攀枝花学院本科毕业设计（论文） 总体设计和软硬件平台的选择
图3.4 MF RC500引脚排列图
该器件为32引脚外形封装（Small Outline Package，SOP）。为达到EMC特性和信号解耦方面实现最佳性能期间使用了3个独立的电源。MF RC500同时具有出色的RF性能并且在模拟部分和数字部分适应不同的操作电压。
MF RC500的具有以下的优良特性：高集成度模拟电路用于电子标签应答的解调和解码；缓冲输出驱动电路使用最少数目的外部元件连接到天线；近距离操作（可达100mm）；用于连接13.56MHz石英晶体的快速内部振荡器缓冲区；时钟频率监视；硬件复位是低功耗的；软件实现掉电模式；并行微处理器接口带有地址锁存和IRQ线；微处理器并行接口类型可以自动检测；接受FIFO缓冲区和易用的发送；面向位和字节的帧；唯一的序列号；支持防碰撞过程；片内时钟电路；支持MIFARE PRO和ISO/IEC 14443-2-2001(透明模式且T = “CL”)；支持Mifare Classic；CRYPTO1以及具有可靠的内部非易失性的密钥存储器；支持MIFARE有源天线；在高安全性的终端上非常适用。
3.3软件平台的选择
软件是嵌入式系统的灵魂。一般包括Boot Loader、嵌入式操作系统、嵌入式文件系统和应用程序。其中，嵌入式操作系统是整个系统的核心，它负责任务的调度、资源的分配等核心任务。
嵌入式系统的软件结构如下图：
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图3.5 嵌入式系统软件结构
3.3.1 选择Linux操作系统的理由
在嵌入式领域有很多成热的操作系统,它们广泛的应用在各种领域，如Linux、WindowsCE、Vxworks、pSOS等，本设计中选择Linux作为嵌入式开发的操作系统,以下列举了选择嵌入式开发的Linux操作系统所具有的一些优势：
（1）嵌入式Linux有开放的源代码。这让程序开发者和爱好者，对Linux系统开发时可以随意查看、修改，并且按照一定的协议，根据工程项目的要求进行对操作系统的再次开发，保留非常有的功能，那些多余的、以后添加新模块也用不上的功能就不必要再出现了，实现了更有效果的利用存储空间和其随意裁剪的优点。
（2）成本低，可以不用花钱就能获得源代码。嵌入式Linux是开放源代码的自由软件，遵循GPL协议，它的源代码可以自由获得，使用嵌入式Linux开发嵌入式应用，用于购买嵌入式操作系统的费用可以忽略不计。而商业操作系统每个拷贝售价在几百美元到几万美元不等,如果需要操作系统的源代码，则还需要另外购买。嵌入式Linux的开发工具也可以免费获得。相比之下，嵌入式Linux这一优点对于对成本和能耗极为敏感的嵌入式产品是十分重要的。
（3）网络方面功能强大。Linux操作系统作为类Unix操作系统的典型，继承了在服务器方面Unix安全可靠高效的特点，并且继承了Unix支持的标准因特网协议，可以非常方便地搭建起一个简易的服务器系统，长期运行，使得基于嵌入式的Linux服务器在小型服务器领域上有强的竞争优势。
（4）有优良且丰富的开发工具。在项目开发时，不仅需要具体的实施流程图，有一套完善的开发工具和检测软件也是必不可少的。正是由于在Linux有开源的代码和任何人都能在遵循一定协议的情况下修改源码，把它变得更精壮更能有效
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的利用硬件资源，很多资源都是能在Linux社区找到，同时也开发工具的机构看到了商机，开发出了强大的开发工具让很多的开发者使用。例如交叉编译工具，它跨越了不同的平台实现了在强大的CPU下编译目的，而编译出来的可执行程序针对的其它硬件平台的，这种独创性的工具节省了很多过程上繁琐的细节问题，让开发过程变得轻松。
（5）在硬件方面有很多嵌入式Linux都能有效的支持。十多种硬件平台都能够成功地移植其中包括X86、ARM、MIPS、PowerPC、ALPHA体系结构，高开放度的源码让很多的开发者能在流行的CPU上开发，使得Linux能很好支持各种主流的设备和出现更新的硬件技术。
（6）很好的可移植性。作为一种可移植的操作系统，Linux绝大多数的计算机平台上很好的运行。为不同计算机平台之间的通信提供了便利的条件，同时传统的通信接口也是Linux可移植性具体表现。
（7）安全可靠的系统。Linux用很多用于保护资源信息的技术措施，使其变得安全。如对文件和目录实现的读、写权限的控制，有有效的进程监控系统，实时查看内存运行状态，Root权限实现管理员对操作系统最大限度的控制和操作。
3.3.2 bootloader的选择
