接口技術(shù)-1課程介紹

課程介紹基于ARM的嵌入式系統(tǒng)接口技術(shù)一些典型的嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例基于ARM的嵌入式系統(tǒng)接口技術(shù)嵌入式系統(tǒng)（圖）基于ARM的嵌入式系統(tǒng)接口技術(shù)什么是嵌入式系統(tǒng)例：洗衣機(jī)中的智能控制板 單片計(jì)算機(jī)系統(tǒng) 完成洗衣過程的控制 在洗衣機(jī)內(nèi)部 用戶不感覺其存在 只是洗衣機(jī)的一部分基于ARM的嵌入式系統(tǒng)接口技術(shù)為什么要學(xué)習(xí)嵌入式系統(tǒng)市場需求－中國具有世界最大嵌入式技術(shù)市場，將成為世界第一，手持儀器設(shè)備、信息家電、城市建設(shè)、工業(yè)控制、軍事應(yīng)用，……，嵌入式技術(shù)無處不在。企業(yè)人才需求－軟硬件設(shè)計(jì)人才，應(yīng)用開發(fā)人才，綜合性人才，……技術(shù)發(fā)展趨勢要求－8位、16位、32位，實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，……基于ARM的嵌入式系統(tǒng)接口技術(shù)為什么要學(xué)習(xí)嵌入式技術(shù)？個(gè)人職業(yè)發(fā)展的需要人才市場需求大___嵌入式技術(shù)無處不在IT人才就業(yè)機(jī)會(huì)一般軟件開發(fā)人員門檻低，競爭激烈工作比較辛苦薪水不高（軟件藍(lán)領(lǐng)）嵌入式系統(tǒng)開發(fā)人員門檻高，競爭相對溫和工作相對輕松薪水較高單位（急需）很多企業(yè)需要高職層面的嵌入式應(yīng)用技術(shù)人才

基于ARM的嵌入式系統(tǒng)接口技術(shù)課程目的介紹嵌入式系統(tǒng)的硬件平臺(tái)組成原理及其接口技術(shù)。本課程主要學(xué)習(xí)某個(gè)具有代表性的嵌入式CPU（ARM系列）的內(nèi)部寄存器結(jié)構(gòu)、匯編指令系統(tǒng)、中斷（異常）管理機(jī)制及常用的外圍接口，同時(shí)要學(xué)習(xí)無操作系統(tǒng)下的編程技術(shù)?；贏RM的嵌入式系統(tǒng)接口技術(shù)課程教學(xué)內(nèi)容：(基于ARM的嵌入式接口技術(shù))1，嵌入式系統(tǒng)導(dǎo)論介紹嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展、應(yīng)用、開發(fā)環(huán)境；2，體系結(jié)構(gòu)與指令系統(tǒng)介紹ARM9體系結(jié)構(gòu)和ARM9匯編指令系統(tǒng)；3，嵌入式程序設(shè)計(jì)語言介紹ARM9匯編指令系統(tǒng)中的偽指令，匯編程序設(shè)計(jì)、C程序設(shè)計(jì)及匯編和C程序混合編程；4，S3C2410介紹介紹三星公司的S3C2410，實(shí)驗(yàn)開發(fā)系統(tǒng)，接口示例5，存儲(chǔ)器接口介紹存儲(chǔ)器接口設(shè)計(jì)技術(shù)；6，中斷機(jī)制介紹中斷控制機(jī)制級編程；7，DMA機(jī)制介紹DMA的基本原理及處理流程；8，定時(shí)/計(jì)數(shù)器接口介紹定時(shí)器原理及控制；9，通用I/O接口介紹通用I/O接口技術(shù)；10，串行通信接口介紹嵌入式系統(tǒng)的時(shí)鐘配置及RS-232串行總線接口技術(shù)；11，人機(jī)接口及其他接口介紹簡單的人機(jī)接口的設(shè)計(jì)技術(shù)及步進(jìn)電機(jī)和A/D轉(zhuǎn)換接口、IIC總線接口?；贏RM的嵌入式系統(tǒng)接口技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容1，集成開發(fā)環(huán)境的使用、匯編語言；2，存儲(chǔ)器實(shí)驗(yàn)；3，中斷實(shí)驗(yàn)；4，DMA實(shí)驗(yàn)；5，步進(jìn)電機(jī)實(shí)驗(yàn)；6，RTC、定時(shí)器實(shí)驗(yàn)；7，PWM實(shí)驗(yàn)；8，串口通信實(shí)驗(yàn)；9，I/O接口實(shí)驗(yàn)；鍵盤實(shí)驗(yàn)；10，D/A、A/D實(shí)驗(yàn)；基于ARM的嵌入式系統(tǒng)接口技術(shù)實(shí)訓(xùn)內(nèi)容1，流水燈、交通燈2，LED燈漸明漸暗3，可控式紅綠燈4，電子鬧鐘5，倒計(jì)時(shí)6，搶答器。。。。。?；贏RM的嵌入式系統(tǒng)接口技術(shù)課程考試要求：1，平時(shí)實(shí)驗(yàn)+實(shí)驗(yàn)報(bào)告100分，占總成績的30％；2，期終筆試100分，占總成績的70％?；贏RM的嵌入式系統(tǒng)接口技術(shù)實(shí)訓(xùn)考查要求1，實(shí)訓(xùn)內(nèi)容完成情況2，實(shí)驗(yàn)報(bào)告3，學(xué)期結(jié)束的上機(jī)考核基于ARM的嵌入式系統(tǒng)接口技術(shù)第一章嵌入式系統(tǒng)導(dǎo)論11/6/2022本章學(xué)習(xí)目標(biāo)與要求1.了解什么是嵌入式系統(tǒng)，嵌入式計(jì)算的特點(diǎn)；2.了解嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用及硬件平臺(tái)、軟件平臺(tái)的發(fā)展；3.描述嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用及前景；4.描述嵌入式系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境；5.了解并掌握ADS開發(fā)環(huán)境的使用?；贏RM的嵌入式系統(tǒng)接口技術(shù)1.1工作場景導(dǎo)入11/6/2022工作場景1，解析洗衣機(jī)中智能控制板的工作2，利用ADS集成開發(fā)環(huán)境，編寫并調(diào)試如下的兩個(gè)程序：AREATEAT,CODE,READONLYENTRYstartMOVR0,#0 MOVR1,#1repeatADDR2,R1,#1MULR3,R2,R1

