基于ARM9和嵌入式LINUX的嵌入式开发平台的研究与设计

论文摘要

进入21世纪,随着科学技术的飞速发展,现代社会日益信息化,网络化。嵌入式技术及其相关产品进入到了人们生活的方方面面。从消费电子到工控设备,从民用产品到军用设备,嵌入式技术已经被广泛的应用。英国的ARM(AdvacncedRISC Machines)公司是处理器IP(Intellectual Property)核行业的领导企业,该公司设计的32位RISC(精简指令)ARM嵌入式处理器内核性能出众,价格低廉。在众多的嵌入式操作系统中,嵌入式Linux凭借其源代码开放,可裁减,可移植等优势成为发展最迅猛的操作系统。目前基于嵌入式Linux的应用已经遍布很多领域,比如:移动多媒体设备,手持设备,工业控制,车载导航等。本课题设计出了一个基于ARM9核处理器和嵌入式Linux操作系统的嵌入式平台,为嵌入式系统开发提供软硬件环境。为此,做了如下核心的工作:综述了嵌入式系统的软硬件相关知识,特别是嵌入式Linux操作系统,重点研究了ARM系列处理器,特别是三星公司的基于ARM9内核的S3C2410X芯片。对整个系统功能和需求进行了详细的分析,提出了系统的总体设计方案。完成了系统的硬件电路各功能模块的设计,以及硬件原理图和PCB(印刷电路板)的设计,硬件电路设计采用Cadence公司的Allegro SPB 15.2 EDA软件设计。采用了高速PCB电路的设计方法进行硬件设计。对本设计的PCB电路的电源完整性和信号完整性进行了详细分析和仿真,并针对仿真发现的电源完整性和信号完整性问题给出了实际解决策略。根据硬件电路,在软件方面,对嵌入式Linux操作系统进行了裁减移植和优化,其中包括Bootloader和Linux内核,并在硬件平台进行移植。最后通过了对整个平台的完整测试,从而成功完成了通用的嵌入式软硬件开发平台的设计。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 嵌入式系统的概念
• 1.2 嵌入式系统的特点和发展
• 1.3 嵌入式处理器
• 1.4 嵌入式操作系统
• 1.5 本课题所做的工作
• 第二章 系统平台的总体设计方案
• 2.1 平台硬件的设计
• 2.1.1 嵌入式处理器简介和ARM构架处理器的选型
• 2.1.2 ARM9内核处理器特点
• 2.1.3 SAMSUNG公司S3C2410X的介绍
• 2.1.4 系统硬件设计
• 2.1.3 硬件设计环境和工具的选择
• 2.2 平台软件系统的开发环境和工具
• 2.2.1 嵌入式Linux
• 2.2.2 软件开发环境及交叉编译器的建立
• 第三章 系统平台的原理图设计
• 3.1 电源部分设计
• 3.2 时钟电路设计
• 3.3 复位电路模块
• 3.4 Flash存储器
• 3.4.1 NOR Flash存储模块
• 3.4.2 NAND Flash存储模块
• 3.5 存储器SDRAM
• 3.6 串行接口模块
• 3.7 以太网模块接口电路设计
• 3.8 JTAG接口模块设计
• 3.9 键盘模块、LCD模块、以及通用I/O总线
• 第四章 系统平台的PCB设计
• 4.1 PCB设计流程
• 4.2 焊盘的设计
• 4.3 器件封装设计
• 4.4 PCB板层设计
• 4.5 PCB设计规则
• 4.6 元器件布局
• 4.7 PCB布线
• 4.8 PCB加工前处理
• 第五章 高速PCB的仿真分析及设计
• 5.1 Allegro的仿真功能
• 5.2 IBIS模型
• 5.3 信号完整性（Singal Integrity）分析及仿真
• 5.3.1 信号反射的产生
• 5.3.2 信号反射的消除及端接技术
• 5.3.2.1 并行端接
• 5.3.2.2 串行端接
• 5.3.3 信号反射的仿真分析
• 5.3.4 串扰的分析及仿真
• 5.3.4.1 串扰概念
• 5.3.4.2 串扰的产生原因分析
• 5.3.4.3 串扰的仿真和和解决办法
• 5.4 电源完整性（Power Integrity）分析及仿真
• 5.4.1 电容的特性
• 5.4.2 电源完整性单节点仿真
• 5.4.3 电源完整性多节点仿真
• 5.5 电磁兼容性（ElectroMagnetic Compatibility）设计
• 第六章 BOOTLOADER及嵌入式LINUX操作系统的移植
• 6.1 Linux移植的含义及系统移植的硬件环境
• 6.2 Boot Loader的移植
• 6.2.1 U-boot的结构
• 6.2.2 S3C2410X的启动方式
• 6.2.3 U-boot的移植
• 6.2.4 U-boot主要命令介绍
• 6.3 Linux内核的移植
• 6.4 平台测试
• 第七章 结论和展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻硕期间取得的成果