嵌入式系统的复习参考模板

1、嵌入式系统的概述 1定义“以应用为中心，以计算机技术为基础，软件、硬件可裁减，功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。 嵌入式系统采用“量体裁衣”的方式把所需的功能嵌入到各种应用系统中。2.应用领域（1）工业控制 【 工控设备，智能仪表，汽车电子 】（2）军事国防 【 军事电子 】（3）消费电子 【 信息家电 智能玩具 通信设备 移动存贮 】（4）网络 【网络设备 电子商务 】3组成嵌入式系统的基本组成软件结构 【应用程序 操作系统】 注：MiniGUI不是操作系统硬件结构 【存储器 处理器】【 硬件系统】 嵌入式系统的硬件是以嵌入式处理器为核心，配置必要的外围接口部件。在嵌入

2、式系统设计中，应以最少的外围部件构成一个应用系统，满足嵌入式系统的特殊要求。 一般包括有 ：嵌入式处理器; 存储器; I/O系统和外设。【软件系统】1 / 9 嵌入式系统的软件包括 ： 操作系统、应用软件、驱动层软件。 (1)操作系统功能简介 操作系统层包含嵌入式内核、嵌入式TCP/IP网络系统、嵌入式文件系统、嵌入式GUI系统和电源管理等部分。其中嵌入式内核是基础和必备的部分，其他部分要根据嵌入式系统的需要来确定。4.嵌入式系统的特点！性能方面：采用32位RISC结构微处理器，主频从30MHz到1200MHz以上，接近PC机的水平，但体积更小，能够真正地“嵌入”到设备中。 ！实时性方面：嵌入

3、式控制器内嵌实时操作系统，能够完全保证控制系统的实时性。！人机交互方面：嵌入式控制器可支持大屏幕的液晶显示器，提供功能强大的图形用户界面，这些方面的性能也接近于PC，优于单片机。！系统升级方面：嵌入式控制器可为控制系统专门设计，其功能专一，成本较低，而且开放的用户程序接口（API）保证了系统能够快速升级和更新。嵌入式系统与单片机的区别 嵌入式系统 ¹ 单片机系统 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的软件设计。由于有了OS可以执行多任务调度，支持网络协议TCP/IP，所以嵌入式系统可以比普通单片机系统更适合完成复杂的任务。 嵌入式系统与PC之

4、间的区别l 嵌入式系统一般是专用系统，而PC是通用计算平台；l 嵌入式系统的资源比PC少得多；软件故障带来的后果比PC机大得多；l 嵌入式系统一般采用实时操作系统；有成本、功耗的要求；得到多种微处理体系的支持并需要专用的开发工具。嵌入式系统的开发模式 【交叉开发重点掌握，结合书本】 交叉开发定义：嵌入式系统开发的代码生成是在PC机上完成，但由于嵌入式目标平台的不同，就要求在开发机上的编译器能支持交叉编译（ARM-LINUX-GCC） 、链接，然后将程序的代码下载到目标机上指定位置，然后还要交叉调试。主要流程为：编写-交叉编译、链接-定位和下载-调试。嵌入式系统开发的流程嵌入式软件的开发流程与通

5、用软件的开发流程大同小异，但开发所使用的设计方法具有嵌入式开发的特点。整个开发流程可分为：§ 需求分析阶段§ 设计阶段§ 生成代码阶段§ 固化阶段需求分析阶段 嵌入式系统应用需求中最为突出的是注重应用的时效性，需求分析阶段的主要任务是： (1)对问题的识别和分析 (2)制订规格说明文档 (3)需求评审设计阶段 系统的设计阶段包括系统设计、任务设计和任务的详细设计。 (1)数据流分析 (2)划分任务 (3)定义任务间的接口 生成代码阶段 生成代码阶段需要完成的工作包括代码编程、交叉编译和链接、交叉调试和测试等。 代码编程 在嵌入式系统的开发过程中，一般采用

