AT89S52到ARM的移植毕业论文

AT89S52 到 ARM 的移植 报告项目名称： 音乐流水灯 院 校： 漳州职业技术学院 系 别： 计算机工程系 班 级： 10 嵌入式 2 班 小组成员： 吴为超、林情、薛萌 日 期： 2012 年 12 月 1目录第一章 绪论 .2第二章 ARM 和单片机的区别 .22.1、软件方面 .22.2、硬件方面 .2第三章 8 位 MCU 如何升级至 32 位 MCU .5第四章 基本数据类型有关问题及回答 .84.1 数据类型的定义 .84.2 留心 double 和 long.8第五章 单片机与 ARM 的移植 .9第六章 总结 .102第一章 绪论本论文是探究从单片机到 ARM 移植中会发生的问题，也就是 8 位机到 32 位机的移植中，会出现的问题，其中包括字节的变换，数据类型的不同，需要考虑的问题分析等等。第二章 ARM 和单片机的区别目前大量的中、低端嵌入式应用，主要使用 8/16 位单片机。在国内，由于历史的原因，主要是以 MCS51 核为主的许多不同型号单片机，主要厂商有Atmel、Philips、Winbond、宏晶等。还有一些近几年发展较快的新型单片机，如 PIC、AVR、MSP430 系列等。这些单片机各有特点，但从目前的发展角度来看，单片机针对特定应用领域的个性化发展愈发明显。 2.1、软件方面 这应该是最大的区别了。引入了操作系统。为什么引入操作系统？有什么好处？ 1）方便。主要体现在后期的开发，即在操作系统上直接开发应用程序。不像单片机一样一切都要重新写。前期的操作系统移植工作，还是要专业人士来做。 2）安全。这是 LINUX 的一个特点。LINUX 的内核与用户空间的内存管理分开，不会因为用户的单个程序错误而引起系统死掉。这在单片机的软件开发中没见到过。 3）高效。引入进程的管理调度系统，使系统运行更加高效。在传统的单片机开发中大多是基于中断的前后台技术，对多任务的管理有局限性。 2.2、硬件方面 现在的 8 位单片机技术硬件发展的也非常得快，也出现了许多功能非常强3大的单片机。但是与 32ARM 相比还是有些差距吧。 ARM 芯片大多把 SDRAM,LCD 等控制器集成到片子当中。在 8 位机，大多要进行外扩。 总的来说，单片机是个微控制器，ARM 显然已经是个微处理器了。 引入嵌入式操作系统之后，可以实现许多单片机系统不能完成的功能。比如：嵌入式 web 服务器，java 虚拟机等。也就是说，有很多免费的资源可以利用，上述两种服务就是例子。如果在单片机上开发这些功能可以想象其中的难度。 ARM 处理器的优势详解 对于如今大量出现的 32 位嵌入式应用，以笔者之见，ARM 处理器的优势主要有以下几个方面：高性能、低功耗、低价格。把 ARM 处理器的性能拿来和一些著名的通用处理器（如 Pentium）相比是不合适的，因为他们各自针对的应用需求是不同的。Pentium 处理器采用多条指令流水线的超标量结构，追求通用应用目标下的超强性能，功耗大，可以用散热器加风扇散热。ARM 针对嵌入式应用，在满足性能要求的前提下，力求最低的功率消耗。ARM 结构的优点是能兼顾到性能、功耗、代码密度、价格等几个方面，而且做得比较均衡。在性能/功耗比（MIPS/W）方面,ARM 处理器具有业界领先的性能。基于 ARM 核的芯片价格也很低，目前 ARM CortexM 的芯片价格可低至 10 元人民币左右。 丰富的可选择芯片 ARM 只是一个核，ARM 公司自己不生产芯片，采用授权方式给半导体生产商。目前，全球几乎所有的半导体厂家都向 ARM 公司购买了各种 ARM 核，配上多种不同的控制器（如 LCD 控制器、SDRAM 控制器、DMA 控制器等）和外设、接口，生产各种基于 ARM 核的芯片。目前，基于 ARM 核的各种处理器型号有好几百种，在国内市场上，常见的有ST、TI、NXP、Atmel、Samsung、OKI、Sharp、Hynix、Crystal 等厂家的芯片。