从51到ARM的华丽转身.doc

从51到ARM的华丽转身在开始构思这篇文章的时候，我在考虑，是华丽的转身还是艰难的转身更合适一些，我觉得内涵是一样的，每次的华丽丽都伴随着一段苦逼的艰难岁月，为了庆祝三观的重新归位，还是用“华丽”这个词更喜庆一点。一、闲言ARM与511二、 翻天覆地大事变5三、 真理只有一个，没有本质的区别8四、 做一个合格的嵌入式工程师15五、 最重要的小事17六、 开发前的东风27七、 从0到运行30八、 ARM的心声-寄存器、工作模式、异常处理、汇编31九、 责任细分：ARM？2410？编译器？我？41十、 一些知识点44一、闲言ARM与51之前已经学过，ARM7内核的S3C44B0X，但由于那时51单片机都没玩熟练，参照物不明显，所以即使是成绩很好，但却不得其要领。个人认为在单片机炉火纯青的情况下，对嵌入式开发有了比较深入的理解，再去学习ARM才事半功倍。在期盼了好久之后，由于项目需要和课程需要的双重契机下，终于与ARM有了亲密的接触。我们平时说的51单片机泛指的是以英特尔8031为内核的微处理器。现在intel、ATMEL等厂家都在生产，就像三星、ST都能拿ARM的内核做微处理器道理一样，授权生产。大陆最火的一家51单片机厂家莫过于STC了，它是深圳的一家设计公司，感兴趣的去他的主页上看看，或者打开它做的DATASheet，简直是太坑爹了，山寨中的极品。ARM其实有很多种含义，可以看做是英国ARM公司的名称，也可以是他们公司设计的CPU的名称，也可以是以这种CPU为内核做出来的处理器的统称。大家都知道ARM公司不做硬件，它们卖的是IP核，卖的是设计，靠产权赚钱。所谓的卖设计，差不多类似于咱们做课程设计时用VHDL写了一个电子钟，然后被人买去做成了实物。ARM从底层搭起，做出一个通用CPU架构，工程的复杂度简直无法想象。做ARM处理器做的比较好的公司有三星、ATMEL、ST（意法半导体）、TI等等，他们用ARM核加上自己设计的外设控制器，生产出一款嵌入式处理器。韩国三星涉猎的最为广泛，而且市场覆盖面很大，ARM7有S3C44B0、ARM9有S3C2440、2410、2416、2450等，ARM11有S3C6410这一款，contexA8有S5PV210（这款内核也是iphone的处理器）ST专注于做contexM3内核的处理器，也就是STM32系列的，相当火的一款ARM处理器，ST为了推广它，真实煞费苦心，提供了覆盖所有功能的驱动函数库，使开发变得相当简单。之前我纠结过一些概念问题，很多人可能没有仔细思考过。就是CPU、微处理器、计算机、单片机、微机系统。你如果去查的话，概念是明确的：CPU是由ALU、译码逻辑、控制逻辑组成的中央处理单元，微机系统就是由CPU、存储器、输入输出接口组成的。这也是计算机的基本结构。单片机也属于这个范畴。那ARM就为难了，我们一般称2410这样的芯片叫做嵌入式微处理器，甚至明目张胆的叫做CPU，这让ARM内核情何以堪？再说了它明明是拿了ARM公司的CPU加上自己的外设控制器构成的。那管它叫单片机？也不完全合适，因为像2410这样的处理器，是没有存储器的，FLASH和SRAM都要在外边接，它不是一个完整的计算机系统。STM32就是完整的，但依然被人称为微处理器。其实也没必要纠结于这个问题，你把它看成一个大单片机、小PC来学习，至于叫什么，心中有数就行了。51与ARM之间不光是主频、内存等的不同，而是架构就不一样，8位的51和32位的ARM比起来，就像一个亚洲人、一个是欧洲人，一个是小瘦子，一个是大力士。但毕竟都是人，没有本质的区别。（字长即一次可处理的位数，跟地址长度、寻址空间的概念无关，这个一定要明确）。目前嵌入式系统的主流是以32位嵌入式微处理器为核心的硬件设计和基于实时操作系统（RTOS）的软件设计，ARM已经成为中国嵌入式设计应用的首选。嵌入式系统设计的核心是软件设计（占70%左右的工作量），单片机系统软硬件设计所占比例基本相同。随着配置的提高，嵌入式系统越来越PC化、软件化。而且整个嵌入式系统，包括CPU在内的芯片设计相当成熟了，重点在于模电接口设计。在学习ARM的时候幸得好导师一枚，无论是从课上还是项目上都给了我很大的影响，我非常能理解他的思想，讲课的思路，他做学问的态度。他讲课就是“授道”、完全朴素的唯物主义，大白话、声情并茂。虽然在面试的时候被他羞辱，在实验室没少被他骂，但是我还是相当敬佩他，也能跟他谈到一块去，良师益友，总之遇见他我很幸运，当然，能得到我这样评价的老师，就他一个。做51开发的时候，虽然对CPU于接口的互动、对寄存器编程等等都有比较深刻的认识，但也忽略了很多重要的知识，的底层汇编，比如它的初始化文件startup.s，顶多算是会用，不能算是懂，或者精。