1嵌入式系統(tǒng)技術及應用實驗設計與報告基于 DSP 的四則運算與相應 LED 燈狀態(tài)的控制2基于 DSP 的四則運算與相應 LED 燈狀態(tài)的控制1. 課程設計目的DSP 芯片，也稱數(shù)字信號處理器，是一種特別適合于進行數(shù)字信號處理運算的微處理器，其主要應用于實時快速地實現(xiàn)各種數(shù)字信號處理算法。數(shù)字信號具有以下優(yōu)點：接口方便、編程方便、穩(wěn)定性好、可重復性好、集成方便和精度高等。DSP 應用的快速發(fā)展為數(shù)字信息產(chǎn)品帶來廣闊的發(fā)展空間。面向群體應用，DSP 在媒體網(wǎng)關、視頻監(jiān)控、專業(yè)音響、數(shù)字廣播、激光打印等應用中表現(xiàn)出色；面向個人應用，DSP 在便攜式數(shù)字音頻和影像播放器、指紋識別和語音識別等應用中表現(xiàn)不俗；針對嵌入式數(shù)字控制應用，DSP 極大地滿足了工業(yè)界的需求，如數(shù)字變頻電力電源設備、工業(yè)縫紉機等；DSP 也極大地滿足了消費電子的需求，如空調(diào)、冰箱、洗衣機等。隨著 DSP 生產(chǎn)技術和工藝的進步，新型的 DSP 產(chǎn)品將會不斷涌現(xiàn)，并得到廣泛應用。通過此次課程設計，需要達到以下目的：1) 了解 DSP 的特點；2) 研究掌握嵌入式系統(tǒng)的特點與應用；3) 熟悉 CCS 集成開發(fā)環(huán)境，掌握工程的生成方法，熟悉 SEED-DEC6437實驗環(huán)境，掌握 CCS 集成開發(fā)環(huán)境的調(diào)試方法；4) 熟悉 C 語言對外設（DSP 板）的訪問（軟件編程、硬件連接） ，了解TICCS 開發(fā)平臺下的 C 語言設計方法和步驟，熟悉使用軟件仿真方式調(diào)試程序；5) 學習在 CCS 環(huán)境中調(diào)試匯編代碼。2. 嵌入式系統(tǒng)簡介進入 21 世紀以來，一個全方位的嵌入式系統(tǒng)應用即將來臨，隨著嵌入式系統(tǒng)的研究和應用的進一步深入，嵌入式系統(tǒng)將向網(wǎng)絡化、智能化、規(guī)范化、集成化方向發(fā)展。在與各個行業(yè)的具體應用相結合的過程中，嵌入式系統(tǒng)將對國民經(jīng)濟進行全方位的滲透，在我國國家現(xiàn)代化進程中發(fā)揮巨大推進作用。PC 機主要應用在辦公室自動化領域，而嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)廣泛滲透到人們的工作、生活中。據(jù)統(tǒng)計，嵌入式處理器的數(shù)量占分散處理器的 94%，而 PC 機用的處理器只占 6%1。根據(jù)美國嵌入式系統(tǒng)專業(yè)雜志 RTC 報道，21 世紀初的十年中，全球嵌入式系統(tǒng)市場需求量具有比 PC 市場大 10 至 100 倍的商機。1998 年在芝加哥舉辦的嵌入式系統(tǒng)會議上，與會專家一致認為，21 世紀嵌入式3系統(tǒng)將無所不在，它將為人類生產(chǎn)帶來革命性的發(fā)展，實現(xiàn)“PCs Everywhere”的生活夢想。2.1 嵌入式系統(tǒng)的概念嵌入式系統(tǒng)是指以應用為中心，以計算機技術為基礎，軟件硬件可剪裁，適應應用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴格要求的專用計算機系統(tǒng)。它主要由嵌入式微處理器、外圍硬件設備、嵌入式操作系統(tǒng)以及用戶應用軟件等部分組成。用于實現(xiàn)對其它設備的控制、監(jiān)視和管理等功能，它通常嵌入在主要設備中運行2。