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第11讲 嵌入式系统设计实例 第一章 嵌入式控制系统设计工作 2002年开始从事嵌入式系统的设计与研究工作 项目支持： 嵌入式移动数据库的应用研究，2003，广东省教育厅，5万元 嵌入式智能水文信息采集网络控制器的研究，20004，广东省水利厅，10万元 基于移动数据库的网络通用控制器的研究，2003，广东省科技计划项目，20万元 基于嵌入式移动数据库的水利信息化智能测控器的研究，2004，东莞市科技计划项目 ，15万元 基于嵌入式移动数据库的工业现场网络智能控制器的研究，2004，广州市科技计划项目，50万元 基于工业现场控制网络的嵌入式RFID控制器的研究，2005，广东省科技计划项目，55万元 项目参加研究生：3届 基于嵌入式uClinux的测控系统网络平台的研究，2004，仲兆峰 基于ARM与uC/OS-II嵌入式系统的研究与应用，2005，唐其伟 基于QTE的嵌入式工业网络控制器的系统开发与研究，2005，许星 嵌入式水文信息采集智能终端的研究与设计，2006，刘 泽 建 基于嵌入式网络控制器的工业监控系统的研究与实现,2006，周珊珊 CPU Motorola公司生产的32位RISC结构的MCF5272微处理器 ARM9核的主频最高达到203MHZ的S3C2410微处理器 操作系统 uClinux uC/OS-II Embedded Linux 项目完成情况 项目领域 1。工业现场环境网络控制器 2。水文信息采集系统 3。RFID网络控制器 4。嵌入式移动数据库  2.1　系统需求及硬件总体方案设计 2.1.1　系统需求一般水文信息采集系统包括多个水文数据采集站，它承担的主要任务是实时采集、存储、传输各采集站的水位、流量、日降水量、水库水位、入库流量、蓄水量等信息，实现水文信息采集和长期存储的数字化处理，并将实时采集的数据通过嵌入式控制器经GPRS空中接口接入无线网络，并由移动服务商转接到Internet，最终通过各种网关和路由到达统一的数据处理中心工作站，其功能框图如图2-1所示。  要研究和设计的嵌入式控制器需满足以下几个方面的技术要求：1．控制器应具有数字量、模拟量I/O读写功能，能很好地读取底端的水文信息采集传感器(如流量计、水位计等)的数据并能控制各执行器动作；2．控制器应具有现场水文信息实时显示、数据查询的功能；3．控制器应具有良好的有线和无线通信的功能，能将现场采集到的数据发送到服务器；4．控制器应具有很好的实时处理能力，将得到的水文数据进行分析后分组打包，按照设定的协议将数据传送到数据中心。 2.1.2　系统硬件平台总体设计方案 通常的嵌入式设备的硬件架构是以嵌入式微处理器为核心，通过CPU扩展接口以及平台硬件的支持，把众多的外设单元集到整个系统中，并通过CPLD等逻辑转换器件和其它硬件电路完成对外设模块进行读写和控制操作。本智能终端采用了S3C2410X处理器，利用S3C2410X出色的内核性能和丰富的外部接口构造一个嵌入式系统平台，其硬件框图如图2-2所示。  各部份基本功能如下：1．处理器采用S3C2410X，该芯片基于ARM920T 内核，采用五级流水线和哈佛结构，提供1.1M IPS/MHz 的性能，是高性能和低功耗的硬宏单元。2．电源电路为5V到3.3V、3.3V到1.8V的DC-DC转换器，给S3C2410X及其他需要3.3V电源的外围电路供电。3．采用12MHz晶振为S3C2410X芯片提供系统时钟，通过S3C2410X芯片内部集成的时钟控制逻辑可以产生系统所需的不同频率的时钟信号。4．NAND FLASH存储器存放Bootloader、嵌入式操作系统、应用程序和其它在系统掉电后需要保存的用户数据等。5．SDRAM存储器作为系统运行时的主要区域，系统及用户数据、堆栈均位于SDRAM存储器中。6．1OM/1OOM以太网接口为系统提供以太网接入的物理通道，通过该接口,系统可以10M或1OOMbps的速率接入以太网。7．JTAG接口可对芯片内部的所有部件进行访问，通过该接口可对系统进行调试、编程等。8．系统通过一个RS232串口接一GPRS模块，实现无线数据传输功能。9．系统通过SPI接口扩展IO模块，负责数字量和模拟量的输入输出。 2.2　系统硬件电路详细设计 基于GPRS的嵌入式水文信息采集智能终端主要分为两部分来设计，一部份为核心板，另一部分为扩展板，这样做的优点是两块板可分别调试，高频和低频分离，核心板做成6层板而扩展板可做成2层板，这样可大大节省成本,其原理框图如图2-3所示。 图 2-3 嵌入式水文信息采集智能终端核心板原理图 2.2.1　核心板硬件设计 　CPU S3C2410X功能概述S3C2