自主移动机器人控制系统软件设计(3)

ARM7系列微处理器包括如下几种类型的核：ARM7TDMI、ARM7TDMI-S、ARM720T、ARM7EJ。其中，ARM7TMDI是目前使用最广泛的32位嵌入式RISC处理器，属低端ARM处理器核。TDMI的基本含义为：

T： 支持16为压缩指令集Thumb；

D： 支持片上Debug；

M：内嵌硬件乘法器（Multiplier）

I： 嵌入式ICE，支持片上断点和调试点； [5]

随着机器人在非结构化环境中使用的越来越来频繁,机器人所承担的任务与日俱增。8位的微处理器比如MCS-51已经不能满足任务需要。32位的处理器已经成为机器人首选的控制核心。本文提出了一种用于移动机器人的控制方案。这个方案采用红外线和超声波传感器进行定位和避障,使用直流电机实现机器人移动,使用带有嵌入

本文所使用的Samsung公司的S3C44B0即属于该系列的处理器。

1.2.2 µCLinux

随着ARM 技术的广泛应用，建立面向ARM构架的嵌入式操作系统也就成为当前研究的热点问题。在众多的嵌入式操作系统里，开发人员选择比较多的是Linux，这是因为它公开源代码，可以让任何人将其修改移植到自己的目标平台系统里使用。

Linux是一种很受欢迎的操作系统，它与UNIX系统兼容，开放源代码。它原本被设计为桌面系统，现在广泛应用于服务器领域。而更大的影响在于它正逐渐的应用于嵌入式设备。µCLinux正是在这种氛围下产生的。在µCLinux这个英文单词中u表示Micro，小的意思，C表示Control，控制的意思，所以µCLinux就是Micro-Control-Linux，字面上的理解就是“针对微控制领域而设计的Linux系统”。

µCLinux是针对无MMU微处理器开发的，已被广泛使用在ColFire、ARM、MIPS、SPARC、SuperH等没有MMU的微处理器上。虽然µCLinux的内核比原Linux 2.0内核小得多，但它保留了Linux操作系统稳定性好、网络能力优异以及对文件系统的支持等主要优点。

µCLinux与标准Linux的最大区别在于内存管理。标准Linux是针对有MMU的处理器设计的。在这种处理器上，虚拟地址被送到MMU，把虚拟地址映射为物理地址，通过赋予每个任务不同的虚拟-物理地址转换映射，支持不同任务之间的保护。

对于µCLinux来说，其设计针对没有MMU的处理器，不能使用虚拟内存管理技术。µCLinux对内存的访问是直接的，即它对地址的访问不需要经过MMU，而是直接送到地址线上输出；所有程序中访问的地址都是实际的物理地址；µCLinux对内存空间不提供保护，各个进程实际上共享一个运行空间。在实际上，µCLinux仍采用存储器的分页管理，系统启动时把实际存储器进行分页，在加载应用程序时，程序分页加载。但是由于没有MMU管理，所以µCLinux采用实存储器管理策略（Real Memory Management）。

作为操作系统，µCLinux除了具备处理器支持、内存管理、进程管理、文件系统管理这几种必不可少的功能外，还有着模块支持、网络支持、MISC binary library支持、能源管理、TCP／IP协议支持、提供网络、串口等设备驱动程序支持。

与其它的嵌入式操作系统相比，µCLinux具有以下优势：

（1）能满足绝大多数实时性要求。实时性本身是个相对概念，绝对的实时性，其响应时间一般要求在微妙数量级。这种实时性功能只是针对特殊设备、特殊应用场合（如数字信号处理）。[4][4][6]

随着机器人在非结构化环境中使用的越来越来频繁,机器人所承担的任务与日俱增。8位的微处理器比如MCS-51已经不能满足任务需要。32位的处理器已经成为机器人首选的控制核心。本文提出了一种用于移动机器人的控制方案。这个方案采用红外线和超声波传感器进行定位和避障,使用直流电机实现机器人移动,使用带有嵌入

