嵌入式系統(tǒng)的復習

1、嵌入式系統(tǒng)的概述 1定義“以應用為中心，以計算機技術為基礎，軟件、硬件可裁減，功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴格要求的專用計算機系統(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用系統(tǒng)中。2.應用領域（1）工業(yè)控制 【 工控設備，智能儀表，汽車電子 】（2）軍事國防 【 軍事電子 】（3）消費電子 【 信息家電 智能玩具 通信設備 移動存貯 】（4）網(wǎng)絡 【網(wǎng)絡設備 電子商務 】3組成嵌入式系統(tǒng)的基本組成軟件結構 【應用程序 操作系統(tǒng)】 注：MiniGUI不是操作系統(tǒng)硬件結構 【存儲器 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)設計中，應以最少的外圍部件構成一個應用系統(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; 存儲器; I/O系統(tǒng)和外設。【軟件系統(tǒng)】 嵌入式系統(tǒng)的軟件包括 ： 操作系統(tǒng)、應用軟件、驅動層軟件。 (1)操作系統(tǒng)功能簡介 操作系統(tǒng)層包含嵌入式內核、嵌入式TCP/IP網(wǎng)絡系統(tǒng)、嵌入式文件系統(tǒng)、嵌入式GUI系統(tǒng)和電源管理等部分。其中嵌入式內核是基礎和必備的部分，其他部分要根據(jù)嵌入式系統(tǒng)的需要來確定。4.嵌入式系統(tǒng)的特點！性能方面：采用32位RISC結構微處理器，主頻從30MHz到1200MHz以上，接近PC機的水平，但體積更小，能夠真正地“嵌入”到設備中。 ！實時性方面：嵌入式控制器內

3、嵌實時操作系統(tǒng)，能夠完全保證控制系統(tǒng)的實時性。！人機交互方面：嵌入式控制器可支持大屏幕的液晶顯示器，提供功能強大的圖形用戶界面，這些方面的性能也接近于PC，優(yōu)于單片機。！系統(tǒng)升級方面：嵌入式控制器可為控制系統(tǒng)專門設計，其功能專一，成本較低，而且開放的用戶程序接口（API）保證了系統(tǒng)能夠快速升級和更新。嵌入式系統(tǒng)與單片機的區(qū)別 嵌入式系統(tǒng) ¹ 單片機系統(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計和基于實時操作系統(tǒng)的軟件設計。由于有了OS可以執(zhí)行多任務調度，支持網(wǎng)絡協(xié)議TCP/IP，所以嵌入式系統(tǒng)可以比普通單片機系統(tǒng)更適合完成復雜的任務。 嵌入式系統(tǒng)與PC之間的區(qū)別l

4、 嵌入式系統(tǒng)一般是專用系統(tǒng)，而PC是通用計算平臺；l 嵌入式系統(tǒng)的資源比PC少得多；軟件故障帶來的后果比PC機大得多；l 嵌入式系統(tǒng)一般采用實時操作系統(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用的開發(fā)工具。嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)模式 【交叉開發(fā)重點掌握，結合書本】 交叉開發(fā)定義：嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的代碼生成是在PC機上完成，但由于嵌入式目標平臺的不同，就要求在開發(fā)機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機上指定位置，然后還要交叉調試。主要流程為：編寫-交叉編譯、鏈接-定位和下載-調試。嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的流程嵌入式軟件的開發(fā)流程與通用軟件的開

5、發(fā)流程大同小異，但開發(fā)所使用的設計方法具有嵌入式開發(fā)的特點。整個開發(fā)流程可分為：§ 需求分析階段§ 設計階段§ 生成代碼階段§ 固化階段需求分析階段 嵌入式系統(tǒng)應用需求中最為突出的是注重應用的時效性，需求分析階段的主要任務是： (1)對問題的識別和分析 (2)制訂規(guī)格說明文檔 (3)需求評審設計階段 系統(tǒng)的設計階段包括系統(tǒng)設計、任務設計和任務的詳細設計。 (1)數(shù)據(jù)流分析 (2)劃分任務 (3)定義任務間的接口 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、交叉調試和測試等。 代碼編程 在嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)過程中，一般采用的方法是先

6、在通用PC上編程，然后通過交叉編譯鏈接，將程序做成目標平臺上可以運行的二進制代碼格式。最后將程序下載到目標平臺上的特定位置，在目標板上啟動運行這段二進制代碼。 交叉編譯和鏈接 嵌入式軟件開發(fā)編碼完成后，要進行編譯和鏈接以生成可執(zhí)行代碼。 嵌入式集成開發(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型的可執(zhí)行文件：調試用的可執(zhí)行文件和固化的可執(zhí)行文件。 固化階段 嵌入式系統(tǒng)的應用軟件是針對特定的實際專業(yè)領域的，基于相應的嵌入式硬件平臺，并能完成用戶預期任務的計算機軟件。 (1)軟件要求固態(tài)化存儲。(2)軟件代碼要求高質量、高可靠性。(3