6、的方法是先在通用PC上编程，然后通过交叉编译链接，将程序做成目标平台上可以运行的二进制代码格式。最后将程序下载到目标平台上的特定位置，在目标板上启动运行这段二进制代码。 交叉编译和链接 嵌入式软件开发编码完成后，要进行编译和链接以生成可执行代码。 嵌入式集成开发环境都支持交叉编译、链接，如WindRiver公司的Tornado以及GNU套件等。交叉编译链接生成两种类型的可执行文件：调试用的可执行文件和固化的可执行文件。 固化阶段 嵌入式系统的应用软件是针对特定的实际专业领域的，基于相应的嵌入式硬件平台，并能完成用户预期任务的计算机软件。 (1)软件要求固态化存储。(2)软件代码要求高质量、高可

7、靠性。(3)系统软件的高实时性是基本要求。4)多任务实时操作系统成为嵌入式应用软件的必需。 嵌入式系统的调试§ 嵌入式系统的调试方法：1源程序模拟器方式2监控器方式3仿真器方式RAM的定义 ARM即Advanced RISC Machines的缩写。ARM公司1990年成立，是设计公司。ARM是知识产权（IP）供应商，本身不生产芯片，靠转让设计许可，由合作伙伴公司来生产各具特色的芯片。 ARM处理器的3大特点是：§ 耗电少、成本低、功能强；§ 16位/32位双指令集；§ 全球众多合作伙伴保证供应。 寄存器ARM内含37个寄存器，其中：§ 31个

8、通用32位寄存器§ 6个状态寄存器 指令执行阶段计算机中的1条指令的执行可以分若干个阶段： 取指，从存储器中取出指令(fetch)； 译码，指令译码(dec)： 取操作数，假定操作数从寄存器组中取(reg)； 执行运算(ALU)； 存储器访问，操作数与存储器有关(mem)； 结果写回寄存器(res)。 ARM7体系结构采用了3级流水线，分为取指，译码和执行。下图是单周期3级流水线的操作示意图。 ARM9 5级流水线分为：取指、指令译码、执行、数据缓存和写回。 TDMIT 16位压缩指令集Thumb;D 在片调试（Debug）支持，允许处理器响应调 试请求暂停；M 增强型乘法器，与以前

9、处理器 相比性能更高，产生全64位结果；I 嵌入式ICE硬件提供片上断点和调试点支持。数据类型 ARM处理器支持下列数据类型：ü Byte 字节, 8位；ü Halfword 半字, 16位（半字必须与2字节边界对准）；ü Word 字,32 位（字必须与4字节边界对准）。ARM体系结构支持7种处理器模式处理器模 式说 明用户usr正常程序执行模式FIQfiq支持高速数据传送或通道处理IRQirq用于通用中断处理管理svc操作系统保护模式中止abt实现虚拟存储器和/或存储器保护未定义und支持硬件协处理器的软件仿真系统sys运行特权操作系统任务处理器的工作状态 A

10、RM处理器有两种工作状态：§ ARM： 32位，这种状态下执行字对准的ARM指令；§ Thumb：16位，这种状态下执行半字对准的Thumb指令。ARM处理器在两种工作状态之间可以切换。ARM和Thumb之间状态的切换不影响处理器的模式或寄存器的内容。（1）进入Thumb状态。当操作数寄存器的状态位（位0）为1时，执行BX指令进入Thumb状态。（2）进入ARM状态。当操作数寄存器的状态位（位0）为0时，执行BX指令进入ARM状态。 寄存器R13通常用作堆栈指针，称作SP。 寄存器R14用作子程序链接寄存器，也称为链接寄存器LR。 § 程序计数器R15:异常定义

11、：异常由内部或外部源产生并引起处理器处理一个事件异常类型模 式正常地址高向量地址复位管理0x000000000xFFFF0000未定义指令 未定义0x000000040xFFFF0004软件中断（SWI）管理0x000000080xFFFF0008预取中止（取指令存储器中止）中止0x0000000C0xFFFF000C数据中止（数据访问存储器中止）中止0x000000100xFFFF0010IRQ（中断）IRQ0x000000180xFFFF0018FIQ（快速中断）FIQ0x0000001C0xFFFF001C§ 当异常出现时，异常模式分组的R14和SPSR用于保存状态。§

