嵌入式 知識(shí)點(diǎn)總結(jié)

1、嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn)：.嵌入式系統(tǒng)的個(gè)性化很強(qiáng)，軟件系統(tǒng)和硬件在不同的應(yīng)用中均有差異；.由通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)發(fā)展而來(lái)，根據(jù)應(yīng)用對(duì)軟硬件進(jìn)行裁剪；.高的可靠性，強(qiáng)的實(shí)用性；.高的耗電量直接影響系統(tǒng)的成本及電源壽命；2、什么是嵌入式系統(tǒng)？嵌入式系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心，以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，采用可剪裁硬件，適用于對(duì)功能，可靠性，成本，體積，功耗等有嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。3、采用RISC架構(gòu)的ARM微處理器一般具有如下特點(diǎn)：.體積小、功耗低、成本低、性能高；.支持Thumb(16位)/ARM(3位)雙指令集，能很好地兼容8位/16位器件；.大量使用寄存器，指令執(zhí)行速度快；⑷.大多數(shù)數(shù)據(jù)操作都在寄存器中完成；.尋址方式靈活簡(jiǎn)單，執(zhí)行效率高；.采用固定長(zhǎng)度的指令格式；4、嵌入式系統(tǒng)開發(fā)流程：選擇嵌入式處理器(硬件平臺(tái))---選擇嵌入式操作系統(tǒng)(軟件平臺(tái))-----開發(fā)嵌入式應(yīng)用軟件-----測(cè)試通過(guò)---(是)---系統(tǒng)測(cè)試-----開發(fā)結(jié)束5、嵌入式系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)流程：代碼編程(C/匯編源程序)-----交叉編譯(OBJ文件)-----交叉函數(shù)庫(kù)----交叉鏈接(系統(tǒng)映像文件)---(重定向與下載)---目標(biāo)板----調(diào)試；6、ARM9E處理器有獨(dú)立的指令緩存(ICACHE)和數(shù)據(jù)緩存(DCACHE);7、ARM9系列處理器共有37個(gè)寄存器，其中31個(gè)屬于通用寄存器，6個(gè)為ARM處理器；8、ARM總共有7種不同的處理器模式，分別是：用戶模式，快速中斷模式，外部中斷模式，管理模式，數(shù)據(jù)訪問中止模式，未定義指令中止模式，系統(tǒng)模式9、R13一般作為棧指針SP；R14被稱為連接寄存器LR，作用：一是在通過(guò)BL或者BLX指令調(diào)用子程序時(shí)存放當(dāng)前子程序的返回地址；二是在發(fā)生異常時(shí)用來(lái)保存該模式基于PC的返回地址；R15是程序計(jì)數(shù)器PC，用來(lái)保存處理器取值的地址；10、流水線技術(shù)的工作原理：ARM7采用的是3級(jí)流水線：FETCH/DECODE/EXECUTE.此時(shí)在EXECUTE階段要完成大量的工作，包括寄存器和存儲(chǔ)器的讀寫操作、移位操作、ALU操作等，這導(dǎo)致在執(zhí)行階段往往需要多個(gè)時(shí)鐘周期，從而成為系統(tǒng)性能的瓶頸。ARM9采用5級(jí)流水線技術(shù)，分別是FETCH/DECODE/EXECUTE/MEMORY/WRITE.FETCH階段和之前功能相同，即從指令存儲(chǔ)器中取值；DECODE階段除了譯碼之外，還讀取寄存器操作數(shù)；EXECUTE階段執(zhí)行運(yùn)算，產(chǎn)生ALU運(yùn)算結(jié)果或產(chǎn)生存儲(chǔ)器地址；MEMORY階段進(jìn)行存儲(chǔ)器的讀寫操作；WRITE階段將結(jié)果寫回寄存器；11、ARM9使用一個(gè)統(tǒng)一的TLB來(lái)緩存頁(yè)表信息，TLB主頁(yè)分為兩個(gè)部分:主TLB和鎖定TLB；12、ARM總共有7種處理器異常：復(fù)位異常、未定義指令異常、軟件中斷異常、指令預(yù)取終止異常、數(shù)據(jù)訪問終止異常、外部訪問終止異常、快速中斷請(qǐng)求異常13、(1).