嵌入式系統(tǒng)的復(fù)習(xí)

1、嵌入式系統(tǒng)的概述 1定義“以應(yīng)用為中心，以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，軟件、硬件可裁減，功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴(yán)格要求的專(zhuān)用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。 嵌入式系統(tǒng)采用“量體裁衣”的方式把所需的功能嵌入到各種應(yīng)用系統(tǒng)中。2.應(yīng)用領(lǐng)域（1）工業(yè)控制 【 工控設(shè)備，智能儀表，汽車(chē)電子 】（2）軍事國(guó)防 【 軍事電子 】（3）消費(fèi)電子 【 信息家電 智能玩具 通信設(shè)備 移動(dòng)存貯 】（4）網(wǎng)絡(luò) 【網(wǎng)絡(luò)設(shè)備 電子商務(wù) 】3組成嵌入式系統(tǒng)的基本組成軟件結(jié)構(gòu) 【應(yīng)用程序 操作系統(tǒng)】 注：MiniGUI不是操作系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu) 【存儲(chǔ)器 處理器】【 硬件系統(tǒng)】 嵌入式系統(tǒng)的硬件是以嵌入式處理器為核心，配置必要的外圍接口部件。在嵌入

2、式系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，應(yīng)以最少的外圍部件構(gòu)成一個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)，滿足嵌入式系統(tǒng)的特殊要求。 一般包括有 ：嵌入式處理器; 存儲(chǔ)器; I/O系統(tǒng)和外設(shè)。【軟件系統(tǒng)】 嵌入式系統(tǒng)的軟件包括 ： 操作系統(tǒng)、應(yīng)用軟件、驅(qū)動(dòng)層軟件。 (1)操作系統(tǒng)功能簡(jiǎn)介 操作系統(tǒng)層包含嵌入式內(nèi)核、嵌入式TCP/IP網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、嵌入式文件系統(tǒng)、嵌入式GUI系統(tǒng)和電源管理等部分。其中嵌入式內(nèi)核是基礎(chǔ)和必備的部分，其他部分要根據(jù)嵌入式系統(tǒng)的需要來(lái)確定。4.嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn)！性能方面：采用32位RISC結(jié)構(gòu)微處理器，主頻從30MHz到1200MHz以上，接近PC機(jī)的水平，但體積更小，能夠真正地“嵌入”到設(shè)備中。 ！實(shí)時(shí)性方面：嵌入式控制器內(nèi)

3、嵌實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，能夠完全保證控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。！人機(jī)交互方面：嵌入式控制器可支持大屏幕的液晶顯示器，提供功能強(qiáng)大的圖形用戶(hù)界面，這些方面的性能也接近于PC，優(yōu)于單片機(jī)。！系統(tǒng)升級(jí)方面：嵌入式控制器可為控制系統(tǒng)專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)，其功能專(zhuān)一，成本較低，而且開(kāi)放的用戶(hù)程序接口（API）保證了系統(tǒng)能夠快速升級(jí)和更新。嵌入式系統(tǒng)與單片機(jī)的區(qū)別 嵌入式系統(tǒng) ¹ 單片機(jī)系統(tǒng) 目前嵌入式系統(tǒng)的主流是以32位嵌入式微處理器為核心的硬件設(shè)計(jì)和基于實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)。由于有了OS可以執(zhí)行多任務(wù)調(diào)度，支持網(wǎng)絡(luò)協(xié)議TCP/IP，所以嵌入式系統(tǒng)可以比普通單片機(jī)系統(tǒng)更適合完成復(fù)雜的任務(wù)。 嵌入式系統(tǒng)與PC之間的區(qū)別l

4、 嵌入式系統(tǒng)一般是專(zhuān)用系統(tǒng)，而PC是通用計(jì)算平臺(tái)；l 嵌入式系統(tǒng)的資源比PC少得多；軟件故障帶來(lái)的后果比PC機(jī)大得多；l 嵌入式系統(tǒng)一般采用實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)；有成本、功耗的要求；得到多種微處理體系的支持并需要專(zhuān)用的開(kāi)發(fā)工具。嵌入式系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)模式 【交叉開(kāi)發(fā)重點(diǎn)掌握，結(jié)合書(shū)本】 交叉開(kāi)發(fā)定義：嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的代碼生成是在PC機(jī)上完成，但由于嵌入式目標(biāo)平臺(tái)的不同，就要求在開(kāi)發(fā)機(jī)上的編譯器能支持交叉編譯（ARM-LINUX-GCC） 、鏈接，然后將程序的代碼下載到目標(biāo)機(jī)上指定位置，然后還要交叉調(diào)試。主要流程為：編寫(xiě)-交叉編譯、鏈接-定位和下載-調(diào)試。嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的流程嵌入式軟件的開(kāi)發(fā)流程與通用軟件的開(kāi)