绝大多数嵌入式系统应用不需要这种严格的实时性。另外，对Linux内核代码适当做些修改，如将Linux内核本身作为优先级最低的任务，实时任务作为优先级最高的任务，在实时任务存在的情况下运行实时任务，否则才运行Linux本身任务。这样也能提高嵌入式Linux的系统实时性。

（2）Linux系统是模块化层次结构且内核完全开放，具有强大的网络支持功能。Linux是由很多体积小且性能高的微内核模块和部件组成。由于其内核代码完全免费开放，不同领域、层次的用户可根据自己的应用需要很容易对内核进行裁剪和添加改造，在低成本前提下，设计开发出满足自己需要的嵌入式系统。由于Linux诞生于英特网并具有Unix的特性，所以它支持所有标准英特网协议，并且可以利用Linux的网络协议栈将其开发成嵌入式的TCP\IP网络协议栈。

（3）µCLinux健壮可靠，跨处理器平台，应用软件容易移植，和其它通用操作系统相比，Linux是最可靠、最稳定的操作系统。µCLinux继承了这一特点。Linux的核心移植到新微处理器上，基本上不用修改。无论是RISC、CISC、32位、64位各种微处理器，Linux都能运行良好。Linux可广泛应用于Intel X86芯片家族、Motorola公司的68K系列CPU和IBM、Apple、Motorola公司的PowerPC CPU及Intel公司的Strong ARM CPU等处理器系统。Linux符合IEEE POSIX 1标准，在其上开发的应用程序具有较好的可移植性。

（4）µCLinux具备一整套工具链，具有很好的开发测试工具，容易自行建立嵌入式系统的开发环境和交叉运行环境，可以跨越嵌入式系统开发中仿真工具ICE（In Circuit Emulator）的障碍。一般开发EOS的程序调试和跟踪都使用仿真器来实现，而使用Linux系统做原型时，可以直接用内核调试器来做操作系统的内核和差错。µCLinux可以利用GUN项目的C/C++编译器GCC来编译程序，使用GDB源程序级调试器来调试程序。

（5）µCLinux具有巨大的市场前景和商业机会。

由于Linux操作系统本身采用的内存管理技术是虚拟内存的交换技术，因此，这样必定会大大降低一个实时系统的性能。再加上，由于Linux的代码是开放的，所以在设计一个嵌入式系统时，会通过削减一些不必要的功能来提高系统的性能，但是这样做也很有可能带来一些比较严重的bug。但µCLinux具有占用内存空间小、启动速度快、稳定性好、支持多任务多线程的特点，并且其源码开放的特性使得µCLinux必将成为嵌入式系统开发的一个高效、实用的操作系统。[7]

1.3 本文的主要研究内容

本研究的主要目的是设计在室内非结构化环境中用于自主移动机器人控制系统设计，本系统以三星的ARM处理器S3C44B0X为核心，采用超声波传感器、红外传感器、对移动机器人周围

随着机器人在非结构化环境中使用的越来越来频繁,机器人所承担的任务与日俱增。8位的微处理器比如MCS-51已经不能满足任务需要。32位的处理器已经成为机器人首选的控制核心。本文提出了一种用于移动机器人的控制方案。这个方案采用红外线和超声波传感器进行定位和避障,使用直流电机实现机器人移动,使用带有嵌入

环境信息及自身姿态数据进行采集、处理，并控制左右电机转动方向控制机器人。

本文各章的主要内容如下：

第一章 绪论，对国内外移动机器人的发展进行了综述，介绍了移动机器人导航系统及移动机器人导航中常用的传感器，以及对嵌入式系统软硬件方面做了概述，最后提出了本研究工作的主要目的，并阐述了本文的主要内容。

第二章 阐述系统的硬件的总体原理及传感器的选择，各个模块的构建包括超声波测距电路、红外线避障电路，电机驱动原理及具体实现，系统总体的硬件设计。

第三章 介绍了ARM工作环境的搭 …… 此处隐藏：3225字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……