2.2 嵌入式系統(tǒng)的幾個發(fā)展階段嵌入式系統(tǒng)的出現(xiàn)至今已經(jīng)有 30 多年的歷史，縱觀嵌入式技術的發(fā)展過程，大致經(jīng)歷四個階段。第一階段是以單芯片為核心的可編程控制器形式的系統(tǒng)，具有與監(jiān)測、伺服、指示設備相配合的功能。第二階段是以嵌入式 CPU 為基礎、以簡單操作系統(tǒng)為核心的嵌入式系統(tǒng)。第三階段是以嵌入式操作系統(tǒng)為標志的嵌入式系統(tǒng)。第四階段是以 Internet 為標志的嵌入式系統(tǒng)3。綜上所述，嵌入式系統(tǒng)技術日益完善，32 位微處理器在該系統(tǒng)中占主導地位，嵌入式操作系統(tǒng)已經(jīng)從簡單走向成熟，它與網(wǎng)絡、Internet 結合日益密切，因而，嵌入式系統(tǒng)應用將日益廣泛。2.3 嵌入式處理器嵌入式系統(tǒng)的核心部件是各種類型的嵌入式處理器，據(jù)不完全統(tǒng)計，全世界嵌入式處理器的品種已有上千種之多。其中，我們最為熟悉的是 8051 和 68H結構的產(chǎn)品。實際上，幾十年來，各種 4、8、16 和 32 位的處理器在嵌入式系統(tǒng)中都有廣泛應用。嵌入式系統(tǒng)的處理器可以分為兩大類：一類是采用通用計算機的 CPU 為處理器，如 X86 系列；另一類為微控制器和 DSP，微控制器具有單片化、體積小、功耗低、可靠性高、芯片上的外沒資源豐富等特點，成為嵌入式系統(tǒng)的主流器件。當前，嵌入式系統(tǒng)處理器的發(fā)展趨勢主要采用 32 位嵌入式 CPU，其主流系列有 ARM(包括 Intel 公司的 strong ARM 和 XScale)、MIPS 和 SH 三大系列。嵌入式系統(tǒng) CPU 的另一類型為 DSP。當前，DSP 處理器的典型結構是單片化嵌入式 DSP，如 TI 公司的 TMS320 系列；另一類是在通用 CPU 或單片系統(tǒng)中增加 DSP 協(xié)處理器，如 In-tel 公司的 MCS-296 等。還有一種類型是選用嵌入式單片系統(tǒng) SOC(System On a Chip)。國際上有一種新的趨4向，即可以購買 IP 知識產(chǎn)權核模塊，即現(xiàn)有的 IC 電路模塊的設計，在其基礎上，可根據(jù)需求將多個 IP 模塊組合起來或經(jīng)修改，形成自己的新的設計。由此可見，半導體芯片的設計現(xiàn)已不難了。其中，尤以 ARM 的應用最為典型，各半導體廠商人多可生產(chǎn) ARM 的衍生產(chǎn)品4。2.4 嵌入式實時操作系統(tǒng)目前嵌入式實時操作系統(tǒng)典型產(chǎn)品如下：VxWorks WindRiver 公司的高性能可擴展的實時操作系統(tǒng)，具有嵌入實時應用中最新一代的開發(fā)和執(zhí)行環(huán)境，支持多種處理器和開發(fā)平臺，并有多種開發(fā)工具，是目前世界上應用最廣泛的產(chǎn)品。PSOS ISI 公司研發(fā)的產(chǎn)品，該產(chǎn)品推出時間較早，因此比較成熟，可以支持多種處理器，曾是國際上應用最廣泛的產(chǎn)品，主要應用領域是遠程通信、航天、信息家電和工業(yè)控制。但該公司已被 WindRiver 公司兼并，并將推出VxWorks 與 PSOS 合二為一的產(chǎn)品。 VRTX 是國際上最早推出的實時系統(tǒng)之一，比較成熟。其特點是內(nèi)核緊湊，在模塊化方面比原系統(tǒng)有重大的改善。