復(fù)位異常和軟件中斷異常時(shí)，處理器進(jìn)入管理模式；.未定義指令異常時(shí)，處理器進(jìn)入未定義模式；.指令預(yù)取終止異常和數(shù)據(jù)訪問終止異常時(shí)，處理器進(jìn)入中止模式；.外部中斷請(qǐng)求時(shí)，處理器進(jìn)入外部中斷模式；.快速中斷請(qǐng)求時(shí)，處理器進(jìn)入快速中斷模式；ARM運(yùn)行狀態(tài):ARM狀態(tài)和Thumb狀態(tài)；ARM指令必須在ARM狀態(tài)下執(zhí)行，同樣,Thumb指令也必須處于Thumb狀態(tài)下執(zhí)行。ARM狀態(tài)和Thumb狀態(tài)切換可以通過(guò)BX指令來(lái)實(shí)現(xiàn)。ARM指令集有5種形式的位移操作：LSL:邏輯左移；LSR：邏輯右移；ASR:算術(shù)右移；ROR:循環(huán)右移；RRX:帶擴(kuò)展的循環(huán)右移；立即數(shù)并不是任意數(shù)都是合法的，在立即數(shù)尋址中，分配給立即數(shù)的空間是12位，8位用于保存一個(gè)常數(shù)，4位用于保存循環(huán)右移基數(shù)，而循環(huán)右移每次需要移動(dòng)偶數(shù)位，即右移的位數(shù)是基數(shù)*2；假設(shè)常數(shù)為A，循環(huán)右移位數(shù)為N，則最后得到的立即數(shù)=入循環(huán)右移(N*2位)；ARM指令的尋址方式及特點(diǎn)：⑴立即尋址；.寄存器偏移尋址；.寄存器偏移尋址；.寄存器間接尋址；.基址變址尋址；.多寄存器尋址；.堆棧尋址：滿遞增堆棧、空遞增堆棧、滿遞減堆棧、空遞減堆棧；LDR和STRLDR指令：從內(nèi)存讀取數(shù)據(jù)裝入寄存器；STR指令：將寄存器中的數(shù)據(jù)存入內(nèi)存；CDP:是協(xié)處理器數(shù)據(jù)處理指令：用來(lái)執(zhí)行特定的數(shù)據(jù)操作；MCR:將ARM寄存器中的數(shù)據(jù)傳輸?shù)絽f(xié)處理器寄存器中；MRC:數(shù)據(jù)傳輸方向與MCR指令相反，它將協(xié)處理器寄存器中的數(shù)據(jù)傳送到ARM處理器寄存器中；ADR:小范圍的地址讀取偽指令，主要用來(lái)讀取基于PC相對(duì)偏移的地址或基于寄存器相對(duì)偏移的地址；LDR:大范圍偽地址讀取偽指令，用于加載32位的立即數(shù)或是一個(gè)地址值；Thumb跳轉(zhuǎn)指令：B:是Thumb指令中唯一可以條件執(zhí)行的指令；BL:帶鏈接的長(zhǎng)跳轉(zhuǎn)；BX:指令在跳轉(zhuǎn)的同時(shí)，會(huì)選擇性的切換指令集；BLX:帶鏈接的跳轉(zhuǎn)，并選擇性的切換指令集；MMU:其作用主要有2個(gè)方面：一是地址映射，負(fù)責(zé)將虛擬地址映射成物理地址；二是對(duì)地址訪問的保護(hù)和限制；提供硬件機(jī)制的內(nèi)存訪問授權(quán)，大多數(shù)使用虛擬存儲(chǔ)器的系統(tǒng)都使用一種稱為分頁(yè)機(jī)制，虛擬地址空間劃分成大小相同的一組頁(yè)，每個(gè)頁(yè)有一個(gè)用來(lái)標(biāo)記它的頁(yè)號(hào)，而相應(yīng)的物理地址空間也被進(jìn)行劃分，單位幀、頁(yè)和頁(yè)幀的大小必須相同，虛擬地址被送往MMU，MMU將虛擬地址轉(zhuǎn)化為物理地址。進(jìn)程調(diào)度策略可分為："搶占式調(diào)度”和”非搶占式調(diào)度”；在用戶空間中，進(jìn)程是由進(jìn)程標(biāo)識(shí)符(PID)表示的，一個(gè)PID在進(jìn)程的整個(gè)生命期間不會(huì)更改，但PID可以在進(jìn)程進(jìn)行銷毀后重新使用；對(duì)用戶來(lái)說(shuō)，PID是唯一標(biāo)識(shí)一個(gè)進(jìn)程的數(shù)字值；Linux進(jìn)程還可以通過(guò)exec系統(tǒng)調(diào)用產(chǎn)生；Linux操作系統(tǒng)有三種進(jìn)程調(diào)度策略：(1).分時(shí)調(diào)度策略；（2）.