摘 要：在科学技术高速发展的背景下，先进技术的应用，促进了社会各个行业的发展。嵌入式系统就是其中的重要一种，故受到了人们的高度关注。本文首先对APM和嵌入式系统加以阐述，然后设计基于ARM的嵌入式软硬件系统平台，希望为相关行业提供借鉴。

关键词：ARM;嵌入式系统;软硬件系统

引言：ARM处理器是嵌入式微处理器的一种，其应用效果十分显著。随着时代的发展，人们对嵌入式系统提出了更高的要求，为满足人们的要求，应用ARM处理器设计嵌入式软件和硬件系统，其意义十分重大。

一、ARM和嵌入式系统概述

（一）ARM概述

在嵌入式系统之中，ARM起到的作用尤为关键，关系到系统功能的发挥，故在设计过程中，需要将应用作为目的，通过查阅相关资料得知，各种先进科学技术的应用，促进了这项技术的发展，目前，ARM处理器的性能逐渐增强，其生产公司按照性能的高低，相继推出了7代、9代和11代ARM处理器，性能提升是其未来发展趋势，这些高性能的ARM会在高精尖领域取得良好的应用，与此同时，其生产成本也会随着生产能力的提升而下降。

（二）嵌入式系统概述

就当前实际情况来看，嵌入式系统的应用范围逐渐广泛，在监控、控制机器等方面取得了良好的应用，嵌入式系统由两部分构成，分别为硬件系统和软件系统。专业领域对嵌入式系统做出了如下定义：以应用为目标，将计算机技术作为基础，满足实际需求的系统[1]。

二、基于ARM的嵌入式软硬件系统设计分析

（一）基于ARM的嵌入式硬件系统分析

（1）选择合适的处理器。据了解得知，目前常用ARM处理器为四种。因此，在选择ARM核的过程中，需要对其是否具备MMU功能进行考虑，只有具备这一功能的ARM核，才能满足嵌入式硬件系统的设计需求[2]。究其原因，主要是MMU功能决定了ARM核运行的稳定性。但一些系统则与之相反，即使ARM核不具备MMU功能也能够在系统中有效运行，我们在设计时，可以将这种系统作为主要选择。由于ARM芯片处理速度会受到时钟频率的影响，故设计时还要观察系统的时钟频率，以ARM9代处理器为例，该处理器与7代和5代处理器相比，在频率上有显著的提升，在选择处理器的过程中，应结合系统的运行需要。以某科技企业为例，该企业在综合考虑各类ARM处理器之间优劣势后，选择了9代ARM处理器中的3个种类。ARM处理器具有以下方面的优势：第一，串行接口数量多;第二，具有可拓展的以太网接口;第三，市场价格低廉。

（2）硬件系统的设计规划。通过查阅相关资料得知，基于ARM的系统多为嵌入式系统平台，这个平台能够对多个平台予以支持，故在设计硬件系统的过程中，为增强ARM和CPU之间切换的便捷性，可以将子板设置到芯片之中，在进行外部电路设计时，应使用金手指接口使子母板相连，其目的在于节省空间，并减少成本[3]。

上述企业在考虑多方面的因素后，基于ARM处理器，设计了CPU 子板，且子板间在适用性和运行效率方面存在差异。硬件系统设计规划如图1所示。

（3）设计存储器。选择不同型号和大小的存储器是主要的设计目的，由于不同型号的存储器，在价格和性能上有所差异，因此，在选择主存储器时不仅要考虑其存储容量，还要对价格予以关注[4]。如果系统对存储量需求较高，则可以选择SDRAM。例如：在选择辅助存储器时，就可以选择NANDFLASH存储器，设计外设电路。ARM处理器中都存在内置控制器，使外部电路得到了简化，故在设计硬件系统的过程中，应选择合适的嵌入式系统，上述企业在考虑到适配性的基础上，选择了CS800嵌入式系统，这个系统适用性较强，且与IEEE802.3以太网标准相符，同时具有各类接口，在I/O模式中可以发挥应有的作用。实践应用结果表明，这种系统的应用，可以取得良好的应用效果。

（二）基于ARM的软件系统设计

1.嵌入式软件软件系统的构成

目前，最常用的嵌入式系统，其软件组成部分可以分为以下几种：（1）系统软件;（2）上层应用软件;（3）图形用户界面;（4）BootLoader。接下来，本文会对这些软件构成进行分析：

