（南京师范大学 江苏省南京市 210043)
摘要：随着当今社会的网络技术与计算机技术的高速发展，嵌入式系统越来越多地应用到人们日常生活中，为了学习和研究嵌入式系统，本文介绍了一种基于ARM的嵌入式软硬件系统设计思路，本平台兼容多款ARM处理器，可适用于高校教学和进一步的应用开发，对于提高学生对于嵌入式系统的理解有重要作用。
关键词：ARM；嵌入式系统；设计
从单片机产生到现在，其种类发生了很大的变化，各种高性能SOC的设计与应用，使得移动通讯、仪器仪表、工业设备等有了新的功能，作为嵌入式系统的核心，ARM处理器是目前最为先进的嵌入式微处理器。信息技术的发展使得人们对于嵌入式系统进行网络互连的功能产生了新的需求，对嵌入式系统的网络性能更为重视。现阶段，嵌入式系统有着十分广阔的应用空间，需要科研人员对该项系统多加研究，以此设计出合理的系统框架，使其可以在基础教学、工厂生产中进行有效的应用，更好的发挥出对学生相关技能学习指导、工厂设备运行质量监控等作用。
1嵌入式系统的一般概况
1.1嵌入式系统的发展概况
嵌入式系统主要用于监视、控制或者帮助机器和设备的运行，嵌入式系统是软硬件结合的系统，对于嵌入式系统的一般定义是以应用为中心，计算机技术为基础，以达到对应用系统的性能、成本、大小的需求，嵌入式系统主要划分为三个阶段：单片机阶段、嵌入式CPU和嵌入式操作系统阶段以及SOC和网络阶段。对于单片机阶段，主要以功能简单的单片机为核心，并没有采用嵌入式操作，系统的结构和功能较为单一。在嵌入式CPU和嵌入式操作阶段，多种嵌入式微型处理器和嵌入式操作出现，使得嵌入式系统的应用更为广泛，在国防、工农业和交通领域都有应用。在SOC和网络阶段，基于SOC的嵌入式系统的功能更加强大，成本和能耗越来越小，在人们的日常生活中的应用也越来越广泛。
1.2ARM处理器的发展研究
嵌入式微型处理器作为整个嵌入式系统的核心，在进行设计时，应该以应用的需求为导向，经过多年的发展，ARM公司已近开发了一系列的ARM处理器核，当前应用最多的系统就是ARM7系列、ARM9系列、ARM11系列以及Cortex系列，未来ARM系统的发展趋势主要表现在：高性能的ARM核，这些微处理器主要应用于专业领域，对于高性能的ARM核，用于复杂的应用，对于ARM核的成本投入也在减少，在满足高性能、低成本的基础上，极大的提高ARM的性能。
2基于ARM的嵌入式软硬件系统的设计策略
2.1硬件系统的设计
2.1.1嵌入式微处理器的选择
ARM芯片主要有三种型号，对于ARM核的选择的决定性因素就是在于是否自带MMU功能，部分ARM核只有在带有MMU功能的前提下才可以运行，所以在选择时应该特别注意这一功能，对于不需要MMU功能支持的系统可以考虑优先选择。其次，应该对ARM系统的时钟频率进行观察，系统时钟频率是决定ARM芯片的处理速度的直接因素，对于频率较高的ARM芯片来说，以ARM9为代表，其频率可以达到400MHz，在进行选择时应该根据整个系统的运行情况来决定。还应该考虑的是ARM芯片内置的外部接口控制器的数量，对于ARM芯片应该选择可以扩展出RS232串行接口、以太网接口等，最好集成有DMA控制器，以保证和外界进行大量的高速数据传输。
2.1.2硬件整体规划方案
首先，需要选择合适的ARM微处理器。选择的该种微处理器芯片需要具备MMU的功能，具有着较高的时钟频率，以此才可以提高处理的工作效率。目前ARM芯片处理器的频率多处于20～133、100～233兆赫兹，型号为AMR7/9。
