嵌入式系統(tǒng)中國礦業(yè)大學(xué)復(fù)習(xí)

嵌入式系統(tǒng)

復(fù)習(xí)提綱考試題型：填空題20選擇題20簡答題30綜合題30考試內(nèi)容：課程教學(xué)內(nèi)容和課程教材內(nèi)容綜合題內(nèi)容：系統(tǒng)擴展、C程序設(shè)計考試形式：開一頁A4紙教學(xué)主要內(nèi)容嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)知識嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)與調(diào)試ARM體系結(jié)構(gòu)和指令集ARM匯編語言程序設(shè)計基礎(chǔ)嵌入式系統(tǒng)硬件平臺設(shè)計嵌入式系統(tǒng)接口技術(shù)(2)第一章嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)知識1.1嵌入系統(tǒng)的定義和組成嵌入式系統(tǒng)的定義嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展趨勢嵌入式系統(tǒng)的組成RTOS1.2嵌入微處理器體系結(jié)構(gòu)1.3嵌入式微處理器的結(jié)構(gòu)和類型1.4嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)與調(diào)試1.1什么是嵌入式系統(tǒng)國內(nèi)普遍被認同的定義：嵌入式系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心，以計算機技術(shù)為基礎(chǔ)，軟、硬件可裁剪，適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗等嚴格要求的專用計算機系統(tǒng)。中國礦業(yè)大學(xué)信息與電氣工程學(xué)院1.2嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展史嵌入式系統(tǒng)設(shè)計的核心部件是各種類型的嵌入式處理器。中國礦業(yè)大學(xué)信息與電氣工程學(xué)院(1)以單芯片為核心的可編程控制器形式的系統(tǒng)。(2)以嵌入式CPU為基礎(chǔ)，以簡單操作系統(tǒng)為核心的嵌入式系統(tǒng)。(3)以嵌入式操作系統(tǒng)為標志的嵌入式系統(tǒng)。(4)以Internet為標志的嵌入式系統(tǒng)。1.3嵌入式系統(tǒng)的組成中國礦業(yè)大學(xué)信息與電氣工程學(xué)院軟件嵌入式處理器接口接口存儲器板級支持包嵌入式操作系統(tǒng)應(yīng)用程序輸入輸出硬件軟件1.4RTOSRTOS是指能夠在指定或者確定的時間內(nèi)完成系統(tǒng)功能和對外部或內(nèi)部、同步或異步時間做出響應(yīng)的系統(tǒng)，系統(tǒng)能夠處理和存儲控制系統(tǒng)所需要的大量數(shù)據(jù)。2嵌入式微處理器體系結(jié)構(gòu)馮·諾依曼體系結(jié)構(gòu)與哈佛結(jié)構(gòu)精簡指令集計算機流水線技術(shù)信息存儲的字節(jié)順序3嵌入式處理器的結(jié)構(gòu)和類型中國礦業(yè)大學(xué)信息與電氣工程學(xué)院分類：★嵌入式微控制器（MicroControllerUnit）★嵌入式微處理器(EmbeddedMicroProcessorUnit)★嵌入式DSP處理器EDSP(Embedded

DigitalSignalProcessor)★嵌入式片上系統(tǒng)SoC(SystemonChip) ★多核處理器

1.4嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)與調(diào)試

1嵌入式系統(tǒng)設(shè)計的特點

嵌入式系統(tǒng)通常是面向特定應(yīng)用的系統(tǒng)；嵌入式系統(tǒng)的硬件和軟件都必須高效地設(shè)計，量體裁衣、去除冗余；嵌入式系統(tǒng)設(shè)計需要交叉開發(fā)環(huán)境；嵌入式系統(tǒng)的程序需要固化；

嵌入式系統(tǒng)的軟件開發(fā)難度較大；嵌入式系統(tǒng)還需要提供強大的硬件開發(fā)工具和軟件包的支持，需要設(shè)計者從速度、功能和成本綜合考慮?！八拗鳈C/目標機”方式嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)通常采用“宿主機/目標機”方式。宿主機（Host）是一臺通用的計算機，一般是PC機。它通過串口或網(wǎng)絡(luò)連接與目標機進行通信。