系统软件。系统软件属于一个集成系统，由两部分构成，分别是文件系统和操作系统。其中，操作系统属于一个平台，可以支持软件开发。操作系统的应用范圍十分广泛，其主要功能为资源分配，能够根据系统设计和运行的需求，对硬件资源和软件资源进行分配，同时，还能调整和控制任务进度。嵌入式操作系统与普通操作系统相比，除了具备操作系统的基础性功能之外，还有可剪裁性和实时性等优势。文件存储、检索和更新是嵌入式文件系统的主要功能，但这个系统却无法保证文件的安全，只能为文件操作提供支持[5]。

图形用户界面。图形用户界面的应用是计算机技术发展成熟的标志，这项技术的应用，满足了人们使用计算机的需求，在图形用户界面出现之前，人们想要利用计算机完成一系列的操作，需要使用大量的命令，且这些命令十分复杂，难以背诵。而图形用户界面应用后，人们可以利用窗口、按键完成操作，而嵌入式图形用户接口是传统图形用户界面的升级版，具有可靠性高、便于移动等方面的优势。

应用软件层。主要是指将嵌入式操作系统作为基础，通过对操作系统使用，实现软件开发，以丰富系统的功能。

BootLoader。其中文名是引导加载程序，简言之属于一个程序代码，这段代码的输入，是建立内存空间映射图的前提条件，而空间映射图的建立，则可以为硬软件的开发设计提供合适的环境。

2.选择合适的操作系统

目前，常见的嵌入式操作系统有如下几种：（1）WinCE;（2）VxWorks;（3）Linux。在选择操作系统的过程中，设计人员应该考虑不同操作系统的优势和不足，据了解得知，WinCE操作系统的整体性较强，能够同时运行多项任务，故应用该系统开发软件，可以缩短硬软件的开发时间，但在价格方面却十分昂贵。

3.BootLoader的選择

通过上文分析可知，BootLoader属于一个程序代码，可以把操作系统装载到存储器之中，然后向存储器跳转，最后运行操作系统即可。初始化硬件和引导操作系统是BootLoader的主要任务，因此，在设计嵌入式系统时应做好BootLoader的选择。

4.选择合适的GUI

在操作系统选择完成后，应该在操作系统的基础上，选择合适的GUI，目前，常用的GUI系统有如下几种：（1）高度剪裁的Windows系统;（2）OpenGUI;（3）MiniGUI;（4）QT。

其中高度剪裁的Windows系统在运行过程中，会占用大量的系统资源，并且，本地代码的输入，会使系统运行过程中的资源消耗大幅度上升，因此，其应用范围被局限于系统资源要求偏低的地方，比如：数字电视上的机顶盒。

OpenGUI属于一种实时系统，但却无法支持处理器，故不具备良好的跨平台可移植性，其发展陷入了瓶颈。

MiniGUI属于一个界面支持系统，其目的在于为Linux嵌入系统提供服务。但这种系统在发展过程中却出现了问题，具体包括体系结构不完善、开发环境便捷性差、无法支持主流的输入法。

QT是嵌入式系统的一个版本，其他GUI系统中的程序可以向QT系统中移植，同时具有多个接口，可以支持用户的自定义设备。但是这种系统所占内存较大，对存储器容量提出了严格的要求，且随着存储器技术的发展，这项不足已经被完全弥补，建议设计人员选择QT作为GUI。

结论：综上所述，在计算机技术高速发展的背景下，嵌入式系统被广泛应用于各个领域之中，且取得了良好的应用效果。具体表现为将基于ARM的嵌入式系统作为微型处理器，可以使各行各业对处理器的需求得到满足。为此，本文在分析ARM和嵌入式系统的基础上，提出了几点设计嵌入式软件系统和硬件系统的建议，以促进硬软件的开发。

参考文献：

[1]刘振东.基于ARM的嵌入式软硬件系统设计与实现[J].信息记录材料，2018，19（04）：105-106.

[2]姚梦涛，杭佳，赵汉青，等.基于ARM的嵌入式软硬件系统设计与实现[J].电子技术与软件工程，2017（15）：202.

[3]杨航.基于ARM的嵌入式软硬件系统设计与实现[J].求知导刊，2017（09）：60.

[4]阚艳，张子明，李金猛，韩梁，周勇军.基于ARM的嵌入式工具管理系统的设计与实现[J].计算机测量与控制，2019，27（11）：233-238.

[5]陈皓全.基于嵌入式处理器的数控系统硬件设计分析[J].电子测试，2019（16）：20-21.

作者简介：

吴文庆（1973-），男，黑龙江齐齐哈尔人，教授，硕士，从事软件工程技术研究.