基于ARM Cortex-M3的嵌入式开发环境构建与实现

摘要

嵌入式系统在工业控制上的应用非常广泛，由于工业控制目标对象存在差异性大、实时性安全性要求高、开发周期要求短的特点，传统的根据应用系统定制软硬件的开发方法存在周期长、成本高，稳定性差等问题。考虑工业控制领域常见控制对象主要以开关量控制、脉冲输出、脉冲捕获以及模拟量控制为主，可构建一套通用的嵌入式开发环境。基于以上分析本文构建一套以STM32单片机为控制器、以μC/OS-Ⅱ为操作系统的面向工业控制的通用嵌入式开发环境。
　　本文首先对嵌入式系统的发展和现状进行了介绍，然后对工业控制应用系统进行了需求分析，选择ARM Cortex-M3内核的STM32单片机为控制核心，并完成了系统硬件环境的构建。考虑到工业控制对系统实时性的要求，本文分析了常见的嵌入式操作系统，然后根据STM32硬件环境的现有资源，选择以μC/OS-Ⅱ实时操作系统构建软件开发环境。接着分析了μC/OS-Ⅱ的原理并在STM32上完成了系统的移植工作，最后通过两个实验分别测试了μC/OS-Ⅱ的任务切换时间和中断响应时间等两个衡量实时性的重要指标，验证了μC/OS-Ⅱ具有良好的实时性的结论。
　　基于构建的开发环境，本文设计了一款面向工业控制应用的PLC开关量扩展单元，给出了主要模块的软件流程图，实现了PLC的输入输出扩展。对面向工业控制的通用嵌入式开发环境进行了总结，有利于解决系统开发目标差异性大、实时性安全性要求高、开发周期要求短等问题。

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1 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外发展现状

1.3 论文的主要研究内容

2 总体设计及硬件环境搭建

2.1 总体需求分析

2.2 嵌入式硬件开发环境构建

2.3 印刷电路板的抗干扰设计

2.4 本章小结

3 嵌入式软件开发环境构建

3.1 嵌入式实时内核选择

3.2 μC/OS-Ⅱ嵌入式实时操作系统工作原理

3.3 μC/OS-Ⅱ在Cortex-M3上的移植

3.4 μC/OS-Ⅱ移植结果测试

3.5系统实时性分析

3.6 本章小结

4基于嵌入式开发环境的PLC开关量扩展单元开发

4.1 PLC开关量扩展单元简介及方案设计

4.2 系统软件总体设计

4.3 系统测试

4.4 总结与分析

5 总结与展望

5.1 全文总结

5.2 课题展望

致谢

参考文献