7、)系統(tǒng)軟件的高實時性是基本要求。4)多任務實時操作系統(tǒng)成為嵌入式應用軟件的必需。 嵌入式系統(tǒng)的調試§ 嵌入式系統(tǒng)的調試方法：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。ARM公司1990年成立，是設計公司。ARM是知識產(chǎn)權（IP）供應商，本身不生產(chǎn)芯片，靠轉讓設計許可，由合作伙伴公司來生產(chǎn)各具特色的芯片。 ARM處理器的3大特點是：§ 耗電少、成本低、功能強；§ 16位/32位雙指令集；§ 全球眾多合作伙伴保證供應。 寄存器ARM內含37個寄存器，其中：§ 31個通用32位

8、寄存器§ 6個狀態(tài)寄存器 指令執(zhí)行階段計算機中的1條指令的執(zhí)行可以分若干個階段： 取指，從存儲器中取出指令(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)行運算(ALU)； 存儲器訪問，操作數(shù)與存儲器有關(mem)； 結果寫回寄存器(res)。 ARM7體系結構采用了3級流水線，分為取指，譯碼和執(zhí)行。下圖是單周期3級流水線的操作示意圖。 ARM9 5級流水線分為：取指、指令譯碼、執(zhí)行、數(shù)據(jù)緩存和寫回。 TDMIT 16位壓縮指令集Thumb;D 在片調試（Debug）支持，允許處理器響應調 試請求暫停；M 增強型乘法器，與以前處理器 相

9、比性能更高，產(chǎn)生全64位結果；I 嵌入式ICE硬件提供片上斷點和調試點支持。數(shù)據(jù)類型 ARM處理器支持下列數(shù)據(jù)類型：ü Byte 字節(jié), 8位；ü Halfword 半字, 16位（半字必須與2字節(jié)邊界對準）；ü Word 字,32 位（字必須與4字節(jié)邊界對準）。ARM體系結構支持7種處理器模式處理器模 式說 明用戶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)保護模式中止abt實現(xiàn)虛擬存儲器和/或存儲器保護未定義und支持硬件協(xié)處理器的軟件仿真系統(tǒng)sys運行特權操作系統(tǒng)任務處理器的工作狀態(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)行字對準的ARM指令；§ Thumb：16位，這種狀態(tài)下執(zhí)行半字對準的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容。（1）進入Thumb狀態(tài)。當操作數(shù)寄存器的狀態(tài)位（位0）為1時，執(zhí)行BX指令進入Thumb狀態(tài)。（2）進入ARM狀態(tài)。當操作數(shù)寄存器的狀態(tài)位（位0）為0時，執(zhí)行BX指令進入ARM狀態(tài)。 寄存器R13通常用作堆棧指針，稱作SP。 寄存器R14用作子程序鏈接寄存器，也稱為鏈接寄存器LR。 § 程序計數(shù)器R15:異常定義 ：異常由內

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

12、異常返回時，把SPSR傳送到CPSR，R14傳送到PC。這可用兩種方法自動完成，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CPSR的多加載指令。優(yōu)先級復位（最高）-數(shù)據(jù)中止-FIQ-IRQ 預取中止 未定義指令·SWI基本尋址方式看書v ARM存儲器訪問指令 【看例題】轉移指令（1）B和BL§ B（Branch）指令引起處理器轉移到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），并引起轉移到label。 句法: BL c

13、ond label （2）BX :引起處理器轉移到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:帶鏈接轉移并可選地交換指令集。 句法: BLX cond Rm BLX label雜項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)行轉移到SWI向量。句法: SWI cond immed_24其中：immed_24為表達式，其值為0224-1范圍內的整數(shù)。（2）MRS,將CPSR或SPSR的內容傳送到通用寄存器。句法: MRS cond Rd,psr其中：Rd 目標寄存器。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)字常量的表達式。常量必須對應于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位體系結構上實現(xiàn)了16位指令集，以提供：§ 比

15、16位體系結構更高的性能；§ 比32位體系結構更高的代碼密度。Thumb 與ARM的區(qū)別§ 轉移指令；§ 數(shù)據(jù)傳送指令；§ 單寄存器加載和存儲指令；§ 多寄存器加載和存儲指令。 ARM匯編器支持的偽指令包括：符號定義偽指令、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指令舉例符號定義偽指令GBLA/GBLL/GBLS/LCLA/LCLL/LCLS/SETA/SETL/SETS/RLISTGBLA Test1;定義一個名為Test1的全局數(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)存儲單元存放字符串匯編控制偽指令IF/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;定義一個名為Seg的宏指令其他偽指令AREA/ALIGN/CODE16/CODE32/ENTRY/END/EQU/EXPORT/GLOBAL/IMPORT/EXTERN/GET/INCLUDE/

17、INCBINAREA Init,CODE,READONLY,ALIGN=3;定義了一個代碼段，段名為Init，屬性為只讀，并指定其后的指令為8（23）字節(jié)對齊。例子AREA Init，CODE，READONLYENTRYLDR R0, =0x3FF5000LDR R1, 0x0fSTR R1, R0LDR R0, =0x3F50008LDR R1, 0x1STR R1, R0BL PROC ；子程序調用PROC ；子程序開始MOV PC,LR ；從子程序返回END例：編寫一具有完整匯編格式的程序，實現(xiàn)冒泡法排序功能。設無符號字數(shù)據(jù)存放在從0x400004開始的區(qū)域，字數(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：一個向串口不斷發(fā)送0x55的例子IMPORT MainAREA Init ,C