先到先服務(wù)的實(shí)時(shí)調(diào)度策略；（3）.時(shí)間片輪的實(shí)時(shí)調(diào)度策略；嵌入式文件系統(tǒng)分類：⑴.基于Flash的文件系統(tǒng)：JFFS2文件系統(tǒng)；YAFFS文件系統(tǒng)；Cramfs；Romfs；其他文件系統(tǒng)；⑵.基于RAM的文件系統(tǒng)：RamDisk；Ramfs/Tmpfs（3）.網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)NFSBootLoader階段一：1.基本的硬件初始化：a.屏蔽所有中斷；b.設(shè)置CPU的速度和時(shí)鐘頻率；c.RAM初始化；d.初始化LED;ARM-Linux內(nèi)存管理原理：從兩方面入手：一是Linux內(nèi)核對(duì)內(nèi)存的管理（包括最重要的地址映射、內(nèi)存空間的分配以及地址訪問的限制，即保護(hù)機(jī)制）；二是體系對(duì)內(nèi)存管理方面的特殊性；Linux虛擬內(nèi)存的實(shí)現(xiàn)需要6種機(jī)制的支持：地址映射機(jī)制、請(qǐng)求頁(yè)機(jī)制、內(nèi)存分配回收機(jī)制、緩存和刷新機(jī)制、交換機(jī)制和內(nèi)存共享機(jī)制；Linux虛擬內(nèi)存實(shí)現(xiàn)機(jī)制間的相互關(guān)系：地址映射機(jī)制一請(qǐng)求頁(yè)機(jī)制一內(nèi)存分配和回收機(jī)制---交換機(jī)制一緩存和刷新機(jī)制進(jìn)程，又稱作任務(wù)，是一個(gè)動(dòng)態(tài)的執(zhí)行過(guò)程，是處于執(zhí)行期的程序，進(jìn)程是系統(tǒng)資源分配的最小單位。在Linux系統(tǒng)中，所有的進(jìn)程都是fork出來(lái)的，它們有個(gè)共同的祖先：0號(hào)進(jìn)程；35.init是內(nèi)核啟動(dòng)的第一個(gè)用戶級(jí)進(jìn)程，也是系統(tǒng)的第一個(gè)真正的進(jìn)程，是其他所有進(jìn)程的父進(jìn)程，所以init內(nèi)核線程（或進(jìn)程）的標(biāo)識(shí)符為1，init有很多重要的任務(wù)，負(fù)責(zé)完成系統(tǒng)的一些初始化設(shè)置任務(wù)，以及執(zhí)行系統(tǒng)初始化程序，init程序使用/etc/inittab作為腳本文件來(lái)創(chuàng)建系統(tǒng)中的新進(jìn)程；進(jìn)程的銷毀通過(guò)以下三個(gè)事件驅(qū)動(dòng)：正常的進(jìn)程結(jié)束、信號(hào)、exit函數(shù)的調(diào)用；進(jìn)程調(diào)度時(shí)機(jī)可分為：主動(dòng)調(diào)度和被動(dòng)調(diào)度；按細(xì)分的話：（1）進(jìn)程狀態(tài)轉(zhuǎn)換；（2）當(dāng)前進(jìn)程的時(shí)間片用完；（3）設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序；（4）進(jìn)程從中斷、異常以及系統(tǒng)調(diào)用返回到用戶態(tài)；選擇進(jìn)程的依據(jù)：policy、priority、counter、rt_priority；內(nèi)核模塊全稱為動(dòng)態(tài)可加載內(nèi)核模塊，是Linux內(nèi)核向外部提供的一個(gè)插口，簡(jiǎn)稱為模塊；加載模塊有兩種方法：第一種是通過(guò)insmod命令手工將module載入內(nèi)核；第二種是根據(jù)需要載入module；kerneld的主要功能是module載入內(nèi)核和將它卸載出內(nèi)核；中斷是一個(gè)流程，一般經(jīng)過(guò)三個(gè)環(huán)節(jié)：中斷相應(yīng)、中斷處理、中斷返回；ARM-Linux的系統(tǒng)調(diào)用原理：系統(tǒng)調(diào)用的過(guò)程和中斷有類似之處，當(dāng)CPU遇到自陷指令后，跳轉(zhuǎn)到內(nèi)核態(tài)，操作系統(tǒng)首先保存當(dāng)前運(yùn)行的信息，然后根據(jù)系統(tǒng)調(diào