嵌入式系统关键概念.doc

1.嵌入式系统的概念嵌入式系统是“控制、监视或者辅助装置、机器和设备运行的装置。嵌入式系统是软件和硬件的综合体，还可以涵盖机械等附属装置。定义：以应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬件可裁剪、适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。系统中可以共存多个嵌入式系统。（ARM体系结构支持7种处理器模式，分别为：用户模式、快中断模式、中断模式、管理模式、中止模式、未定义模式和系统模式，）2.嵌入式处理器可以分为以下几大类：嵌入式微处理器；必须包括ROM、RAM、总线接口、各种外设等器件嵌入式微控制器；典型代表是单片机一般以某一种微处理器内核为核心，芯片内部集成ROM/EPROM、RAM、总线、总线逻辑、定时/计数器、WatchDog、I/O、串行口、脉宽调制输出、A/D、D/A、Flash RAM、EEPROM等各种必要功能和外设嵌入式DSP处理器；嵌入式片上系统（SOC）。嵌入式片上可编程系统（SOPC）3.嵌入式操作系统：操作系统是计算机中最基本的程序。操作系统负责计算机系统中全部软硬资源的分配与回收、控制与协调等并发的活动；操作系统提供用户接口，使用户获得良好的工作环境；操作系统为用户扩展新的系统功能提供软件平台。 4.常见嵌入式系统： Wince Linux Uclinux Ucos5.Thumb指令集与ARM指令集的区别ARM指令与Thumb指令 ARM 体系结构除了支持执行效率很高的 32 位 ARM指令集以外，同时支持 16 位的Thumb 指令集。 Thumb 指令集是 ARM 指令集的一个子集，允许指令编码为 16 位的长度。与等价的 32 位代码相比较，Thumb 指令集在保留 32 代码优势的同时，大大的节省了系统的存储空间。ARM 指令集和 Thumb 指令集各有其优点，若对系统的性能有较高要求，应使用 32 位的存储系统和 ARM指令集，若对系统的成本及功耗有较高要求，则应使用 16 位的存储系统和Thumb指令集 Thumb 指令集是 ARM 指令集的一个子集。Thumb指令集较ARM指令集有如下限制：只有B指令可以条件执行，其它指令都不能条件执行；分支指令的跳转范围有更多限制；数据处理指令的操作结果必须放入其中一个；单寄存器访问指令，只能操作R0R7；LDM和STM指令可以对R0R7的任何子集进行操作6.实指令和伪指令的区别伪指令在编译时被等效的ARM指令代替。ARM伪指令有四条，分别为ADR伪指令:(小范围的地址读取) ADR伪指令将基于PC相对偏移的地址值或基于寄存器相对偏移的地址值读取到寄存器中。在汇编编译器编译源程序时，ADR伪指令被编译器替换成一条合适的指令。通常，编译器用一条ADD指令或SUB指令来实现该ADR伪指令的功能，若不能用一条指令实现，则产生错误，编译失败。ADRL伪指令: (中等范围的地址读取)ADRL伪指令将基于PC相对偏移的地址值或基于寄存器相对偏移的地址值读取到寄存器中，比ADR伪指令可以读取更大范围的地址 。在汇编编译器编译源程序时，ADRL伪指令被编译器替换成两条合适的指令。若不能用两条指令实现，则产生错误，编译失败。LDR伪指令:(大范围的地址读取) LDR伪指令用于加载32位的立即数或一个地址值到指定寄存器。在汇编编译源程序时，LDR伪指令被编译器替换成一条合适的指令。若加载的常数未超出MOV或MVN的范围，则使用MOV或MVN指令代替该LDR伪指令，否则汇编器将常量放入文字池，并使用一条程序相对偏移的LDR指令从文字池读出常量。NOP伪指令:（空操作伪指令 ）NOP伪指令在汇编时将会被代替成ARM中的空操作，比如可能是“MOV R0,R0”指令等。NOP可用于延时操作。7.LDR与STRLDR和STR字和无符号字节加载/存储指令LDR/STR指令用于对内存变量的访问、内存缓冲区数据的访问、查表、外围部件的控制操作等。