一個典型的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計和實現(xiàn)

在計算機、互聯(lián)網(wǎng)和通信技術(shù)高速發(fā)展的同時，嵌入式系統(tǒng)開發(fā)技術(shù)也取得迅速發(fā)展，嵌入式技術(shù)應(yīng)用范圍的急劇擴大。本文介紹了一種基于ARM和，從軟件到硬件完全自主開發(fā)多功能車輛總線(MultifunctionVehicleBus)MVB嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計和實現(xiàn)。

1、嵌入式操作系統(tǒng)選擇：

*通常而言，為一個嵌入式系統(tǒng)選擇操作系統(tǒng)要考慮如下幾個因素：

*操作系統(tǒng)支持的微處理器

*操作系統(tǒng)的性能

*操作系統(tǒng)的軟件組件和設(shè)備驅(qū)動程序

*操作系統(tǒng)的調(diào)試工具，開發(fā)環(huán)境、在線仿真器(ICE)、編譯器、匯編器、、調(diào)試器以及模擬器等等

*操作系統(tǒng)的標準兼容性

*操作系統(tǒng)的技術(shù)支持程度

*操作系統(tǒng)是提供源代碼還是目標代碼

*操作系統(tǒng)的許可使用情況

*操作系統(tǒng)的開發(fā)者聲譽狀況

根據(jù)系統(tǒng)的需求和以上的原則，在MVB系統(tǒng)中采用了Vxworks實時操作系統(tǒng)，VxWorks是風河公司(Windriver)開發(fā)的實時操作系統(tǒng)之一，以其優(yōu)秀的可靠性、實時性及內(nèi)核的可裁減性，被廣泛應(yīng)用于通信、軍事、、航空、工業(yè)控制等關(guān)鍵行業(yè)領(lǐng)域，其開發(fā)環(huán)境為Tornado。

2、處理器的選擇：在為嵌入式系統(tǒng)選擇處理器時需要考慮以下幾個方面：

*性能：處理器必須有足夠的性能執(zhí)行任務(wù)和支持產(chǎn)品生命周期。

*工具支持：支持軟件創(chuàng)建、調(diào)試、系統(tǒng)集成、代碼調(diào)整和優(yōu)化工具對整體項目成功與否非常關(guān)鍵。

*操作系統(tǒng)支持：嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用需要使用有幫助的抽象來減少其復雜性。

*開發(fā)人員過去的處理器經(jīng)驗：擁有處理器或處理器系列產(chǎn)品的開發(fā)經(jīng)驗可以減少可觀的學習新處理器、工具和技術(shù)的時間。

*成本，功耗，產(chǎn)品上市時間，技術(shù)支持等等

在本系統(tǒng)的設(shè)計中，以上各方面的因素，考慮到處理器性能，操作系統(tǒng)支持以及列車上嚴酷的工業(yè)環(huán)境等等，在MVB系統(tǒng)中選用了用于工業(yè)控制領(lǐng)域的工業(yè)級的系列ARM處理器M40800，它是基于內(nèi)核，內(nèi)含高性能的32位處理器、16位高集成度指令集、8KB片上、可編程外部總線接口(EBI)、3通道16位計數(shù)器/器、32個可編程I/O口、中斷控制器、2個、可編程看門狗器、主時鐘電路和時序，并配有高級節(jié)能電路；同時，可支持JTAG調(diào)試，主頻可達到。

3、相關(guān)外部設(shè)備的選擇：

在確定操作系統(tǒng)和處理器之后，就可以確定相關(guān)的外部設(shè)備，如，RAM，串口等等。在MVB系統(tǒng)中，MVB控制器MVBC(Multifunction Vehicle Bus )是一個MVB電路和實際的物理設(shè)備之間的接口控制器，它的主要功能是實現(xiàn)MVB總線信號與數(shù)據(jù)幀的編解碼，糾錯等功能，是本系統(tǒng)中要實現(xiàn)的關(guān)鍵的硬件模塊。由于系統(tǒng)規(guī)模，上市時間等方面的要求，系統(tǒng)暫時不考慮實現(xiàn)，因此在MVB系統(tǒng)中用來實現(xiàn)這個關(guān)鍵模塊，是最靈活和最合算的替代方案。考慮到系統(tǒng)需求與FPGA資源，成本，供貨情況等因素，最終選擇了公司的Cyclone系列FPGA,其開發(fā)工具是Quartus II。

4、MVB系統(tǒng)架構(gòu)

由以上的需求分析和選型，完整的系統(tǒng)硬件架構(gòu)和軟件架構(gòu)如圖2圖3所示。

圖2：MVB系統(tǒng)的硬件架構(gòu)。

圖3：MVB系統(tǒng)的軟件架構(gòu)。

其中，處理器和 MVBC通過Traffic (TM)進行通訊數(shù)據(jù)交換，所有軟件和MVBC要交換的控制信息和數(shù)據(jù)都可以在TM地址空間中找到，這個地址空間對處理器和MVBC都是可訪問的。其示意圖4如下

圖4：Traffic 。