导师面试的时候说看我做了很多单片机的项目，要问几个问题，我心里很得意，随你怎么问。但是一开口我就傻眼了，他问：8051的寻址空间？Idata、xdata、sdata？.好囧的。做了几年的单片机开发，真的没关注过这些，真的不能算是懂51，顶多算是知道开发流程、多了点项目经验，会用C语言写写程序而已，甚至指针、链表什么的还稀里糊涂的。其实想想真是，只顾用C语言写程序，那区区的256字节的RAM不够用了怎么办？如何优化程序？你真的懂整个开发、运行的流程吗？从上电开始，内部发生了些什么事情？你的程序是怎么被执行到的？于是我吸取了教训，端正了自己的学习的态度，进了实验室之后，努力做项目，努力学习ARM，当然，也努力让自己学会在压力和指挥下伴着骂声学习。从51到ARM很多地方难以接受，系统复杂度提高了很多倍，电源、时钟、定时器、中断等结构都变得很复杂，而且还多了很多控制器，学习起来难度也比较大。但仔细研究的话，发现二者有那么多相似之处。殊途同归的道理，毕竟不跑操作系统的话，二者没有本质的区别。为了讨论与51对比以及ARM处理器的开发，不便屏蔽硬件的细节，所以仅限于裸机开发，涉及操作系统的地方，可忽略。关于嵌入式操作系统，后续会有讨论。在开始学习之前我整理了一下自己关于51都会些什么，以清清爽爽的姿态跨入ARM的大门。1、编程环境KEIL、下载工具ISP、常用的工具如串口助手、单片机精灵2、最小系统及常用外围接口（数码管等）的焊制3、熟练使用IO口、中断、定时、PWM、AD、串口。4、基本模块：红外模块（避障、循迹、光电管）、超声波模块、L298N电机驱动、DS1302、1602LCD、舵机、编码器（码盘）、热电阻、水位计、GSM、红外遥控、继电器（固态）、测速电机。5、项目：freescale智能车、生产实习遥控车、毕设淋浴器、定时器等6、其他技术：上位机控制、双机通信等。其实做这些东西，收获最大的不是学到了多少技术，而是对心态的历练，还有在设计的过程中得到的感悟。技术都是先知道和后知道的区别，但是经验的积累才最重要。2、 翻天覆地大事变1、 寄存器翻天了，32位。DATAsheet阅读的难度很大。传统的寄存器编程已经不再适用，就算是裸机开发也没办法把它当做单片机使用。开发重点由寄存器编程到外设功能理解、外设寄存器了解。裸机编程的风貌也已经大大改变，更多的时候是利用层层封装好的规范的驱动函数库编程，屏蔽了底层的细节。2、 外设爆棚了。IO/AD/UART/PWM/定时器等通用标准外设之外增加了IIC/IIS/SPI/USB/CAN/LCD/触摸屏/以太网等专用外设控制器，专为嵌入式系统设计。外设的接口一般只需要集成和改变一下形态，有时需要接上物理层电平转换芯片（串口、CAN）。这样程序猿对外设的编程操作，就变成了对片内外设控制器的寄存器编程。再也没有了要用单片机模拟时序的尴尬。3、 结构复杂度爆棚了：原来的电源系统、时钟系统、中断控制、定时器等等结构优化且复杂面向更宽广的应用。51单片机的最小系统中，直接用个5V的稳压芯片接上就行了，但ARM的电源系统中也有3.3V、1.8V等，各个部分需要的电压不同，特别是时钟系统变成了clock tree，不同总线的外设时钟也是不同的，还有锁相环倍频，定时器不光有定时、计数的功能，看STM32F2的技术文档，三种定时器加上systemtick、窗口看门狗、独立看门狗，定时器数量达到了10几个，而且有一堆乱七八糟的功能。总之结构相当复杂，你原先懂，现在未必懂，原先认为理所当然的，就坐等被狂虐吧。4、 这就导致我们对待嵌入式开发的态度应该发生改变，更应该以应用为目的去学习，就是边做项目边学习。毕竟ARM处理器提供的功能肯定是为了解决工控领域出现的问题，面向整个工控领域，初出茅庐的我们不可能完全搞明白，有时候也不必完全搞明白再动手，等你的项目经验多了，遇到的情况多了，许多难解的结自己也就化开了，就像STM32的定时器系统，我相信没几个人能真正搞明白，但是你如果只用定时、计数功能的话，还是相当简单的。5、 开发面貌改变了。硬：因为管脚的爆棚，最小系统基本上不能自己焊了。软1：因为硬件很灵活，很多都属于定制的系统，存储器什么的都自己接，所以如果不是买核心板的话，bootloader（或是startup.s）需要自己烧写，甚至是编写或是修改。软2：资源的爆棚和应用的复杂性也导致了前后台系统的崩溃,因为它牵一发而动全身，功能一多，把所有的任务都放进一个while(1)里，我是不放心，对程序的修改、维护什么的都是很大的问题。多任务、实时性、硬件资源管理、产品开发效率瓶颈的要求导致了操作系统的引入，消耗了CPU资源，却换来了开发效率，而且操作系统提供了大量的API函数，方便了编程开发。