Windows CE 是微軟公司嵌入式實時應用系統(tǒng)，支持眾多的硬件平臺，其最主要特點是擁有與桌上型 Windows 家族一致的程序開發(fā)界面，因此，桌上型Windows 家族上開發(fā)的程序就能在 WinCE 上運行。但嵌入式操作系統(tǒng)追求高效、節(jié)省，WinCE 在這方面是笨拙的，它占用內(nèi)存過大，應用程序龐大。 RT-Linux是一種提供源代碼、開放式自由軟件，具有嵌入式操作系統(tǒng)的很多特色，突出的優(yōu)勢是適用多種 CPU 和多種硬件平臺，性能穩(wěn)定，裁剪性好，開發(fā)利使用都很容易。它是發(fā)展未來嵌入式設備的絕佳資源。國內(nèi)也有不少單位在 RT-Linux方面做了大量卓有成效的工作，具有廣泛的應用前景5。此外，后 PC 時代的眾多產(chǎn)品，如手持設備等，并不需要強實時性，PalmOS、JavaOS 等應運而生。而 Ossl 公司擁有的 ONX 是一種限于 X86 平臺的可提供集成化開發(fā)環(huán)境的實時操作系統(tǒng)。OS/9 在 DVD 等產(chǎn)品中則有廣泛應用。2.5 我國自主的嵌入式系統(tǒng)技術應用現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(1)PC 機產(chǎn)業(yè)目前，PC 機的架構為 Wintel 所控制、壟斷，即由 Intel 的 CPU+微軟的Windows 主宰了產(chǎn)業(yè)。在該領域，我們沒有主動權，沒有創(chuàng)新空間，無能為力，充其量只是組裝機和搞計算機系統(tǒng)集成等，自己的軟件產(chǎn)品和出口軟件很少，中國軟件企業(yè)規(guī)模太小。專家估計，1020 年內(nèi)難以突破!(2)嵌入式系統(tǒng)需求千變?nèi)f化，沒有統(tǒng)一的架構，軟硬件需要各種各樣的組合，技術密5集，市場容量人，我們有無限的創(chuàng)新空間。當前，我們面臨發(fā)展自主嵌入式操作系統(tǒng)的有利時機，主要是：計算環(huán)境從 PC 為中心轉變?yōu)橐跃W(wǎng)絡為中心，涌現(xiàn)了各種新的信息設備(IA)，不必與 PC兼容；應用軟件逐步從 PC 移到網(wǎng)上，不必與 Win-dows 兼容；瀏覽器取代Windows 成為主要的用戶界面；基于 Linux 的 OS 很適合各種 IA；跨平臺語言Java 被普遍采用。綜上所述，在 PC 上要脫離 Windows 很難，離開了 PC，特別是在網(wǎng)上，就可以有所作為。其中，看好 Linux。目前，國內(nèi)已有多家公司推出基于 Linux 的自主 OS：在服務器領域，特別是在網(wǎng)站上 Linux 已被廣泛應用，如北京市電子政務項目。在 IA 領域，各種嵌入式 Linux 有很好的前景；Linux將成為我國未來的主要 OS 之一。例如中軟公司推出了/中軟實時嵌入式 Linux操作系統(tǒng) 0，并在國家的新一代開放式數(shù)控系統(tǒng)運行平臺開發(fā)項目中得到應用6。近年來，我國在開發(fā)嵌入式 CPU 方面有所長進，有一系列有利條件：(1)市場：嵌入式 CPU 可應用于各種領域，包括各種信息家電、網(wǎng)絡設備、工業(yè)儀器儀表等，其市場容量將遠遠超過 PC 產(chǎn)業(yè)。(2)技術：可允許多種結構，可有自己的創(chuàng)新結構。有 Linux 和其它 OS 作為支持，不必依賴 Windows。復雜性較低(百萬晶體管的量級)，開發(fā)周期短。不必追求性能指標，工藝要求低。32 位嵌入式 CPU 有廣泛的支持并已大量產(chǎn)業(yè)化，有很好的應用前景，配以國產(chǎn)的嵌入式實時操作系統(tǒng) RT-Linux，將是作為國產(chǎn)嵌入式系統(tǒng)的一種很好的選擇，可在信息終端、家用電器、工業(yè)控制、軍工裝備中應用。