12、; 当处理异常返回时，把SPSR传送到CPSR，R14传送到PC。这可用两种方法自动完成，即ü 使用带“S”的数据处理指令，将PC作为目的寄存器；ü 使用带恢复CPSR的多加载指令。优先级复位（最高）-数据中止-FIQ-IRQ 预取中止 未定义指令·SWI基本寻址方式看书v ARM存储器访问指令 【看例题】转移指令（1）B和BL§ B（Branch）指令引起处理器转移到label。 句法: B cond label § BL（Branch and Link）指令将下一条指令的地址拷贝到R14（LR，链接寄存器），并引起转移到label。 句法:

13、 BL cond label （2）BX :引起处理器转移到Rm中的地址。若Rm的位0为1，则指令集变换到Thumb。 句法: BX cond Rm （3）BLX:带链接转移并可选地交换指令集。 句法: BLX cond Rm BLX label杂项ARM指令（1）SWI,引起软件中断。这意味着处理器模式变换为管理模式，CPSR保存到管理模式的SPSR中，执行转移到SWI向量。句法: SWI cond immed_24其中：immed_24为表达式，其值为0224-1范围内的整数。（2）MRS,将CPSR或SPSR的内容传送到通用寄存器。句法: MRS cond Rd,psr其中：Rd 目标寄

14、存器。Rd不允许为R15。 psr CPSR或SPSR。（3）MSR,用立即数或通用寄存器的内容加载CPSR或SPSR的指定区域。句法: MSR cond <psr>_<fields>,#immed_8r MSR cond <psr>_<fields>,Rm其中：<psr> CPSR或SPSR。 <fields> 指定传送的区域。 immed_8r 值为数字常量的表达式。常量必须对应于8位位图在32位字中循环移位偶数位后的值。 Rm 源寄存器。Thumb 指令集Thumb在32位体系结构上实现了16位指令集，以提供：

15、67; 比16位体系结构更高的性能；§ 比32位体系结构更高的代码密度。Thumb 与ARM的区别§ 转移指令；§ 数据传送指令；§ 单寄存器加载和存储指令；§ 多寄存器加载和存储指令。 ARM汇编器支持的伪指令包括：符号定义伪指令、数据定义伪指令、汇编控制伪指令、宏指令以及其他伪指令。 ARM汇编器支持的伪指令分类指令举例符号定义伪指令GBLA/GBLL/GBLS/LCLA/LCLL/LCLS/SETA/SETL/SETS/RLISTGBLA Test1;定义一个名为Test1的全局数值字变量数据定义伪指令DCB/DCW/DCD/ DCFD/

16、DCFS/DCQ/ SPACE/MAP/ FIELDstr DCB “This is a test”;分配起始地址为str的一段连续字节存储单元存放字符串汇编控制伪指令IF/ELSE/ENDIF/ WHILE/WEND/IF TestTRUE ;如果条件成立 指令序列1 ;执行指令序列1ELSE ;否则执行指令序列2 指令序列2ENDIF宏指令MACRO/MEND/ MEXITMACRO Seg指令序列MEND;定义一个名为Seg的宏指令其他伪指令AREA/ALIGN/CODE16/CODE32/ENTRY/END/EQU/EXPORT/GLOBAL/IMPORT/EXTERN/GET/INC

17、LUDE/INCBINAREA Init,CODE,READONLY,ALIGN=3;定义了一个代码段，段名为Init，属性为只读，并指定其后的指令为8（23）字节对齐。例子AREA Init，CODE，READONLYENTRYLDR R0, =0x3FF5000LDR R1, 0x0fSTR R1, R0LDR R0, =0x3F50008LDR R1, 0x1STR R1, R0BL PROC ；子程序调用PROC ；子程序开始MOV PC,LR ；从子程序返回END例：编写一具有完整汇编格式的程序，实现冒泡法排序功能。设无符号字数据存放在从0x400004开始的区域，字数据的数目字存放在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举例：一个向串口不断发送0x55的例子IMPORT MainAREA Init ,