128MB，总容量达到1GB，支持从Nand flash存储器启动。共有55个中断源，可以设定一个快速中断，有24个外部中断，并且出发方式可以设定。另外还有2个USB主机总线的端口，1个USB设备总线的端口，10位A/D转换器，最高可以达到500kb/s，相比于单片机该芯片的功能实在强大了不少单片机用的频率是11.0592MHZ,而现在的arm系列的芯片可以达到200MHZ以上，传输速率也快了很多倍。由8位的单片机到32位的2440是一个飞跃，它的存储信息容量和处理速度使它可以运行操作系统，从而可以更随心所欲的用在工业控制上，军事上和消费类电子上。 Linux是一种自由和开放源码的类Unix操作系统。目前存在着许多不同的Linux,但它们都使用了Linux内核。Linux可安装在各种计算机硬件设备中，从手机、平板电脑、路由器和视频游戏控制台，到台式计算机、大型机和超级计算机。Linux是一个领先的操作系统，世界上运算最快的10台超级计算机运行的都是Linux操作系统。Linux的具有如下特点: 符合POSIX标准 ; 多用户、多任务; 丰富的网络功能; 良好的可移植性; 支持数十种文件系统格式; 开源、免费。Linux发行版有Red Hat Linux; Fedora; CentOS; SuSE; Debian; Ubuntu; 红旗Linux几种。Linux内核用户界面是操作系统的外在表象,内核才是操作系统的内在核心,系统的其它部分必须依靠内核提供的服务. 通常内核由中断服务程序, 进程调度程序,内存管理程序和网络、进程间通信等系统服务程序共同组成.内核独立于普通应用程序,它一般处于系统态,拥有受保护的内存空间和访问硬件的所有权限.应用程序在用户空间执行,它们只能看到允许它们使用的部分系统资源,并且不能使用某些特定的系统功能,不能直接访问硬件.

Ubuntu是一个以桌卖弄应用为主的LINUX操作系统，它是基于DEBIAN发行版和GNOME桌面环境与DEBIAN不同在于它每6个月发布一个新版本，ubuntu的目标在于为一般用户提供一个最新的同时又想到那个稳定的主要由自由软件构件而成的操作系统。Ubuntu具有庞大的社区力量，用户可以方便地从社区获得帮助。

VMWare是一个“虚拟机”软件.它使用户可以在一台机器上同时运行多个操作系统. 多个操作系统在主系统的平台上,可像Windows应用程序那样切换.而且每个操作系统都可以进行虚拟的分区、配置而不影响真实硬盘的数据.

嵌入式系统开发流程可以分为逻辑开发和带操作系统的开发。裸机开发：对于功能简单仅包括应用程序的嵌入式系统一般不使用操作系统，仅有应用程序和设备驱动程序。带操作系统的开发： 当设计较复杂的程序时，可能就需要一个操作系统（OS）来管理控制内存、多任务、周边资源等，现代高性能嵌入式系统应用越来越广泛，操作系统使用成为必然发展趋势。它包括硬件开发, 启动加载程序, 操作系统内核,根文件系统,设备驱动,应用程序。通常基于linux系统的嵌入式开发步骤首先要开发目标硬件系统：如选择微处理器、Flash及其它外设等。其次建立交叉开发环境，安装交叉编译工具链、安装开发调试工具。然后是开发Bootloader移植uboot，vivi。接着移植linux内核如linux2.6.31内核。再次就需要开发根文件系统CRAMFS，YAFFS，开发相关硬件的驱动程序led,adc等驱动。最后开发上层的应用程序：如QT GUI开发。 参考文献：

[1]杜春雷.ARM体系结构与编程.北京：清华大学出版社，2003年


[2]刘泉.数字信号处理（第二版）.北京：电子工业出版社，2009年 [3]李家凯.嵌入式linux应用开发.武汉：武汉华嵌，2011年 [4]周立功.常用的arm指令集与汇编.广州，2003年 [5]百度百科

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