)用號(hào)來(lái)查找相應(yīng)的函數(shù)去執(zhí)行，執(zhí)行完了以后恢復(fù)原先保存的運(yùn)行信息返回，比如通常應(yīng)用程序所用的fork（）函數(shù)，它是經(jīng)過(guò)包裝的函數(shù)，其最終的實(shí)現(xiàn)是系統(tǒng)調(diào)用；在UNIX系統(tǒng)下有兩種方式實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)調(diào)用：通過(guò)經(jīng)過(guò)封裝的C庫(kù)或者直接調(diào)用；系統(tǒng)調(diào)用的過(guò)程和中斷有類似之處，當(dāng)CPU遇到自陷指令后，跳轉(zhuǎn)到內(nèi)核態(tài)，操作系統(tǒng)首先保存當(dāng)前運(yùn)行的信息，然后根據(jù)系統(tǒng)調(diào)用號(hào)查找相應(yīng)的函數(shù)去執(zhí)行，執(zhí)行完了以后恢復(fù)原先保存的運(yùn)行信息返回；通過(guò)不同的向量索引可以使CPU立即轉(zhuǎn)入不同的處理程序；45.init進(jìn)程是系統(tǒng)所有進(jìn)程的起點(diǎn)，內(nèi)核在完成核內(nèi)參數(shù)init=XXX來(lái)設(shè)置init進(jìn)程，init進(jìn)程需要讀取/etc/inittab文件作為其行為指針，inittab是以行為為單位的描述性（非執(zhí)行性）文本；存儲(chǔ)文件系統(tǒng)的設(shè)備稱為block設(shè)備(塊設(shè)備)；設(shè)備驅(qū)動(dòng)的接口API都是從文件管理器API中繼承下來(lái)的，所以這些設(shè)備API都有open().close().read().write().lseek()和ioctl()等與文件API類似的接口；Linux也使用文件管理器，但是它的文件管理器使用了VFS(虛擬文件系統(tǒng))，正是VFS讓Linux能夠支持目前多種文件系統(tǒng)。VFS具備訪問各種各樣的文件系統(tǒng)的能力，也是因?yàn)閂FS在內(nèi)部去適應(yīng)各種不同文件系統(tǒng)的差異，而提供給用戶進(jìn)程的是統(tǒng)一的文件API。JFFS2嵌入式文件系統(tǒng)原理：首先JFFS2是一個(gè)日志結(jié)構(gòu)文件系統(tǒng)，包含數(shù)據(jù)和元數(shù)據(jù)的節(jié)點(diǎn)在閃存上順序存儲(chǔ)。JFFS2定義了三種節(jié)點(diǎn)類型：JFFS2_NODETYPE_INODE,JFFS2_NODETYPE_DIRENT,JFFS2_NODETYPE_CLEANMARKERJFFS2中I節(jié)點(diǎn)的信息并沒有全部存放在內(nèi)存，mount操作時(shí)，會(huì)為節(jié)點(diǎn)建立映射表，但是這個(gè)映射表并不全部存放在內(nèi)存中，存放在內(nèi)存中的節(jié)點(diǎn)信息是一個(gè)縮小尺寸的結(jié)構(gòu)體°JFFS2使用了多個(gè)級(jí)別的待回收塊隊(duì)列。JFFS2寫平衡策略是在垃圾收集中實(shí)現(xiàn)的，垃圾收集的時(shí)候會(huì)讀取系統(tǒng)時(shí)間，使用這個(gè)系統(tǒng)時(shí)間產(chǎn)生一個(gè)偽隨機(jī)數(shù)。利用這個(gè)偽隨機(jī)數(shù)結(jié)合不同的待回收鏈表選擇要進(jìn)行回收的鏈表。JFFS2克服了JFFS中以下缺點(diǎn)：.使用了基于哈希表的日志節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)，大大加快了對(duì)節(jié)點(diǎn)的操作速度；.支持?jǐn)?shù)據(jù)壓縮；⑶.提供了”寫平衡”支持；(4).支持多種節(jié)點(diǎn)類型(數(shù)據(jù)I節(jié)點(diǎn)，目錄［節(jié)點(diǎn)等)；⑸.