嵌入式系统设计与应用_嵌入式系统设计及应用

嵌入式系统设计与应用由刀豆文库小编整理，希望给你工作、学习、生活带来方便，猜你可能喜欢“嵌入式系统设计及应用”。

第一章：

嵌入式系统定义：以应用为中心，以计算机技术为基础，软硬件可裁剪，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。（一切非PC计算机系统）嵌入式系统特点：“专用”计算机系统，运行环境差异很大，比通用PC系统资源少，功耗低，体积小，集成度高，成本低，具有完整的系统测试和可靠性评估体系，具有较长的生命周期，需要专用开发工具和方法进行设计，包含专用调试电路，多学科知识集成系统。嵌入式系统应用范围：汽车，工业控制，通信设备，消费电子，商业终端，航空航天，军事需求。

嵌入式系统的基本开发流程：系统定义与需求分析阶段，方案设计阶段，详细设计阶段，软、硬件集成测试阶段，系统功能性测试及可靠性测试阶段。

系统定义与需求分析阶段：对系统需求进行分析，制定系统的设计依据。方案设计阶段：确定系统初步设计方案并形成设计描述文档。详细设计阶段：完善初步方案，对方案实施详细设计。

软硬件集成测试阶段：对系统软硬件进行综合测试，验证系统设计功能。

系统功能性能测试及可靠性测试测试：对系统功能，性能，可靠性进行综合测评。

对于使用操作系统的嵌入式系统来说,嵌入式系统软件结构一般包含4个层面：板级支持包层，实时操作系统(RTOS)层，应用程序接口(API)层，应用程序层。有些资料将应用程序接口API归属于OS层，按3层划分的应用程序控制系统的运作和行为；操作系统与硬件无关，不同的嵌入式操作系统其组成结构也不尽相同 嵌入式操作系统种类繁多,大体分为两种：商用型和免费型

商用型：VxWorks，Windows CE，pSoS，Palm OS，OS-9，LynxOS，QNX和LYNX 免费型：Linux和uC/OS—II uC/OS—II具有执行效率高，占用空间小，可移植性及扩展性强，实施性能优良，稳定性和可靠性良好等特点。其内核采用微内核结构，将基本功能(如进程管理，存储管理，中断处理)放在内核中，留给用户一个标准API函数，并根据各个任务的优先级分配CPU时间。交叉开发环境：交叉开发是指一个通用计算机上进行软件的编辑编译，然后下载到嵌入式设备中进行调试的开发方式，它通常采用宿主机/目标机模式。

第二章：

RISC是精简指令集

精简指令集体系结构的优点：硬连线的指令译码逻辑，便于流水线执行，大多数RISC指令为单周期执行。

精简指令集处理器的优点：处理器关心面积小，开发时间缩短，开发成本降低，容易实现高性能，低成本的处理器。

精简指令集体系结构缺点：与CISC相比，通常RISC的代码密度低；RISC不能执行x86代码；RISC给优化编译程序带来了困难

ＡＲＭ设计采用的RISC技术特征主要有：Load/Store体系结构，固定的32位指令，3地址指令格式。

ARM7TDM名称具体含义：ARM7：32位ARM体系结构4T版本；T：Thumb16位压缩指令集；D：支持片上Debug，使处理器能够停止以响应调试请求；M：增强型Multiplier，与前代相比具有较高的性能且产生64位的结果。I：EmbeddedICE硬件以支持片上断点和观察点。ARM7 3级流水线：（取指级，译码级，执行级）ARM9TDMI 流水线操作：（取指，译码，执行，缓冲/数据，回写）5级 ARM处理器核可工作两种状态：ARM状态和Thumb状态

从ARM进入Thumb状态，当操作数寄存器Rm的状态位bit[0]为1时，执行“BX Rm”指令进入Thumb状态

从Thumb进入ARM状态，当操作数寄存器Rm的状态位bit[0]为0时，执行“BX Rm”指令进入ARM状态

ARM处理器工作模式（共7种）：除用户模式外的其他六种模式称为特权模式。特权模式：主要处理异常和监控调用（有时也称为软件中断），他们可以自由地访问系统资源和切换模式

ARM处理器总共有37个寄存器，均为32位 ARM状态下的通用寄存器分为3类： 未分组寄存器:R0~~R7（为公用寄存器）

分组寄存器：R8~~R14

R13通常用于堆栈指针SP

R14用做子程序链接寄存器

程序计数器：R15(PC)

用做程序计数器

ARM程序状态寄存器中

条件码标志（N Z C V）

N——在结果是带符号的二进制补码的情况下，结果为负，N=1 否则为0 Z——结果为0 Z=1 否则为0 C——针对加法：产生进位

C=1 否则为0

针对减法：产生借位

C=0 否则为1

针对有移位操作的非加减法指令

C为移位操作中最后移出位的值

对于其他指令

C通常不变

V——对于加减法指令

操作数和结果为带符号的整数时，产生溢出

V=1 否则为0

对于其他指令

V通常不发生变化 ARM的异常中断响应过程： 一：将CPSR的内容保存到将要执行的异常中断对应的SPSR中，以实现对处理器当前状态，中断屏蔽字以及各条件标志位的保存。二：设置当前状态寄存CPSR中的相应位：