操作系统向上提供更强大的开发平台、更便捷和更美观的人机交互界面、方式；向下制定更合理的硬件管理办法、机制，让硬件更高效地被使用。软3：设备驱动程序在51的前后台系统中基本上跟应用程序是不分的，在ARM裸机开发中，由于寄存器编程和外设时序的复杂性，驱动函数逐渐与用户代码分离，有了操作系统之后，设备驱动程序甚至单独称为了一个软件层次。下面是设备驱动老师的一段话：操作系统引入之前，顺序执行的程式决定了驱动编程和应用程序同等地位的表现，两者混合在一起，驱动编程占了总代码量的二分之一甚至更多。微内核操作系统的引入和应用，使得设备驱动得以第一次封装，并和应用程序任务处于同等优先级的地位进行执行。任务式的驱动封装，使得驱动的移植性增强，任务调度程序的作用减小了MCU中驱动和应用程序代码之间的复杂调用逻辑带来的工作量，并将硬件的复杂驱动编程独立出来。软4：用户程序不再需要自己一步一步搭建，庞大的工程，一般移植成熟的程序。手敲大批的代码变得不可能也不必要，借鉴并修改程序是一种很重要的能力。6、 操作系统的引入，也导致了裸机开发的面貌的第二次改变，因为是在操作系统的平台上编写程序，在嵌入式操作系统中运行程序，所以学习操作系统是必然的，就像操作windows。学习它的API，学习它的运行原理、学习它的使用方法。7、 整个嵌入式系统软硬件体系和开发流程发生改变：硬件层次 核心板+外围板+外设(核心板：微控制器（CPU和外设控制器）、电源、时钟、复位、ROM、RAM、flash。外围板一般是引脚的集合、电平转换。外围设备。)硬件特点：通常由嵌入式处理器和嵌入式外围设备组成，高度集成，常采用SOC设计方法，对功耗、体积等有严格要求，定制性决定了它的可裁剪性，没有像计算机领域的垄断，解决方案不唯一。软件层次：用户程序-操作系统-驱动程序-再底层是bootloader.（底层为上层提供服务）。软件特点：采用交叉开发方式，系统软件层次分明，操作系统为用户程序提供标准API，提供图形接口和文件系统。用户调用系统服务，系统调用设备驱动从而操纵硬件。硬件从最小系统开始软件从bootloader开始开发软件：即集成开发环境：asemmbler&compiler&linker&debugger&loader（需系统引导代码）（下面说的是有操作系统的情况下，可忽略）开发过程：搭建开发环境-烧写bootloader-烧写内核-烧写根文件系统-烧写应用程序。访问外设过程：用户程序-访问（字符、块、网络）设备文件-调用设备驱动-设备。应用程序生成下载所需的软硬件开发环境：linux/vi/gcc/gbd/makefile+make/-ip tftp nfs（网口、串口、JTAG）。3、 真理只有一个，没有本质的区别上边说了从51到ARM之后发生巨大变化的地方，说到头也只是鸟枪换炮，还有开发流程的变化，没有本质性的区别，都是嵌入式微处理器，CPU与外设控制器的，时序、寄存器编程、交叉开发方式是都适用的概念，就算功能结构再复杂，裸机跑前后台系统道理也是一样的，先CPU初始化代码，再跳转到后台while(1)，前台用中断处理异步事件。CPU与外设控制器即无论是51还是ARM都是通过CPU与外设控制器的互动实现功能的。CPU通过寄存器编程对外设控制器的工作模式进行设定，通过外设控制器产生时序与外设交互，CPU通过简单读写寄存器的方式与外设控制器互动，以获取外设信息或者像外设传递信息。外设（控制器）则通过查询或者中断的方式申请的服务。这一过程也可以描述为：CPU是“大脑”，那么外设控制器（IO接口）就是它的“手足”。大脑是控制中枢，手足是执行机构。CPU通过给外设控制寄存器赋值可以控制外设寄存器的工作方式，通过对数据寄存器的读写掌控全局信息，体现自己“老大”的地位。外设控制器负责向上申请CPU的处理数据的服务，这一过程一般是通过中断或者查询完成的，向外与外围设备（外设）进行交互，控制外设的运行达到实现控制的目的，同时也实现了CPU的价值。CPU什么都不会，就只会寻址、传送、计算，所以它要实现什么功能，一定是有若干级的控制器部件帮他做。在CPU可以通过寄存器编程控制、直接负责沟通（约定数据往返方式，如读写某个寄存器即可）的干将中可以分为两类，即两类外设控制器：一类是通信控制器接口即用来产生时序，面向陌生外设（ARM的串口、USB SPI IIC LCD CAN等，通用PC的PCI接口等），当然可以通信的基础上由外设实现更复杂的功能，即在物理层链路层通信的基础上实现应用层的功能。