嵌入式系统与ＡＲＭ
嵌入式系统以应用为中心、以计算机技术为基础，软硬件可裁剪、适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。
ＡＲＭ（ Ａ ｄ ｖ ａ ｎ ｃ ｅ ｄ Ｒ Ｓ Ｉ Ｃ Ｍａｃｈｉｎｅｓ）是一家出售芯片设计技术授权的公司，目前其设计的ＡＲＭ 微 处 理 器 占 据 了 ３ ２位ＲＩＳＣ（ＲｅｄｕｃｅｄＩｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ＳｅｔＣｏｍｐｕｔｉｎｇ）微处理器７５％以上的市场份额。
ＡＲＭ 体系结构
ＡＲＭ 已经从Ｖ３ 发展到Ｖ６。目前流行的 ＡＲＭ 芯片内核有Ａ Ｒ Ｍ ７ Ｔ Ｄ Ｍ Ｉ、Ｓ ｔ ｒ ｏ ｎ ｇ Ａ Ｒ Ｍ、Ａ Ｒ Ｍ ７ ２ ０ Ｔ 、Ａ Ｒ Ｍ ９ Ｔ Ｄ Ｍ Ｉ 、ＡＲＭ９２２Ｔ、ＡＲＭ９４０Ｔ、ＡＲＭ９４６Ｔ、Ａ Ｒ Ｍ ９ ６ ６ Ｔ 、Ａ Ｒ Ｍ １ ０ Ｔ Ｄ Ｍ Ｉ 等。Ｐｈｉｌｉｐｓ ＬＰＣ２２１４（以下简称ＬＰＣ２２１４） 是基于ＡＲＭ７ＴＤＭＩ－Ｓ 的高性能３２位ＲＩＳＣ微控制器，属于ＡＲＭ 处理器内核.现代的ＶＬ
ＡＲＭ 微控制器
嵌入式微控制器（单片机）就是将整个计算机集成到一块芯片中。各厂商购买ＡＲＭ 公司的核心授权后，扩展与各自领域相关的片内外围电路，并集成在芯片中，使基于AＲＭ处理器核的芯片多元化。设计者应尽可能采用片内外围电路完成所需的功能，来简化系统设计，提高系统可靠性。ＬＰＣ２２１４微控制器如图２）通过ＡＨＢ 到ＶＰＢ 的桥将ＶＰＢ 总线与ＡＨＢ 总线相连，片内外设（中断控制器除外）连接在ＶＰＢ总线上。ＬＰＣ２２１４具有：多个串行接口，２ 个１６Ｃ５５０ 工业标准ＵＡＲＴ、高速Ｉ２Ｃ 接口（４００ ｋＨｚ）、２个ＳＰＩ 接口；８路１０ 位Ａ／Ｄ 转换器 （０￣３Ｖ测量范围），转换时间可低至２．４４ｕＳ；２个３２ 位定时器（带４路捕获和４ 路比较通道）；ＰＷＭ 单元(６路输出）；实时时钟和看门狗；１１２个通用Ｉ／Ｏ 口（可承受５Ｖ 电压）；２个低功耗模式，空闲和掉电；片上集成高速闪存。
以 ＡＲＭ 微控制器为核的最小系统
嵌入式微控制器不能独立工作，必须给它供电、加上时钟信号、提供复位信号，如果芯片没有片内程序存储器，还要加上存储器系统。
这些条件电路与微控制器共同构成一个最小系统。下面设计以ＬＰＣ２２１４为主控单元，应用于税控收款机的系统。该系统主要由主控ＭＣＵ 模块、时钟模块、电源模块、监控模块、ＩＣ卡读写模块、税控存储器、状态指示电路、接口电路等组成。硬件结构如图２所示。
