面向ARM Cortex⁃M系列MCU的RT⁃Thread驻留方法

为了提高实时操作系统下应用程序的简捷性和可移植性并缩短编译时间,文中以RT⁃Thread为例,研究实时操作系统在通用嵌入式计算机架构下的驻留问题,提出BIOS与User程序的功能分离机制以及FLASH、RAM空间划分原则,并设计一种RT⁃Thread系统服务接口的映射方法,以ARM Cortex⁃M系列的STM32L431微控制器为蓝本,实现RT⁃Thread的驻留与User程序的编译。实验结果表明,将RT⁃Thread驻留于BIOS中的方法有效地实现了实时操作系统与User程序的物理隔离,缩短了微控制器应用开发的编译时间,降低了编程难度,可为RT⁃Thread的应用开发提供一种高效途径。

基于Arm Cortex-M0的视频处理系统

设计一种基于Arm Cortex-M0的视频处理系统,旨在满足视频处理在各个应用领域的需求。系统基于EG4S20现场可编程逻辑门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA)开发板进行开发,搭建基于Arm Cortex-M0的系统级芯片(System on Chip,SoC)架构,实现了多种图像信号处理(Image Signal Processing,ISP)算法。系统通过安全数字(Secure Digital,SD)存储卡读取原始视频数据,经过ISP硬件加速处理,通过高清多媒体接口(High Definition Multimedia Interface,HDMI)实时显示处理后的图像。系统集成了键盘、数码管和蜂鸣器模块,实现了智能化的视频处理和控制,极大地提高了处理效率和效果。

基于Cortex-M4的CNTR/CTRU密钥封装高效实现

量子计算技术的迅猛发展对现有的公钥密码体制造成了极大的威胁,为了抵抗量子计算的攻击,后量子密码成为当前密码学界的研究热点.目前,物联网的安全问题备受关注,ARM Cortex-M4作为低功耗嵌入式处理器,被广泛应用于物联网设备中,在其上部署后量子密码算法将为物联网设备的安全提供更加可靠的保障.CNTR和CTRU是我国学者提出的NTRU格基密钥封装方案,相比于基于LWE技术路线的格基密钥封装方案在安全性和其他性能上具有综合优势,并在我国密标委得到立项.本文工作首次在ARM Cortex-M4平台上高效紧凑地实现了CNTR和CTRU方案,充分利用单指令多数据(Single Instruction Multiple Data,SIMD)指令,调整运算结构和指令安排,优化核心的多项式运算,从而在算法实现速度和堆栈空间上进行全面优化升级.本文主要工作如下:本文首次在ARM Cortex-M4上实现耗时模块多项式中心二项分布采样,采样速度提升32.49%;使用混合基数论变换(Number Theoretic Transform,NTT)加速非NTT友好多项式乘法运算,充分利用浮点单元(Floating-Point Unit,FPU)寄存器,在NTT实现中采用层融合技术,最大化减少加载和存储等耗时指令使用,使得正向NTT和逆向NTT的速度分别提升84.24%、81.15%;通过NTT过程系数范围分析进行延迟约减,进而减少约减次数,并使用改进的Barrett约减和Montgomery约减技术实现降低约减汇编指令条数;使用循环展开技术实现多项式求逆,优化多项式求逆这一耗时过程,速度优化率为68.85%;针对解密过程中的非NTT友好素数模数多项式环乘法,采用多模数NTT和中国剩余定理(Chinese Remainder Theorem,CRT)结合的方法进行加速,完成解密过程96.26%的速度提升;使用空间复用的方法优化堆栈空间,CNTR和CTRU的堆栈空间分别减少了29.86%、28.17%.实验结果表明:提出的优化技术大幅提升了算法实现效率,与C参考实现相比,CNTR和CTRU的整体速度优化率分别为85.54%、85.56%.与其他格基密钥封装方案最新ARM Cortex-M4实现相比,本文的优化实现在速度、空间和安全性上具有综合性的优势.

基于ARM Cortex-M3内核的嵌入式运动控制箱的设计与实现

通过研究现有运动控制方案,发现常见的运动控制解决方案都要用到运动控制卡,成本较高,体积较大,不适合控制精度要求不太高、成本要求较高的运动控制场景。从ARM Cortex-M3为内核的32位微控制器、光电隔离接口电路、PWM信号调制、供电电源、软件设计5个方面进行设计,调试并实现一套具有更高性价比的嵌入式运动控制箱。该嵌入式微控制器经光电隔离接口电路读取外部数字化输入信号,经过嵌入式微控制器CPU处理,输出数字化信号和调制PWM信号,经光电隔离接口电路隔离转换,以控制伺服电机和外部其他设备。该运动控制箱成本低、功能强大、体积小,适用于对成本要求较高、对运动精度和难度要求不太高的场合。实际应用表明,该运动控制箱可实现4通道PWM输出、20通道的数字输入和16通道的数字输出,性能良好,性价比高,效果良好。