比如一个拥有IIC接口的芯片，可以将压力、温度、时间等数据通过IIC发给CPU，这一类一般需要与外设芯片通过特定指令控制，就是说CPU要对它说点特别的话，就是需要驱动程序了(驱动程序是个大的概念，即实现操作对象的功能规约)。第二类是内部功能接口（定时器、中断、AD、PWM、普通IO口），他们直接面向对外功能应用，也属于CPU可以直接控制的一部分。举例说明，PCI可以看做CPU面向PCI设备的一个总线，内部PCI控制器与CPU交互，CPU可以通过控制它产生时序与PCI设备进行通信。有了这个通信基础，我们就可以做一些事情了，比如把一个具有温度采集功能的AD模块做成一个PCI接口的AD接口卡，这样就可以实现CPU对温度的了然，然后去做一些运算、控制之类的事情。这个AD卡可以有自己的指令系统和通信规约，即收到什么做什么，发过去的数据那一部分是什么意思，CPU要想正确的通过PCI找到数据，就得了解AD接口卡，就是需要设备驱动程序做解析。比如现在有一个直接可以控制显示器的显卡，可以通过PCI接到CPU总线上，CPU想画个圆，就发一定的指令，给显卡，显卡里有GPU专门做这件事情，根据指令在屏幕上画个圆。将图画、视频编码传递给GPU，它就能正确的显示，不用CPU操心。所以这个显示功能的实现就通过了PCI控制器、GPU、显示器三级实现的。 时序的概念当然外设控制器与外设的交互就是“对话”，就像两个人一样，要想沟通就得说一样的“语言”，在通信中管它叫“通信协议”，而在我们嵌入式系统中叫做遵守一定的“时序”。相当于双方约定好了一定的沟通流程，做出双方的都能理解的动作，相当于一种机器之间的语言、机器通信协议。都是人规定的机器之间的沟通方式，没有什么神秘的，既然人家已经推广成了一种标准，我们就毫无保留的去遵守，就像汉语已经形成了，我们在生活中不说汉语就没办法工作生活，没办法传递信息，也就没办法体现个人价值。比如我们知道SPI、 IIC都是串行通信总线,也可以看做是一种通信协议，一种串行通信语言，通信双方都遵守这种协议规定的时序（什么时候开始？（帧起始）什么时候结束？（帧结束）何时应答？（ACK等）哪里是数据信息？（数据域）怎么知道数据错了？（校验域），时序的概念体现了计算机中一种博大精深的思想，那就是“编码”。就像摩斯码的产生，就是双方为了交流，而约定的一种都能识别的方式。在有外设控制器的情况下，相当于CPU有了一个得力干将。直接给干将下达命令，干将怎么做是他自己的事情。拿IIC控制器举例，这个干将的专业就是说“IIC语言”，服从CPU的领导，CPU告诉它你去跟另外一个IIC控制器说“XXXXX”,那么剩下就没有CPU什么事了，两个控制器直接用IIC语言交流。我们就不用关心时序的实现，功能的开发直接就是对控制寄存器进行编程，决定控制器的工作方式（），在工作的过程中想发送一个字节数据，可能直接就是一个写数据寄存器的指令就可以实现。想接收一个自己的数据，也就是读数据寄存器就可以了。在没有外设控制器的情况下，相当于CPU就是一个光杆司令。以前得力干将干的活就得它自己干。接着上一个例子，那么CPU像跟一个IIC控制器说话就得自己说这样的语言，这个学说话的过程就是模拟时序的过程，也就是编写驱动程序的过程。在51单片机中没有IIC这个接口，也没有SPI接口，那么想跟相应的设备进行通信，就必须得遵守通信协议上的规定，用IO口进行时序的模拟。中国人学英语就是这个道理，大脑产生逻辑思维，但是我们只有“汉语模块”没有“英语模块”，大脑产生授意后，就只能用说汉语的嘴去模仿英语的发音，这样就能和外国人交流了。寄存器编程上文提及，微机系统的实现就是靠CPU与控制器的配合、控制器和外设的配合来实现的。其中CPU对控制器进行控制的方法最主要的方法就是寄存器编程，通过查询DATASHEET可以看到片内的寄存器每一位的作用。可以想象这些位肯定对应着某些功能电路的“片选端”或者“功能选择端”，SOC的芯片架构决定了面向片上寄存器赋值方式的编程方法，通过片上外设接口，进一步可以实现时序描述方式的片外设备驱动编程。寄存器编程体现在51单片机和ARM内核单片机上是两种不同的形式，在51单片机中，因为是8位的，所以寄存器也都是8位的，外设的功能也相对简单，所以直接对寄存器编程。而ARM内核的微控制器一般为32位的，寄存器也是32位，这样直接对寄存器编程时十分复杂的，所以就产生了最底层的驱动函数，把要实现的功能对应的寄存器配置封装成函数，在主程序中直接调用，进行寄存器的间接编程。下面举例说明：下面是51单片机的串口初始化程序，查询DATASHEET之后，直接对相应的寄存器进行编程。