浅谈基于ARM的嵌入式系统设计

许斌

摘 要：ARM是对微处理器的通称，ARM处理器是一种32位嵌入式的RISC处理器，由于其独特的优点，被广泛应用于嵌入式系统的设计中。本文就对基于ARM的嵌入式系统设计的相关内容进行分析，主要介绍了嵌入式系统的结构、技术特点以及ARM选型、嵌入式系统的具体设计过程等，为嵌入式系统的开发设计提供基础理论参考。

关键词：ARM 嵌入式系统 开发设计

中图分类号：TP368.1 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2017）10（a）-0065-02

从单片机的出现到现在各式各样的嵌入式微处理器的大量应用，嵌入式系统已经经过四十多年的发展，而随着近些年科学技术的不断发展，各种新型技术设备的不断出现，嵌入式系统自身也不断的优化，人们对于嵌入式系统的优越性越来越认可，嵌入式系统也被广泛应用于各种高精设备。ARM的处理器是目前业界公认的领先的32位的嵌入式的RISC处理器，所以成为了这种嵌入式系统设计的首选。

1 嵌入式系统的体系结构

嵌入式系统最主要的就是嵌入，这里的嵌入是嵌入于受控器内部，所以嵌入式系统是一种完全嵌入受控器内部，为特定应用而设计的专用计算机系统。嵌入式系统一般包括3个部分：硬件设备、嵌入式的操作系统以及特定的应用软件，嵌入式的系统内包括了嵌入式的硬件和相应的应用软件，具备了硬件和软件，嵌入式系统就成为了可独立工作的一个系统，最终体现在一个微处理器上，微处理器的核心构件是一个微控制器，组成微处理器的硬件包括显卡、存储介质等，而ARM正是储存器的一个部分，嵌入式系统与其他系统的最大不同就在于存储介质，嵌入式系统的存储介质多是使用闪存。嵌入式系统中的应用软件与硬件相互配合，构成完整的体系。

2 嵌入式系统的技术特点

（1）专用性强：嵌入式系统的专用性强，这也就导致了嵌入式系统目前只占计算机系统的一小部分，家用的计算机不会安装嵌入式的系統，因为嵌入式的系统通常是面向特定应用的，嵌入式系统的CPU与通用型系统CPU最大的不同之处就在于，嵌入式系统的是为特定的用户群体设计的，嵌入式系统体积相比较小，所以集成度较高，在这点上与通用型系统相比具有一定的优越性，因为嵌入式系统中，所有的任务都集成在芯片内部，减少了卡板的应用，因此减小了体积。因为嵌入式系统的设计是针对特定客户的，所以在系统设计时会根据用户需求，不断地提高系统工作的效率、不断地优化发展。（2）高实时性：嵌入式系统的另一个技术特点就是高实时性，这种高实时性的技术优点主要依赖于存储设备。在嵌入式系统的设计中，为了提高系统的工作效率和可靠性，往往都省去了存储磁盘，而将软件直接固化在芯片中，这也是减小体积的一个措施。（3）标准性：相比于通用型系统，嵌入式系统的开发是由计算机相关研究领域的专家进行开发设计，而非行业的从业人员，所以嵌入式系统开发的工具更加的高效可靠，而且设计开发的嵌入式系统也具有更高的标准。（4）使用周期长：在嵌入式系统中，计算机所有的应用都嵌入控制器内部，与系统有机地结合在一起，因此软件的升级和系统的更新、升级是同步进行的，所以不会出现硬件相对于软件的过时，使用周期长。

3 ARM选型

ARM处理器包括ARM9、ARM9E、ARM10、Intel的StrongARM等几个系列，每一个系列都有其自身的特点，所以在系统开发时首先就要根据系统的需求和用户的需要进行ARM的选型。ARM处理器包含一系列的内核结构，以适应不同用户的需要，例如，用户需要使用WinCE或标准Linux等操作系统，我们在系统设计时就要考虑选择存储容量在20T以上的带有MMU功能的ARM芯片，事实上有很多种AARM芯片都带有MMU功能，而且目前类似于uCLinux的软件，不需要MMU功能的支持就可以完成预期的运行操作[1]。