基于db4小波变换和双ARM Cortex-M的电能质量分析系统

研究并开发了基于双ARM Cortex-M平台、利用小波变换检测暂态扰动电信号的电能质量分析系统原型。首先利用Mallat算法对电能信号进行离散小波分解,计算并比较高频区间的模极大值,进而确定扰动发生时间点并进行录波。在双ARM Cortex-M硬件平台上对该检测扰动的算法进行验证,通过电压中断和暂态振荡两种输入信号模型对系统进行测试,结果表明系统能在2ms内检测到电信号的突变,能准确实时地检测到暂态扰动出现的时刻。

基于ARM Cortex平台的嵌入式系统课程虚拟实验平台设计

针对高校嵌入式系统课程逐渐迁移到全新的Cortex-M平台,设计开发了一套分层次的基于CortexM3的虚拟实验教学平台。实验平台分基础型、综合型和设计型3个层次,采用递进教学方式,由浅入深,循序渐进,以适用不同知识基础的学生。虚拟实验教学平台可在教学时间与教学空间上拓展嵌入式系统课程的学习范围,激发学生的学习兴趣,提高了教学质量。

μCOSⅡ在基于Cortex-M3核的ARM处理器上的移植

介绍了源代码公开的实时操作系统μCOSⅡ在ARM处理器STM32F103VBT6上的移植过程。首先简要介绍了ARM核Cortex-M3的一些基本概念,然后结合其基本概念用C语言和汇编语言修改了移植过程中需要修改的所有源代码文件且给出了其详细解释。最后给出了一个基于μCOSII嵌入式操作系统的简单应用,讨论了基于嵌入式操作系统的应用程序开发方法与传统应用程序开发方法的区别,说明前者方法的优越性并验证了移植的成功。

基于CORTEX-M3 ARM的变频调速节能控制器设计

采用CORTEX-M3 ARM控制芯片,设计了一个具有高可靠、性价比高、操作方便的变频节能控制器。综合阐述了整体系统设计、核心CPU选型,并重点设计了具有可靠保护的压力信号采集模块、强抗干扰能力的变频器控制信号输出模块和人机接口模块。现场试验结果表明控制器工作可靠,能很好地实现水泵出口流量及压力的全自动控制。

基于ARM Cortex-M3内核微控制器的智能库容检测系统

工业生产中物料的库存容量直接影响生产进度和安全状况。本文研究开发出实用的以ARM Cortex-M3内核微控制器系统为终端,通过RS-485总线对每台终端进行实时监控的智能库容检测系统。该系统采用新的设计模式和检测信号快速采集等先进技术,使其不仅具有传感测量、补偿计算等基本功能,还具有信息处理、分析比较、故障自诊断、自测试等智能化功能。该系统硬件电路简单、软件功能完善、抗干扰能力强、操作界面简单方便、数据记录清楚简洁、系统性能比较稳定。

MQXLite操作系统在ARM Cortex-M0+/M4上的移植研究与实现

在分析MQXLite组织架构的基础上,针对其过于依赖处理器专家(Processor Expert,PE)软件造成支持芯片有限的问题,提出了一个通用的MQXLite工程框架模板"AMQXLite FW"。利用此模板在ARM Cortex-M0+/M4芯片上实现了MQXLite的移植,并从启动流程、中断系统、系统定时器及应用任务这几个方面详细介绍了移植过程。最后在KW01及CC3200两款不同内核、不同厂商的芯片上进行了MQXLite的移植测试,测试结果显示了此框架模板的可移植性与通用性。

基于ARM Cortex-M3便携式智能超声波液位计

为了准确测量环境恶劣工业生产中的液位以保证生产效率,通过研究超声波测距工作原理,采用新型高性能、低功耗和低成本的ARM-Cortex M3内核微控制器,结合超声波技术、红外传输与DSl820温度补偿修正设计了一款便携式智能超声波液位计。其采用的先进微处理器以及无线传输的方式,简化了硬件电路,优化了软件编程。研究表明:该液位计设计提高了液位测量精度、实时性、灵活性与快速性。

基于ARM Cortex-M4的MQX中断机制分析与中断程序框架设计

中断机制是决定RTOS实时性指标的核心机制。MQX是一个由Freescale维护、源代码公开、支持多任务的抢占式的RTOS,将会广泛用于ARM Cortex-M微处理器的应用中。MQX的中断机制具有实时响应、动态管理的特点。以ARM Cortex M4Kinetis微控制器为蓝本,深入分析了MQX的中断顶半部和底半部的运行机理,提出了MQX的中断实时特性的评估算法,明确了程序时间的可控性。在此基础上,根据嵌入式软件工程的基本原理,不拘泥于传统程序结构设计方法,提出了一种MQX下中断程序框架及编程要素分布的基本原则,从而较好地满足了程序可复用性及可移植性要求。