ADDR0,R0,R3ADDR1,R1,#1CMPR1,#10BLErepeatldrr4,=0x30008000strr0,[r4]END要求在AXD中使用單步調(diào)試的方法，觀察各個(gè)寄存器值的變化?；贏RM的嵌入式系統(tǒng)接口技術(shù)引導(dǎo)問題（1）在日常生活中，你是否接觸過嵌入式系統(tǒng)設(shè)備？哪些屬于嵌入式系統(tǒng)設(shè)備？（2）什么是嵌入式系統(tǒng)？（3）開發(fā)嵌入式系統(tǒng)軟件的方法和開發(fā)普通的PC機(jī)上運(yùn)行的軟件方法一樣嗎？（4）嵌入式軟件和普通軟件的運(yùn)行環(huán)境一樣嗎？（5）集成開發(fā)環(huán)境如何使用？基于ARM的嵌入式系統(tǒng)接口技術(shù)1.2嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用11/6/20221.2.1無處不在的嵌入式系統(tǒng)1、工業(yè)控制：如工業(yè)過程控制、機(jī)床、冶金、電子、交通甚至航空航天等行業(yè)。工業(yè)控制設(shè)備的核心已經(jīng)從低端型采用的8位單片機(jī)逐漸成為32位、64位的處理器。2、交通：在車輛導(dǎo)航、流量控制、信息監(jiān)測與汽車服務(wù)方面，嵌入式系統(tǒng)技術(shù)已經(jīng)獲得了廣泛的應(yīng)用，內(nèi)嵌GPS模塊，GSM模塊的移動(dòng)定位終端已經(jīng)在各種運(yùn)輸行業(yè)獲得了成功的使用。汽車電子包括車載音響、車載電話、防盜系統(tǒng)等產(chǎn)品，還包括汽車儀表、導(dǎo)航系統(tǒng)、發(fā)動(dòng)機(jī)控制器、底盤控制器等技術(shù)含量高的產(chǎn)品。3、信息家電及家庭智能管理系統(tǒng)：將成為嵌入式系統(tǒng)最大的應(yīng)用領(lǐng)域，冰箱、空調(diào)等的網(wǎng)絡(luò)化、智能化將引領(lǐng)人們的生活步入一個(gè)嶄新的空間。水、電、煤氣表的遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表，安全防火、防盜系統(tǒng)，其中嵌有的專用控制芯片將代替?zhèn)鹘y(tǒng)的人工檢查，并實(shí)現(xiàn)更高，更準(zhǔn)確和更安全的性能。即使你不在家里，也可以通過電話線、網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制?；贏RM的嵌入式系統(tǒng)接口技術(shù)1.2.1無處不在的嵌入式系統(tǒng)4、POS網(wǎng)絡(luò)及電子商務(wù)：公共交通無接觸智能卡(ContactlessSmartcard,CSC)發(fā)行系統(tǒng)，公共電話卡發(fā)行系統(tǒng)，自動(dòng)售貨機(jī)，各種智能ATM終端將全面走入人們的生活，到時(shí)手持一卡就可以行遍天下。5、環(huán)境工程與自然：水文資料實(shí)時(shí)監(jiān)測，防洪體系及水土質(zhì)量監(jiān)測、堤壩安全，地震監(jiān)測網(wǎng)，實(shí)時(shí)氣象信息網(wǎng)，水源和空氣污染監(jiān)測。在很多環(huán)境惡劣，地況復(fù)雜的地區(qū)，嵌入式系統(tǒng)將實(shí)現(xiàn)無人監(jiān)測。6、機(jī)器人：嵌入式芯片的發(fā)展將使機(jī)器人在微型化，高智能方面優(yōu)勢更加明顯，同時(shí)會(huì)大幅度降低機(jī)器人的價(jià)格，使其在工業(yè)領(lǐng)域和服務(wù)領(lǐng)域獲得更廣泛的應(yīng)用。7、軍事領(lǐng)域：空中飛行器、軍事偵察等、各種武器控制以及坦克、軍艦、戰(zhàn)斗機(jī)、雷達(dá)、通信裝備等陸?？斩喾N軍用裝備上?；贏RM的嵌入式系統(tǒng)接口技術(shù)家用方面數(shù)字電視、信息家電、智能玩具、手持通訊、存儲(chǔ)設(shè)備的核心?；贏RM的嵌入式系統(tǒng)接口技術(shù)信息家電信息家電是指所有能提供信息服務(wù)或通過網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)交互信息的消費(fèi)類電子產(chǎn)品。后PC時(shí)代，計(jì)算將無處不在，家用電器將向數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展，電視機(jī)、冰箱、微波爐、電話等都將嵌入計(jì)算機(jī)，并通過家庭服務(wù)器與Internet連接，轉(zhuǎn)變?yōu)橹悄芫W(wǎng)絡(luò)家電，還可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程家電控制、遠(yuǎn)程教育等新功能?；贏RM的嵌入式系統(tǒng)接口技術(shù)信息家電——數(shù)字機(jī)頂盒基于ARM的嵌入式系統(tǒng)接口技術(shù)嵌入式視頻服務(wù)器基于ARM的嵌入式系統(tǒng)接口技術(shù)現(xiàn)代化家庭基于ARM的嵌入式系統(tǒng)接口技術(shù)智能玩具與機(jī)器人基于ARM的嵌入式系統(tǒng)接口技術(shù)移動(dòng)計(jì)算設(shè)備移動(dòng)計(jì)算設(shè)備包括智能手機(jī)、PDA、電子導(dǎo)航系統(tǒng)等。中國擁有世界上最大的手機(jī)用戶群，智能手機(jī)已向著具有強(qiáng)大計(jì)算功能的方向發(fā)展，而不僅僅只用于通信。在未來，新的移動(dòng)、手持式設(shè)備將會(huì)得到極大的發(fā)展，通過這些設(shè)備實(shí)現(xiàn)人們可以隨時(shí)隨地進(jìn)行互聯(lián)訪問?；贏RM的嵌入式系統(tǒng)接口技術(shù)嵌入式Internet應(yīng)用基于ARM的嵌入式系統(tǒng)接口技術(shù)工業(yè)控制機(jī)床、冶金、電子、交通、航空航天等行業(yè)技術(shù)升級的重要基礎(chǔ)基于ARM的嵌入式系統(tǒng)接口技術(shù)汽車電子汽車電子包括：車載音響、車載電話、防盜系統(tǒng)等產(chǎn)品。還包括汽車儀表、導(dǎo)航系統(tǒng)、發(fā)動(dòng)機(jī)控制器(如空燃比控制、點(diǎn)火正時(shí)控制)、底盤控制器(如制動(dòng)防抱死控制、驅(qū)動(dòng)防滑控制、車輛穩(wěn)定性控制)等技術(shù)含量高的產(chǎn)品。在將來，汽車將成為娛樂中心和移動(dòng)辦公中心，汽車電子的各組成部分將要建立在標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議基礎(chǔ)上?；贏RM的嵌入式系統(tǒng)接口技術(shù)基于RTLinux的仿人機(jī)器人高48cm