目標機（Target）常用在嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)過程期間。目標機可以是嵌入式系統(tǒng)的實際運行環(huán)境，也可以是能替代實際環(huán)境的仿真系統(tǒng)。

2嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計流程

2.3體系結(jié)構(gòu)設(shè)計體系結(jié)構(gòu)是系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)的一個規(guī)劃和描述，設(shè)計完成之后用于構(gòu)建整個體系結(jié)構(gòu)的構(gòu)件。體系結(jié)構(gòu)描述了系統(tǒng)如何實現(xiàn)所述的功能和非功能的需求，包括對硬件、軟件和執(zhí)行裝置的功能劃分以及系統(tǒng)的軟件、硬件選型等。一個好的體系結(jié)構(gòu)是設(shè)計成功與否的關(guān)鍵。2.3體系結(jié)構(gòu)設(shè)計包括：硬件平臺的選擇：處理器、硬件部件軟件平臺的選擇：操作系統(tǒng)、編程語言、軟件開發(fā)工具、硬件調(diào)試工具、軟件組件等。處理器是最重要的，同時操作系統(tǒng)和編程語言也是非常關(guān)鍵的。處理器的選擇往往同時會限制操作系統(tǒng)的選擇，操作系統(tǒng)的選擇又會限制開發(fā)工具的選擇。第二章ARM體系結(jié)構(gòu)和指令集主要內(nèi)容：ARM體結(jié)構(gòu)簡介ARM微處理器結(jié)構(gòu)ARM微處理器的寄存器結(jié)構(gòu)ARM微處理器的異常處理ARM的存儲器結(jié)構(gòu)ARM微處理器指令系統(tǒng)中國礦業(yè)大學(xué)信息與電氣工程學(xué)院ARM7TDMI4T1支持Halfword

和signedhalfword/byte和Systemmode支持Thumb指令集24ARM9TDMIARM720TARM940T改良的ARM/Thumb交互作用以及CLZ指令5TESaturatedmathsDSPmultiply-accumulateinstructionsXScaleARM1020EARM9E-SARM966E-S3早期的ARMsARM9EJ-S5TEJARM7EJ-SARM926EJ-SJazelle支持Java字節(jié)碼

6ARM11SIMDARM版本總結(jié)2ARM微處理器結(jié)構(gòu)ARM7TDMI-SARM7TDMI的可綜合（synthesizable）版本（軟核），對應(yīng)用工程師來說其編程模型與ARM7TDMI一致；嵌入式Embedded-ICE，支持片上斷點和調(diào)試點；支持64位乘法；支持片上調(diào)試Debug；支持高密度16位的壓縮Thumb指令集3ARM處理器的寄存器結(jié)構(gòu)處理器的運行模式處理器的工作狀態(tài)處理器的寄存器組織處理器模式說明備注

用戶(usr)正常程序執(zhí)行模式不能直接切換到其它模式

系統(tǒng)(sys)運行操作系統(tǒng)的特權(quán)任務(wù)與用戶模式類似，但具有可以直接切換到其它模式等特權(quán)