基于ARM cortex M3铁轨塌方自动检测报警系统

当前铁轨塌方检测通常采用人工检测方法,令专业技术人员定期对铁轨进行安全检查,通过经验判断是否会发生塌方。人工检测危险系数高;且因主观性导致误差较大。为此,设计了一种新的基于ARM cortex M3铁轨塌方自动检测报警系统,所设计系统主要由传感器检测模块、CPU控制模块、GSM无线传输模块、太阳能供电模块以及GPS定位模块构成,详细介绍了关键模块的设计过程。将ARM cortex M3作为整个系统的主要控制芯片,通过塌方传感器对塌方情况进行检测;利用GPS定位模块对塌方位置进行定位;通过远程无线传输模块实现报警,利用最小二乘法多项式曲线拟合方法对传感器检测过程中出现的误差施行补偿。实验结果表明,所设计系统不仅能有效实现报警,而且不易出现故障、维修成本低、实时性高。

基于ARM Cortex-M3和Internet的实时数据采集系统设计

设计一种基于ARM Cortex-M3和Internet的实时数据采集系统。系统选用STM32F107VCT6作为核心芯片,通过链接网络芯片DM9161A,配合程序中采用的嵌入式TCP/IP协议栈LwIP,将采集到的区域温度和电压数据实时传送到远程监测端。实验及测试证明,系统运行稳定,数据采集和传送准确,实时性能良好。

基于ARM Cortex-M3的便携式智能瓦检仪的设计

为了测量煤矿井下瓦斯浓度以提高煤矿安全系数,利用新型的ARM Cortex-M3内核高性能、低功耗和低成本的特点,结合红外技术研究设计出一款便携式小型瓦斯检测仪;ARM Cortex-M3内核简化了硬件电路的设计和开发环境,优化了软件编程;红外技术的应用使得该仪表可供煤矿井下工作人员随身携带,使用方便;该仪表能够实现瓦斯含量实时检测和报警,具有测量精度高、实时性好、速度快、操作简单和性价比高等优点,使得矿井环境更加安全可靠;文章详细介绍了瓦检仪系统的组成、工作原理以及软硬件设计。

基于ARM Cortex--M4的运动环境监测系统设计与实现

基于ARM Cortex-M4评估板和多种传感器设计了性能优良、功能丰富且成本低廉的运动环境监测电子系统。该系统能够实现人体运动时心率、气温、湿度、气压、海拔和经纬度的监测,并实时显示监测结果,通过短信发送至手机等功能。分别介绍了各分功能及分功能集成系统的设计和实现方法。经过测试,系统能够正常稳定地工作,为运动健康电子监测系统的研究提供了思路,同时可作为电子系统教学和科研的实验平台。

基于ARM Cortex-M3内核微控制器的智能型重锤式料位检测系统

工业生产中,料位直接影响生产进度和安全状况;研究开发出实用的基于ARM Cortex-M3内核微控制器的智能型重锤式料位检测系统,采用新的设计模式,运用系统故障自动复位、重锤触料信号快速采集等先进技术,使该系统不仅具有传感测量、补偿计算、显示的基本功能,还具有更加强大的信息处理、分析比较、故障自诊断、自测试等智能化功能;该系统硬件电路简单,软件功能完善,抗干扰能力强,通过实际测试,系统运行良好,工作可靠。

基于ARM Cortex-M3的智能数据采集终端的设计

设计并实现一个基于ARM Cortex-M3内核处理器的电力智能数据采集终端,并对该智能数据采集终端的软件和硬件部分进行详细的介绍。数据终端设计选用IAR EWARM作为系统的开发平台,既缩短了开发周期,又提高了系统的稳定性。测试结果表明该系统功耗小,性价比高,功能易于扩展,便于推广使用。

基于ARM Cortex-M3的动态心电图机设计

针对目前动态心电图机产品种类和功能单一的现状,研制了基于ARM(Advanced RISC Machines)Cor-tex-M3的新型动态心电图机。硬件主要由处理器最小系统、生物电放大模块、存储模块、LCD(Liquid Cgstal Display)和触摸屏模块、高速USB接口和电源模块构成。软件开发基于CooCox CoOS嵌入式实时操作系统,同时使用了文件系统和USB等中间件。移植uC/GUI实现人机接口设计。测试结果表明,该系统不但实现了心电信号采集、大容量数据存储和高速上传的功能,而且创新性地增加了图形用户界面和实时波形显示功能。

ARM Cortex-M微控制器的教学平台建设

ARM Cortex-M微控制器已逐渐进入了国内各高校的MCU教学中。对笔者所在教学团队开展的ARM微控制器教学中的一些经验进行了总结,包括与8051教学的对比、教学实验平台的建设、与其他相关课程的教学的结合等。最后,对存在的困难和问题进行了分析。