重:6kg

靈活性：20DOF操作系統(tǒng):RT-Linux

接口形式:USB1.0(12Mbps)響應(yīng)周期:1ms

能源：DC24Vx6.2A(150W)制造：富士通基于ARM的嵌入式系統(tǒng)接口技術(shù)阿富汗參加反恐作戰(zhàn)的“赫耳墨斯”價(jià)值4萬美元，可攜帶2架攝像機(jī)，發(fā)揮了很好作用。軍事偵察基于ARM的嵌入式系統(tǒng)接口技術(shù)空中飛行器微型飛行器---“黑寡婦”基于ARM的嵌入式系統(tǒng)接口技術(shù)基于VXworks的火星探路者基于ARM的嵌入式系統(tǒng)接口技術(shù)2004年“勇氣號”再次登陸火星基于ARM的嵌入式系統(tǒng)接口技術(shù)WearableComputing基于ARM的嵌入式系統(tǒng)接口技術(shù)1.2.2嵌入式系統(tǒng)的歷史嵌入式系統(tǒng)誕生于微型機(jī)時(shí)代。經(jīng)歷了漫長的獨(dú)立發(fā)展的單片機(jī)道路基于ARM的嵌入式系統(tǒng)接口技術(shù)軟件應(yīng)用程序可按用戶需要隨時(shí)改變,1.2.3嵌入式系統(tǒng)的定義和特點(diǎn)基于ARM的嵌入式系統(tǒng)接口技術(shù)1.2.3嵌入式系統(tǒng)的定義和特點(diǎn)看不見的計(jì)算機(jī)，一般不能被用戶編程,它有一些專用的I/O設(shè)備,對用戶的接口是應(yīng)用專用的。傳統(tǒng)的嵌入式系統(tǒng)定義是：嵌入式計(jì)算系統(tǒng)是嵌入在其他設(shè)備中，起智能控制作用的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。電氣工程師協(xié)會(huì)（IEEE）的定義:“Deviceusedtocontrol，monitor，orassisttheoperationofequipment，machineryorplants”.

