AT91RM9200嵌入式Linux系统开发

1 嵌入式系统基础

1.1 嵌入式系统概述

随着电子技术的快速发展，特别是大规模集成电路的产生而出现的微型机，使现代科学研究得到了质的飞跃，而嵌入式微控制器技术的出现则给现代工业控制领域带来了一次新的技术革命。由嵌入式微控制器组成的系统，最明显的优势就是可以嵌入到任何微型或小型仪器、设备中。

嵌入式系统被定义为：以应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬件可裁剪、适应应用系统，对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统[1]。嵌入式系统是将先进的计算机技术、半导体技术、电子技术和各个行业的具体应用相结合后的产物，这一点就决定了它必然是一个技术密集、资金密集、高度分散、不断创新的知识集成系统。

嵌入式系统是以嵌入式计算机为技术核心，面向用户、面向产品、面向应用，软硬件可裁减的，适用于对功能、可靠性、成本、体积、功耗等综合性严格要求的专用计算机系统。和通用计算机不同，嵌入式系统是针对具体应用的专用系统，目的就是要把一切变得更简单、更方便、更普遍、更适用；它的硬件和软件都必须高效率地设计，量体裁衣、去除冗余，力争在同样的硅片面积上实现更高的性能[1][2][3]。

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1.2 嵌入式系统组成

嵌入式系统通常由嵌入式处理器、外围设备、嵌入式操作系统和应用软件等极大部分组成。

1.2.1 嵌入式处理器

嵌入式处理器是嵌入式系统的核心部件。嵌入式处理器与通用处理器的最大不同在于其大多工作在为特定用户群设计的系统中。它通常把通用计算机的许多由板卡完成的功能集成在芯片内部，从而有利于嵌入式系统设计趋于小型化，并具有高效率、高可靠性等特点。

嵌入式系统主要应用领域有：工业控制、POS机、网络设备、图像处理、手机、PDA等。目前主要使用ARM、MIPS、PowerPC、DSP等16～32位处理器，以32位为主。各种

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类型的处理器都有其一定的应用针对性。例如，DSP对数字信号处理技术中用到常用运算、算法作了优化设计，主要用于运算量较大的实时信号处理领域，如实时音频、视频处理，电机控制等。MIPS处理器性能好，但功耗大，适合于固定应用，如固定的网络设备、机顶盒等。ARM处理器性能高、功耗低，适合于电池便携、手持设备。由于其高性能低功耗的特点，ARM处理器已经成为32位处理器的主力产品。本文将介绍ATMEL公司的AT91RM9200，这款基于ARM920T的外设丰富的、功能强大的、非常适合工控领域的微处理器，并在该处理器上进行的嵌入式linux的开发[11][12][13]。

1.2.2 外围设备

外围设备是指在一个嵌入式系统中，除了嵌入式处理器以外，用于完成存储、通讯、显示等辅助功能的其他部件。根据外围设备的功能可以分为如下3类：

? 存储设备：静态易失性存储设备（RAM）、动态存储设备（DRAM）和非易失存

储器（FLASH）。其中，Flash可以擦写次数多、存储速度快、容量大价格低等特点，在嵌入式系统中得到广泛的应用。

? 通讯接口设备：应用广泛的包括并口，串口，SPI串行外围设备，I2C总线接

口、USB接口和以太网接口等等。 ? 人机交换设备：LCD、键盘和触摸屏等。

1.2.3 嵌入式操作系统

在大型的嵌入式应用系统中，为了使嵌入式开发更为方便、快捷，需要具备

一种稳定完全的软件模块集合，用以管理存储设备、中断处理、任务间通讯和定时器响应，以及提供多任务处理器等，即嵌入式操作系统。嵌入式系统的引入大大提高了嵌入式系统的功能，方便了应用软件设计，但同时占用了嵌入式系统的宝贵资源。一般在比较大型或者需要多任务的应用场合，才考虑嵌入式操作系统

