毕业论文最终修改版 - 2008-06-20-19-28-35-656

摘 要

嵌入式系统与以太网技术融合发展将是嵌入式技术未来发展的重要方向。针对目前网络应用的特点，提出了基于AT91RM9200微处理器的嵌入式网络应用平台的设计方案。即在以太网上，任何一台ＰＣ机通过网络浏览器，输入嵌入式网站的ＩＰ地址，即可访问本网站。在网站上设计了一系列ARM9嵌入式浏览网页，单击相应的链接，可访问相应的网页，体现出嵌入式系统的静态特性。而且该设计还详细介绍了该网站各个部分的设计和实现方法: 包括硬件模块、软件模块、引导加载程序、嵌入式Linux内核和根文件系统。为基于 ARM的嵌入式网络应用系统的开发搭建了一个较为完善的平台 ,对于网络通信在嵌入式设备中的应用有很好的借鉴意义，所以说嵌入式系统的设计已经成为现代电子设计的一大领域和方向。

关键字 嵌入式系统 ARM920T WEB

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Title Research and Design of embedded WEB based on ARM9

technology

Abstract

The incorporated development of embedded system and Ethernet technology will be the important direction of embedded technology development in the future. According to the characteristics of network application at present, the solution of constructing embedded network application platform based on embedded microprocessor AT91RM9200 is presented. That is to say, any PC computer through network browser , input the related embedded IP address and then you can have access to browse this web. On the website, I design a series of ARM9 embedded browser hompages, click on the appropriate link, you can visit the corresponding homepage,which reflect the static characteristics of embedded system. The design and implementation method of various parts, including hardware module, software module，bootloader program, embedded Linux kernel and root file system, are introduced in details. A perfect platform is built for the development of embedded network application system based on ARM, which is quite significant for the application of network communication in embedded systems. So, embedded system has been a great field of modern electronic design.

Keywords Embedded System ARM920T WEB

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目 录

1 背景综述 ............................................................ 1 1.1引 言 ........................................................... 1 1.2选题背景 ......................................................... 1 1.2.1问题的提出 .................................................. 1 1.2.2课题来源 .................................................... 1 1.3目的和意义 ....................................................... 1 1.4指导思想 ......................................................... 2 1.5 本系统研究的内容及主要工作 ....................................... 2 2 系统设计综述 ........................................................ 3 2.1方案论证 ......................................................... 3 2.2嵌入式系统概述 ................................................... 4 2.3 ARM微处理器 ..................................................... 5 2.4嵌入式LINUX 特点 .................................................. 7 3 系统硬件平台设计 .................................................... 9 3.1 AT91RM9200电源电路设计 .......................................... 9 3.2 AT91RM9200芯片设计 ............................................. 10 3.3 以太网电路的设计 ................................................ 12 3.4 SDRAM 存储器电路设计 ............................................ 17 3.5 FLASH存储器电路设计 ............................................ 18 3.6 USB 主设备电路设计 .............................................. 18 4 系统软件平台设计 ................................................... 20 4.1移植嵌入式LINUX的关键工作 ....................................... 20 4.2 BOA移植的建立 .................................................. 24 4.2.1嵌入式网站Boa 的特点 ....................................... 24 4.2.2 Boa的功能实现 ............................................. 24 4.2.3 Boa 在ARM 上的移植 ........................................ 25 4.2.4 测试Boa 的运行 ............................................ 26 5 调试环境的建立及结果 ............................................... 27 5.1 调试环境的建立 .................................................. 27 5.2测试结论 ........................................................ 32 6 毕业设计总结 ....................................................... 33 参考文献 .............................................................. 34

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1 背景综述

1.1引 言

当今的信息时代,互联网已经渗透到了人们工作和生活的各个方面。随着计算机技术发展,嵌入式系统已成为计算机领域的一个重要组成部分。嵌入式 Internet是近几年发展起来一项新兴概念和技术,通过各种各样的嵌入式设备也能上网使用浏览Web。21世纪的电子信息产品要适应这个发展的方向和要求，否则将很难有强劲的竞争力。而目前正在开发的嵌入式系统中,近50%的项目选择 Linux作为嵌入式操作系统,因此研究在ARM-LINUX操作系统下的嵌入式 Web技术具有较高的现实意义。

1.2选题背景 1.2.1问题的提出

随着Internet 技术与光纤技术的广泛应用，使得网络速度和带宽大幅度提高，各种基于WEB的项目日趋丰富，服务日趋完善，使得大众对嵌入式教学提出了更高的要求，传统的八位单片机由于其运行速度慢、驱动能力、功耗等问题已越来越不能满足用户的需求。ARM处理器以其高性能、低功耗、丰富驱动等功能成为新的嵌入式教学领域开发的理想选择。