税控收款机是一种带有计税功能的电子收款机，它内部装有自动记录但不能更改和抹掉的计税存储器。税控收款机由以下几部分组成：中文显示系统、中文打印系统、专用税控处理系统、外围设备驱动、电源、带物理安全保证的机箱. 税控机制由以ＩＣ卡为基础的发行、管理、申报、维护、经营等系统组成。有关数据由税务部门用专用ＩＣ卡读出，以便稽查。系统充分合理地利用了其片内实时时钟、外部存储器接口、ＵＡＲＴ 等其它外设接口。片上闪存作为用户程序的存储空间，其高速零等待特性保证系统的实时运行。其片上程序保护机制，防止代码被任意更改和复制。整个系统的设计 结构简洁，极具竞争优势。
系统移植
ＡＲＭ 芯片获得了许多实时操作系统（Ｒｅａｌ Ｔｉｍｅ Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）供应商的支持，比较知名的有：Ｗｉｎｄｏｗｓ ＣＥ、Ｌｉｎｕｘ、ｐＳＯＳ、ＶｘＷｏｒｋｓ Ｎｕｃｌｅｕｓ、ＯＳＥ、ｅＣＯＳ、μＣ／ＯＳ－ＩＩ等，我们将在税控收款机系统上移植μＣ／ＯＳ－ＩＩ。
μＣ／ＯＳ－ＩＩ移植
ＬＰＣ２２１４ 的ＡＲＭ７ＴＤＭＩ－Ｓ 内核用ＡＲＭ ＡＤＳ 作为编译器移植μＣ／ＯＳ－ＩＩ。包括以下内容：①设置ＯＳ＿ＣＰＵ．Ｈ 头文件中与处理器和编译器相关的代码如：整数、浮点数、堆栈等数据类型定义，打开或者关闭中断函数设置，定义堆栈增长方向，任务切换的执行代码。②用Ｃ语言在ＯＳ＿ＣＰＵ＿Ｃ．Ｃ文件中编写６ 个操作系统相关函数：
任务堆栈初始化函数ＯＳＴａｓｋＳｔｋＩｎｉｔ（ ），Ｃ／ＯＳ－ＩＩ在μ执行某些操作时调用的用户函数：
Ｏ Ｓ Ｔ ａ ｓ ｋ Ｃ ｒ ｅ ａ ｔ ｅ Ｈ ｏ ｏ ｋ （ ） 、
Ｏ Ｓ Ｔ ａ ｓ ｋ Ｄ ｅ ｌ Ｈ ｏ ｏ ｋ （ ） 、
Ｏ Ｓ Ｔ ａ ｓ ｋ Ｓ ｗ Ｈ ｏ ｏ ｋ （ ） 、
Ｏ Ｓ Ｔ ａ ｓ ｋ Ｓ ｔ ａ ｔ Ｈ ｏ ｏ ｋ （ ） 、
ＯＳＴｉｍｅＴｉｃｋＨｏｏｋ（）
③在ＯＳ＿ＣＰＵ．
ＡＳＭ文件中用汇编语言编写四个与处理器相关的函数：运行优先级最高的就绪任务ＯＳＳｔａｒｔHｉｇｈＲｄｙ（）、任务级的任务切换函数ＯＳＣｔｘＳｗ（）、中断级的任务切换函数ＯＳＩｎｔＣｔｘＳｗ（）、中断服务函数ＯＳＴｉｃｋＩＳＲ（）。这里介绍的是通用方法，在具体的项目中还有很多工作要作。
建立完整的嵌入式
实时系统
μＣ／ＯＳ－ＩＩ提供的仅仅是一个任务调度的内核，要想实现一个以ＬＰＣ２２１４为主控单元，应用于税控收款机的嵌入式实时多任务操作系统，还需相当多的扩展工作。主要包括：
①建立文件系统相关的ＡＰＩ函数 ： 如 初 始 化 文 件 函 数ＩｎｉｔＯＳＦｉｌｅ（）、通过文件缓冲区读写数据函数Ｒ ｅ ａ ｄ Ｏ Ｓ Ｆ ｉ ｌ ｅ （ ） 和ＷｒｉｔｅＯＳＦｉｌｅ（）、打开和关闭文件函数ＯｐｅｎＯＳＦｉｌｅ（）和ＣｌｏｓｅＯＳＦｉｌｅ（）。
