嵌入式的LED点阵显示屏的研究与实现 第3页
下面是点阵显示板软/硬件的设计概要，和开发工具。
2.2.1系统的硬件总体设计
系统硬件以嵌入式芯片S3C451OB为核心，拥有串口模块、网络模块、LED
驱动模块、时钟模块等部分。如图2一3所示，是点阵显示系统控制板的主体硬
件设计概要:
网网络接口模块块块FlashhhhhSDRAMMM
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图2一3点阵显示控制板硬件总体设计
2.2.2系统的软件总体构架
系统软件编程是在硬件的基础上实现系统的功能。在嵌入式开发中，软件
编程使用了实时操作系统，这样使得软件层次清晰、文护性强、模块标准化。
11110管理，，，抠抠
文文件系统，驱动程序序序劝劝
程程程程程
予予予予予
编编编编编
程程程程程
接接接接接
口口口口口
内存管理!系统API网络模
块
图形驱
动
RTOS核心
硬件抽象层(HardwareAbstractionLayer)
}硬件(hadrwa『e)}
图2一4实时操作系统的分层模型
基于实时操作系统的分层模型(图2一4)，点阵显示系统要实现软件针对硬
件的移植，驱动程序编程(包括RSR一23，LED驱动，时钟芯片等)，网络模块
编程。
武汉理工大学硕士学位论文
基于Rl…05编程的和传统编程不一样(如图2一5)。在实时操作系统下
程人员在RTOS基础上开发各个应用模块。传统编程采用单循环主程序
主程序启动完成初始化后进入主循环，不断处理键盘、显示子程序，以及
集的数据进行处理，其它应用程序以中断的方式进行。而1毛I…05将以任务
式并行处理各个应用程序。
图2一5传统编程与基于TROS
基一于RTOS编程
编程的区别
2.3点阵显示系统的开发工具
点阵显示系统开发分为硬件和软件两部分。硬件部分的开发工具为设
路原理图和电路PCB板图用的Protel以及开发CPLD用的MAXPLUSn
件开发工具有ADS开发环境、Linux开发工具GNU、在Windows平台上
的unix模拟环境的Cygwin。
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第3章嵌入式CUP在项目中的应用
在点阵显示项目中，使用的嵌入式芯片是smasung公司的3sC4510B。该
芯片是基于以太网应用系统的高性价比16/犯位RSIC微控制器，内含一个由
ARM公司设计的AR入17TDMIRISC处理器核，ARM7TDMI为低功耗、高性
能的16/32核，与适合对价格及功耗敏感的点阵显示项目。
本章会在下面介绍ARM嵌入式芯片系列的特点以及53c451oB具体的体
系结构。
3.1嵌入式CUP的发展趋势及性能指标〔6]〔，0]
将计算机在一个芯片上实现，从而开创了嵌入式系统独立发展的单片机时
代。在单片机的发展道路上，有过两种模式，即“艺模式”与“创新模式”。
“艺模式”本质上是通用计算机直接芯片化的模式，它将通用计算机系统中
的基本单元进行裁剪后，集成在一个芯片上，构成单片微型计算机;“创新模
式”则完全按嵌入式应用要求设计全新的，满足嵌入式应用要求的体系结构、
微处理器、指令系统、总线方式、管理模式等。Intel公司的MCS一48、MCS一51
就是按照创新模式发展起来的单片形态的嵌入式系统(单片微型计算机)。
McS一51是在MCS一48探索基础上，进行全面完善的嵌入式系统。
单片机诞生于20世纪70年代末，经历了SCM、MCU、DSP、SOC四大
阶段:
1.SCM
SCM单片机又称嵌入式微控制器，它将整个计算机系统集成到一块芯片
中。嵌入式微控制器一般以某一种微处理器内核为核心，芯片内部集成
RoM甩PRoM、RAM、总线、总线逻辑、定时/计数器、叭厄tchnog、I/O、串
行口、脉宽调制输出PWM、户JD、D/A、FlashRAM、EEPROM等各种必要
功能和外设。微控制器是目前嵌入式系统工业的主流。微控制器的片上外设资
源一般比较丰富，适合于控制，因此成微控制器。和嵌入式微处理器相比，嵌
入式微控制器的最大特点是单片化，体积大大减小。
2。MCU
嵌入式处理器的基础是通用计算机中的CPU。在应用中，将微处理器装配
武汉理工大学硕士学位论文
在专门设计的电路板上，只保留和嵌入式应用有关的功能，这样可以大幅
小系统体积和功耗。为了满足嵌入式应用的特殊要求，嵌入式微处理器虽
功能上和标准微处理器基本是一样的，和工业控制计算机相比，嵌入式微
器具有体积小、重量轻、成本低、可靠性高的优点，但是在电路板上必须
ROM、RAM、总线接口、各种外设等器件。嵌入式微处理器及其存贮器
线、外设等安装在一块电路板上，称为单板计算机。如STDBUS、PC1
3.DSP处理器
DSP处理器对系统结构和指令进行了特殊设计，使其适合于执行D
法，编译效率较高，指令执行速度也较快。在数字滤波、FFT、频谱分析
面正在大量进入嵌入式领域，DSP应用正从在通用单片机中以普通指令
DSP功能，过渡到采用嵌入式DSP处理器。嵌入式DSP处理器有两个
来源，一个是DSP处理器经过单片化、EMC改造、增加片上外设成为
式DSP处理器，Tl的TM5320C2000/C5000等属于此范畴;二是在通
片机或SOC中增加DSP协处理器，例如Intel的MCS2296和Siemens的Tr
4。SOC
随着EDI的推广和VLSI设计的普及化，及半导体工艺的迅速发展，
能在一个硅片上实现一个更为复杂的系统，这就是SysetmonChipS(OC
种通用处理器内核将作为SOC公司的标准库，和许多其它嵌入式系统外
样，成为VLSI设计中一种标准的器件，用标准的VHDL等语言描述，存
器件库中。用户只需定义出其整个应用系统，仿真后就可以将设计图交给
体工厂制作样品。这样除个别无法集成的器件外，整个嵌入式系统大部分
集成到一块或几块芯片中去，应用系统电路板将变得很简洁，对于减小体
功耗、提高可靠性都非常有利。SOC可分为通用和专用两类。
对嵌入式系统来说，CPU指令的执行速度是一个关键要素，在本质上
CPU指令的执行速度的三个因素分别是流水线技术、超标量执行和高速
1.流水线技术
现代CPU大多设计成流水线型的机器，在这种类型机器中几个指令
并行执行。流水线技术大大提高了CPU的运行效率。但是，只有当其中
的信息通畅流动时，CPU流水线才能工作得最好。有一些指令序列可能会
流水线内部的信息流，或者至少暂时降低CPU的执行速度。
ARM7都有一个三段的流水线:
1)取指:将指令从内存中取出来。
2)译码:操作码和操作数被译码以决定执行什么功能。
3)执行:执行已译码的指令。
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