5、發(fā)流程大同小異，但開(kāi)發(fā)所使用的設(shè)計(jì)方法具有嵌入式開(kāi)發(fā)的特點(diǎn)。整個(gè)開(kāi)發(fā)流程可分為：§ 需求分析階段§ 設(shè)計(jì)階段§ 生成代碼階段§ 固化階段需求分析階段 嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用需求中最為突出的是注重應(yīng)用的時(shí)效性，需求分析階段的主要任務(wù)是： (1)對(duì)問(wèn)題的識(shí)別和分析 (2)制訂規(guī)格說(shuō)明文檔 (3)需求評(píng)審設(shè)計(jì)階段 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)階段包括系統(tǒng)設(shè)計(jì)、任務(wù)設(shè)計(jì)和任務(wù)的詳細(xì)設(shè)計(jì)。 (1)數(shù)據(jù)流分析 (2)劃分任務(wù) (3)定義任務(wù)間的接口 生成代碼階段 生成代碼階段需要完成的工作包括代碼編程、交叉編譯和鏈接、交叉調(diào)試和測(cè)試等。 代碼編程 在嵌入式系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)過(guò)程中，一般采用的方法是先

6、在通用PC上編程，然后通過(guò)交叉編譯鏈接，將程序做成目標(biāo)平臺(tái)上可以運(yùn)行的二進(jìn)制代碼格式。最后將程序下載到目標(biāo)平臺(tái)上的特定位置，在目標(biāo)板上啟動(dòng)運(yùn)行這段二進(jìn)制代碼。 交叉編譯和鏈接 嵌入式軟件開(kāi)發(fā)編碼完成后，要進(jìn)行編譯和鏈接以生成可執(zhí)行代碼。 嵌入式集成開(kāi)發(fā)環(huán)境都支持交叉編譯、鏈接，如WindRiver公司的Tornado以及GNU套件等。交叉編譯鏈接生成兩種類(lèi)型的可執(zhí)行文件：調(diào)試用的可執(zhí)行文件和固化的可執(zhí)行文件。 固化階段 嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用軟件是針對(duì)特定的實(shí)際專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域的，基于相應(yīng)的嵌入式硬件平臺(tái)，并能完成用戶(hù)預(yù)期任務(wù)的計(jì)算機(jī)軟件。 (1)軟件要求固態(tài)化存儲(chǔ)。(2)軟件代碼要求高質(zhì)量、高可靠性。(3

7、)系統(tǒng)軟件的高實(shí)時(shí)性是基本要求。4)多任務(wù)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)成為嵌入式應(yīng)用軟件的必需。 嵌入式系統(tǒng)的調(diào)試§ 嵌入式系統(tǒng)的調(diào)試方法：1源程序模擬器方式2監(jiān)控器方式3仿真器方式RAM的定義 ARM即Advanced RISC Machines的縮寫(xiě)。ARM公司1990年成立，是設(shè)計(jì)公司。ARM是知識(shí)產(chǎn)權(quán)（IP）供應(yīng)商，本身不生產(chǎn)芯片，靠轉(zhuǎn)讓設(shè)計(jì)許可，由合作伙伴公司來(lái)生產(chǎn)各具特色的芯片。 ARM處理器的3大特點(diǎn)是：§ 耗電少、成本低、功能強(qiáng)；§ 16位/32位雙指令集；§ 全球眾多合作伙伴保證供應(yīng)。 寄存器ARM內(nèi)含37個(gè)寄存器，其中：§ 31個(gè)通用32位

8、寄存器§ 6個(gè)狀態(tài)寄存器 指令執(zhí)行階段計(jì)算機(jī)中的1條指令的執(zhí)行可以分若干個(gè)階段： 取指，從存儲(chǔ)器中取出指令(fetch)； 譯碼，指令譯碼(dec)： 取操作數(shù)，假定操作數(shù)從寄存器組中取(reg)； 執(zhí)行運(yùn)算(ALU)； 存儲(chǔ)器訪問(wèn)，操作數(shù)與存儲(chǔ)器有關(guān)(mem)； 結(jié)果寫(xiě)回寄存器(res)。 ARM7體系結(jié)構(gòu)采用了3級(jí)流水線，分為取指，譯碼和執(zhí)行。下圖是單周期3級(jí)流水線的操作示意圖。 ARM9 5級(jí)流水線分為：取指、指令譯碼、執(zhí)行、數(shù)據(jù)緩存和寫(xiě)回。 TDMIT 16位壓縮指令集Thumb;D 在片調(diào)試（Debug）支持，允許處理器響應(yīng)調(diào) 試請(qǐng)求暫停；M 增強(qiáng)型乘法器，與以前處理器 相