void InitUART(void)/波特率2400 ，6T模式，在编程器设置TMOD |= 0x20; /定时器工作在定时模式 模式1 SCON |= 0x50; TH1 = 0xF3; TL1 = TH1; /初始化计数器初值 PCON = 0x80; EA = 1; /打开所有中断 ES = 1; /打开串口中断 TR1 = 1; /打开定时器TMOD SCON PCON等寄存器都是8位特殊功能寄存器，在该函数中直接对其进行赋值，修改功能只需要对照DATASHEET，工作不繁琐。下面是STM32微控制器（ARM CONTEX M3）的串口配置函数：void USART_Config(void) USART_InitStructure.USART_BaudRate = 9600; USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b; USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1; USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No; USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None; USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx; STM_EVAL_COMInit(COM1, &USART_InitStructure); STM_EVAL_COMInit(COM2, &USART_InitStructure); Delay(); 这个配置函数中我们已经看不得到寄存器的影子了，已经进行了层层的封装，但是本质还是寄存器编程，这些底层驱动函数是芯片厂家出厂时就给提供的，因为如果对照着32位的寄存器去编程，那就太繁琐了。我们编程的时候也不用像开发51单片机那样把寄存器功能弄得一清二楚，只需要了解一下，然后会用驱动函数编程就行了。下面是设备驱动程序老师的一段话，感觉说的比较在理：MCU的编程为嵌入式开发提供了原型，早期的嵌入式开发就是MCU的编程。从广义上讲，“设备”是指计算机中除CPU外的所有器件，因此基于MCU的开发中，SOC的芯片架构决定了面向片上寄存器赋值方式的编程方法，通过片上外设接口，进一步可以实现时序描述方式的片外设备驱动编程。交叉开发方式同时嵌入式应用，都采用交叉开发的方法，即在一台通用计算机（宿主机）上进行软件的编辑编译，然后下载到嵌入式设备（目标机）中运行调试的开发方式。建立交叉开发环境是进行系统设计前必须要做的方法，在51开发的时候用的KEIL，下载采用的是ISP下载（通过串口）。在进行STM32开发的时候用的是KEIL MDK，用ST提供的FLASH loader下载，无论是STC的51单片机还是ST的M32都固化了下载引导代码，所以不需要专门的下载器。一般只有在仿真或者下载bootloader时采用JTAG。交叉开发环境一般由运行于宿主机上的交叉开发软件：（assembler&compiler&linker&debugger&loader）、宿主机到目标机的调试通道组成。需要交叉开发环境是因为目标机一般对体积、功耗等有严格限制，资源也面向应用，较为紧张，要求仅仅能流畅运行代码即可，而将用户开发软件（包括各种库、工具）放置在主机上，而且现在的集成开发环境提供了各种修改好的功能库，用起来也方便。这是由其组成决定的。Assembler将.c源代码汇编，compiler形成目标文件，linker根据链接描述文件将各个目标代码链接定位生成可执行代码。Debugger有些交叉开发工具提供了仿真调试通道。Loader可以将目标文件烧录进设备中（有时需要内部引导代码的配合）。我们在集成开发环境中，敲代码、编译、汇编、连接（在连接描述文件的作用下加上了startup.o）、下载到目标机，上电从地址0开始运行，先初始化，在跳转到main执行。在无限循环中中断处理异常。这样的过程，无论是51还是ARM都是适用的。4、 做一个合格的嵌入式工程师1、专业素养对嵌入式软硬件层次相当了解；对开发环境及其原理开发流程有一定的认识；职业病思维：用嵌入式系统的思维去分析生活中遇到的设备，如果能分析明白或者做出推测，将是一件很开心的事情。“编码”思想：其实整个计算机世界，都体现着一种“编码”思想，人如何与机器交互、器件之间如何交互、通信双方如何定义通信协议，这都体现着编码的思想。管理的思维：因为在复杂的计算机系统也是人设计得，各模块的工作协调无处不散发着管理的思想，把系统调用抽象为人事安排，将变得很有爱。要相信你要你想到的解决问题的方法（算法），肯定能编出来。要相信，真理肯定是存在的，你还没有到遇到未解之谜的程度，即只要是问题就能解决，遇到需要反复测试的时候，不能气馁，也许只是哪个知识点理解的有偏颇，离真理只有一步之遥。