（嵌入式系統(tǒng)是用來控制、監(jiān)視或輔助設(shè)備、機(jī)器或工廠操作的裝置。）基于ARM的嵌入式系統(tǒng)接口技術(shù)嵌入式系統(tǒng)的定義以應(yīng)用為中心、以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)、軟件硬件可裁剪、功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。廣義上講，凡是帶有微處理器的專用軟硬件系統(tǒng)都可稱為嵌入式系統(tǒng)。如各類單片機(jī)和DSP系統(tǒng)。這些系統(tǒng)在完成較為單一的專業(yè)功能時(shí)具有簡潔高效的特點(diǎn)。但由于他們沒有操作系統(tǒng)，管理系統(tǒng)硬件和軟件的能力有限，在實(shí)現(xiàn)復(fù)雜多任務(wù)功能時(shí)，往往困難重重，甚至無法實(shí)現(xiàn)從狹義上講，我們更加強(qiáng)調(diào)那些使用嵌入式微處理器構(gòu)成獨(dú)立系統(tǒng)，具有自己的操作系統(tǒng)，具有特定功能，用于特定場合的嵌入式系統(tǒng)。這里所謂的嵌入式系統(tǒng)是指狹義上的嵌入式系統(tǒng)。通常將嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)簡稱為嵌入式系統(tǒng)。基于ARM的嵌入式系統(tǒng)接口技術(shù)嵌入式系統(tǒng)的定義從技術(shù)角度說，嵌入式系統(tǒng)是將應(yīng)用程序、操作系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)硬件集成在一起的系統(tǒng)。從系統(tǒng)角度說，嵌入式系統(tǒng)是設(shè)計(jì)完成復(fù)雜功能的硬件和軟件，并使其緊密耦合在一起的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。從廣義上講，凡是帶有微處理器的專用軟硬件系統(tǒng)都可稱為嵌入式系統(tǒng)?；贏RM的嵌入式系統(tǒng)接口技術(shù)嵌入式系統(tǒng)的定義嵌入式系統(tǒng)是“嵌入到對象體系中的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)”?！扒度胄浴?、“專用性”與“計(jì)算機(jī)系統(tǒng)”是嵌入式系統(tǒng)的三個(gè)基本要素?；贏RM的嵌入式系統(tǒng)接口技術(shù)嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn)嵌入性相關(guān)特點(diǎn)專指計(jì)算機(jī)嵌入到對象體系中，實(shí)現(xiàn)對象體系的智能控制。當(dāng)嵌入式系統(tǒng)變成一個(gè)獨(dú)立應(yīng)用產(chǎn)品時(shí)，可將嵌入性理解為內(nèi)部嵌有微處理器或計(jì)算機(jī)。由于是嵌入到對象系統(tǒng)中，必須滿足對象系統(tǒng)的環(huán)境要求，如物理環(huán)境（小型）、電氣環(huán)境（可靠）、成本（價(jià)廉）等要求。專用性相關(guān)特點(diǎn)軟、硬件的可裁剪性；滿足對象要求的最小軟、硬件配置等。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)相關(guān)特點(diǎn)嵌入式系統(tǒng)必須是能滿足對象系統(tǒng)控制要求的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。與上兩個(gè)特點(diǎn)相呼應(yīng)，這樣的計(jì)算機(jī)必須配置有與對象系統(tǒng)相適應(yīng)的接口電路。

基于ARM的嵌入式系統(tǒng)接口技術(shù)1.3嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展11/6/20221.3.1嵌入式系統(tǒng)硬件平臺(tái)的發(fā)展微處理器的出現(xiàn)已有很長時(shí)間了，傳統(tǒng)的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)起源于二十世紀(jì)七十年代初，但是嵌入式系統(tǒng)對信息技術(shù)（IT）產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生強(qiáng)有力的影響還只是近幾年的事。隨著技術(shù)的發(fā)展，對嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求也越來越復(fù)雜，傳統(tǒng)的手工設(shè)計(jì)方法已不能滿足快速、高效地設(shè)計(jì)復(fù)雜嵌入式系統(tǒng)的要求?；贏RM的嵌入式系統(tǒng)接口技術(shù)1.3.1嵌入式系統(tǒng)硬件平臺(tái)的發(fā)展根據(jù)摩爾定律，微處理器飛速發(fā)展的結(jié)果是嵌入式計(jì)算成為一門學(xué)科。在嵌入式系統(tǒng)的早期階段，所有基本硬件構(gòu)件相對較小也較簡單，如：8位的CPU、74系列的芯片及晶體管等，其軟件子系統(tǒng)是采用一體化的監(jiān)控程序，不存在操作系統(tǒng)平臺(tái)。而今天組成嵌入式系統(tǒng)的基本硬件構(gòu)件已較復(fù)雜，如：16位、32位CPU或特殊功能的微處理器、特定功能的集成芯片、FPGA或CPLD等，其軟件設(shè)計(jì)的復(fù)雜性成倍增長。因此研究嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理及技術(shù)，提供系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法和開發(fā)工具是嵌入式計(jì)算學(xué)科的關(guān)鍵技術(shù)?；贏RM的嵌入式系統(tǒng)接口技術(shù)1.3.1嵌入式系統(tǒng)硬件平臺(tái)的發(fā)展各發(fā)展階段典型的嵌入式CPU基于ARM的嵌入式系統(tǒng)接口技術(shù)1.3.1嵌入式系統(tǒng)硬件平臺(tái)的發(fā)展目前據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，全世界嵌入式處理器的品種總量已經(jīng)超過1000多種，流行體系結(jié)構(gòu)有30幾個(gè)系列。嵌入式處理器的尋址空間一般從64KB到幾個(gè)GB，處理速度從0.1MIPS到2000MIPS。根據(jù)不同的應(yīng)用狀況，嵌入式處理器可以分成下面幾類：