快中斷(fiq)支持高速數(shù)據(jù)傳輸及通道處理FIQ異常響應(yīng)時進入此模式

中斷(irq)用于通用中斷處理IRQ異常響應(yīng)時進入此模式

管理(svc)操作系統(tǒng)保護模式系統(tǒng)復(fù)位和軟件中斷響應(yīng)時進入此模式

中止(abt)用于支持虛擬內(nèi)存和/或存儲器保護在ARM7TDMI沒有大用處

未定義(und)支持硬件協(xié)處理器的軟件仿真未定義指令異常響應(yīng)時進入此模式3.1處理器的運行模式處理器7種模式3.2處理器的工作狀態(tài)進入Thumb狀態(tài)當操作數(shù)寄存器的狀態(tài)位為0時，可以采用執(zhí)行BX指令的方法，使微處理器從ARM狀態(tài)切換到Thumb狀態(tài)。此外，當處理器處于Thumb狀態(tài)時發(fā)生異常（如IRQ、FIQ、Undef等），則異常處理返回時，自動切換到Thumb狀態(tài)。進入ARM狀態(tài)當操作數(shù)寄存器的狀態(tài)位為1時，執(zhí)行BX指令時可以使微處理器從Thumb狀態(tài)切換到ARM狀態(tài)。此外，在處理器進行異常處理時，把PC指針放入異常模式鏈接寄存器中，并從異常向量地址開始執(zhí)行程序，也可以使處理器切換到ARM狀態(tài)。3.3內(nèi)部寄存器簡介在ARM處理器內(nèi)部有37個用戶可見的寄存器。在不同的工作模式和處理器狀態(tài)下，程序員可以訪問的寄存器也不盡相同。寄存器類別寄存器在匯編中的名稱各模式下實際訪問的寄存器用戶系統(tǒng)管理中止未定義中斷快中斷通用寄存器和程序計數(shù)器R0(a1)R0R1(a2)R1R2(a3)R2R3(a4)R3R4(v1)R4R5(v2)R5R6(v3)R6R7(v4)R7R8(v5)R8R8_fiq*R9(SB,v6)R9R9_fiq*R10(SL,v7)R10R10_fiq*R11(FP,v8)R11R11_fiq*R12(IP)R12R12_fiq*R13(SP)R13R13_svc*R13_abt*R13_und*R13_irq*R13_fiq*R14(LR)R14R14_svc*R14_abt*R14_und*R14_irq*R14_fiq*R15(PC)R15狀態(tài)寄存器R16(CPSR)CPSRSPSR無SPSR_svcSPSR_abtSPSR_undSPSR_irqSPSR_fiqARM狀態(tài)各模式下的寄存器程序狀態(tài)寄存器

條件位：N=

1-結(jié)果為負,0-結(jié)果為正或0Z=1-結(jié)果為0,0-結(jié)果不為0C=1-進位，0-借位V=1-結(jié)果溢出，0結(jié)果沒溢出Q位：僅ARM5TE/J架構(gòu)支持指示增強型DSP指令是否溢出J位僅ARM5TE/J架構(gòu)支持J=1:處理器處于Jazelle狀態(tài)中斷禁止位：I=1:禁止IRQ.F=1:禁止FIQ.TBit僅ARMxT架構(gòu)支持T=0:處理器處于ARM狀態(tài)T=1:處理器處于Thumb狀態(tài)Mode位(處理器模式位):0b10000 User0b10001 FIQ0b10010 IRQ0b10011Supervisor0b10111 Abort0b11011 Undefined0b11111 System2731NZCVQ2867IFTmode1623

815

54024fsxc

UndefinedJ2.6ARM指令格式及其尋址方式2.6.1ARM處理器尋址方式2.6.2指令集介紹ARM指令集Thumb指令集2.6.1ARM處理器基本尋址方式尋址方式分類尋址方式是根據(jù)指令中給出的地址碼字段來實現(xiàn)尋找真實操作數(shù)地址的方式。ARM處理器具有9種基本尋址方式。1.寄存器尋址； 2.立即尋址；3.寄存器移位尋址；

4.寄存器間接尋址；5.基址尋址； 6.多寄存器尋址；7.堆棧尋址；

8.塊拷貝尋址；9.相對尋址。51尋址：位尋址直接尋址1.指令格式2.條件碼3.存儲器訪問指令4.數(shù)據(jù)處理指令6.ARM分支指令7.雜項指令8.偽指令A(yù)RM指令集ARM是三地址指令格式，指令的基本格式如下：1ARM指令格式ARM指令集——基本指令格式<opcode>{<cond>}{S}<Rd>,<Rn>{,<operand2>}