从历史看起、从总体看起：用历史的眼光和谦虚但不自卑的态度看待复杂的系统和知识，这样一切就都简单又好理解。认识指导实践，实践反作用认识。2、个人品质：不悲不喜：在嵌入式开发过程中，会有一个又一个问题出现，不要因为一个问题的解决和搁置而悲喜，更大的喜剧在前方，也许更大的悲剧也在酝酿。勇于钻研：对解决问题有强烈的向往，有征服的渴望。所以一些很恬淡的人往往不会成为IT行业的精英。并从中找到成就感、存在感乐在其中：俗话说兴趣是最好的老师，拿欣赏的眼光看待内核的管理思想、看待精妙的算法、看待精密的电路设计，你会发现一切都美好起来。要会学习：有强大的学习能力，要会查资料、会聊天、会推测。用“学道”的思维去学习一切知识，抓住本质，老子说，为学日益，为道日损，损之又损，以至于无为，无为而无不为。，最复杂的科学，也能用最朴素的话解释。用历史、发展的眼光、用总体、联系的眼光去学习。不做任何无用功。不但要用发展、联系的眼光去解决问题，还要用孤立的眼光解决问题。存在即合理，要回问为何，才逐步打通，得到一眼看到底的本领。耐得住寂寞还得有兴趣爱好。有时会比较枯燥和辛苦，除了对专业的兴趣之外，最好能有些调节生活的兴趣爱好，比如唱歌、画画、旅行、摄影、健身等等。3、如何提高？因为嵌入式系统设计所涉及的知识面相当广，微机原理知识、电路知识、接口知识、操作系统、甚至是控制理论、数学计算等等，所以单单学习知识点的话，会很枯燥而且提高很慢，一切以应用为中心，在做项目中成长，加深理解，边学变做，把解决问题当做学习的目标。找若干良师益友，他们能带给你好的影响，包括做项目和做人，在与他们的交流共事中你可以迅速提高。大量的阅读，开阔眼界，了解当前行业的发展状况，大量阅览一些典型系统的设计，所谓书到用时方很少是很有道理的。学一些跟专业相关的知识，如数据库、网站设计等，不但能在设计系统时打开思维，还可以给IT男换个口味，陶冶一下情操。5、 最重要的小事你有没有想过为什么我用C语言写的代码机器能识别？为什么我用JTAG可以直接下载程序，我用串口下载程序的话，为什么从串口接收到的数据就能放到FLASH里面呢？是谁在作用？发生中断的时候为什么就能跳转到我写的中断函数？CPU怎么知道我分配的堆栈在哪里？我的程序不是烧写到FLASH里了吗，什么时候，又是谁把它拿到SDRAM中去的？又是什么我一个工程文件按照什么方式排序生成一个可执行文件？一上电，处理器内部发生了什么事情？这些问题的解决就要弄清楚四个被大部分人所忽略的代码文件：bootloader/startup.s/连接描述文件scf/下载引导代码。下载引导代码我们下载程序分成两种情况，一种情况是用专用的下载器，可以直接将代码烧写到合适的区域，比如用JTAG，JTAG接口是现在CPU一般都能配置的接口，通过边界扫描灯方式，可以访问到处理器内部的每一个寄存器或模块，可以用于仿真，也可以用于下载。另一种情况是使用下载引导代码，简单说它也是内部运行的一段程序，可以将串口或网口接受的数据放到FLASH中去，要有专门的下载软件将编译好的代码通过串口发过去。很简单的道理，凭什么你向串口发东西就给你放在FLASH中去呢？比如STC51一个很重要的优势就是下载程序非常方便，它已经将引导代码固化在内部，上位机ISP下载软件，可直接将程序下载进去。STM32可以BOOT的电平，选择从FLASH启动还是从系统固化代码启动，从后者启动就是要下载程序了，上位机运行FLASH loader，可以将串口收到的代码送到FLASH中去（先放到RAM）。又是一个裸片下载bootloader，没有内部的引导代码，需要JTAG进行下载。有了bootloader以后就不用JTAG了，为什么呢？因为bootloader有下载引导功能，下载内核、根文件系统、用户程序什么的，它都可以搞定。连接描述文件这是细心的人才能发现的问题，它是集成在编译开发环境中的，即一般对用户是不可见的，如果你追根溯源的话，肯定能发现它的存在。一个工程中有那么多的源文件，有的是启动代码，有的是中断代码文件（51的直接用标号表示，放在主程序下面，STM32是一个专门的文件）、有的是MAIN.C，编译环境怎么知道它们是什么？分别编译成目标文件后怎么连接成一个可执行文件？可以说这些规则是编译环境规定的，或者也可以是你规定，编译器遵循编程规格，在连接时将startup.s放在第一位，然后是main函数.等等(比如在做51开发的时候，处理器硬件的机制是发生xx中断时跳转到0x08,那么startup向量表中规定0x08地址上一条指令B interrupt3，那么我主程序中编写中断程序时，程序名称就得是interrupt3)。