4 Bootloader开发

Bootloader是由汇编语言编写的芯片引导程序。这一程序固定化存储设备中，主要功能就是启动存储介质中的嵌入式的软件。Bootloader与ARM芯片的关系就是，Bootloader可以设计在RAM中运行，也可以独立于ARM之外运行，当前，在ARM中运行需要以CPU支持为前提。Bootloader开发首先需要初始化处理器，也就是使用Bootloader初始化处理器中的一些配置寄存器。接下来就是准备初始化一些必备的硬件，包括FlashROM和中断控制器，而且有些从主机下载系统映像到硬件板上的接口设备也是由其完成初始化的，整个初始化及下载的过程较为复杂，在以以太网为传输中介的映像下载工作中，Bootloader会负责初始化相关硬件。

5 嵌入式系统的开发设计

（1）系统需求分析：嵌入式系统最主要的特点就是面向特定的用户，所以用户的系统需求是嵌入式系统开发设计时最先要考虑的问题。所以在具体的设计工作中应该结合用户的项目需要，来确定设计的目标，根据这一目标进一步确定系统的每一部分功能、性能、生产成本和一些具体的参数，并对这些数据进行可行性分析，为具体的开发工作提供参考。（2）体系结构设计：体系的结构设计就是对嵌入式系统进行框架的设计，是整个系统设计的基础。其主要内容就是根据系统的功能需求对系统进行整体的规划，包括对系统硬件、软件以及具体应用软件的划分，硬件及软件系统的具体组成以及具体设备的选型，另外，由于嵌入式系统的整体性特点，硬件和软件很难完全区分开，所以在进行设计时可以分别设计，融合后再进行优化。（3）硬件-软件的协同设计：如果说体系结构的设计是整体的、粗线条的设计，那么硬件-软件的协同设计就是对硬件和软件的详细设计、具体的设计，这里的设计具体到每一个构件的具体结构和规格，主要包括的就是外围的大型设备、电路板等硬件设施以及系统的各部分软件。当然，在具体构件的设计时除了要考虑每一个单独的构件，还要、考虑硬件-软件的协同性设计，以保证整个系统的协调性。（4）系统集成：具体的硬件和软件都设计完成后，就需要进行系统的集成，将系统的硬件、软件和执行装置集成在一起，就得到了一个系统的雏形，这个组装后的系统可能与我们预期的目标系统在功能和组成上有一定的出入，所以在系统集成后要进行调试，通过调试我们可以发现系统的不足，进行优化和调整，最终形成预期功能的系统。（5）完成测试并形成产品：系统测试是系统设计的最后一个环节，具体就是要将设计并调试好的系统放到实际运行环境中进行测试，系统测试的过程较为复杂，经过一系列的测试过程，保证系统可以满足实际应用的需要，就可以形成系统性的产品，经过以上程序化的开发流程，可以基本保证嵌入式系统的运行效果，如果在以后的使用过程中出现问题应该找专业的人员进行维护。

6 结语

嵌入式系统的专业性较强、安全性较高，基于ARM的嵌入式系统是目前公认的高端的计算机系统，而近些年随着互联网和计算机技术的发展，嵌入式系统的相关技术发展较为迅速，目前嵌入式系统已经广泛应用于电子产品生产的领域，基于ARM的嵌入式系统的设计也成了现代化电子产品设计中的关键问题。为了保证系统设计的规范性，优化系统功能，在设计开发时我们必须要按设计的程序，严格遵守每一项设计工作，保证嵌入式系统独特的优越性。

参考文献

[1] 王维新.基于ARM的嵌入式系统的应用技术[J].西安文理学院学报：自然科学版，2012，12（3）：122-124.

[2] 邵常勇，陈涤，董国锋.基于ARM的嵌入式系统设计方法研究[J].信息技术与信息化，2015，23（6）：78-79.endprint