若使用LDR指令加载数据到PC寄存器，则实现程序跳转功能，这样也就实现了程序散转。 LDR指令用于从内存中读取单一字或字节数据存入寄存器中，STR指令用于将寄存器中的单一字或字节数据保存到内存。以PC作为基地址的相对偏移寻址指令只有LDR，而没有STR指令。8.UART是通用异步串行通信接口的总称，UART允许在串行链路上进行全双工的通信，输出/输入的电平为TTL电平。一般来说，全双工UART定义了一个串行发送引脚(TXD)和一个串行接收引脚(RXD)，可以在同一时刻发送和接收数据。通信时只要三根线RXD,TXD,GND。16C500：是一种工业标准的UART，此类UART芯片内部集成了可编程的波特率发生器、发送/接收FIFO、处理器中断系统和各种总线状态错误检测电路等等，并具有完全的MODEM控制能力RS232： RS232是一个全双工的通讯标准，它可以同时进行数据接收和发送的工作。采用了负逻辑15v至3v代表1， 15v至3v代表0RS485和RS422：以差动方式发送和接受，不需要数字地线。抗干扰和传输距离远，主要应用于工业。RS422通过两对双绞线可以全双工工作收发 互不影响，而RS485只能半双工工作，发收不能同时进行，但它只需要一对双绞线。RS422和RS485在19kpbs下能传输 1200米。用新型收发器线路上可连接台设备。9.什么情况会导致ucos的任务切换1） 高优先级的任务因为需要某种临界资源，主动请求挂起，让出处理器，此时将调度就绪状态的低优先级任务获得执行，这种调度也称为任务级的上下文切换。 2） 高优先级的任务因为时钟节拍到来，在时钟中断的处理程序中，内核发现高优先级任务获得了执行条件(如休眠的时钟到时)，则在中断态直接切换到高优先级任务执行。这种调度也称为中断级的上下文切换10.Ucos移植为什么不用int double等数据类型int，short，long，double的数据宽度与CPU的数据的宽度有关。比如对于16位处理器来说，编译器将int编译成16位宽度的整型数据；而对于32位处理器来说，编译器将int编译成32位宽度的整型数据。如果将ucos中的数据类型是用int，short，long，double定义，就会导致在不同的处理器中数据宽度是不一样的，很容易导致溢出等一些问题。用BOOLEAN，INT8U，INT8S, INT16U，INT16S, INT32U，INT32S, FP16, FP32, OS_STK.作为数据变量类型。需要把这些类型转换成编译器能识辨的类型。11.B和BL的区别分支指令B；带链接的分支指令BL；分支指令B指令，该指令跳转范围限制在当前指令的32M字节地址内(ARM指令为字对齐，最低2位地址固定为0)。PClabel带链接的分支指令BL指令适用于子程序调用，使用该指令后，下一条指令的地址被拷贝到R14(即LR) 连接寄存器中，然后跳转到指定地址运行程序。跳转范围限制在当前指令的32M字节地址内。LRPC-4， PClabel 12.R0-R15寄存器在汇编语言中寄存器R0R13为保存数据或地址值的通用寄存器。其中R0R7为未分组的寄存器，也就是说对于任何处理器模式，这些寄存器都对应于相同的32位物理寄存器。寄存器R8R14为分组寄存器。它们所对应的物理寄存器取决于当前的处理器模式，几乎所有允许使用通用寄存器的指令都允许使用分组寄存器寄存器R8R12有两个分组的物理寄存器。一个用于除FIQ模式之外的所有寄存器模式，另一个用于FIQ模式。这样在发生FIQ中断后，可以加速FIQ的处理速度。寄存器R13、R14分别有6个分组的物理寄存器。一个用于用户和系统模式，其余5个分别用于5种异常模式。寄存器R13常作为堆栈指针（SP）。在ARM指令集当中，没有以特殊方式使用R13的指令或其它功能，只是习惯上都这样使用。但是在Thumb指令集中存在使用R13的指令。R14为链接寄存器（LR），在结构上有两个特殊功能：在每种模式下，模式自身的R14版本用于保存子程序返回地址；当发生异常时，将R14对应的异常模式版本设置为异常返回地址（有些异常有一个小的固定偏移量）。