大胆按照规则写代码就行，编译器懂你在干什么。Startup.s发生中断的时候为什么就能跳转到我写的中断函数？CPU怎么知道我分配的堆栈在哪里？我的程序不是烧写到FLASH里了吗，什么时候，又是谁把它拿到SDRAM中去的？这几个问题的解决就得需要startup.s了。细心的都会发现在做51开发的的时候建立工程选定CPU型号之后，会有一个提示：要不要把startup.s添加到工程中。我们一般点YES。这就是开发环境祝我们一臂之力，而且编译环境还提供了寄存器的地址封装，我们可以直接用，而且还有连接描述文件来帮助我们开发。总之我们写代码就行了，根本不用关心这些东西。那么这个startup.s是用来做什么的呢，它是在用户程序运行前给CPU一个必要的工作环境，什么叫必要呢？我们知道CPU在发生中断的时候会自动跳转到存储器空间开头的相应的地址，那么这个地址上有什么代码得用户自己写吧，这些地址上放的就是startup.s。Startup开头就是一个中断向量表（所谓的向量表也是一段代码，只是由于CPU的跳转，每次只会从其中的一行开始执行，所以像一张表一样），上电首先执行的就是startup.s。0地址上方的就是.s文件。我们知道堆栈在程序运行中相当重要，对保存断点（程序跳转、中断），存放变量的的地方，指针就是SP，程序运行的时候CPU的压栈出栈指令就是对SP进行操作，所以要想用户程序正确运行，肯定要对SP进行初始化。而且他们它的具体功能和程序分析如下：启动代码start.s（相当于bootloader的前端代码），开机就执行的代码，即0x0000处放置的代码。给CPU一个合适的工作环境。面向CPU内核和外围硬件，所以一般用汇编编写。1、在起始地址分配中断向量表即中断处理函数（CPU要求的），以为向量空间只有4字节，所以一般只是一个跳转指令，去别处执行。2、之后初始化存储器系统3、初始多个模式下的堆栈（模式切换时，硬件给SP置位）4、初始化有特殊要求的外围设备，如LED灯、看门狗5、初始化用户的执行环境（在FLASH中运行太慢了，把代码整体搬迁到RAM中）6、切换处理器的工作模式7、调用主程序（没见到有存储控制器的配置代码，也没见到有时钟初始化代码）下面分析，所给的2410的启动代码实现了以上的那些功能，实现得显然不全，或者不需要，或者在工程代码的其它部分实现。读程序时注意，所有程序都是逐行顺序执行的，要看清跳转指令。GET 2410addr.s /用到了2410addr.s中的寄存器地址宏定义; Some ARM920CPSR bit discriptions;Pre-defined constants/预定义的变量，一下后续代码中使用方便，与CPSR相关USERMODE EQU0x10FIQMODE EQU0x11IRQMODE EQU0x12SVCMODE EQU0x13ABORTMODE EQU0x17UNDEFMODE EQU0x1bMODEMASK EQU0x1fNOINT EQU0xc0I_Bit*0x80F_Bit*0x40; MMURegister discription;p15CP15;c0CN0;c1CN1;c2CN2;c3CN3CtrlMMU*1CtrlAlign*2CtrlCache*4CtrlWBuff*8CtrlBigEnd*128CtrlSystem*256CtrlROM*512;initializationL0 is MMU FULL_ACCESS, DOMAIN, SECTIONTLB_L0_INIT*0x0C02; Start here /执行代码从这里开始;/IMPORT ，定义表示这是一个外部变量的标号，不是在本程序定义的 /EXPORT ，表示本程序里面用到的变量提供给其他模块调用的。 /以上两个在汇编和C语言混合编程的时候用到AREAInit,CODE,READONLYIMPORT _use_no_semihosting_swiIMPORTEnter_UNDEF /有点extern的感觉IMPORTEnter_SWIIMPORTEnter_PABORTIMPORTEnter_DABORTIMPORTEnter_FIQENTRY/这是程序的入口/中断/异常向量表（跳转），上电第一条就执行b ColdReset，跳转到ColdReset。