1、嵌入式微處理器

2、嵌入式微控制器

3、嵌入式DSP處理器

4、嵌入式片上系統(tǒng)SOC基于ARM的嵌入式系統(tǒng)接口技術(shù)嵌入式處理器嵌入式系統(tǒng)的核心是嵌入式微處理器。它通常把通用計(jì)算機(jī)中許多由板卡完成的任務(wù)集成在芯片內(nèi)部,有利于嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)趨于小型化,具有高效率、高可靠性等特征?；贏RM的嵌入式系統(tǒng)接口技術(shù)嵌入式處理器典型的8位微處理系統(tǒng)MCS-51系列的單片機(jī)是低端嵌入式系統(tǒng)中用得最多的微處理器?；贏RM的嵌入式系統(tǒng)接口技術(shù)嵌入式處理器典型的16位微處理系統(tǒng)MCS-96系列單片機(jī)和16位DSP芯片基于ARM的嵌入式系統(tǒng)接口技術(shù)嵌入式處理器典型的32位微處理系統(tǒng)ARM系列是應(yīng)用較廣泛的32位微處理器。實(shí)際上該系列的MCU芯片很多，但大都是以ARM微內(nèi)核為核心的。32位的DSP應(yīng)用的也很廣泛。基于ARM的嵌入式系統(tǒng)接口技術(shù)不同等級的處理器應(yīng)用嵌入式處理器應(yīng)用產(chǎn)品4位遙控器相機(jī)防盜器玩具簡易計(jì)量表等8位電視游戲機(jī)空調(diào)傳真機(jī)電話錄音16位手機(jī)攝象機(jī)錄象機(jī)各種多媒體應(yīng)用32位MODEM掌上電腦路由器數(shù)碼相機(jī)GPRS網(wǎng)絡(luò)家庭64位高級工作站新型電腦游戲機(jī)各種多媒體應(yīng)用基于ARM的嵌入式系統(tǒng)接口技術(shù)1.3.1嵌入式系統(tǒng)硬件平臺(tái)的發(fā)展嵌入式系統(tǒng)的硬件是以各種類型的嵌入式處理器為核心部件的。根據(jù)不同的應(yīng)用狀況，嵌入式處理器可以分成下面幾類：嵌入式微處理器(EmbeddedMicroprocessorUnit,EMPU)嵌入式微控制器(MicrocontrollerUnit,MCU)嵌入式DSP處理器(EmbeddedDigitalSignalProcessor,EDSP)嵌入式片上系統(tǒng)(SystemOnChip)基于ARM的嵌入式系統(tǒng)接口技術(shù)嵌入式處理器的分類嵌入式微處理器（MicroprocessorUnit,MPU)PowerPC，ARM（本課程使用ARM920T)、68300、

DragonballMC9328MX1嵌入式微控制器(MicrocontrollerUnit,MCU)也稱單片機(jī)，8051、P51XA、MCS-96/196/296嵌入式DSP處理器(EmbeddedDigitalSignalProcessor,DSP)TexasInstruments的TMS320系列，Motorola的DSP56000系列嵌入式片上系統(tǒng)（SOC-SystemOnChip）嵌入式可編程片上系統(tǒng)（EPSOC）基于ARM的嵌入式系統(tǒng)接口技術(shù)嵌入式微處理器當(dāng)前32位嵌入式微處理器ARM，只設(shè)計(jì)內(nèi)核的英國公司AdvancedRISCMachinesMIPS，只設(shè)計(jì)內(nèi)核的美國公司MicroprocessorwithoutInterlockedPipedStagesPowerPC，IBM和Motorola共有X86，Intel68K/ColdFire，Motorola獨(dú)有龍芯一號基于ARM的嵌入式系統(tǒng)接口技術(shù)嵌入式微處理器基于ARM的嵌入式系統(tǒng)接口技術(shù)嵌入式微控制器又稱單片機(jī)，這種８位的電子器件目前在嵌入式設(shè)備中仍然有著極其廣泛的應(yīng)用。單片機(jī)芯片內(nèi)部集成ROM/EPROM、RAM、總線、總線邏輯、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、看門狗、I/O、串行口、脈寬調(diào)制輸出、A/D、D/A、FlashRAM、EEPROM等各種必要功能和外設(shè)。代表性的通用系列包括8051、P51XA、MCS-251、MCS-96/196/296、C166/167、MC68HC05/11/12/16、68300等。另外還有許多半通用系列如：支持USB接口的MCU8XC930/931、C540、C541；支持I2C、CAN-Bus、LCD及眾多專用MCU和兼容系列。目前MCU占嵌入式系統(tǒng)約70％的市場份額?；贏RM的嵌入式系統(tǒng)接口技術(shù)嵌入式DSP處理器DSP處理器是專門用于信號處理方面的處理器，其在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和指令算法方面進(jìn)行了特殊設(shè)計(jì)，在數(shù)字濾波、FFT、譜分析等各種儀器上DSP獲得了大規(guī)模的應(yīng)用。DSP處理器對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和指令進(jìn)行了特殊設(shè)計(jì)，使其適合于執(zhí)行DSP算法，編譯效率較高，指令執(zhí)行速度也較高。DSP的理論算法在70年代就已經(jīng)出現(xiàn)，但是由于專門的DSP處理器還未出現(xiàn)，所以這種理論算法只能通過MPU等由分立元件實(shí)現(xiàn)。1982年世界上誕生了首枚DSP芯片。在語音合成和編碼解碼器中得到了廣泛應(yīng)用。DSP的運(yùn)算速度進(jìn)一步提高，應(yīng)用領(lǐng)域也從上述范圍擴(kuò)大到了通信和計(jì)算機(jī)方面?；贏RM的嵌入式系統(tǒng)接口技術(shù)SoC就是SystemonChip，SoC是一種基于IP（IntellectualProperty）核嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)。它結(jié)合了許多功能區(qū)塊，將功能做在一個(gè)芯片上，ARMRISC、MIPSRISC、DSP或是其他的微處理器核心，加上通信的接口單元，例如通用串行端口（USB）、TCP/IP通信單元、GPRS通信接口、GSM通信接口、IEEE1394、藍(lán)牙模塊接口等等，這些單元以往都是依照各單元的功能做成一個(gè)個(gè)獨(dú)立的處理芯片。嵌入式片上系統(tǒng)(SoC)基于ARM的嵌入式系統(tǒng)接口技術(shù)嵌入式片上系統(tǒng)(SoC)SOC可以分為通用和專用兩類。通用系列包括Infineon(Siemens)的TriCore，Motorola的M-Core，Echelon和Motorola聯(lián)合研制的Neuron芯片等。專用SOC一般專用于某個(gè)或某類系統(tǒng)中。有代表性的產(chǎn)品是Philips的SmartXA基于ARM的嵌入式系統(tǒng)接口技術(shù)1.3.2嵌入式系統(tǒng)軟件的特點(diǎn)嵌入式軟件和通用計(jì)算機(jī)的軟件一樣，一般分為系統(tǒng)軟件、支撐軟件和應(yīng)用軟件三大類。系統(tǒng)軟件：控制、管理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的資源。如：嵌入式操作系統(tǒng)、嵌入式中間件（CORBA、Java）等支撐軟件：輔助軟件開發(fā)的工具。如：系統(tǒng)分析設(shè)計(jì)工具、仿真開發(fā)工具、交叉開發(fā)工具、測試工具、配置管理工具、維護(hù)工具等。應(yīng)用軟件：面向應(yīng)用領(lǐng)域。如：手機(jī)軟件、路由器軟件、交換機(jī)軟件、飛控軟件等?；贏RM的嵌入式系統(tǒng)接口技術(shù)1.3.2嵌入式系統(tǒng)軟件的特點(diǎn)嵌入式系統(tǒng)軟件的特點(diǎn)：軟件要求固態(tài)化存儲(chǔ)軟件代碼短小精悍軟件代碼要求低功耗、高穩(wěn)定性、高可靠性系統(tǒng)軟件(OS)有較高的實(shí)時(shí)性要求弱交互性基于ARM的嵌入式系統(tǒng)接口技術(shù)1.3.3嵌入式系統(tǒng)軟件開發(fā)從運(yùn)行平臺(tái)來分，嵌入式軟件可以分為運(yùn)行在開發(fā)平臺(tái)上的軟件：設(shè)計(jì)、開發(fā)、測試工具等。運(yùn)行在嵌入式系統(tǒng)上的軟件：嵌入式操作系統(tǒng)、應(yīng)用程序、驅(qū)動(dòng)程序及部分開發(fā)工具。本書所介紹的嵌入式軟件開發(fā)針對的是固件程序的開發(fā)，即在嵌入式系統(tǒng)平臺(tái)上沒有操作系統(tǒng)?；贏RM的嵌入式系統(tǒng)接口技術(shù)宿主機(jī)(Host)及目標(biāo)機(jī)(Target)在嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)調(diào)試中，需要了解下面兩個(gè)概念：（1）宿主機(jī)（Host）

