基于EP7211構建通用嵌入式處理平臺

摘    要：本文介紹了嵌入式處理器EP7211的通用處理平臺的設計，該平臺適用于開(kāi)發(fā)便攜式電子產(chǎn)品。文中具體闡述了系統的硬件構成、軟件平臺選取和系統的初始化過(guò)程。這些設計原則具有普遍性，適合于一般的嵌入式系統開(kāi)發(fā)。
關(guān)鍵詞：嵌入式處理器；EP7211；ARM核；系統初始化；RTOS

引言
目前，嵌入式處理器已經(jīng)普遍應用于工控領(lǐng)域，構建一個(gè)可以方便更換的通用嵌入式處理器模塊，既便于設計又便于維修、使用，可以提高工作效率，同時(shí)節省資金投入。

軟硬件選用
本通用嵌入式處理平臺主要是用于開(kāi)發(fā)便攜式電子產(chǎn)品，此類(lèi)產(chǎn)品不僅要求功能完備、用戶(hù)界面友好、操作方便簡(jiǎn)潔，而且要求壽命長(cháng)、功耗低。這就要求在設計初期從硬件和軟件兩個(gè)方面來(lái)考慮，具體來(lái)說(shuō)就是要從嵌入式處理器、實(shí)時(shí)操作系統和電路形式等幾個(gè)方面來(lái)綜合選取。
嵌入式處理器的選用
在便攜式通信、便攜式計算機、多媒體數字消費和需要嵌入式解決方案的市場(chǎng)中，ARM的微處理器核心正在迅速成為RISC計算設計的標準，越來(lái)越多的廠(chǎng)家選擇ARM核心處理器開(kāi)發(fā)自己的下一代產(chǎn)品。在本通用開(kāi)發(fā)平臺中選用Cirrus Logic公司的嵌入式微處理器EP7211作為CPU，該器件是專(zhuān)為低成本、超低功耗的應用設計的。
電路形式的選用
一種方案是在通用模塊中設置盡可能全的功能，但在工控應用領(lǐng)域中，將所有功能全部用上的場(chǎng)合并不多，因此，功能太全只能是浪費，并會(huì )加長(cháng)開(kāi)發(fā)周期。本平臺的板卡電路由CPU、程序存儲器Flash、RAM、CPU輔助電路(如晶振、復位)和電源電路構成，特殊功能可由特殊模塊自行設計。
將嵌入式處理器EP7211、Flash、Dram、串口和電源電路作為一個(gè)通用模塊，數據、地址總線(xiàn)、空閑的I/O和其他的外圍接口信號做成標準的接口插座。如果要實(shí)現以太網(wǎng)接口或液晶顯示等功能，只需要做以太網(wǎng)相關(guān)模塊的電路，并將其與EP7211相關(guān)的信號做成和通用模塊匹配的接口即可。這樣既減少了調試CPU、內存等部分電路的重復勞動(dòng)，也有利于電路故障的排除。
實(shí)時(shí)操作系統的選用
以嵌入式處理器為中心，當搭建好硬件電路時(shí)僅提供了裸機運行平臺，要使整個(gè)系統中有限的硬件資源充分利用起來(lái)，還需要嵌入式實(shí)時(shí)操作系統RTOS的軟件支持。針對本項目，RTOS的選擇有兩個(gè)方案：一是使用已經(jīng)購買(mǎi)的用在油田測井系統SL3000型產(chǎn)品的商用Nucleus；二是使用自主開(kāi)發(fā)的、專(zhuān)門(mén)面向嵌入式應用系統的XGW軟件開(kāi)發(fā)平臺。
在本通用開(kāi)發(fā)平臺中采用了XGW平臺，這是因為XGW開(kāi)發(fā)平臺是自主研發(fā)的，軟件產(chǎn)品升級和故障排除等都比較容易，產(chǎn)品成本費用相對較低。另外，EP7211嵌入式處理器和XGW的組合，在“GPS汽車(chē)導航系統”和“鐵路交通信息系統PDA”項目中已經(jīng)獲得了成功應用，具有較成熟的開(kāi)發(fā)經(jīng)驗。
XGW嵌入式操作系統針對以ARM7為內核的硬件平臺來(lái)進(jìn)行系統開(kāi)發(fā)，用C語(yǔ)言實(shí)現完成，并借鑒了Windows的消息驅動(dòng)機制。XGW功能強大、模塊化設計、擴展性強、產(chǎn)品升級容易，其總體框架如圖1所示。XGW軟件開(kāi)發(fā)平臺包括事件消息驅動(dòng)機制(XGW軟件開(kāi)發(fā)平臺中的消息分為鼠標消息、鍵盤(pán)消息和定時(shí)器消息等三類(lèi))、內存管理、字符和圖形顯示輸出、圖形組件庫等。圖形組件庫中的編輯框、列表框、按鈕、進(jìn)度條等圖形控件為用戶(hù)應用程序開(kāi)發(fā)提供了應用編程接口A(yíng)PI。不過(guò)，XGW平臺對于系統硬件的中斷響應沒(méi)有提供統一的入口和出口，需要開(kāi)發(fā)人員單獨處理。