用户可以根据各自的应用需求，从性能、功能等方面考察，在许多具体型号中选择最合适的芯片来设计自己的应用系统。由于 ARM 核采用向上兼容的指令系统，用户开发的软件可以非常方便地移植到更高的 ARM 平台。 4广泛的第三方支持 以如今的技术，设计一个处理器并非难事，但要使这个处理器得到大家认可，并取得市场成功却是非常困难的，其中涉及许多技术与非技术的因素和环节，还包括时机、运气。因为现在许多产品的开发，不是一个简单的处理器加几百条指令、语句就可以解决的。要用到 32 位处理器，一般都要有编译器、高效的开发工具（仿真器及调试环境） 、操作系统、协议栈等，这些东西都不是一个芯片生产商可以解决的，而需要许多第三方的支持。这就像一粒种子，需要土壤、空气、水等环境才能发芽、成长。这也是我们的一些“中国芯”该反思之处。 ARM 通过近 20 年的培育、发展，得到了广泛的第三方合作伙伴支持。目前，除通用编译器 GCC，ARM 有自己的高效编译、调试环境（MDK、Keil）,全球约有50 家以上的实时操作系统（RTOS）软件厂商和 30 家以上的 EDA 工具制造商，还有很多高效率的实时跟踪调试工具的厂商，对 ARM 提供了很好的支持。用户采用 ARM 处理器开发产品，既可以获得广泛的支持，也便于和同行交流，加快开发进度，缩短产品的上市时间。 完整的产品线和发展规划 ARM 核根据不同应用需求对处理器的性能要求，有一个从 ARM7、ARM9 到ARM10、ARM11，以及新定义的 CortexM/R/A 系列完整的产品线。前几年应用较多的主要是基于 V4 架构的 ARM7TDMI、ARM720T、ARM920T 核的一些处理器芯片，如 NXP 的 LPC2000 系列、ST 的 STR7/9 系列、Atmel 的 AT91 系列和 Samsung 的S3C 系列。近两年，ARM Cortex 系列以更好的性能、更低的价格得到快速推广，典型的就是基于 CortexM3 的 STM32 系列。 ARM CortexM/R/A 系列分别针对不同的应用领域。M 系列主要面向传统微控制器（MCU/单片机）应用，这类应用面很广，要求处理器有丰富的外设，并且各方面比较均衡；R 系列强调实时性，主要用于实时控制，如汽车引擎；A 系列面向高性能、低功耗应用系统，如智能手机。选用 ARM 处理器进行开发，技术积累性较强，生命周期长，设计重用度高，不易被淘汰。用户在选择 ARM 处理器时，可以针对应用需求，从大量的 ARM 芯片中选用满足性能、功能要求的产品，以获得较好的性价比。 5ARM 处理器在便携、手持式设备以及工业控制等应用领域，在今后相当长的时间内是一个很好的选择。当然，没有一种型号的处理器是可以覆盖所有应用的，也不是搬上一个嵌入式 OS，就可以很好地解决软件问题的。 第三章 8 位 MCU 如何升级至 32 位 MCU首先，我们从 MCU 之间的转变开始，循序渐进。目前的 MCU 市场分为三个部分， 8 位、 16 位和 32 位内核（4 位内核 MCU 现在已相当少用，故在本次比较中将其忽略） 。对于这三个部分中的每一个，其规模大体相同。传统上 8 位内核占最大的市场份额。根据一些分析人士报告，可能 32 位内核市场占有率已经超过了 8 位内核。即使目前尚未超过，时间也不会太长。32 位内核市场份额是迄今为止增长最快的。8 位内核和 16 位内核仍在增长，但在速度方面远不如 32位内核（8 位内核的增长速度仍快于 16 位内核） 在很长的一段时间内， 很多人相信 16 位 MCU 可能会被 8 位 MCU 和 32 位MCU 取代。目前的 32 位 MCU 器件采用最新技术制造（与 8 位内核和 16 为内核相比） 。MCU 制造商能够使用这些最新的技术，使得 32 位 MCU 体积变得越来越小，因而变得越来越廉价。