②为外部设备建立驱动程序并规范相应的ＡＰＩ函数。外设驱动程序可以对系统提供访问外围设备接口，把操作系统和外围设备分离开来。当外围设备改变的时候，只需更换相应的驱动程序，不必修改操作系统的内核以及运行在操作系统的软件。如：液晶驱动、键盘驱动、ＵＡＲＴ 接口驱动等。
③创建图表用户接口ＧＵＩ 函数，实现Ｕｎｉｃｏｄｅ字库的显示及相关函数。
④系统的消息队列。消息相关函数在各个任务之间、用户应用程序之间以及用户应用程序和系统的
各个任务之间通常是通过消息来传递信息和同步的。
⑤税控收款 机软件设计采用模块化思想，其用户程序的开发大体分为如下部分：主程序、自检诊断模块、ＩＣ卡读写模块、ＵＡＲＴ 通讯模块、开票块、液晶显示和按键等人机接口模块。
ＡＲＭ 体系中的调试
调试阶段在整个系统开发过程中所占的比重越来越大，因此拥有高效、强大的调试系统可以大大减
少开发时间，加快产品面市时间, 减轻系统开发工作量。
ＡＲＭ体系结构包含了完善的调试手段，下面仅介绍基于ＪＴＡＧ的ＩＣＥ 类型调试的原理。
基于 ＪＴＡＧ 的 ＩＣＥ 类型调试
基于ＪＴＡＧ的调试系统结构（图４）包括：位于主机上的调试器、目标系统、主机和目标系统之间进行分析和转换的模块。ＪＴＡＧ 调试是边界扫描方式，ＬＰＣ２２１４微核电路部件的每个Ｉ／Ｏ引脚包含一个电路元件，此元件的接口连接到ＪＴＡＧ二进制位移位寄存器上进行测试，这样每个引脚都被ＪＴＡＧ采样或监听。ＡＲＭ７ＴＤＭＩ（图２）的ＴＡＰ 控制器通过ＪＴＡＧ 接口控制各个硬件扫描链，扫描链０可以访问所有外围部件；扫描链１是扫描链０的一部分，它可以访问数据总线和控制总线ＢＲＥＡＫＰＴ；扫描链２ 主要用于访问Ｅｍｂｅｄｄｅｄ ＩＣＥ逻辑部件中的各寄存器。ＡＲＭ７ＴＤＭＩ 调试接口建立在ＩＥＥＥ１１４９－１１９０标准之上，该标准定义了访问芯片的５个引脚串行通讯协议，可以通过５个引脚访问芯片内部，从而可以进行调试和测试。ＪＴ
ＡＧ调试过程：
①设置程序断点、数据断点或相应外部请求，以便进入调试状态；
②当程序运行到 断点指令时，处理器进入调试状态，此时断点指令还没执行；
③在调试状态用户执行所需的调试功能，如停止目标程序执行、查看目标内核状态、查看和修改存储器的内容等。
结语
本文通过对嵌入式实时操作系统μＣ／ＯＳ－ＩＩ中的关键技术及ＡＲＭ体系组结构和调试的分析，结合ＬＰＣ２２１４ 的硬件结构和运行环境，说明了μＣ／ＯＳ－ＩＩ的移植、ＬＰＣ２２１４
的应用和调试。
&nb sp;参考文献：
１，Ｊｅａｎ Ｊ． Ｌａｂｒｏｓｓｅ 著，邵贝贝等译，μＣ／ＯＳ－ＩＩ—源码公开的嵌入
式实时操作系统．北京：中国电力出 版社，２００１．
２，周立功 等编著，ＡＲＭ微控 制器基础与实战．北京：北京航空航天大学出版社，２００３－
１１．