寄存器R15为程序计数器（PC），它指向正在取指的地址。可以认为它是一个通用寄存器，但是对于它的使用有许多与指令相关的限制或特殊情况。如果R15使用的方式超出了这些限制，那么结果将是不可预测的。伪指令伪指令在编译时被等效的ARM指令代替。ARM伪指令有四条，分别为ADR伪指令、ADRL伪指令、LDR伪指令、NOP伪指令。 LDR与STR以PC作为基地址的相对偏移寻址指令只有LDR，而没有STR指令。UART是通用异步串行通信接口的总称，UART允许在串行链路上进行全双工的通信，输出/输入的电平为TTL电平。一般来说，全双工UART定义了一个串行发送引脚(TXD)和一个串行接收引脚(RXD)，可以在同一时刻发送和接收数据。通信时只要三根线RXD,TXD,GND。16C500：是一种工业标准的UART，此类UART芯片内部集成了可编程的波特率发生器、发送/接收FIFO、处理器中断系统和各种总线状态错误检测电路等等，并具有完全的MODEM控制能力RS232：RS232是一个全双工的通讯标准，它可以同时进行数据接收和发送的工作。采用了负逻辑15v至3v代表1， 15v至3v代表0RS485和RS422：以差动方式发送和接受，不需要数字地线。抗干扰和传输距离远，主要应用于工业。RS422通过两对双绞线可以全双工工作收发 互不影响，而RS485只能半双工工作，发收不能同时进行，但它只需要一对双绞线。RS422和RS485在19kpbs下能传输 1200米。用新型收发器线路上可连接台设备。什么情况会导致ucos的任务切换1）高优先级的任务因为需要某种临界资源，主动请求挂起，让出处理器，此时将调度就绪状态的低优先级任务获得执行，这种调度也称为任务级的上下文切换。 2） 高优先级的任务因为时钟节拍到来，在时钟中断的处理程序中，内核发现高优先级任务获得了执行条件(如休眠的时钟到时)，则在中断态直接切换到高优先级任务执行。这种调度也称为中断级的上下文切换Ucos移植为什么不用int double等数据类型int，short，long，double的数据宽度与CPU的数据的宽度有关。比如对于16位处理器来说，编译器将int编译成16位宽度的整型数据；而对于32位处理器来说，编译器将int编译成32位宽度的整型数据。如果将ucos中的数据类型是用int，short，long，double定义，就会导致在不同的处理器中数据宽度是不一样的，很容易导致溢出等一些问题。用BOOLEAN，INT8U，INT8S, INT16U，INT16S, INT32U，INT32S, FP16, FP32, OS_STK.作为数据变量类型。需要把这些类型转换成编译器能识辨的类型。嵌入式的概念和定义： 国际定义：根据IEEE（国际电机工程师协会）的定义，嵌入式系统是“控制、监视或者辅助装置、机器和设备运行的装置”。 概念：嵌入式系统是软件和硬件的综合体，还可以涵盖机械等附属装置。 国内普遍认同的定义：以应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬件可裁剪、适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。 概念：嵌入式系统是将先进的计算机技术、半导体技术和电子技术和各个行业的具体应用相结合后的产物，这一点就决定了它必然是一个技术密集、资金密集、高度分散、不断创新的知识集成系统。arm7的七种处理模式： 用户模式、快中断模式、中断模式、管理模式、中止模式、未定义模式和系统模式arm7寄存器的作用： 其中R0R7为未分组的寄存器，也就是说对于任何处理器模式，这些寄存器都对应于相同的32位物理寄存器。 寄存器R8R14为分组寄存器。它们所对应的物理寄存器取决于当前的处理器模式，几乎所有允许使用通用寄存器的指令都允许使用分组寄存器 寄存器R8R14为分组寄存器。它们所对应的物理寄存器取决于当前的处理器模式，几乎所有允许使用通用寄存器的指令都允许使用分组寄存器 寄存器R13常作为堆栈指针（SP）。在