由于 32 位 MCU 所具有的价格和性能，很多分析人士相信，设计工程师将跳出 16 位领域， 直接转向具有高性能的产品，保证其设计的未来。8 位 MCU 无论是在性能还是存储处理能力方面均达到了其极限。这也是目前存在 16 位和 32 位 MCU 的原因之所在。随着行业按照摩尔法则的轨迹发展， 32 位 MCU 变得越来越小和越来越廉价，以至于在传统的 8 位和 16 位领域方面也具有了竞争力。与 8 位和 16 位 MCU 相比，这些新的 32 位 MCU 具有更高的处理能力。典型的 8 位 MCU 的速度在 1030MIPS 之间。16 位 MCU 介于 20 和 40 MIPS 之间。而新的 32 位 MCU 通常具有 80 100 MIPS 的处理能力！这是处理能力和速度方面的重大改进。与 8 位和 16 位 MCU 相比，很多 32 位 MCU 具有更小的体积，通常具有更低6的 功耗。较小的体积通常意味着更好的功耗、更低的电流消耗和更低的有效输入电压。一些新产品的休眠电流几乎无法测量，提供的输入电压低至 0.5V。这就为 32 位 MCU 提供了巨大优势。在当今市场上，功率为王。即使某一应用不是以电池为供电， 目前的设计人仍不得不考虑功耗。对于插入栅板的应用，出于多种原因，仍必须是“绿色”的。某些顶级产品必须针对市场目的，或是因为政府命令和标准。例如，最新的消费电子器件目前均是兼容能源之星（Energy Star）的。如果你目前正在使用 8 位 MCU，你可能会在下一设计中考虑 32 位 MCU。即使下一代设计仍继续使用 8 位 MCU，目前也有很多步骤方法可帮助你做好最终的移植备。今天做一些研究，并进行正确决策，就能为明天的设计提供保证。当你开始考虑转移至 32 位 MCU 时，或许会认为将遇到一些问题。例如，你认为自己需要学习新的架构；你可能需要重写自己的所有代码，以便与新的内核协调工作；或许你感觉 32 位 MCU 过于艰难和复杂，它们不是为了便于使用而设计的，而是为了性能设计的，这意味着，你将不得不考虑它们所拥有的数以千计的寄存器；或许你关心可能将不得不学习一整套新的软件工具，你将需要熟悉全新的硬件工具；或许你还认为，32 位 MCU 并不针对你的应用，你无法为自己的设计找出正确的成套外围器件。你可能会关心上述一种或多种问题， 但它们全都是必要的考虑事项吗？让我们分别分析它们.大多数设计者认为，当他们从 8 位 MCU 转移到 32 位 MCU 时，将不得不学习新的体系架构。问题是大多数公司有自己的老式 8 位 MCU 产品系列和新的 32位 MCU 产品系列。 每年，他们可能仍会为 8 位产品系列推出少量新的产品，他们希望把握机会，从失误中学习，并在 32 位系列中更正错误。你或许无法在器件上发现相同的外围部件。不同系列的代码不兼容，或不具有管脚兼容性，因而你将不得不重新完成整个电路板。尽管真实的情形是这样的，你无法在不改变设计核心的情况下实现移植，但你也希望无需再次学习所有的内容。一些公司开始发布新的产品，在 8 位版本和 32 位版本之间具有完全相同的成套外围组件。组件中唯一改变的是其内核。其他部分，包括管脚布局位置，均保持不变。如果你目前使用的是 8 位 MCU，明天就能移植到该公司的 32 位 MCU 上，同时仍能使用相同的印刷电路板。这方7面的一个例子是 Cypress 半导体公司最近发布的 PSoC? 3 和 PSoC 5 架构。这两种架构具有相同的外围组件、封装和管脚。PSoC 3 架构，采用了新的单周期/指令 8051，运行频率高达 67 MHz，能够方便地与 PSoC 5 版本兼容。PSoC 5 版本采用了 ARM Cortex-M0 处理器，运行频率高达 80 MHz。这类产品使得从一种架构到另一架构的移植变得简单易行。使用这些新工具，能够按照你所希望的方式进行设计。