1.2.2课题来源

本系统来自于对现代教学系统的研究，其应用价值较高，系统性较强。由于工程较大，这里只设计了典型的几个功能模块，并且在整个项目中能够单独的实现重要的功能任务，具有代表性。为了更好的开发研究，我们有必要对目前较为流行的ARM-LINUX系统做较详细的介绍。

1.3目的和意义

本设计主要研究内容是实现一个基于ＡＲＭ9的嵌入式网站。即在以太网上，任何一台ＰＣ机通过网络浏览器，输入嵌入式网站的ＩＰ地址，即可访问本网站。在网站上设计了一系列ＡＲＭ嵌入式教学网页，单击相应的链接，可访问相应的网页，可以满足嵌入式教学的需要同时使嵌入式教学能广泛应用于各所学校中。

与传统的教学相比，本系统不仅可以节省很大的人力物力和时间，还可以优化工作，提高工作质量和工作效率。

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1.4指导思想

ARM处理器以其高性能, 低功耗，丰富驱动等功能成为新的嵌入式电子产品开发的理想选择，尤其随着32位嵌入式CPU价格的下降和性能指标的提高，为嵌入式系统的广泛应用提供了可能。同时为了实现对系统资源的更好分配，复杂任务的更好调度，引入了嵌入式操作系统。本次设计采用了ATMEL 公司的AT91RM9200 ARM芯片与DM9161E的硬件接口电路并且实现了TCP/IP协议，软件部分在移植了基于ARM9的嵌入式LINUX的基础之上，又采用移植BOA的方法，实现了嵌入式WEB服务器部分，以满足访问网页的要求。其中ARM-LINUX具有很好的移植性、稳定性、强大的协议支持功能、丰富的设备支持功能，现在被广泛应用于嵌入式操作系统中并已成为一种新兴力量。

1.5 本系统研究的内容及主要工作

采用ATMEL公司的AR91RM9200 ARM芯片设计与DM9161E的硬件接口，并且实现了TCP/IP协议，使其具有上网功能，可以作为一个嵌入式网站使用。

由于受到AR91RM9200实现的嵌入式系统内存和处理速度的限制，该设计对TCP/IP按层进行了简化，实现了ARP(地址解析协议)、IP（网际协议）、ICMP（Internet 控制报文协议）、UDP(用户数据报协议)和TCP(传输控制协议)。

在数据链路层实现ARP协议。该模块由ARPRepuest \\ ARP Input\\ARP Timer组成。ARPRepuest负责主机在向网络发送数据时发送ARP请求以确定目的地址的以太网地址。ARP Input判断ARP 包的类型是网络上其他机子发送过来的请求包或是回送给本机的响应包、判断其合法性并进行相应的处理。如果是请求包则交换目的地址跟源地址的以太网地址跟IP地址，然后计算校验码，打包发送出去。如果是返回给本机的ARP响应包，则将数据包里面的IP地址存到路由表里，以便往后发送数据时可以查询目的以太网地址。

在网络层实现IP协议和ICMP协议。IP模块由IPInput和Ipoutput 组成。IPInput负责接受IP数据包，Ipoutput 负责发送IP 数据包。

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第三，Linux具备一整套工具链，容易自行建立嵌入式系统的开发环境和交叉运行环境，可以跨越嵌入式系统开发中仿真工具的障碍。Linux也符合IEEE POSIX.1标准，使应用程序具有较好的可移植性。传统的嵌入式开发的程序调试和调试工具是用在线仿真器（ICE）实现的。它通过取代目标板的微处理器，给目标程序提供一个完整的仿真环境，完成监视和调试程序；但一般价格比较昂贵，只适合做非常底层的调试。使用嵌入式Linux，一旦软硬件能够支持正常的串口功能，即使不用仿真器，也可以很好地进行开发和调试工作，从而节省一笔不小的开发费用。嵌入式Linux为开发者提供了一套完整的工具链（tool chain）。它利用GNU的gcc做编译器，用gdb、kgdb、xgdb做调试工具，能够很方便地实现从操作系统到应用软件各个级别的调试。

第四，Linux具有广泛的硬件支持特性。无论是RISC还是CISC、32位还是64位等各种处理器，Linux都能运行。Linux通常使用的微处理器是Intel X86芯片家族，但它同样能运行于Motorola公司的68K系列CPU和IBM、Apple、Motorola公司的PowerPC CPU以及Intel公司的StrongARM CPU等处理器。Linux支持各种主流硬件设备和最新硬件技术，甚至可以在没有存储管理单元（MMU）的处理器上运行。这意味着嵌入式Linux将具有更广泛的应用前景。

