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(jì)算機(jī)功能但又不稱之為計(jì)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(jì)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(diǎn)，特別適合于要求實(shí)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(dú)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(jì)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(shí)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(yùn)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(diǎn)

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(diǎn)：（1）對實(shí)時和多任務(wù)有很強(qiáng)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(shí)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(qiáng)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(jì)強(qiáng)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?cái)U(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(jì)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(diǎn)，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(shí)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(diǎn)。嵌入式操作系統(tǒng)的種類有實(shí)時操作系統(tǒng)和非實(shí)時操作系統(tǒng)兩種。

四、嵌入式Internet方法在考勤機(jī)中的運(yùn)用

考勤機(jī)的硬件設(shè)計(jì)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(shí)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(dú)特的加速結(jié)構(gòu)使32位代碼能夠在最大時鐘頻率下運(yùn)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(yùn)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(yùn)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(yùn)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(jì)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(jì)，浙江大學(xué)學(xué)報(bào)，1998.12.