探析基于 ARM 的嵌入式系统硬件设计
摘要：随着互联网技术的不断发展与普及，近年来，信息技术已经成为了社会发展的主要动力之一。在信息技术的影响下，各类操作系统逐渐受到了社会的高度关注，相关研究内容也随之取得了相应的进步。相关调查显示，在钣金加工等领域中，对于新型工艺提出了更高的标准，为了积极应对时代的挑战，嵌入式系统得到了广泛的应用。本文就一种基于ARM的嵌入式系统硬件设计进行了分析与探索，旨在进一步推动我国系统研发工作的深入开展。 关键词：嵌入式系统；ARM；系统设计；应用价值
就目前而言，在互联网技术普及的影响下，“互联网+”逐渐成为时代发展的主流，同时，以网络作为载体的信息技术也深入到人民群众的日常生活中。相关研究显示，在社会生产环节中，通过信息技术的应用，嵌入式系统发挥出了强劲的优势，从而受到了社会各界的高度关注与认同。作为一种新型的系统架构，嵌入式系统以信息技术作为基础与核心，从系统特征的角度分析，其具有较强的可裁剪性，可以有效满足使用者的相关需要。同时，该系统具有较强的人性化设计理念，为生产的智能化发展奠定了基础。从发展的角度来看，为了进一步促进嵌入式系统综合能力的优化，研究人员对系统中涉及的相关控制接口与逻辑语言进行了探索与创新，并有效实现了系统稳定性的优化工作。 一、基于ARM的嵌入式系统概述 （一）系统架构
总的来说，基于ARM的嵌入式系统主要以信息技术作为核心，依托计算机系统进行相关功能的研发，以便有效满足市场的相关需求。从系统架构方面来看，其主要可以分为软件与硬件等两个部分，其中，系统软件主要包括相关应用软件程序与ARM操作系统，硬件主要包括相应的硬件设备例如处理器、接口、主板以及集成平台等。在应用问题上，其有效实现了系统软件与硬件的结合，同时实现了软硬件关系的有效协调，确保二者可以在工作的同时避免干扰的出现。例如，在计算机与ARM系统中均存在处理器与储存器等设备，这些硬件构成了系统硬件的基本架构。 （二）系统特点
1、系统结构较为简单
从系统结构的角度来看，基于ARM的嵌入式系统放弃了繁琐的计算过程中，从而导致其在信息储存与处理能力方面相对较为简单。同时，由于其实现了先进技术的合理融合，同时借鉴了其他行业的相关经验，从而实现了系统性能的优越性。相关实践表明，该系统在结构方面有效地规避了同类系统的弊端，从而更好地满足了市场的发展需求。 2、系统针对性能较强
近年来，随着社会生产水平的不断提升，定向生产设计已经逐渐成为时代发展的潮流，面对这一趋势，嵌入式系统的设计性能可以有效提升系统的针对性，从而更好地满足使用者对于系统的相关要求。从开发的角度来看，嵌入式系统可以依据使用者的需要进行相应的开发工作，从而有利于系统工作效率的进一步提升，对于系统集成能力的优化具有积极的意义与价值。 二、系统硬件设计方案 （一）系统处理器设计方案
在处理器方面，基于ARM的嵌入式系统所采用的处理器体积相对较小，从而具有较强的灵活性，同时，在运行过程中，其所产生的功耗相对较低，且对于系统具有较强的保护性能。在应用问题上，作为硬件系统的重要环节之一，处理器的合理设计，有利于保障系统的正常运行，从而实现系统的高效运作。以
CS89712嵌入式处理器为例，在电源问题上，可以采用双电源对其进行供电，内核电压值控制在2.5V左右，且可以进行18MHz、36MHz、49MHz以及74MHz等多种时钟的设置。同时，其外设接口相对较为丰富，可以同时支持4个内存块与内存接口进行编程操作。 （二）系统电源设计方案
作为系统动力的主要供给单位，电源对于系统的稳定运行具有重要的意义和价值，在基于ARM的嵌入式系统中，电源硬件主要包括供电电路与复位电路等两个部分，其中，复位模块可以为系统和处理器提供相应的启动信号，并采用复位芯片以nPOR作为系统的复位信号，以便完成系统的复位操作。
在外部电力供应问题上，系统采用直流电进行电力供给，电源标准在18V至36V之间，从结构上看，系统的供电模式具有较强的复杂性，且电压等级相对较多，其中，芯片采用3.3V电压进行供电，内核采用2.5V电压进行供电，系统显示器采用5V电压进行供电。同时，在液晶显示器对比度问题上，多数采用负电压偏置的方式进行调节。针对模拟量采集通道中的电压和滤波，使用12V电压进行供电。
（三）系统存储器设计方案
在存储器设计问题上，选取FLASH程序与相关参数负责对其进行存储，在程序选择方面，选取SDRAM负责系统数据、运行空间以及相关堆栈，在CS89712处理器中，对系统的内存接口与相关控制器进行了配置，其中，在FLASH方面，选取因特尔公司研发的系统处理芯片，构成了具有32为位宽的相应FLASH操作程序，在SDRAM部分，选取了NEC公司生产的具有32位宽的 SDRAM。 （四）系统触摸屏设计方案
作为系统进行人机交互的主要载体，触摸屏对于使用者操作系统具有重要的意义与价值，相关研究表示，在信息输入系统的组成方面，触摸屏主要包括屏幕与触摸屏幕控制装置两个部分，在使用方面，通过触摸屏与液晶显示器相配合，使用者可以有效保障人机交互与具体操作的有效开展，从而进一步满足使用者对于系的相关需求。在屏幕选择问题上，系统选用四线电阻式屏幕作为主屏幕，在系统控制装置方面，选取了TI（BB）公司生产的ADS7846设备进行触摸屏的交互控制。在应用方面，通过SPI接口，可以有效将控制装置与处理器相连接，从而有效保障系统的正确运行。