是一臺(tái)通用計(jì)算機(jī)，一般是PC機(jī)。它通過串口或網(wǎng)絡(luò)連接與目標(biāo)機(jī)通信。宿主機(jī)的軟硬件資源比較豐富，包括功能強(qiáng)大的操作系統(tǒng)和開發(fā)工具，能大大提高軟件開發(fā)的效率和進(jìn)度。（2）目標(biāo)機(jī)（Target）常在嵌入式軟件開發(fā)期間使用，用來區(qū)別與嵌入式系統(tǒng)通信的宿主機(jī)。目標(biāo)機(jī)可以是嵌入式應(yīng)用軟件的實(shí)際運(yùn)行環(huán)境，也可以是能替代實(shí)際環(huán)境的仿真系統(tǒng)。目標(biāo)機(jī)體積較小，集成度高，軟硬件資源配置恰到好處。外圍設(shè)備豐富，硬件資源有限。基于ARM的嵌入式系統(tǒng)接口技術(shù)裸機(jī)開發(fā)環(huán)境何謂“裸機(jī)”？裸機(jī)是指無操作系統(tǒng)下的ARM系統(tǒng)開發(fā)(固件程序)其特點(diǎn)是所有硬件資源均開放可以把它理解為一個(gè)高級單片機(jī)的開發(fā)裸機(jī)開發(fā)的作用更能深入地從底層去理解ARMCPU的操作過程及系統(tǒng)設(shè)計(jì)為日后自行設(shè)計(jì)系統(tǒng)打下基礎(chǔ)為bootloader的編寫打好基礎(chǔ)基于ARM的嵌入式系統(tǒng)接口技術(shù)嵌入式系統(tǒng)軟件開發(fā)流程嵌入式系統(tǒng)是軟、硬件結(jié)合的，所以還是有一些不同。嵌入式系統(tǒng)軟件開發(fā)的流程包括下面幾步：1．系統(tǒng)定義與需求分析，和PC機(jī)上軟件開發(fā)一樣，需要明確客戶要設(shè)計(jì)什么、要完成什么功能，形成需求文檔；2．規(guī)格說明階段，是對需求的提煉，是可用來創(chuàng)建體系結(jié)構(gòu)的關(guān)于系統(tǒng)的更詳盡、更精確、更一致的描述，形成規(guī)格說明書；3．系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的藍(lán)圖，系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)的一個(gè)計(jì)劃，明確軟、硬件的劃分，形成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)文檔；4．系統(tǒng)構(gòu)件設(shè)計(jì)，包括硬件結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和軟件結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)；。5．軟硬件詳細(xì)設(shè)計(jì)及集成，準(zhǔn)備宿主機(jī)環(huán)境，編寫代碼并準(zhǔn)備下載工具，最后進(jìn)行編輯、編譯并且下載、調(diào)試；6．系統(tǒng)總體調(diào)試、功能性能及可靠性測試、最后固化到嵌入式系統(tǒng)?；贏RM的嵌入式系統(tǒng)接口技術(shù)1.3.4嵌入式軟件平臺(tái)的發(fā)展及分類1.3.4.1嵌入式操作系統(tǒng)的發(fā)展1.無操作系統(tǒng)的嵌入式2.簡單嵌入式操作系統(tǒng)的嵌入式系統(tǒng)3.嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)基于ARM的嵌入式系統(tǒng)接口技術(shù)1.3.4嵌入式軟件平臺(tái)的發(fā)展及分類1.3.4.2嵌入式操作系統(tǒng)的分類嵌入式操作系統(tǒng)（EOS,Embedded