当按下PC的启动电脑时，CPU会首先运行固话在CMOS中的BIOS（Baisc Input Output System）程序。BIOS程序的主要任务是对各种硬件设备进行自检和初始化，然后运行位于硬盘MBR（Master Boot Record）上的操作系统加载程序。操作系统加载程序负责把操作系统加载到内存中，并启动操作系统。
在嵌入式系统中是没有BIOS程序的，从开机硬件初始化到启动操作系统内核全部是由Bootloader程序完成的。Bootloader是嵌入式系统中最先运行的程序。Bootloader启动首先要对硬件进行初始化、建立内存映射等，其目的是为了内核准备好软硬件运行环境。接着Bootloader会把内核加载到内存中合适的位置并跳转到内核的入口处启动环境。
bootloader就是在操作系统内核运行之前运行的一段小程序,被用作系统从硬件启动到操作系统启动的过渡，是嵌入式系统中非常重要且必不可少的一段程序。通过这段小程序,将会完成对硬件设备的初始化、将内存的空间映射图建立起来等工作,从而将系统的软硬件环境带到一个合适的确定状态，以便最终为操作系统内核的加载准备正确的环境。一般它只在系统启动时运行非常短的时间，但对嵌入式系统来说，这是一个非常重要的系统组成部分。
为了尽可能地提高Boot Loader的通用性和可移植性，Boot Loader一般由两个部分组成。
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第一部分是与硬件密切相关的代码（例如负责初始化硬件的代码）。由于需要直接访问硬件，所以第一部分的代码基本上都是由汇编语言编写的。
第二部分主要负责内存映射、加载内核等任务。由于与硬件的关联较弱，所以第二部分的代码基本上都是由C语言编写的。
Bootloader是严格地依赖于硬件坏境实现的,特别是在嵌入式系统。Boot Loader通常使用SD Card、NOR Flash和NAND Flash启动。目前，常用的Boot Loader主要为ViVi 、U-boot、Redboot，其中U-boot又占据了绝大部分份额。本设计中我们选择的boot loader是U-Boot。U-Boot全称Universal Boot Loader,是遵循GPL条款的开放源码项目。从FADSROM、8xxROM、PPCBOOT逐步发展演化而来。之所以选择U-Boot,是因为U-Boot具有一下一些优点：
（1）开放源代码；
（2）支持多种嵌入式操作系统内核，如Linux、NetBSD，VxWorks，QNX，RTEMS，
ARTOS，LynxOS；
（3）支持多个体系结构，如PowePC、ARM、x86、MIPs、XSeale； （4）较高的可靠性和稳定性；
（5）高度灵活的功能设置,适合U-Boot调试、操作系统不同引导要求、产品
发布等；
（6）丰富的设备驱动源码，如串口、以太网、SDRAM、FLASH、LCD、NVRAM、
EEPROM、RTC、键盘等；
（7）较为丰富的开发调试文档与强大的网络技术支持
3.3.3 文件系统的选择
嵌入式文件系统是嵌入式操作系统的一部分，它的任务是对逻辑文件进行管理，提供对逻辑文件操作的接口，如检索、修改、删除、复制等，以方便用户的使用。嵌入式文件系统还具有兼容性好、支持多种存储设备等特点，一个适合嵌入式设备的文件系统将使嵌入式设备上的文件管理更加快捷方便、大大提高嵌入式设备的性能。支持在Flash上运行的常用嵌入式文件系统有Cramfs、Jffs、Jffs2、Yaffs、Yaffs2等，Cramfs文件系统是只读文件系统，通常在NOR Flash上多选用Jffs及Jffs2文件系统，在NAND Flash上选用Yaffs或Yaffs2文件系统。
Yaffs文件系统是一种类似于Jffs /Jffs2、专门为NAND Flash设计的嵌入式文件系统，目前有Yaffs 和Yaffs2两个版本，它是日志结构的文件系统，代码开源同时具有很好的移植性，能够运行在Linux、ucLinux和WinCE下。提供了损耗平衡和掉电保护，可以有效地避免意外掉电对文件系统一致性和完整性的影响。
与Yaffs相比，Yaffs2除了可以支持2KB每页的NAND Flash外，还做了一些
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改进，可存储信息更多，也更灵活。如文件头的部分元数据，免去读文件获取这些数据的时间，块分配序列号的采用加载时还会以此作为参考之一，判断该块是否适合回收，同时垃圾回收策略也有改进。Yaffs2在内存空间占用、垃圾回收速度、读写速度等方面相对于Yaffs也有较大改进。因此本设计采用的Yaffs2文件系统。
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