bColdReset bEnter_UNDEF;UndefinedInstructionbEnter_SWI;syscall_handler or SWIbEnter_PABORT;PrefetchAbortbEnter_DABORT;DataAbortb.;ReservedHandlerbIRQ_Handler;IRQHandlerbEnter_FIQ;FIQHandler;deal with IRQ interruptEXPORTIRQ_Handler/IRQ中断处理子程序IRQ_HandlerIMPORTISR_IrqHandler /服务程序在外部定义STMFDsp!, r0-r12, lrBLISR_IrqHandler/跳转至服务程序LDMFDsp!, r0-r12, lrSUBSpc, lr,#4;=; ENTRY ;=EXPORT ColdResetColdReset /上电执行复位异常函数，就跳转到这里来ldrr0,=WTCON;watch dog disable /关闭看门狗，还没初始化完系统，防止没“喂狗”再次复位，写看门狗寄存器WTCON即可ldrr1,=0x0strr1,r0ldrr0,=INTMSK/关闭所有中断ldrr1,=0xffffffff;all interrupt disablestrr1,r0ldrr0,=INTSUBMSK/关闭所有次级中断ldrr1,=0x7ff;all sub interrupt disable, 2002/04/10strr1,r0;*;*Initialize stacks * /进行堆栈初始化;*blInitStacks; StackSetup for each MODE/跳转到initstack，对各个模式下的堆栈进行初始化。; copy excption table to sram at 0x0/对堆栈初始化之后，进行域初始化;IMPORT|Load$EXCEPTION_EXEC$Base|IMPORT|Image$EXCEPTION_EXEC$Base|IMPORT|Image$EXCEPTION_EXEC$Length|ldrr0,=|Load$EXCEPTION_EXEC$Base|;sourcedataldrr1,=|Image$EXCEPTION_EXEC$Base|;place exception talbe at 0x0ldrr2,=|Image$EXCEPTION_EXEC$Length|exception_cploop/这段没读明白，但是猜测是将flash中的程序代码拷贝到SDRAM中运行subr2,r2,#4ldmiar0!,r3stmiar1!,r3cmpr2, #0bge exception_cploop; start main function in C language/跳转到用户代码main();IMPORT _mainBL_main ;Dont use main() because .B.;*;*The function for initializing stack *;*IMPORT UserStack/堆栈指针的值是在外部就定义好的。IMPORT SVCStackIMPORT UndefStackIMPORT IRQStackIMPORT AbortStackIMPORT FIQStackInitStacks;Dont use DRAM,such asstmfd,ldmfd.;SVCstack is initialized before;Under toolkit ver 2.50, msr cpsr,r1 can be used instead of msr cpsr_cxsf,r1/每个模式下都有自己的堆栈指针SP，我们对其进行设置的前提就是进入该模式，即对CPSR进行置位，才能访问这个模式下的SP，模式切换的时候，硬件会自动给SP置我们赋给的值。对CPSR的操作时按照“读出修改写入”的步骤进行的。即先用mrs读出，再用msr写入。mrsr0,cpsrbicr0,r0,#MODEMASKorrr1,r0,#UNDEFMODE|NOINTmsrcpsr_cxsf,r1;UndefMode/未定义模式堆栈初始化ldrsp,=UndefStack/cpsr_cxsf下划线后表示域，即操作哪些位。orrr1,r0,#ABORTMODE|NOINTmsrcpsr_cxsf,r1;AbortMode/中止模式堆栈初始化ldrsp,=AbortStackorrr1,r0,#IRQMODE|NOINTmsrcpsr_cxsf,r1;IRQMode/IRQ模式ldrsp,=IRQStackorrr1,r0,#FIQMODE|NOINTmsrcpsr_cxsf,r1;FIQMode/FIQ模式ldrsp,=FIQStack;bicr0,r0,#MODEMASK|NOINT/管理模式orrr1,r0,#SVCMODE|NOINTmsrcpsr_cxsf,r1;SVCModeldrsp,=SVCStack;USER m