西南科技大學
自動化專業方向設計報告
設計名稱：基於arm9地嵌入式工控機設計
姓名學號: 2
班級： 自動1
指導教師： 李駒光
起止日期： 2010-10-15至2010-11-9
西南科技大學資訊工程學院制
方向設計任務書
學生班級：自動1004 學生姓名：周靖力學號：20105797
設計名稱：基於arm9地嵌入式工控機設計
起止日期：2010-10-15至2010-11-9 指導教師：李駒光
方向設計學生日誌
基於arm9地嵌入式工控機設計
摘要：嵌入式系統如今已廣泛地滲透到了科學研究、工程設計、局勢技術、各類產業和商業等許多領域，並且還在不斷發展與延伸.嵌入式系統中又以arm架構地運用最有前景，啤機最為廣泛.
在嵌入式作業系統領域中則是種類繁多，各有特色，windows ce作業系統由微軟開發，繼承了windows系列作業系統地優點，極大方便了應用程式地開發.arm+windows ce是嵌入式系統研究地乙個重要方向.
本課題以arm9地嵌入式工控設計為主要內容和開發物件，目標是採用基於arm9核心地atmel工業級嵌入式微處理at91sam9x25，主頻為400mhz，設計一款高效能、低功耗、低成本、小體積地嵌入式工業控制計算機.
關鍵詞：嵌入式系統 windows ce 工業級 at91sam9x25
the design of embedded system based on arm9
abstract：the application of embedded system are widespread in science,industry,military technology and other various fields,and it will be more and more architecture is the most popular and the most perspective in embedded ce,product of microsoft,is one of popular embedded os,which contains lots of merit produced by ce is a strong stream of embedded system development.
reasearch and development embedded system for industry design is the main target of this project,and our goal is to manipulate industrial mpu at91sam9x25 of atmel based on core of arm9 of which mpc frequency is 400mhz,thereby designing a industrial embedded control computer which embrace the type of great capacity、low power waste、few cost and cute bulk.
key words:embedded system, windows ce, at91sam9x25, industrial design
一、設計目地和意義
at91sam9x25是乙個高效能地基於arm926嵌入式微處理器單元，執行在400 mhz，並設有多個網路/連線外圍裝置，優化地工業應用，如樓宇自動化，閘道器和醫療.工控機（industrial personal computer，ipc）即工業控制計算機，是一種採用匯流排結構，對生產過程及機電裝置、工藝裝備進行檢測與控制地工具總稱.工控機具有重要地計算機屬性和特徵，如具有計算機cpu、硬碟、記憶體、外設及介面，並有作業系統、控制網路和協議、計算能力、友好地人機介面.
工控行業地產品和技術非常特殊，屬於中間產品，是為其他各行業提供可靠、嵌入式、智慧型化地工業計算機.
嵌入式工控機（embedded industrial computer）是一種加固地增強型工業計算機，它可以作為乙個工業控制器在工業環境中可靠執行.早在90年代初期，美國ad公司就推出了類似地工控機.由於嵌入式工控機地效能可靠、無風扇結構、體積小巧、**低廉，而在工控機中應用廣泛 .
工控機系統無論從硬體到軟體，幾乎繼承了通用 pc 地全部特徵.使用基於 x86 架構地處理器（目前僅 intel、amd 及 via 可生產）作為系統核心，並通過標準底板接插各種功能板卡地方式，完成系統地構成及功能擴充套件，因此，使用者可以在較短時間內，組建出功能強大地工業控制計算機系統，同時通過執行 windows 系列作業系統， 保持與通用pc地軟體相容.目前，基於windows系列作業系統地各種應用軟體已達到數以億計，且應用非常廣泛，這對工業控制系統地軟體開發與維護具有良好地支援與推動作用.
但由於ipc地固有缺點，使之在工業控制地某些應用領域，無法達到令人滿意地效果. ipc 功耗較高、脆弱地儲存器系統以及體積和成本因素，在很多情況下已經完全抵消了其高效能和可維護性優勢，不能滿足應用需求.高功耗對系統散熱及穩定性帶來嚴峻考驗，廣泛使用地散熱風扇一直是故障率較高地部件之一，其它諸如液體散熱等方式，均由於工藝複雜，成本較高，目前僅少量使用在軍事、航空航天等高階領域；儲存器系統中地硬碟在系統不間斷執行且處於較嚴苛地工業環境情況下，平均使用壽命僅為 2～3 年，這通常遠低於工業控制系統地整體設計壽命，而採用雙列直插（dimm）方式連線地記憶體部件，則不能承受哪怕是比較輕微地振動，加之體積與成本因素，限制了ipc在諸多任務業控制場合地應用.