Operating

System）負(fù)責(zé)嵌入式系統(tǒng)的全部軟、硬件資源的分配、調(diào)度，控制、協(xié)調(diào)并發(fā)活動(dòng)；目前，已推出一些應(yīng)用比較成功的EOS產(chǎn)品系列。目前比較著名和流行的嵌入式操作系統(tǒng)有很多，分類方式也不一樣?；贏RM的嵌入式系統(tǒng)接口技術(shù)1.3.4嵌入式軟件平臺(tái)的發(fā)展及分類按收費(fèi)模式，可以劃分為：商用型(功能穩(wěn)定、可靠，有完善的技術(shù)支持和售后服務(wù)，但往往價(jià)格昂貴)Vxworks，Nucleux，PlamOS，Symbian，WinCE，QNX，pSOS，VRTX，LynxOS，Hopen，DeltaOS等。免費(fèi)型(在價(jià)格方面具有優(yōu)勢，穩(wěn)定性與服務(wù)性存在挑戰(zhàn)Linux，μCLinux，μC/OS-Ⅱ，eCos，uITRON等?；贏RM的嵌入式系統(tǒng)接口技術(shù)1.3.4嵌入式軟件平臺(tái)的發(fā)展及分類按實(shí)時(shí)性，即對時(shí)限要求的不同，可以劃分為：硬實(shí)時(shí)系統(tǒng)—系統(tǒng)對時(shí)限的要求特別嚴(yán)格，如果不滿足時(shí)限要求會(huì)給系統(tǒng)帶來災(zāi)難性后果，如Vxworks。軟實(shí)時(shí)系統(tǒng)—系統(tǒng)對時(shí)限的要求不是很迫切，如果不能滿足時(shí)限要求，系統(tǒng)仍然可以正常工作，只是性能有所影響而已，如WinCE，RTLinux。無實(shí)時(shí)—系統(tǒng)對時(shí)限沒有要求，如Linux?；贏RM的嵌入式系統(tǒng)接口技術(shù)1.3.4嵌入式軟件平臺(tái)的發(fā)展及分類1.3.4.3常見嵌入式操作系統(tǒng)

WindowsCE；

VxWorks；嵌入式Linux；PalmOSQNXC/OS及C/OS-II

TinyOS

基于ARM的嵌入式系統(tǒng)接口技術(shù)1.4嵌入式系統(tǒng)軟件開發(fā)環(huán)境介紹11/6/20221.4.1交叉編譯嵌入式系統(tǒng)（目標(biāo)機(jī)）往往資源都是很有限的，不可能安裝開發(fā)工具，然后象平時(shí)做桌面開發(fā)那樣，在上面進(jìn)行編碼、調(diào)試最后發(fā)布軟件。嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)必須在宿主機(jī)上進(jìn)行的。這樣就存在一個(gè)問題：當(dāng)我們的目標(biāo)機(jī)處理器與主機(jī)的處理器不同時(shí)（比如目標(biāo)機(jī)是ARM處理器，而主機(jī)是x86處理器），如何保證在主機(jī)上編譯的程序能在目標(biāo)機(jī)上運(yùn)行呢？基于ARM的嵌入式系統(tǒng)接口技術(shù)1.4.1交叉編譯答案在于編譯器上！我們可以讓一個(gè)編譯器運(yùn)行在x86主機(jī)上，卻編譯出可以在ARM上運(yùn)行的可執(zhí)行程序，這種編譯器叫做交叉編譯器（crosscompiler），而采用交叉編譯器進(jìn)行編譯就是交叉編譯（crosscompiling）?；贏RM的嵌入式系統(tǒng)接口技術(shù)1.4.1交叉編譯另外嵌入式系統(tǒng)需要使用一組物理硬件和軟件來完成所需的功能。在系統(tǒng)開發(fā)過程中，并沒有固定的設(shè)計(jì)好的硬件，因此嵌入式系統(tǒng)開發(fā)中還需要一種硬件的支持，這就是實(shí)驗(yàn)開發(fā)系統(tǒng)（開發(fā)板、實(shí)驗(yàn)箱等）。實(shí)驗(yàn)開發(fā)系統(tǒng)功能比較齊全，實(shí)際的嵌入式產(chǎn)品是不需要功能如此齊全的。根據(jù)最終產(chǎn)品定制合適的最小系統(tǒng)，降低制造的成本?；贏RM的嵌入式系統(tǒng)接口技術(shù)1.4.2集成開發(fā)環(huán)境簡介集成開發(fā)環(huán)境可以分為兩種類型：一類是實(shí)驗(yàn)開發(fā)系統(tǒng)的提供商會(huì)隨同硬件系統(tǒng)一起提供集成開發(fā)環(huán)境，由于嵌入式系統(tǒng)開發(fā)與硬件關(guān)系密切，因此這類集成開發(fā)環(huán)境是針對各自的實(shí)驗(yàn)開發(fā)系統(tǒng)提供的軟件，使用起來可能會(huì)更方便一些；只是不同的系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境會(huì)稍有差別。另一類是嵌入式處理器廠商提供的集成開發(fā)環(huán)境，這類開發(fā)環(huán)境具有普遍的適用性，但使用起來可能不夠方便；例如ARM公司提供的開發(fā)環(huán)境ADS。注：對于裸機(jī)開發(fā)來說，程序的下載和運(yùn)行并不依賴于目標(biāo)系統(tǒng)上運(yùn)行的操作系統(tǒng)基于ARM的嵌入式系統(tǒng)接口技術(shù)1.4.3集成開發(fā)環(huán)境使用各種基于ARM的開發(fā)板基于ARM的嵌入式系統(tǒng)接口技術(shù)1.4.3集成開發(fā)環(huán)境使用基于ARM的嵌入式系統(tǒng)接口技術(shù)1.4.3集成開發(fā)環(huán)境使用集成開發(fā)環(huán)境ARMADS，全稱為ARMDeveloperSuite，是ARM公司推出的新一代ARM集成開發(fā)工具。包括編譯和調(diào)試環(huán)境。ADS由命令行開發(fā)工具，ARM實(shí)時(shí)庫，GUI開發(fā)環(huán)境(CodeWarrior和AXD)，實(shí)用程序和支持軟件組成。?；贏RM的嵌入式系統(tǒng)接口技術(shù)1.4.3集成開發(fā)環(huán)境使用基于ARM的嵌入式系統(tǒng)接口技術(shù)1.4.3集成開發(fā)環(huán)境使用嵌入式軟件開發(fā)通常需要四個(gè)步驟。例如，在ADS集成開發(fā)環(huán)境下編譯和調(diào)試從1加到100AREATEST,CODE,READONLYENTRYstartMOVR1,#1label1ADDR0,R0,R1ADDR1,R1,#1CMPR1,#101BNElabel1MOVR2,#1END基于ARM的嵌入式系統(tǒng)接口技術(shù)1.4.3集成開發(fā)環(huán)境使用嵌入式軟件開發(fā)的四個(gè)步驟：1.建立開發(fā)環(huán)境2.源代碼編輯3.交叉編譯、鏈接和重定位4.程序的調(diào)試基于ARM的嵌入式系統(tǒng)接口技術(shù)嵌入式系統(tǒng)開發(fā)模式模擬方式仿真方式調(diào)試方式基于ARM的嵌入式系統(tǒng)接口技術(shù)1.4.4調(diào)試器調(diào)試的目的在于檢測所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)硬件是否滿足要求，軟件是否能夠達(dá)到目的，軟件和硬件是否和諧統(tǒng)一。AXD調(diào)試器可以對包含有調(diào)試信息的、正在運(yùn)行的可執(zhí)行代碼進(jìn)行變量查看、斷點(diǎn)控制等調(diào)試操作。調(diào)試器能夠發(fā)送以下指令。

