基于ARM9的小型机器人制作
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前言

随着信息化、智能化、网络化的发展,嵌入式技术将全方面展开,已成为通信和消费类产品的发展方向。嵌入式系统分别在硬件和软件(主要是嵌入式操作系统)方面获得发展,已成为IT界的又一焦点,研发自主知识产权的嵌入式处理器和嵌入式操作系统,对于我们国家的民族IT产业具有十分重要的战略意义。

通用计算机工业的基础被认为是由Wintel(Microsoft和Intel在20世纪90年代初建立的联盟)垄断的工业,而嵌入式系统是分散的工业,充满了竞争、机遇和创新,嵌入式系统领域的产品和技术,留给各个行业的中小规模高技术公司的创新余地非常大,各个应用领域不断向前发展,其中的嵌入式处理器核心也同步发展,构成了推动嵌入式工业发展的强大动力。

Linux开放原始码及其模块化的设计,为用户提供了极大限度的可缩放功能。嵌入式Linux操作系统以价格低廉、功能强大又易于移植的优势被广泛采用,成为新兴的力量,以Linux为代表的免费软件开始占领比较大的市场,嵌入式操作系统及其研发平台的市场被普及计算(Pervasive-Computing)概念所驱动,发展更为迅速,嵌入式CPU是嵌入式系统的核心,拥有自己的嵌入式CPU和支撑硬件是发展自主产权嵌入式系统的前提和基础。操作系统是软件产业的基础和龙头,它能左右软件产业的发展方向,是世界软件产业最大的利润来源。研制自主版权的嵌入式操作系统意义重大,它可使中国的IT行业真正走向成熟和自立。

以ARM为核心的硬件平台开发小型机器人,具有体积小、低功耗、低成本、高性能等优势,同时配以以嵌入式Linux为代表的免费软件开发小型机器人,一是不需要任何的许可证或商家的合作关系,源代码可以免费获得,这使得采用Linux作为操作系统不会遇到任何关于版权的纠纷;二是标准平台上的移植加快了软件与硬件的开发过程,并且开发人员可以对操作系统进行定制,适应其特殊需要,这对于经费、时间受限制的研究与开发项目是很有吸引力的。以ARM和嵌入式Linux开发小型机器人代表了嵌入式技术的基本技术,也是通信和消费类电子产品的典型代表,符合高职高专院校教学改革的需求及人才培养定位和发展趋势。

现有高职院校的专业教材很多都是按照知识体系编写的,重理论、轻实践,重原理、轻应用或者根本与实践无关。学生学习了一个学期,不知道这个知识在实践中有什么作用,为什么要学习,与今后的工作有什么联系,以及如何应用等。本书探索了回归工程教学的教材编写思路,要求是按照项目设计制作或者工作过程展开,将学科知识融入到项目或者产品的制作过程中,回归到人类认识自然的本原方式,典型工程案例的实践过程按照“任务驱动”的模式组织,通过“实践—归纳—推理—再实践”这一螺旋式上升的方法获取系统的科学知识和实践技能,回归到科学知识和实践技能获取的自然过程,并将企业的“6S”考核体系融入到教学考核评价中。将嵌入式探月小车作为典型工程案例编写教材,培养学生职业能力,这是本书的主要探索,也是本书的主要特色。教材每个项目主要包括以下几个组成部分。

项目描述。介绍该项目的工程实践应用与技术要求及其实现的主要技术关键;介绍案例与课程的联系与技术要点及职业要求。

教学目标。从知识、能力、态度等方面介绍各项目的教学目标,包括方法能力、专业能力、社会能力以及团队合作等。

知识准备。实现项目设计制作所必需的知识,不求知识的完整性与全面性,以“必需、够用”为度。

任务实现。任务实现所需的材料、场地、技术资料、实现的步骤、相关的技术要求、现场要求、工艺与技术文件的撰写等。

考核评价。对学生作品的质量评价、技术评价、职业素养评价、完成过程评价的评分标准。

拓展提高。让学生学会触类旁通、举一反三,学生知识的迁移,技能的强化,职业能力的拓展等。

本书由工业和信息产业职业教育教学指导委员会电子信息类专业教学指导委员会副主任委员、湖南省高等学校教学名师、湖南信息职业技术学院信息工程系主任谭立新教授担任主编,谭立新教授提出了本书编写的基本思路,提供了智能嵌入式探月小车的原始技术资料,并撰写了项目3;湖南信息职业技术学院信息工程系刘锰讲师任副主编,参与开发了嵌入式探月小车的技术工作,整理了智能嵌入式探月小车的技术资料,撰写了项目1和项目2,并协助进行了统稿工作;湖南信息职业技术学院信息工程系罗坚工程师和肖成老师主要参与了嵌入式探月小车的技术开发工作,并撰写了项目4和项目5;湖南信息职业技术学院信息工程系李平安讲师主要参与了嵌入式探月小车的技术开发工作,并与长沙航空职业技术学院航空电子电气工程系主任朱国军副教授撰写了项目6;湖南信息职业技术学院信息工程系邓知辉讲师、张家界航空职业技术学院电气工程系主任胡良君副教授撰写了项目7;湖南信息职业技术学院计算机工程系汪淼湘讲师参与了嵌入式探月小车的技术开发工作,并与湖南科技经贸职业学院电子信息学院副院长何美生副教授撰写了项目8;湖南信息职业技术学院信息湖南信息职业技术学院信息工程系教学主任吴再华副教授和湖南信息职业技术学院教研室主任李雪东高级实验师撰写了附录A、附录B和附录C。

《基于ARM9的小型机器人制作》是典型的嵌入式教材,可以作为嵌入式系统工程、应用电子技术、电子信息工程技术、电子工艺与管理、电子设备与运行管理、玩具设计与制作等专业的教材,也可供嵌入式领域的科研和工程技术人员参考使用。

本书共分为三部分,各部分内容如下。

第一部分Linux基础及环境搭建。从Linux的安装过程、基本操作命令开始,系统地介绍了嵌入式Linux的环境搭建,为Linux初学者能够快速入门提供了保证。

第二部分ARM开发板硬件基础。结合ARM开发板硬件的具体实验介绍嵌入式Linux的I/O与文件系统的开发、进程控制开发、进程间通信开发、网络应用开发、基于中断的开发、设备驱动程序的开发,以及嵌入式图形界面的开发等,使读者能够边学边用,更快更好地学会ARM开发板的应用。

第三部分嵌入式Linux的应用开发。根据典型工程项目及具体外设介绍嵌入式小型机器人的运动、通信及控制等功能的实现,使读者能够边学边用,更快更好地掌握所学知识,并能灵活应用。

《基于ARM9的小型机器人制作》主要得到了以下基金项目的资助:湖南省职业教育“十一五”重点建设项目——应用电子技术精品专业(湘教发〔2007〕41号);湖南省职业院校教育教学改革研究项目(重点)——基于系列产品驱动的专业教育教学研究与实践(项目编号:ZJDA2009004);工业和信息产业职业教育教学指导委员会教学项目——基于智能电子产品的系列教材开发与实践(项目编号:HZW2010-108)。本书选取的典型工程项目——嵌入式探月小车控制软件V1.0版已获计算机软件著作权(登记号:2010SR069123)。

《基于ARM9的小型机器人制作》得到了工业和信息产业职业教育教学指导委员会、电子工业出版社的指导与大力支持,并得到了中科鸥鹏科技有限公司秦志强博士的指导和湖南科瑞特科技有限公司张玉希高级工程师的支持,同时也凝聚了湖南省众多兄弟院校的支持与帮助。在此一并表示感谢!

编 者

2011年7月15日