设置CPSR模式控制位CPSR[4:0]，使处理器进入相应的执行模式

当进入Reset或FIQ模式时，还要设置中断标志位（CPSR[6]=1）禁止FIQ中断，否则其值不变

设置中断标志位（CPSR[7]=1），禁止IRQ中断

三：将寄存器LR-设置成异常返回地址 return link（对于某些异常中断，保存在LR-的值可能与实际返回的地址有一个常数的偏移量），使异常处理程序执行完后能正确返回原程序

四：给程序计数器PC强制赋值，使程序从相应的向量地址开始执行中断处理程序。

非向量中断和中断向量的区别和联系

异常中断的优先级：复位（最高），数据异常中断，FIQ，IRQ，取值指异常中止，SWI未定义指令

ARM支持的数据类型（6种）：8位有符号和无符号字节

16位有符号和无符号半字，以2字节的边界定位

32位有符号和无符号半字，以4字节的边界定位

ARM存储器组织：以字节为单位寻址的存储器中有“小端”和“大端”两种方式存储字 小端格式：较高的有效字节存放在较高的存储器地址，较低的有效字节存放在较低的存储器地址

大端格式：较高的有效字节存放在较低的存储器地址，较低的有效字节存放在较高的存储器地址

ARM处理器能方便地配置为其中任何一种存储器方式，但他们的缺省设置为小端格式（71页有题）

ARM7TDM内核的重要特性：53页最上面

第三章：

指令分类中基本指令格式

S

可选后缀，若指定S，则根据指令执行结果更新CPSR中的条件码 ARM寻址方式

立即寻址有选择题

寄存器间接寻址：ARM的数据传送指令都是基于寄存器间接寻址，即通过Load/Store完成对数据的传送操作

103页举例

可能为考题

伪操作

是ARM汇编语言程序里的一些特殊指令助记符，它的作用主要是为完成汇编程序做各种准备，在源程序进行汇编时由汇编程序处理，而不是在计算机运行期间由机器执行 ARM嵌入式系统程序设计可以分为ARM汇编语言程序设计、嵌入式C语言程序设计以及C语言与汇编语言的混合编程。

ARM汇编程序中

AREA指示符定义本程序段位代码段

即申请一个定义段 161页程序

可能考

嵌入式C语言程序设计中修饰符：interrupt、near、far、huge Interrupt在函数修饰为中断函数，没有输入和输出参数 第三章课后习题见李向妮笔记

第四章

DMA

I2C

I2S 基于S3C44B0X的最小系统设计：

嵌入式最小系统是指保证嵌入式微处理器可靠工作所必需的基本电路组成的系统，通常包括处理器单元、时钟单元、复位单元、、存储器单元、供电电源和调试接口。

基于ARM的嵌入式最小系统基本组成包括：基于ARM核的微处理器、电源电路、复位电路、时钟电路、存储器电路（FLASH和SDRAM）、UART接口电路和JTAG调试接口

第五章：

uC/OS—II采用的抢占式内核是一个真正的实时操作系统

uC/OS—II基本特点：源码开放；可移植性；可裁剪；抢占式内核；可扩展的多任务；可确定的执行时间；中断管理；稳定性和可靠性

uC/OS—II的文件结构（与内核功能相关的文件）：任务管理；同步通信；内存管理；时间管理

uC/OS—II任务及其运行状态：

任务是一个简单的程序，对应于实际应用中的一个逻辑功能。对uC/OS—II来说,任务是系统运行的基本单元，系统以任务为单元分配内存资源和处理时间，每个任务都有自己独立的寄存器和栈空间。

任务看起来就像一个无限循环永不返回的函数，但是不同于函数的是，它有一套自己的内存空间，运行时完全占用处理器资源，在任意确定的时刻都处于休眠、就绪、运行、挂起以及中断服务这五种状态之一 图见书上337

第六章

uCLinux与标准Linux的最大区别就在于内存管理。标准Linux是针对有MMU的处理器设计的uCLinux不使用虚拟内存管理技术，采用的是实存储器管理策略，也就是说uCLinux系统对内存的访问是直接的uCLinux与标准Linux系统在进程的创建

进程的执行

进程的终止

上有着显著不同 基于uCLinux操作系统的应用开发环境一般是由目标系统硬件开发板和宿主PC机所构成。目标硬件开发板用于运行操作系统和系统应用软件，而目标板所用到的操作系统的内核编译、电子词典应用程序的开发和调试则需要通过宿主PC机来完成。目标板用来进行内核编译

PC机用来进行调试

移植就是使一个实时操作系统能够在某个微处理器平台上或者微控制器上运行。uCLinux移植包括3个层次的移植: 处理器结构层次移植、芯片层次移植、板级移植。

移植思路：开发环境确定以后，首先，要为uCLinux设计一个BootLoader，通过BootLoader来初始化硬件，引导uCLinux运行。BootLoader的设计可以在ads中或者Linux中实现。其次，针对硬件环境和设计的BootLoader修改uClinux内核。最后，在交叉编译环境下配置、编译、链接uClinux，下载编译得到的印象文件到FLASH，通过BootLoader来启动uCLinux。如果参数默认或者无参数，则先执行BootLoader，否则BootLoader第二位，参数执行为第一位。