涂 娟
[摘要]多年來嵌入式系統(tǒng)一直被應(yīng)用在各個領(lǐng)域當(dāng)中,它的優(yōu)越性也被越來越多的人認(rèn)識到,從硬件的角度討論嵌入式系統(tǒng)在校園考勤系統(tǒng)中的新應(yīng)用。
[關(guān)鍵詞]考勤機(jī) IC卡 嵌入式Linux操作系統(tǒng)。
中圖分類號:G47文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:1671-7597(2009)0510045-01
一、嵌入式系統(tǒng)簡介
嵌入式系統(tǒng)一般指非PC系統(tǒng),有計算機(jī)功能但又不稱之為計算機(jī)的設(shè)備或器材。它是以應(yīng)用為中心,軟硬件可裁減的,適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗等綜合性嚴(yán)格要求的專用計算機(jī)系統(tǒng)。簡單地說,嵌入式系統(tǒng)集系統(tǒng)的應(yīng)用軟件與硬件于一體,類似于PC中BIOS的工作方式,具有軟件代碼小、高度自動化、響應(yīng)速度快等特點,特別適合于要求實時和多任務(wù)的體系。嵌入式系統(tǒng)主要由嵌入式處理器、相關(guān)支撐硬件、嵌入式操作系統(tǒng)及應(yīng)用軟件系統(tǒng)等組成,它是可獨立工作的“器件”。嵌入式系統(tǒng)的硬件部分,包括處理器/微處理器、存儲器及外設(shè)器件和I/O端口、圖形控制器等。嵌入式系統(tǒng)有別于一般的計算機(jī)處理系統(tǒng),它不具備像硬盤那樣大容量的存儲介質(zhì),而大多使用EPROM、EEPROM或閃存(Flash Memory)作為存儲介質(zhì)。軟件部分包括操作系統(tǒng)軟件(要求實時和多任務(wù)操作) 和應(yīng)用程序編程。應(yīng)用程序控制著系統(tǒng)的運作和行為;而操作系統(tǒng)控制著應(yīng)用程序編程與硬件的交互作用。
二、嵌入式處理器特點
嵌入式系統(tǒng)的核心是嵌入式微處理器。嵌入式微處理器一般具備4個特點:(1)對實時和多任務(wù)有很強的支持能力,能完成多任務(wù)并且有較短的中斷響應(yīng)時間,從而使內(nèi)部的代碼和實時操作系統(tǒng)的執(zhí)行時間減少到最低限度;(2)具有功能很強的存儲區(qū)保護(hù)功能,這是由于嵌入式系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)已模塊化,而為了避免在軟件模塊之間出現(xiàn)錯誤的交叉作用,需要設(shè)計強大的存儲區(qū)保護(hù)功能,同時也有利于軟件診斷;(3)可擴(kuò)展的處理器結(jié)構(gòu),以能迅速地擴(kuò)展出滿足應(yīng)用的高性能的嵌入式微處理器;(4)嵌入式微處理器的功耗必須很低,尤其是用于便攜式的無線及移動的計算和通信設(shè)備中靠電池供電的嵌入式系統(tǒng)更是如此,功耗只能為mW甚至μW級。
三、嵌入式操作系統(tǒng)
嵌入式操作系統(tǒng)是一種支持嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用的操作系統(tǒng)軟件,它是嵌入式系統(tǒng)(包括硬、軟件系統(tǒng))極為重要的組成部分,通常包括與硬件相關(guān)的底層驅(qū)動軟件、系統(tǒng)內(nèi)核、設(shè)備驅(qū)動接口、通信協(xié)議、圖形界面、標(biāo)準(zhǔn)化瀏覽器等Browser。嵌入式操作系統(tǒng)具有通用操作系統(tǒng)的基本特點,如能夠有效管理越來越復(fù)雜的系統(tǒng)資源;能夠把硬件虛擬化,使得開發(fā)人員從繁忙的驅(qū)動程序移植和維護(hù)中解脫出來;能夠提供庫函數(shù)、驅(qū)動程序、工具集以及應(yīng)用程序。與通用操作系統(tǒng)相比較,嵌入式操作系統(tǒng)在系統(tǒng)實時高效性、硬件的相關(guān)依賴性、軟件固態(tài)化以及應(yīng)用的專用性等方面具有較為突出的特點。嵌入式操作系統(tǒng)的種類有實時操作系統(tǒng)和非實時操作系統(tǒng)兩種。
四、嵌入式Internet方法在考勤機(jī)中的運用
考勤機(jī)的硬件設(shè)計組成如圖4.1所示。系統(tǒng)采用ARM控制器LPC2104為核心,LPC2104帶有一個支持實時仿真和跟蹤的ARM7TDMI-S CPU,并嵌入了128KB高速Flash存儲器。與片內(nèi)存儲器控制器接口的ARM7局部總線、與中斷控制器接口的AMBA高性能總線(AHB)和連接片內(nèi)外設(shè)功能功能的VLSI外設(shè)總線(VPB、ARM AMBA總線的兼容超集)。LPC2104將ARM7TDMI-S配置為小端字節(jié)順序。128位寬度的存儲器接口和獨特的加速結(jié)構(gòu)使32位代碼能夠在最大時鐘頻率下運行。由于LPC2104具有非常小的尺寸和極低的功耗,因此非常適合本系統(tǒng)的需要。LPC2104還帶有通用I/O口、LCD控制器、雙UART,其中一個帶有完全的調(diào)制解調(diào)器接口和帶PLL的時鐘發(fā)生器。
為能夠運行嵌入式操作系統(tǒng),使用了4Mb的Flash只讀存儲器,8Mb的DRAM。嵌入式操作系統(tǒng)、應(yīng)用程序的代碼和文件系統(tǒng)存儲在Flash中,采用CS8900A以太網(wǎng)控制器為嵌入式控制器擴(kuò)展了一個10Mbase的以太網(wǎng)端口將系統(tǒng)接入Internet。由于在系統(tǒng)運行時需要存儲一些可配置信息,如本地IP地址、服務(wù)器IP地址、運行方式等,使用了串行EEPROM存儲各種配置信息。為了具有良好的人機(jī)界面,設(shè)計了鍵盤和LCD顯示。
IC卡讀寫器由滑動式卡座與I/O接口連接以及程序組成。IC卡座的連接電原理圖如圖4.2所示。系統(tǒng)上電即處于復(fù)位狀態(tài),P0.24通過T1控制IC卡的工作電源,P0.21由IC卡的SDA將數(shù)據(jù)串行輸入,P0.22將時鐘送SCL,P0.23為啟動信號。
參考文獻(xiàn):
[1]李善平等,Linux與嵌入式系統(tǒng),清華大學(xué)出版社,2002.
[2]彭宣戈等,圖書借閱管理系統(tǒng)中IC卡讀寫器的軟硬件設(shè)計,浙江大學(xué)學(xué)報,1998.12.