綜上所述，我們可以預測：一個全方位的嵌入式系統(tǒng)應用即將來臨，隨著嵌入式系統(tǒng)的研究和應用的進一步深入，嵌入式系統(tǒng)將向網(wǎng)絡化、智能化、規(guī)范化、集成化方向發(fā)展：隨著微處理器、半導體技術、精密制造技術、高新材料技術和軟件技術研究的進展，嵌入式系統(tǒng)向高性能、低功耗、微型化和開發(fā)平臺源代碼公開化方向發(fā)展7。3. 課程設計要求新建工程，通過上位機軟件實現(xiàn)對指定定標數(shù)值的四則運算，并將結果返回到上位機軟件，同時點亮相應 LED 燈來表示。4. 課程設計思路該工程的基本思路為首先通過通過上位機軟件，在串口調(diào)試器中輸入指定定標和相應的加減乘除算式字符串，通過程序中字符串轉換為數(shù)字程序?qū)⑵渥優(yōu)榫哂袑嶋H意義的算式，進入加減乘除主程序進行運算，將運算結果通過數(shù)字轉換為字符串后返回到上位機，并在串口接收字符中顯示出來。同時，還要實現(xiàn)對相應的四則運算對應的 LED 燈狀態(tài)的控制。其中主要通過相應部分軟件控制加、減、乘、除相應交通燈的東、西、南、北紅燈點亮。 65. 課程設計.C 程序分析51 判斷串口接收數(shù)據(jù)程序?qū)τ趶拇谳斎氲臄?shù)據(jù)，判斷其要求執(zhí)行的命令。具體程序如下：for ( i = 0 ; i =0x30 /將串口得到的結果返回給上位機（計算機）if(tmp = 1)break;EVMDM6437_UART_putChar( uart1,txj); /將串口得到的結果在上位機上顯示5.2 判斷執(zhí)行命令程序接收并判斷出來自串口的命令后，執(zhí)行該命令。具體程序如下：switch( TestCommand ) /運算模式對應指示燈選擇/*交通燈東邊紅燈亮*/case ADD:DEC6437_DTK_rset(DEC6437_DTK_TRF, Add 9* (Uint32 * )0x01C6703c = 0x1FFFFFFE;* (Uint32 * )0x01C67064 = 0xFFFFFFFE;_waitusec(0x50000);break;/*交通燈西邊紅燈亮*/case SUB:DEC6437_DTK_rset(DEC6437_DTK_TRF,Sub * (Uint32 * )0x01C6703c = 0x3FFFFFFE;* (Uint32 * )0x01C67064 = 0xFFFFFFFE;_waitusec(0x50000);break;/*交通燈南邊紅燈亮*/case MUL:DEC6437_DTK_rset(DEC6437_DTK_TRF,Mul * (Uint32 * )0x01C6703c = 0x1FFFFFFE;* (Uint32 * )0x01C67064 = 0xFFFFFFFF;_waitusec(0x50000);break;/*交通燈北邊紅燈亮*/case DIV:DEC6437_DTK_rset(DEC6437_DTK_TRF,Div * (Uint32 * )0x01C6703c = 0x1FFFFFFE;* (Uint32 * )0x01C67064 = 0xFFFFFFFE;_waitusec(0x50000);break;default:break;105.3 其他部分程序段（1） 串口通訊初始化程序DEC6437_DTK_rset(DEC6437_DTK_ENABLE, 0x01);/* Open Uart Handle */uart1 = SEEDDEC6437_UART_open( 1, baud_9k6,data_w8,data_s1,data_