（五）系统液晶显示器扩展设计方案
在使用方面，与其他显示器相比，液晶显示器具有功率能耗值较低、重量轻便、体积较小以及信息显示量丰富等重要优势，极大地降低了设备的能源消耗，同时实现了运作效率的高效提升，从而受到了广大设备使用者的高度关注。 从系统结构设计情况来看，在CS89712处理器中内置了液晶显示器的控制装置，从作用的角度分析，该装置类似于显卡，可以有效实现嵌入式系统数据信息的有效呈现。在接口方面，其可以实现接收的信号类型包括帧同步信号（FRM）、交流偏置信号（M）、行同步信号（CL1）、像素数据时钟（CL2）以及数据线（DD[0:3]）等。例如，在彩色液晶显示器中，其可以提供的数据接口数量为,8，在应用过程中，其与CS89712处理器的对应关系如表1所示。
表1 液晶显示器控制信号情况
（六）系统处理器接口设计方案
在处理器接口设计工作中，设计的主要及饿哦库包括显示器接口、USB数据接口以及以太网接口等三大部分的内容。其中，针对以太网接口的设计问题，在处理器内部设置了集成的控制器，且其自身带有串行ROM接口、MAC引擎和前端模拟，因此，在对CS89712处理器进行接口设计的过程中，设计者仅需对RJ45接口与隔离滤波器进行增加即可实现系统的正常运行。 （七）系统USB模块设计方案
作为轮讯方式的一种，USB总线对主机端口进行控制，从而有效管理数据的传输工作。从作用上看，USB总线的每一个执行动作可以传送的数据包数量最大为3个，在传输过程中，根据相关原则，在数据开始传输前，控制器将会向系统发送一个对传输东中的方向与种类进行描述的数据标志包。相关设备在对该数据包进行解码后，可以有效将所需的数据进行提取，从而确保系统的合理运行。 在数据传输过程中，系统可以根据数据标志包中所描述的传输方向对相关数据信息进行传输。总的来看，常见的数据通道包括消息与流等两种，其中，消息通道等系统启动后即存在，并为相应查询工作提供了相应的入口。相比之下，流的数据缺乏结构性，且通道本质上与传送服务类型、带宽以及端口特性存在一定的关联性。从功能上看，USB总线可以在全速模式（12Mbps）与低速模式
（1.5Mbps）之间进行有效的切换，从而既可以与微处理器、微控制器以及DSP相连，也可以直连与PCMCIA与ISA等。在接线方式上，其所采用的主要模式是12M与48M。
（八）系统采集组件设计方案
在系统数据采集功能方面，选用14位同比采样比较型转换芯片负责数据信息的搜集与处理，该装置的模拟输入电压范围在±5V之间，并在内部设置了保持/采样放大装置。在数据输入方式上，主要可以将其划分为两组，运行时，通过相关开关的切换，使用者可以对八个信息通道进行合理采样，并将转化得出的信息数据有效在RAM中进行存储。同时，在系统并行接口对相关数据进行访问并对总线进行设计的特性和处理器芯片总线之间具有较强的兼容性，因此，在使用过程中，使用者可以将二者有效进行连接，避免了等待状态造成的影响。从电力供应问题上看，由于系统采集组件使用5V电压进行电力供应，因此，在与处理器进行连接中，需要实现想用的转换芯片，在此过程中，需要利用控制信号对总线进行合理转换，待转换结束后，通过数据信号指令的发布，可以有效对相关连接进行中断。在对前向通道进行通过时，为了有效保护前向通道，应在设备中进行限幅保护装置的加接，同时积极做好滤波输入电路与电压跟随装置的设置，从而确保模拟数据采集系统的合理运行。 （九）系统兼容性设计方案
研究人员指出，为了有效保障系统的顺利运行，在进行系统设计的过程中，设计人员应有效做好系统软硬件二者之间兼容性的合理设计，以便保障二者可以有效进行写作，从而实现价值的最大化。其中，为了保障系统兼容性，在对软件进行选择的同时，应有效做好相应的硬件选择与设计工作。具体来看，在对硬件设备进行选择前，设计人员应根据系统对于硬件的功能性要求进行明确，从而使用固定区域限制硬件的功能，以便确保其功能在最大限度上得到发挥，确保整体效果的优化发展。
结语：
研究人员表示，在未来的很长一段时间里，随着互联网技术的不断发展与提升，我国各个行业都将面临强大的变革。针对这一发展趋势，应进一步推动对于数控系统的科研力度，以便更好地提升嵌入式系统所具有的性能，进而实现嵌入式系统综合能力的提升与发展。为了实现这一目标，研究人员对嵌入式系统的架构与设计内容进行了合理的分析，同时提出了相应的系统硬件设计方案，实践表明，通过对ARM的合理引入，有效完成了嵌入式系统工作效率的提升与功耗的降低，从而合理实现了系统细节性能的优化，提升了系统对于各个外接口的控制能力。从实用性的角度来看，通过该接口的应用，可以有效满足当前社会工业生产过程中所需要的各项要求，对于社会发展水平的提升具有积极的作用与价值。
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探析基于 ARM 的嵌入式系统硬件设计
