基于ARM单片机的嵌入式系统设计

罗一平 于津 屈宏峰

摘要：随着我国科学技术不断发展，当今具有人机接口的嵌入式系统的应用也愈加广泛。ARM单片机嵌入式系统能够实现实时采集、处理信息，还能够提升系统运行的安全性、稳定性，降低系统设计成本。基于此，本文重点探究基于ARM单片机的嵌入式系统设计方案。

关键词：ARM单片机;嵌入式系统;设计;方案

一、引言

在信息产业不断发展背景下，人们对人机接口嵌入式系统的需求量也不断增加。在过去，ARM单片机嵌入式系统多数都是由国外引进，并且价格不菲。随着我国科学技术不断发展，我国所开发的ARM单片机嵌入式系统性能已经有了很大进步，可以实时采集、检测系统设备运行要求，并且组态更加灵活、成本更低，设计系统框架体系经过了多轮优化设计，已经十分完善。嵌入式系统的中心是应用系统，以计算机为载体，进行软硬件优化组合配置，可以同时对系统功能、成本、体积、功耗、可靠性进行管控，由于嵌入式系统的核心是应用系统，所以在硬件和软件设计当中必须要以应用作为核心，从而保证ARM单片机嵌入式系统的性能。

二、基于ARM单片机的嵌入式系统硬件设计

（一）硬件结构组成

在嵌入式系统设计当中，首先需要考虑应用系统的运行要求，并全面考虑性能、成本、可扩展性、开发时间等各方要求，明确系统的主要控制元器件，从而设计硬件平台框架。整个系统当中包括主控芯片、高性能电能计量芯片、存储模块、CAN模块等，同时配有扩展接口，可以实现功能扩展。硬件系统内部应用电能检测芯片，可以检测各个元器件运行的电流和电压，做好元器件各项参数运行的计量工作，具有精度高、实时性强等优势，硬件系统结构如图1。

（二）系统功能

该系统的功能表现在：①可见检测系统电池充电、放电信号检测与计量;②检测连接设备的运行状态，如果超出阈值会自动报警;③对元器件的荷电状态、健康状态进行计量评估;④检测电池组漏电情况;⑤通信系统检测;⑥人机交互功能，显示被检测对象的实时运行参数，还可以设置各个系统功能状态，实现信息数据的上传与下载。

三、基于ARM单片机嵌入式系统的软件设计

（一）软件系统设计理念

软件核心是以一个可移植、固化、裁剪、剥夺的多任务内核，在实际应用开发中，要在上述所设计的硬件中成功移植。软件内核在编写当中要重点考慮可移植性，采用C语言编写，将处理器相关代码集中到OS–CPU、H.OS–CPU–A、ASM.OS–CPU–C.C三个文件中，结合硬件上特性对这些文件改写，即可实现移植。在移植后，即可开展编程工作。采用RTOS软件，将面向功能应用开发转变成为面向任务的应用开发，将整个系统任务划分为若干个子任务，然后实现每个任务要求，确定各个任务的优先级。如果系统对实时性操作要求非常高，需要编写中断服务程序。

（二）系统功能

在系统运行当中，要初始化系统，创建新的任务。所创建的任务设定为就绪形态，系统操作中会自动调用优先级的任务，并逐渐解决低级任务，保证现行运行的任务优先于其他没有处理的任务。在实际运行当中某个任务因为意外事件被延时、挂起，或者有更高优先级任务进入到了系统当中，则系统会停止当前任务，处理最优先级的任务。如果系统中断，此时会中断服务程序，在中断返回过程中，系统会自动展开任务调度，将最优先级任务转化为运行状态。

如控制系统当中出现了母线电压AD采用中断，程序自动进入到母线电压AD中断程序;中断程序之后向邮箱发送母线电压AD采样参数，由于任务在就绪等待期间在邮箱中被挂起，所以此时任务状态被转化为就绪状态。中断返回中，内核自主进行任务调度，由于是系统内部是最优先级任务处于就绪状态，所以无论哪个系统任务被中断，都会运行最优先级任务，确保任务系统的响应速度满足标准。在系统运行一个循环之后，会因为等待邮箱缘故转化为挂起状态，内核继续调度，最先调度就绪状态中的最优先任务。

四、系统开发设计

为了能够保证系统运行的实时性，系统开发可以采用RTOS系统（实时操作系统）。该系统可以分为可剥夺内核与不可剥夺内核，由于商用多数都是采用可剥夺内核，所以本文重点探究可剥夺实时操作系统。实时操作系统会将任务划分为多个子任务，并分为不同的优先级，将不同优先级的任务分配到不同模块、栈空间。通常每个任务在结构上都是无限循环模式，可以实现多种状态，包括就绪状态、休眠状态、运行状态、挂起状态、中断状态。系统始终让优先级系统运行，中断服务可以抢占CPU，待到中断服务程序完毕之后，此时系统会自动处理最优先级任务。该开发模式可以优化系统的响应时间。最主要的是将面向功能形式转化成为了面向任务的形式，整个系统操作逻辑结构更加简单。再加上应用了实时操作系统，让软件底层硬件不可见，将过去双层软件系统转化成为了三层架构，这样更有助于未来系统的软件功能拓展以及硬件升级。软件操作系统采用较强的内核，如μC/OS–Ⅱ，该系统性能非常高支持上百个任务同时进行，提升了系统服务性能。

五、结束语

综上所述，随着我国科学技术不断发展，当今ARM单片机嵌入式系统在各个领域中的应用十分广泛。在ARM单片机嵌入式系统设计中，要重点考虑硬件、软件设计以及系统开发，这样才能够保证整个系统的运行效率与可靠性，发挥ARM单片机与系统效能。

参考文献

裴文祥，姚鑫，李超.基于ARM单片机的嵌入式系统设计[J].集成电路通讯，2015（1）：112–113.

高梦龙.探究基于ARM单片机的触摸屏嵌入式系统设计[J].通讯世界，2017（17）：966–968.