嵌入式工控機在設計上摒棄了相容 pc 標準地想法， 著眼於千變萬化地應用需求；同時，由於應用需求地差異性，形成了嵌入式工控機百花齊放地現狀.嵌入式工控機是面向應用，對效能、成本、功耗、體積有嚴格要求地專用計算機系統，因此，僅從硬體構成上看，就包含多種位寬（從 4 位、8 位、16 位到 32 位等）、多種架構（如 arm、powerpc、mips 等）、生產商眾多地各種嵌入式微處理器，外圍介面則幾乎完全是按需設計，少有ipc所具有地標準介面；而軟體系統則根據不同地應用場合，使用無作業系統地監控模式、輕量級嵌入式作業系統（如ecos、．net mf 等）或複雜嵌入式作業系統（如 linux／android、vx-works、wince 等），但不同平台上地應用軟體通常不具有通用性.
與ipc相比較，嵌入式工控機是對效能、成本、功耗、體積等約束條件進行平衡與折衷地產物，很好地滿足了工業控制系統地要求，具有廣闊地發展前景.目前，在系統硬體平台上，以arm 為代表地嵌入式微處理器幾乎覆蓋傳統工業控制從低端到高階地全部領域，甚至延伸到桌面和伺服器系統；而嵌入式軟體平台地多樣性則契合了不同工業控制應用對系統功耗、 執行效率、實時性、可靠性及系統安全性要求.近幾年來，arm所推出地cortex-m、cortex-a系列處理器架構，對傳統工業控制計算機地設計提供了新地思路.
arm cortex-a8處理器是第一款基於armv7架構地應用處理器，並且是有史以來arm開發地效能最高、最具功率效率地處理器.cortex-a8處理器地速率可以在600mhz到超過1ghz地範圍內調節，能夠滿足那些需要工作在300mw以下地功耗優化地移動裝置地要求；以及滿足那些需要2000 dhrystone mips地效能優化地消費類應用地要求.
因此採用arm cortex-a8處理器設計嵌入式工業控制計算機可以實現工控機地高效能、低功耗、低成本、小體積地要求.
二、控制要求
（一） 主處理器
主頻要求400mhz，支援ddr2儲存器，低功耗，滿足工業溫度條件－40℃～80℃.
（二） 儲存器
128mb ddr2 sdram，1gb nand flash，符合工業溫度條件－40℃～80℃.
（三） 擴充套件支援
大容量sd儲存卡以及多路gpio，數字輸入輸出.
（四） 通訊介面
兩路百兆工業乙太網介面；
4路高速串列埠；
兩路usb2.0介面，一路主機，一路從機.
（五） 除錯支援
一路除錯串列埠.
（六） 電源支援
支援寬電壓範圍供電（dc9v～dc30v）.
（七） 工業環境
溫度條件（-40℃～80℃）、濕度條件（5～95% rh）及「三防」（防水、防霉、防塵）.
嵌入式工控機 技術規範
box pc n540基於x86平台的嵌入式工控機的特點 基於atom的n450 d410處理器，功耗僅20w 採用全鋁結構，外殼美觀 支援多達4個mini pcie介面 1個vlan wifi模組 1個minipcie介面的ssd卡座 2個3g模組插糟，支援外部推入方式安裝的2個sim卡槽 多種安...
基於ARM的嵌入式系統程式開發要點
異常處理機制的設計 異常或中斷是使用者程式中最基本的一種執行流程或形態，這部分對arm架構下異常處理程式的編寫作乙個全面的介紹。arm一共有7種型別的異常，按優先從高到低排列如下 reset data abort fiqirqprefetch abort swiundefined instructi...
基於ARM的嵌入式工業控制系統設計
嵌入式系統如今已經廣泛的應用到了科學研究，工程設計，軍事技術，各類產業和商業等領域。並且還在不斷的發展和延續，嵌入式系統中又以arm架構的運用最為有發展前景，普及最為廣泛。在嵌入式作業系統領域中則是種類繁多，各有特色，windows ce作業系統由微軟開發，還繼承了windows等系列作業系統的有點...