同时选择的ARM芯片，需要具有较多的外接口控制器和DMA集成控制器，以此提高嵌入式系统的应用范围和数量，实现数据信息的快速、大量传输。此外，在芯片选择上，还需要重视成本问题，选择性能质量好、价格适中的芯片即可。本次设计中可以选择型号为S3C2440、MC9328MX21的ARM9芯片，其均符合上述嵌入式系统微处理器的选择标准，可以满足工厂设备监控、学校教学所需的各项要求，且价格较低。其次，设计硬件系统。本次设计出的系统可以实现微处理器、中央处理器之间的有效转换，并且可以在多平台上进行有效的应用。其具体的结构为子母板，设计人员可以将系统中涉及的一些重要的电路、外设电路，按照系统运行的需要，分别设置在子板、母板结构中，并使用金手指接口进行有效的联结处理。该种硬件系统设计结构较之于单板结构，具有着成本低、占用面积小的特点。最后需要进行外设电路的设计。研究中根据选择的ARM芯片，选择相应的网路控制器，具体的型号为CS8900，选择的接口为以太网。使用的ARM芯片为S3C2440时，需要通过芯片本身自带的触摸屏实现控制；使用MC9328MX21微处理器，进行触摸屏的控制时，需要借助于AD芯片来进行[3]。
2.1.3存储器的设计规划
主要进行的是对主存储器和辅助存储器的大小和型号的选择，对于主存储器的选择主要重在对处理速度和价格的考虑，对于占用内存较大的系统来说，可以优先考虑SDRAM。对于辅助存储器来说，主要是用来存放大数据量的程序代码，所以，辅助存储器的大小很重要，其中，NANDFLASH内存大、成本低，是选择的首要对象。
2.2软件系统的设计
设计中，结构主要包括：系统软件、GUI、BootLoader、上层应用软件。其中的系统软件，包含有操作和文件两种嵌入式系统。在系统运行中，发挥着对硬软件的资源分配、控制、调度等作用，以及对涉及的所有运行文件进行有效存储、检查等多项功能进行实现。GUI，即就是图形用户接口层。用户在操作该嵌入式系统时，该功能下提供的设计界面，具有着操作简单、界面美观的优势。较之于以往使用的嵌入式系统，人们不用对系统的命令进行强迫记忆，在操作中，仅需要根据界面上展示的菜单栏、窗口栏来进行相应的操作即可。BootLoader，该项软件结构在系统运行中，属于其中的初始化设备的代码、程序，在其运行一段时间后，可以让该系统处于良好的运行环境中，促使设备作用的有效发挥。最后，则为上层应用软件。系统上层的接口，需要借助于操作系统，来实现软件开发。在软件平台的设计中，还要选择适合的嵌入式操作系统，目前常用的系统类型主要包括：Linux、VXWORKS、WINCE等系统。在Linux系统中，由于其具有着的稳定性、可靠性、多任务性、模块加载性等特点，在目前的应用领域较多，并且该系统可以和多种网络协议、硬件平台实现良好的适应和应用。如果嵌入式系统属于设计类的，应用该系统的效果较好。另一种系统则为VXWORKS系统，多使用在精密仪器的监测中。该系统在实际的应用中，具有着实时性强的热点，并且可以对系统中的各项任务进行有效的调度管理，以及各项信息之间的有效通信处理。但是该系统的使用成本较高。此外，还有WINCE系统，多应用在硬件较多的系统运行中。该系统在软件开发时的速度较快，并且开发时的操作较为便捷，其也存在着成本过高的局限性。在本次的系统设计中，可以选择Linux系统进行软件开发和应用[4]。
3结语
目前，我国的工业生产中离不开嵌入式系统的应用，同时社会中的许多行业对于掌握了丰富嵌入式系统相关知识的技能型人才有着极大的需求量，因此要设计出一款适应性较强，可靠性高、占地面积小、性能质量好的ARM嵌入式系统，为工业生产和学校的有效教学，提供助益。
参考文献：
[1]王亚庭.基于ARM与FPGA的高速数据采集技术研究[D].北京：北京交通大学，2007.
[2]李臻君.基于ARM的PC/104总线嵌入式工控机的研究和实现[D].长沙：湖南大学，2008.
[3]徐敏.一种基于arm的嵌入式网关系统设计与实现[J].现代电子技术,2009(12):131-133,136.
[4]杨航.基于arm的嵌入式软硬件系统设计与实现[J].求知导刊,2015(09):60.