劉丹

摘 要：21世紀(jì)現(xiàn)代計(jì)算機(jī)科技的兩大重要分支就是嵌入式系統(tǒng)與PC系統(tǒng)，隨著計(jì)算機(jī)通信技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)也取得了一定的進(jìn)步，成為IT行業(yè)的重要發(fā)展內(nèi)容。如今嵌入式系統(tǒng)在社會(huì)生活的各個(gè)領(lǐng)域都有應(yīng)用，并且也獲得了一定的成就，嵌入式系統(tǒng)能夠改變?nèi)藗兊纳?、工作，若能夠?qū)⑶度胧较到y(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相結(jié)合，將實(shí)現(xiàn)更好地發(fā)展。本文就ARM嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及其應(yīng)用進(jìn)行探討和分析。

關(guān)鍵詞：ARM嵌入式系統(tǒng)；設(shè)計(jì)；應(yīng)用

嵌入式系統(tǒng)的基礎(chǔ)就是計(jì)算機(jī)技術(shù)，應(yīng)用是核心部分，嵌入式系統(tǒng)中的硬件、軟件都能夠進(jìn)行裁剪，使得計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的功能需要、成本等得以滿足。嵌入式系統(tǒng)能夠結(jié)合用戶的實(shí)際需要，裁剪系統(tǒng)的硬件以及軟件，使其集成性得到提升，并減少體積以及功耗，有助于實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化、智能化的系統(tǒng)建設(shè)。ARM處理器擁有良好的性能，體積不大，功耗也比較高，最為主要的就是成本不高，將其與嵌入式系統(tǒng)相結(jié)合，能夠獲得更好地價(jià)值。

一、ARM與嵌入式系統(tǒng)概述

1、ARM

ARM架構(gòu)，是一個(gè)32位元精簡(jiǎn)指令集中央處理器的架構(gòu)，以ARM架構(gòu)為基礎(chǔ)生產(chǎn)出的產(chǎn)品功耗比較低，質(zhì)量水平比較高，成本比較少，因此在嵌入式控制、多媒體、移動(dòng)式應(yīng)用以及DSP中有很好的應(yīng)用。ARM32的體系結(jié)構(gòu)是32位嵌入式RISC的微處理器結(jié)構(gòu)[1]，在這個(gè)行業(yè)中處于先進(jìn)水平，能夠被ARM處理器共享。這種結(jié)構(gòu)有很好的節(jié)能性，適合在移動(dòng)通信領(lǐng)域中應(yīng)用，滿足該領(lǐng)域設(shè)計(jì)中的節(jié)能減耗需要。

2、嵌入式系統(tǒng)

嵌入式系統(tǒng)涉及以下部分，分別是處理器、儲(chǔ)存器、輸入輸出以及相關(guān)軟件等。系統(tǒng)中最為關(guān)鍵的部分就是嵌入式的處理器，嵌入式處理器目前有幾千種，但是每一種嵌入式處理器都有自身的優(yōu)勢(shì)與特點(diǎn)，性能高，功耗以及成本比較少。儲(chǔ)存器也是嵌入式系統(tǒng)中重要內(nèi)容之一，需要與處理器相配套，要對(duì)儲(chǔ)存器的容量以及穩(wěn)定性給予關(guān)注。對(duì)于系統(tǒng)外圍設(shè)備，需要依據(jù)實(shí)際需要以及處理器的情況進(jìn)行全面的分析研究。

二、基于ARM嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)用

1、硬件設(shè)計(jì)

ARM嵌入式系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)過(guò)程中需要將用戶的實(shí)際需要作為基本，對(duì)成本進(jìn)行科學(xué)的控制，減少開(kāi)發(fā)的難度；本次研究使用32位嵌入式處理器LPC2104芯片，體積不大，有很強(qiáng)的性能，并且功耗也比較低。

實(shí)際應(yīng)用中，非插入式的JTAG調(diào)試是比較常見(jiàn)的方法，通過(guò)JTAG邊界掃描，能夠與ARM CPU進(jìn)行通信。調(diào)試主機(jī)能夠?qū)RM程序進(jìn)行編譯，通過(guò)調(diào)試程序開(kāi)展調(diào)試工作。蜂鳴器的作用是能夠報(bào)警，或者將指紋識(shí)別系統(tǒng)的工作情況反饋出來(lái)。LPC2104芯片有兩組電源，電壓為3.3V的I/O口供電電源以及1.5V的內(nèi)核供電電源，通常選擇電壓為5V的電源芯片作為輸入電源。使用I2C總線[2]，保證實(shí)現(xiàn)看門(mén)狗時(shí)鐘電路與處理器之間的通訊，該系統(tǒng)使用X1228芯片，若電壓明顯大于或小于正常值，就需要馬上復(fù)位，保存比較重要的數(shù)據(jù)信息。

利用鍵盤(pán)上的6個(gè)功能性按鍵，實(shí)現(xiàn)上、下、左、右、進(jìn)入、退出的功能。

本系統(tǒng)使用SMG12864B點(diǎn)陣型LED的液晶，必須要先初始化，然后正常使用，能夠顯示出姓名、ID號(hào)、時(shí)間等相關(guān)信息，控制系統(tǒng)中包含一個(gè)數(shù)據(jù)地址頁(yè)指針，一個(gè)數(shù)據(jù)地址列指針，為用戶訪問(wèn)系統(tǒng)內(nèi)部的RAM提供便利。