人们还认为，你将不得不为新的 32 位产品重写所有的代码。情形并非总是如此。对于在 8 位和 32 位内核之间具有匹配外围组件的很多这类新产品，它们的固件也是兼容的。这些芯片采用高级语言（如 C 语言） ，能够编写一套代码，可以选择针对 8 位产品进行编译，或选择 32 位产品并重新编译。你可以采取略微复杂的方法，使用高级语言编写代码，仍调用针对特定内核的寄存器如果你遵守高级编程的精神，移植仍相当容易。你可能考虑工具会怎样呢？与你正在使用的特定内核相比，你可能更关注集成开发环境（IDE） 。一旦你掌握了它，你不会愿意学习新的。但是，如果你拥有一种可在两种架构上工作的 IDE，情况会怎样呢？Cypress 公司新的 PSoC Creator?软件就是这方面的一个例子。它是一种能与 8 位器件和 32 位器件一起工作的集成开发环境（IDE） 。保证设计未来前景的一种良好方式是，在今天就选择相应的产品（即使你仍与 8 位内核打交道） ，通过该产品，能够为 8 位设计和 32 位设计使用相同的工具。与软件工具类似，硬件工具也出现在跨平台应用方面。一些公司已开发出了带有硬件开发工具箱的模块系统。这样，你就能够拔出 8 位模块，并用 32 位模块取而代之。板上的所有其他部分保持不变。它们通常采用相同的编程和调试工具。你真正能够做到，学习一次，普遍适用。真正应考虑的是，很多公司为销售 8 位产品的不同市场开发了 32 位产品。这意味着你无法找到支持设计的正确的 32 位产品。因而，你不仅要为 32 位产品支付更多的成本，还需花费更多的成本购买外部分离器件。但是，如果你能设计自己的芯片会怎样呢？类似于 FPGA 或 CPLD，但以更简单的方式使用图形环境会怎样呢？如果你能在工具中实现自己的设计方案，创建它并将程序纳入器件中，是否会很好呢？太好以至于似乎不真实，是吗？当然不。使用 PSoC 38和 PSoC 5，这是可能的。你现在可以围绕 32 为内核设计外围器件，确保它们是适合于设计的正确器件。与以往相比，对于设计人员来说目前更重要的是灵活性。市场比以前变化得更快，竞争每天都在加剧，每个人都致力于更低的成本。今天选择正确的 8位器件系列能够保障你的明天。使用这些新的工具，能够对 8 位 MCU 进行设计，或许它是贵公司产品组合的基本版本，随后，你可以承担你的任务，使用相同的项目文件，并将其移植到 32 位内核上。现在你能够增加更多性能。很快，它将成为贵公司的高端特色产品，从而获得更高的利润。 32 位 MCU 是嵌入式设计的下一代方向。何时采取行动取决于你。或许是现在，或许是数年内，但在某一点上，你的 8 位 MCU 将耗尽其能力，无法满足当前市场始终变化的需求。大多数设计人员对该步骤感到恐惧。但它并不一定是痛苦的。我们考察了一些目前可以采取、使该转变尽可能平稳的行动。如果你目前仍在进行 8 位内核设计，请确保你所使用的产品系列具有 32 位的对应产品。对于工具来说情况同样。目前很多公司均提供能在不同架构上使用的相同软件和硬件工具。今天选择正确的器件（8 位或 32 位）将能够帮助你以及你的设计在明天获得更大的成功。第四章 基本数据类型有关问题及回答4.1 数据类型的定义uint8_t, uint16_t, 和 uint32_t 不一定是 8 位,16 位和 32 位的，这些都是通过 typedef 定义的，在不同的位机上面是不一样的，例如：typedef uint8_t unsigned char; typedef uint16_6 unsigned short int;typefef uint32_t unsigned int; 而在这个定义之下，及时换了平台，也能保证位机，只需要修改 typedef 或 #define，如果跨平台 onfig 的话，系统会根据你选的 BSP 编译，你可以自己编写一个 c 程序，用 sizeof 函数取得你想知道