9、比性能更高，產(chǎn)生全64位結(jié)果；I 嵌入式ICE硬件提供片上斷點(diǎn)和調(diào)試點(diǎn)支持。數(shù)據(jù)類(lèi)型 ARM處理器支持下列數(shù)據(jù)類(lèi)型：ü Byte 字節(jié), 8位；ü Halfword 半字, 16位（半字必須與2字節(jié)邊界對(duì)準(zhǔn)）；ü Word 字,32 位（字必須與4字節(jié)邊界對(duì)準(zhǔn)）。ARM體系結(jié)構(gòu)支持7種處理器模式處理器模 式說(shuō) 明用戶(hù)usr正常程序執(zhí)行模式FIQfiq支持高速數(shù)據(jù)傳送或通道處理IRQirq用于通用中斷處理管理svc操作系統(tǒng)保護(hù)模式中止abt實(shí)現(xiàn)虛擬存儲(chǔ)器和/或存儲(chǔ)器保護(hù)未定義und支持硬件協(xié)處理器的軟件仿真系統(tǒng)sys運(yùn)行特權(quán)操作系統(tǒng)任務(wù)處理器的工作狀態(tài) ARM處理器

10、有兩種工作狀態(tài)：§ ARM： 32位，這種狀態(tài)下執(zhí)行字對(duì)準(zhǔn)的ARM指令；§ Thumb：16位，這種狀態(tài)下執(zhí)行半字對(duì)準(zhǔn)的Thumb指令。ARM處理器在兩種工作狀態(tài)之間可以切換。ARM和Thumb之間狀態(tài)的切換不影響處理器的模式或寄存器的內(nèi)容。（1）進(jìn)入Thumb狀態(tài)。當(dāng)操作數(shù)寄存器的狀態(tài)位（位0）為1時(shí)，執(zhí)行BX指令進(jìn)入Thumb狀態(tài)。（2）進(jìn)入ARM狀態(tài)。當(dāng)操作數(shù)寄存器的狀態(tài)位（位0）為0時(shí)，執(zhí)行BX指令進(jìn)入ARM狀態(tài)。 寄存器R13通常用作堆棧指針，稱(chēng)作SP。 寄存器R14用作子程序鏈接寄存器，也稱(chēng)為鏈接寄存器LR。 § 程序計(jì)數(shù)器R15:異常定義 ：異常由內(nèi)

11、部或外部源產(chǎn)生并引起處理器處理一個(gè)事件異常類(lèi)型模 式正常地址高向量地址復(fù)位管理0x000000000xFFFF0000未定義指令 未定義0x000000040xFFFF0004軟件中斷（SWI）管理0x000000080xFFFF0008預(yù)取中止（取指令存儲(chǔ)器中止）中止0x0000000C0xFFFF000C數(shù)據(jù)中止（數(shù)據(jù)訪問(wèn)存儲(chǔ)器中止）中止0x000000100xFFFF0010IRQ（中斷）IRQ0x000000180xFFFF0018FIQ（快速中斷）FIQ0x0000001C0xFFFF001C§ 當(dāng)異常出現(xiàn)時(shí)，異常模式分組的R14和SPSR用于保存狀態(tài)。§ 當(dāng)處理

12、異常返回時(shí)，把SPSR傳送到CPSR，R14傳送到PC。這可用兩種方法自動(dòng)完成，即ü 使用帶“S”的數(shù)據(jù)處理指令，將PC作為目的寄存器；ü 使用帶恢復(fù)CPSR的多加載指令。優(yōu)先級(jí)復(fù)位（最高）-數(shù)據(jù)中止-FIQ-IRQ 預(yù)取中止 未定義指令·SWI基本尋址方式看書(shū)v ARM存儲(chǔ)器訪問(wèn)指令 【看例題】轉(zhuǎn)移指令（1）B和BL§ B（Branch）指令引起處理器轉(zhuǎn)移到label。 句法: B cond label § BL（Branch and Link）指令將下一條指令的地址拷貝到R14（LR，鏈接寄存器），并引起轉(zhuǎn)移到label。 句法: BL c