[14][15][16]

。

1.2.4 应用软件

嵌入式应用软件是针对特定的实际专业领域，基于相应的嵌入式硬件平台，并能完成用户任务的计算机软件。由于嵌入式系统自身的特点要求嵌入式应用软

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件有高可靠性，高代码密度，高度优化等特点，以适应嵌入式系统的实时性和成本敏感的特性要求，另外嵌入式应用软件需要在特定的编译环境下编译。

1.3 嵌入式系统特点

由于嵌入式系统是应用于特定的环境下，面对专业领域的应用系统，所以与通用计算机的多样化和适用性不同。它与通用计算机系统相比具有如下特点：

? 嵌入式系统通常是面向特定应用的。

? 嵌入式系统是将先进的计算机技术、半导体工艺、电子技术和通信网络技术

与各个领域的具体应用相结合的产物。这一特点决定了它必然是一个技术密集、资金密集、高度分散、不断创新的知识集成系统。

? 嵌入式系统的硬件软件都必须高效率的设计，在保证稳定、安全、可靠的基

础上量体裁衣，去除冗余，力争在同样的硅片面积上实现更高的性能。这样，才能最大限度的降低应用成本。在具体的应用中，对处理器的选择决定了其市场竞争力。

? 嵌入式系统常常有低功耗的要求。

? 可靠性和稳定性对与嵌入式系统有着特别重要的意义。

? 嵌入式系统本身不具有自举开发能力。既使设计完成后，用户也通常不能对

其中的程序进行修改，必须有一套交叉开发工具和环境才能开发。 ? 嵌入式系统有时要求实时性较高，特别是对于特定的应用。

嵌入式系统是面向用户、面向产品、面向应用的，它必须与具体用于相结合才会具有生命力，才会更具有优势。嵌入式系统必须根据应用要求对软硬件进行裁减，满足应用系统的功能、可靠性、成本、体积等要求。

1.4 嵌入式系统发展前景

后PC 时代是一个真实的阶段，而且是一个可以预测的时代。嵌入式系统就是与这一时代紧密相关的产物，它将拉近人与计算机的距离，形一个人机和谐的工作与生活环境。从某一个角度来看，嵌入式系统可应用于人类工作与生活的各个领域，具有极其广阔的应用前景。嵌入式系统在传统的工业控制和商业管理领域已经具有广泛的应用空间，如智能工控设备、POS/ATM 机、IC 卡等；在家庭领域更具有广泛的应用潜力，如机顶盒、数字电视、WebTV、网络冰箱、网络空调等众多消费类和医疗保健类

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电子设备等；此外还有在媒体手机、袖珍电脑、掌上电脑、车载导航器等方面应用，将极大地推动嵌入式技术深入到生活和工作的方方面面[8][4][10]。它在娱乐、军事方面的应用潜力也是巨大的，而且是有目共睹的。

1.5 嵌入式操作系统概述

早期的嵌入式系统很多都不采用操作系统，它们只是为了实现某个控制功能，使用一个简单的循环控制对外界的控制请求进行处理。当应用系统越来越复杂、应用的范围愈来愈广泛的时候，每添加一项新的功能，就能需要从头开始设计，所以没有操作系统已经是一个最大的缺点。嵌入式操作系统是一种支持嵌入式系统应用的操作系统软件，它是嵌入式系统（包括软、硬件系统）极为重要的组成部分，通常包括与硬件相关的底层驱动软件、系统内核、设备驱动接口、通讯协议、图形界面等。嵌入式操作系统既有通用操作系统的基本特点，如能够有效的管理越来越复杂的系统资源；能够把硬件虚拟化，使得开发人员从繁忙的驱动程序移植和维护中解脱出来；能够提供库函数、驱动程序、工具集以及应用程序。与通用操作系统相比较，嵌入式操作系统的系统实时高效性、硬件的相关依赖性、软件固态化以及应用的专用性等方面具有较为突出的特点。

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