通用模塊的設計
本系統的通用模塊主要包括嵌入式處理器、DRAM和非易失性存儲器如ROM或FLASH、電源電路、CF卡接口、彩色LCD顯示器接口、以太網(wǎng)接口和串行接口等。系統的結構框圖如圖2所示。
圖中各部分的主要功能為：紅外(IrD)接口用來(lái)完成便攜式系統之間的無(wú)線(xiàn)數據交換；串行接口用于程序和數據的下載及進(jìn)行軟件升級；傳呼譯碼芯片用來(lái)接收個(gè)人傳呼及公共信息；LCD和觸摸屏提供顯示和輸入的人機界面；Flash RAM與SRAM用于存儲程序和數據，為程序運行提供緩存；電源電路可將電池或外加電源變換為嵌入式處理器和外圍電路所需要的3.3V、2.5V和5V；CF卡用作大容量存儲器；以太網(wǎng)接口用于跟計算機或其他模塊進(jìn)行通信；MP3播放器用于播放MP3音樂(lè )。

通用模塊的初始化
由于嵌入式系統的資源有限,程序通常都是固化在ROM中運行。ROM中的程序在執行前需要由啟動(dòng)程序建立軟件運行環(huán)境，主要包括：對系統硬件進(jìn)行初始化，將出錯中止程序或重啟動(dòng)的程序段由ROM拷貝到RAM中；在RAM中創(chuàng )建主程序運行時(shí)使用的堆棧和數據區；建立C程序運行的環(huán)境，如對段寄存器和堆棧指針初始化、對靜態(tài)變量和RAM區清零、建立堆(heap)；設置必要的中斷向量，并將每個(gè)未使用的中斷指向一個(gè)只含RET指令的啞函數，以防止錯誤中斷引起系統的混亂。另外，雖然字符串等常數與程序一起固化在ROM中，系統運行時(shí)主程序可以訪(fǎng)問(wèn)它們，但RAM的存取速度比ROM快，因此串數據也應在程序執行前被拷貝到RAM中，以提高讀出速度。為了提高執行速度、方便地存取各寄存器，啟動(dòng)程序由匯編語(yǔ)言來(lái)編寫(xiě)。
啟動(dòng)程序是嵌入式程序的開(kāi)頭部分，應該與應用程序一起固化在EPROM中，并在系統加電后首先執行。具體步驟如下：
1. 設置入口指針
應用程序首先必須定義入口指針，而且整個(gè)應用程序只有一個(gè)入口指針。
2．設置中斷向量
ARM7要求中斷向量表必須設置在從0地址開(kāi)始，連續8