13、ond label （2）BX :引起處理器轉(zhuǎn)移到Rm中的地址。若Rm的位0為1，則指令集變換到Thumb。 句法: BX cond Rm （3）BLX:帶鏈接轉(zhuǎn)移并可選地交換指令集。 句法: BLX cond Rm BLX label雜項(xiàng)ARM指令（1）SWI,引起軟件中斷。這意味著處理器模式變換為管理模式，CPSR保存到管理模式的SPSR中，執(zhí)行轉(zhuǎn)移到SWI向量。句法: SWI cond immed_24其中：immed_24為表達(dá)式，其值為0224-1范圍內(nèi)的整數(shù)。（2）MRS,將CPSR或SPSR的內(nèi)容傳送到通用寄存器。句法: MRS cond Rd,psr其中：Rd 目標(biāo)寄存器。Rd

14、不允許為R15。 psr CPSR或SPSR。（3）MSR,用立即數(shù)或通用寄存器的內(nèi)容加載CPSR或SPSR的指定區(qū)域。句法: MSR cond <psr>_<fields>,#immed_8r MSR cond <psr>_<fields>,Rm其中：<psr> CPSR或SPSR。 <fields> 指定傳送的區(qū)域。 immed_8r 值為數(shù)字常量的表達(dá)式。常量必須對(duì)應(yīng)于8位位圖在32位字中循環(huán)移位偶數(shù)位后的值。 Rm 源寄存器。Thumb 指令集Thumb在32位體系結(jié)構(gòu)上實(shí)現(xiàn)了16位指令集，以提供：§ 比

15、16位體系結(jié)構(gòu)更高的性能；§ 比32位體系結(jié)構(gòu)更高的代碼密度。Thumb 與ARM的區(qū)別§ 轉(zhuǎn)移指令；§ 數(shù)據(jù)傳送指令；§ 單寄存器加載和存儲(chǔ)指令；§ 多寄存器加載和存儲(chǔ)指令。 ARM匯編器支持的偽指令包括：符號(hào)定義偽指令、數(shù)據(jù)定義偽指令、匯編控制偽指令、宏指令以及其他偽指令。 ARM匯編器支持的偽指令分類(lèi)指令舉例符號(hào)定義偽指令GBLA/GBLL/GBLS/LCLA/LCLL/LCLS/SETA/SETL/SETS/RLISTGBLA Test1;定義一個(gè)名為T(mén)est1的全局?jǐn)?shù)值字變量數(shù)據(jù)定義偽指令DCB/DCW/DCD/ DCFD/DCFS/

16、DCQ/ SPACE/MAP/ FIELDstr DCB “This is a test”;分配起始地址為str的一段連續(xù)字節(jié)存儲(chǔ)單元存放字符串匯編控制偽指令I(lǐng)F/ELSE/ENDIF/ WHILE/WEND/IF TestTRUE ;如果條件成立 指令序列1 ;執(zhí)行指令序列1ELSE ;否則執(zhí)行指令序列2 指令序列2ENDIF宏指令MACRO/MEND/ MEXITMACRO Seg指令序列MEND;定義一個(gè)名為Seg的宏指令其他偽指令A(yù)REA/ALIGN/CODE16/CODE32/ENTRY/END/EQU/EXPORT/GLOBAL/IMPORT/EXTERN/GET/INCLUDE/

17、INCBINAREA Init,CODE,READONLY,ALIGN=3;定義了一個(gè)代碼段，段名為Init，屬性為只讀，并指定其后的指令為8（23）字節(jié)對(duì)齊。例子AREA Init，CODE，READONLYENTRYLDR R0, =0x3FF5000LDR R1, 0x0fSTR R1, R0LDR R0, =0x3F50008LDR R1, 0x1STR R1, R0BL PROC ；子程序調(diào)用PROC ；子程序開(kāi)始MOV PC,LR ；從子程序返回END例：編寫(xiě)一具有完整匯編格式的程序，實(shí)現(xiàn)冒泡法排序功能。設(shè)無(wú)符號(hào)字?jǐn)?shù)據(jù)存放在從0x400004開(kāi)始的區(qū)域，字?jǐn)?shù)據(jù)的數(shù)目字存放在0x400000中。AREA SORT，CODE，READONLYENTRYSTARTMOV R1，#0x400000LPSUBS R1，R1，#1BEQ EXITMOV R7，R1LDR R0，=0x400004LP1LDR R2，R0，#4LDR R3，R0CMP R2，R3STRLO R3，R0, # -4STRLO R2，R0SUBS R7，R7，#1BNE LP1B LPEXITEND舉例：一個(gè)向串口不斷發(fā)送0x55的例子IMPORT MainAREA Init ,C