下載映像文件到目標(biāo)內(nèi)存。啟動(dòng)或停止程序的執(zhí)行。顯示內(nèi)存、寄存器或變量的值。允許用戶改變存儲(chǔ)的變量值?；贏RM的嵌入式系統(tǒng)接口技術(shù)1.4.4調(diào)試器調(diào)試代理（Debugagent）執(zhí)行調(diào)試器發(fā)出的命令動(dòng)作，比如設(shè)置斷點(diǎn)、從存儲(chǔ)器中讀數(shù)據(jù)、把數(shù)據(jù)寫到存儲(chǔ)器等。Debugagent即不是被調(diào)試的程序，也不是調(diào)試器。在ARM體系中，使用三種方式的Debugagent對目標(biāo)進(jìn)行調(diào)試。

使用JTAG調(diào)試方法使用Angel的調(diào)試方法使用ARMulator的調(diào)試方法三種調(diào)試方法通過在AXD中ChooseTarget中設(shè)置選擇基于ARM的嵌入式系統(tǒng)接口技術(shù)1.4.4調(diào)試器使用JTAG調(diào)試方法使用Angel的調(diào)試方法使用ARMulator的調(diào)試方法ARMulator調(diào)試方法即軟件仿真的調(diào)試方法。ARMulator調(diào)試方法是一種脫離硬件調(diào)試軟件方法?；贏RM的嵌入式系統(tǒng)接口技術(shù)1.5回到工作場景11/6/20221.5.1回到工作場景一在智能洗衣機(jī)中，外觀上看不到有計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，但在洗衣機(jī)內(nèi)部，有一個(gè)單片計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，只是洗衣機(jī)的一部分，用戶不感覺其存在，它可以完成洗衣過程的控制，它的功能是專用的，。由以上分析可見，洗衣機(jī)內(nèi)部嵌入了一個(gè)功能專一的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，它的工作可靠，體積很小，功耗也不大。也就是說洗衣機(jī)是一個(gè)嵌入式設(shè)備，里面有一個(gè)嵌入式系統(tǒng)?；贏RM的嵌入式系統(tǒng)接口技術(shù)1.5.2回到工作場景二繼續(xù)在D:\test文件夾下填加工程test1。工作過程一

新建工程并編輯代碼1.打開CodeWarriorforADS集成開發(fā)環(huán)境，單擊【File】|【New】，在打開窗口的第一個(gè)選項(xiàng)卡，選擇ARMExecutableImage新建一個(gè)工程，輸入工程名test1；2.同上步驟，在第二個(gè)選項(xiàng)卡，新建一個(gè)匯編語言源程序test1.s，并且加入到工程test1中，內(nèi)容如下：基于ARM的嵌入式系統(tǒng)接口技術(shù)工作過程一AREATEAT,CODE,READONLYENTRYstart

MOVR0,#0 MOVR1,#1repeatADDR2,R1,#1MULR3,R2,R1ADDR0,R0,R3ADDR1,R1,#1CMPR1,#10BLErepeatldrr4,=0x30008000strr0,[r4]END基于ARM的嵌入式系統(tǒng)接口技術(shù)工作過程二設(shè)置工程單擊工程窗口的DebugRelSetting圖標(biāo)按鈕，打開設(shè)置窗口，單擊LanguageSettings下面的ARM