提高了對(duì)閃存的利用率，降低了內(nèi)存的消耗；系統(tǒng)調(diào)用是操作系統(tǒng)內(nèi)核和應(yīng)用程序之間的接口，而設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序則是操作系統(tǒng)內(nèi)核和機(jī)器硬件之間的接口；Linux支持三類硬件設(shè)備：字符設(shè)備、塊設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備；Linux內(nèi)核設(shè)備模型的目的和功能：目的：設(shè)備模型提供獨(dú)立的機(jī)制表示設(shè)備，并表示其在系統(tǒng)中的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，這樣使系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(diǎn)：代碼重復(fù)最??；提供如引用計(jì)數(shù)這樣的統(tǒng)一機(jī)制；列舉系統(tǒng)中所有設(shè)備，觀察其狀態(tài)，查看其連接總線；用樹的形式將全部設(shè)備結(jié)構(gòu)完整、有效地展現(xiàn)，包括所有總線和內(nèi)部連接；將設(shè)備和對(duì)應(yīng)驅(qū)動(dòng)聯(lián)系起來(lái)，將設(shè)備按照類型分類；從樹的葉子向根的方向依次遍歷，確保以正確順序關(guān)閉各個(gè)設(shè)備的電源；初衷是為了節(jié)能，有助于電源管理，通過(guò)建立表示系統(tǒng)設(shè)備拓?fù)潢P(guān)系的樹結(jié)構(gòu)，能夠在內(nèi)核中實(shí)現(xiàn)智能的電源管理；功能：將系統(tǒng)中的設(shè)備組織成層次結(jié)構(gòu)，然后向用戶程序提供內(nèi)核數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)信息；同步機(jī)制的分類及特點(diǎn)：.同步鎖：適用于保持時(shí)間段的情況，可以在任何上下文使用，不可以睡眠，任何時(shí)候，只能有一個(gè)持有者；.信號(hào)量：不能用在內(nèi)核之外，是一種睡眠鎖，適用于鎖會(huì)被長(zhǎng)期持有的情況，允許多個(gè)持有者；.原子操作：在執(zhí)行完畢前絕不會(huì)被任何其他任何或時(shí)間打斷，是最小的執(zhí)行單位，主要用在資源計(jì)數(shù)上；⑷.完成事件：適用于需要睡眠和喚醒的情景，不會(huì)引起資源競(jìng)爭(zhēng)；表示字符設(shè)備的設(shè)備文件可以通過(guò)”ls-l”命令輸出的第一列中的“c”來(lái)識(shí)別，而塊設(shè)備則用“b”標(biāo)識(shí)；devt是一個(gè)32位的無(wú)符號(hào)數(shù)，其高12位用來(lái)表示主設(shè)備號(hào)，低20位用來(lái)表示次設(shè)備號(hào)；Register_chrdev_region()函數(shù)和alloc_chrdev_region()函數(shù)用于分配設(shè)備號(hào)，這兩個(gè)函數(shù)最終都會(huì)調(diào)用_register_chrdev_region()函數(shù)來(lái)注冊(cè)一組設(shè)備的編號(hào)范圍，它們的區(qū)別是后者是以動(dòng)態(tài)的方式分配的，unregister_chrdev_region()函數(shù)則用于釋放設(shè)備號(hào)。Alloc_chrdev_region()函數(shù)用于動(dòng)態(tài)申請(qǐng)?jiān)O(shè)備號(hào)范圍，通過(guò)指針參數(shù)返回實(shí)際分配的起始設(shè)備號(hào)；Dev_ti_rdev:對(duì)于設(shè)備文件而言，此成員包含實(shí)際的設(shè)備號(hào)；Structcdev*i_cdev:字符設(shè)備在內(nèi)核中是用cdev結(jié)構(gòu)來(lái)表示的，此成員是指想cdev結(jié)構(gòu)的指針；57.I/O接口是微控制器必須具備的最基本外設(shè)功能。通常在ARM里，所有I/O都是通用的，稱為GPIO(通用輸入輸出)；GPIO接口一般至少會(huì)有兩個(gè)寄存器，即控制寄存器和數(shù)據(jù)寄存器；58.同步外設(shè)接口是由摩托羅拉公司推出的一種高速