第五，嵌入式LINUX的可移植性好。它广泛支持了许多不同体系结构的计算机。而且将LINUX移植到新的微处理器体系非常快捷，一般是将其移植到一种新型的目标板，其中包含有独特的外设。大部分的内核代码都是相同的，因为它们与微处理器无关，所以，移植的工作多集中在一些存储器管理及中断处理程序上。一旦完成，它们将非常稳定。

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3 系统硬件平台设计

嵌入式WEB的网站设计要求能够通过输入相应的IP地址，链接到所需的网页，要求具有较高实时性，因此在设计硬件电路时，需要特别注重芯片的选择。本系统采用的是具有世界先进水平的ARM芯片AT91RM9200，它是美国著名公司ATMEL生产的ARM920T内核的芯片，PQFP208封装。速度快，工作于180 MHz时性能高达200 MIPS，同时它还具有10/100 Base-T 型以太网卡接口，有独立的媒体接口(MII)或简化的独立媒体接口(RMII)，对于接收与发送有集成的28 字节FIFO及专用的DMA 通道。选取Uboot支持的通用FLASH型号HY57V641620，32bit总线，容量128Mb,可扩展为256Mb。选取通用USB转串口芯片PL2303HX为调试/下载串口。PC仅需USB口就可以完成下载/烧写/调试开发的所有功能。发挥9200+Linux强劲的网络功能。所有未使用得GPIO和16位BUS总线均用插针引出，扩展十分方便。USB供电，无需额外电源适配器。四层PCB，稳定设计。所以使用AT91RM9200作为CPU，完全可以满足设计的要求。其中电路板资源为:4MB FLASH / 16MB SDRAM，10M/100M 以太网口，下载/烧写/调试 USB 口，IIC EEPROM (NP)，20 pin 通用 JTAG 口，USB HOST 标准接口，USB Device mini 接口，调试指示 LED。扩展接口为：3.3V 电源,复位信号,BUS 总线D0-D16 / A0-A16,所有未使用的共PDC(DMA) 通道。

下面具体介绍以AT91RM9200处理器芯片为核心，配备SDRAM，网络接口芯片DM9161E等芯片完成系统所要求的核心模块。

50

位

GPIO, GPI

可扩展为

SPI/UART/485/IrDA/IIC/7816/LCD/SD卡/AC97/NandFlash 等等,扩展接口具有

3.1 AT91RM9200电源电路设计

本次设计采用3.3V电源供电。电源电路原理图设计如图3.1：

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图3.1 电源电路

电源电路设计所采用的SPX1117为一个低功耗正向电压调节器，有0.8A稳定的输出电流，过流及温度保护的特点。这款器件非常适合嵌入式系统的应用，因为其具有高效率，小封装和低功耗的特点。SPX1117的输入电压最小大于输出电压1.1V，所以可以把3.3V的电压输出作为SPX1117-1.8的输入电压。当输出电流减少时，静态 电流随负载变化，并提高效率。

3.2 AT91RM9200芯片设计

Atmel公司的32位RISC处理器AT91RM9200是基于ARM Thumb的ARM920T(核)微控制器,带有全性能的

MMU,支持

SDRAM,静态存储器,Burst

Flash,CompactFals,SmartMedia,具有高性能,低功耗 ,低成本,小体积等优点.AT91RM9200微处理器是一个多用途的通用芯片,它内部集成了微处理器和常用外围组件,具有更高性价比的特点,可以为各个领域的嵌入式系统提供优秀的解决方案。如图3.2所示为AT91RM9200芯片设计图。

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图3.2 AT91RM9200芯片设计图

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3.3 以太网电路的设计

基于AT91RM9200的网络设备，如下图3.3所示，网络系统的构架由物理介质层，物理介质独立层，EMAC层，驱动程序和协议层组成。其中物理介质层采用DAVICOM公司的10/100Mbps快速以太网物理层收发芯片DM9161E实现。EMAC是由AT91RM9200芯片内部集成以太网控制器实现。协议层则由Linux操作系统实现。如图3.5所示为基于AT91RM9200的网络系统构架。

图3.3 基于AT91RM9200的网络系统构架

DM9161E集成了100Base-TX模式和10Base-T模式，提供了MII（Media Independent Interface）接口，能够执行载波监听（Carrier Sense）、冲突检测（Collision Detection）和自动协商（Auto Negotiation）的功能，DM9161E结构框图见图3.4。

DM9161E提供的媒体独立接口（MII）遵从IEEE 802.3u标准.MII接口为PHY层和MAC层提供了一种简单并且容易的一种连接方式。MII包括四位字节（nibble）宽度的数据接收总线，四位字节（nibble）宽度的数据发送总线和PHY与MAC层数据传输控制的信号线。

100Base-TX传输模块。100Base-TX传输模块包含有4B5B编码器、Scrambler、并行到串行转换器、NRZ到NRZI编码器、MLT-3转换器、MLT-3驱动器。

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/0k5h.html