其中<>號內(nèi)的項是必須的，{}號內(nèi)的項是可選的。各項的說明如下：opcode：指令助記符； cond：執(zhí)行條件；S：是否影響CPSR寄存器的值；Rd：目標寄存器； Rn：第1個操作數(shù)的寄存器；operand2：第2個操作數(shù)；指令語法目標寄存器（Rd)源寄存器1(Rn)源寄存器2(Rm)ADDr3,r1,r2r3r1r2例:3Load/Store指令A(yù)RM指令集——存儲器訪問指令A(yù)RM處理器是典型的RISC處理器，對存儲器的訪問只能使用加載和存儲指令實現(xiàn)。RAM存儲空間及I/O映射空間統(tǒng)一編址，除對RAM操作以外，對外圍IO、程序數(shù)據(jù)的訪問均要通過加載/存儲指令進行。加載（Load）：存儲器中的數(shù)據(jù)傳送到寄存器；存儲（Store）:寄存器中的數(shù)據(jù)傳送到存儲器；存儲器訪問指令分為單寄存器操作指令、多寄存器操作指令、交換指令。嵌入式系統(tǒng)第9章ARM匯編語言程序設(shè)計基礎(chǔ)

匯編偽操作及程序結(jié)構(gòu)基于Linux的GNU匯編器格式匯編語言與C語言混合編程匯編語言程序的結(jié)構(gòu)CODE32AREAcodesec,CODE,READONLYmainPROCSTMFDSP!,{LR}ADR R0,strhelloBL_printfBLwelcomefunLDMFDSP!,{LR}strhello;32位ARM指令段代碼段屬性只讀;函數(shù)main;相關(guān)寄存器入棧;strhello地址;調(diào)用庫函數(shù);調(diào)用子函數(shù)welcomefun;相關(guān)寄存器出棧DCB“Helloworld!\n\0”;定義14字節(jié)的字節(jié)空間ENDP;mainPROC結(jié)束welcomefunSTMFDSP!,{LR};子函數(shù)welcomefun;相關(guān)寄存器入棧ADR R0,adrstrarm;adrstrarm的地址LDR R0,[R0,#0];strarm的值存入r0BL_printf;調(diào)用庫函數(shù)LDMFDSP!,{LR};相關(guān)寄存器出棧adrstrarmDCDstrarm;保存strarm的地址AREAconstdatasec,DATA,READONLY，ALIGN=0strarmDCB“WelcometoARMworld!\n\0”;存放字符串EXPORTmain;全局聲明main，供外部調(diào)用...END;程序結(jié)束數(shù)據(jù)段指定數(shù)據(jù)段單字節(jié)對齊偽代碼ARM匯編與C的混合編程匯編程序中調(diào)用C程序C程序中調(diào)用匯編程序C程序中內(nèi)嵌匯編語句從匯編程序中訪問C程序變量ATPCSATPCS（ARM-ThumbProcedureCallStandard）規(guī)定了一些子程序間調(diào)用的基本規(guī)則，這些規(guī)則包括子程序調(diào)用過程中寄存器的使用規(guī)則，數(shù)據(jù)棧的使用規(guī)則，參數(shù)的傳遞規(guī)則。有了這些規(guī)則之后，單獨編譯的C語言程序就可以和匯編程序相互調(diào)用。使用C語言編譯器編譯的C語言子程序滿足用戶指定的ATPCS類型。而對于匯編語言來說，則需要用戶來保證各個子程序滿足ATPCS的要求。ATPCS規(guī)范要點寄存器的使用規(guī)則堆棧使用規(guī)則參數(shù)傳遞規(guī)則子程序結(jié)果返回規(guī)則132嵌入式硬件平臺設(shè)計存儲器系統(tǒng)設(shè)計S3C2410簡介最小系統(tǒng)設(shè)計4引腳描述最小系統(tǒng)簡介1、一個嵌入式處理器是不能獨立工作的，必須給它供電、加上時鐘信號、提供復(fù)位信號，如果芯片沒有片內(nèi)程序存儲器，則還要加上存儲器系統(tǒng)，然后嵌入式處理器才可能工作。2、這些提供嵌入式處理器運行所必須的條件的電路與嵌入式處理器共同構(gòu)成了這個嵌入式處理器的最