Flash存儲(chǔ)器操作起來(lái)比較簡(jiǎn)單，成本不高，并且讀寫(xiě)起來(lái)比較可靠，還能夠擦寫(xiě)，因?yàn)檫@種優(yōu)勢(shì)在嵌入系統(tǒng)中應(yīng)用比較多。該系統(tǒng)中使用的芯片是K9F6408u0b芯片，這是由三星公司研發(fā)的，能夠很好的保存用戶信息、指紋庫(kù)中的數(shù)據(jù)以及出入情況等。

通訊模塊是該系統(tǒng)中的重要內(nèi)容，LPC2104芯片中有兩個(gè)UART，其寄存器基本上是一樣的，兩個(gè)UART主要是與上位機(jī)的PC以及指紋識(shí)別模塊進(jìn)行通信。使用RS232協(xié)議和電平電路。

LPC2104的數(shù)據(jù)處理只針對(duì)寄存器中的內(nèi)容，并不是儲(chǔ)存器，能夠減少操作的難度，將相關(guān)數(shù)據(jù)信息寫(xiě)入到發(fā)送緩沖區(qū)中，就能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的發(fā)送。利用FIQ中斷接受數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)進(jìn)入到接收緩沖區(qū)中，就會(huì)中斷，然后就會(huì)開(kāi)始執(zhí)行中斷程序。

本次研究中使用的設(shè)計(jì)系統(tǒng)主要是RS232電平轉(zhuǎn)換芯片MAX3232，其具有兩組RS232電平轉(zhuǎn)換，能夠使兩口有效串聯(lián)，并保證通信的正常推進(jìn)。將MAX3232芯片的TTL/CMOS輸入及輸出信號(hào)與LPC2104的UART 的輸入及輸出相結(jié)合[3]，并將MAX3232的輸入輸出口與9針連接器的串口相連接。如果需要UART0，需要設(shè)置TXD0和RXD0管腳，然后再設(shè)置串口波特率和相應(yīng)的工作模式，這些設(shè)置都結(jié)束后，才能夠正常的開(kāi)始發(fā)送、接收。

2、指紋識(shí)別模塊與軟件設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)嵌入式系統(tǒng)的硬件之后，通過(guò)UART0串口嵌入指紋識(shí)別模塊能夠使通信正常進(jìn)行。本次設(shè)計(jì)中，一般使用SM-60指紋識(shí)別模塊，功耗比較低。SM-60指紋識(shí)別模塊中包含光學(xué)指紋傳感器，并且設(shè)計(jì)DSP處理器和Flash等[4]，能夠?qū)χ讣y圖像進(jìn)行處理，將模板進(jìn)行提取、配置和保存、搜索等，需要整合相關(guān)指令，保證其功能順利實(shí)現(xiàn)。

本文研究的系統(tǒng)程序主要涉及管理和通訊兩個(gè)方面的內(nèi)容，將指紋識(shí)別模塊協(xié)議作為主要的參考對(duì)系統(tǒng)的程序進(jìn)行編寫(xiě)。發(fā)送指令幀，接受檢驗(yàn)相關(guān)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，同時(shí)將用戶信息加入到數(shù)據(jù)庫(kù)中，比如用戶的ID號(hào)、姓名、門(mén)禁開(kāi)關(guān)時(shí)間等。通過(guò)液晶屏菜單選擇，增加、刪減指紋庫(kù)，修改個(gè)人信息等。利用LPC2104單片機(jī)，還能夠?qū)χ讣y進(jìn)行錄入，對(duì)圖像進(jìn)行處理，獲取相關(guān)的特征，并生成模板，同時(shí)對(duì)其保存，搜索、對(duì)比指紋等。這些程序操作只需要按鍵就能夠進(jìn)行。

結(jié)束語(yǔ)：

總而言之，基于ARM嵌入式系統(tǒng)的指紋識(shí)別系統(tǒng)能夠使得用戶的基本需要得以滿足，指紋識(shí)別系統(tǒng)將朝著嵌入式的方向發(fā)展，將指紋識(shí)別技術(shù)與嵌入式系統(tǒng)相結(jié)合，能夠有效的控制系統(tǒng)成本，能夠有效的識(shí)別出不同領(lǐng)域的身份特點(diǎn)，有很大的發(fā)展前景。

參考文獻(xiàn)

[1]程小艷，胡毅. 基于ARM Cortex-M3內(nèi)核的嵌入式多機(jī)通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J]. 儀表技術(shù)，2012，04：31-33+36.

[2]劉芳宇. 基于ARM嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及其應(yīng)用[J]. 計(jì)算機(jī)光盤(pán)軟件與應(yīng)用，2012，09：173-174.

[3]楊澤林，何莉，陳亮文. ARM嵌入式系統(tǒng)課程教學(xué)輔助系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J]. 計(jì)算機(jī)時(shí)代，2017，03：40-43.

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