第一章 嵌入式系统基础知识ARM7

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,ARM嵌入式基础技术 -入门篇,长沙市元享电子 制作,内容简介,ARM嵌入,式,式应用技术基,础,础,从基本概念和,原,原理入手，循,序,序渐进地讲,解了嵌入式系,统,统基础、ARM处理器基础,、,、ARM7指,令,令系统、程序,设,设计、,ADS编译环,境,境和初始化代,码,码等各项基础,知,知识，帮助读,者,者成功地掌ARM,应用基础。,本套教材构成,：,：,入门篇ARM嵌入式应,用,用技术基础,提高篇 ARM嵌入式,接,接口技术应用,实战篇ARM嵌入式应,用,用实战,章节目录,第一章 嵌,入,入式系统基础,知,知识,第二章 ARM处理器基,础,础,第三章 ARM的指令系,统,统,第四章 ARM的编程技,术,术,第五章 四,个,个操作范例,第六章 ADS1.2开,发,发工具的使用,第七章 AXD调试工具,的,的使用,第八章 初,始,始化代码研究,第九章 LPC2220,（,（ARM7）,处,处理器,第一章 嵌入,式,式系统基础知,识,识,一、认识嵌入,式,式系统,二、计算机系,统,统的信息表示,方,方式,三、本节附录,一、认识嵌入,式,式系统,以数字科技为,基,基础，计算机,科,科学技术为框,架,架的嵌入式系,统,统目前已普遍,应,应用于工业控,制,制系统、信息,家,家电、通信设,备,备、医疗设备,、,、智能仪器仪,表,表等众多领域,：,：,1.1,嵌入式系统的,定,定义,根据IEEE,（,（国际电气和,电,电子工程师协,会,会）的定义，,嵌,嵌入式系统是,“控制、监视,或,或者辅助设备,、,、机器和车间,用,用行的装备”,（,（原文为devices,used to control，orassist theoperation ofequipment,machinery orplants）。,目前国内一个,被,被普遍认同的,定,定义是：以应,用,用为中心，以,计,计算机技术为,基,基,础，软件和硬,件,件可裁减，以,适,适应应用系统,对,对功能、可靠,性,性、成本、速,度,度、,体积、功耗严,格,格要求的专用,计,计算机系统。,可以认为，嵌,入,入式系统是一,种,种硬件和软件,紧,紧密耦合在一,起,起的专用计算,机,机,系统，作为装,置,置或设备的一,部,部分。,1.2 嵌入,式,式系统发展的,四,四个阶段,1、无操作系,统,统阶段；,2、简单操作,系,系统阶段；,3、实时操作,系,系统阶段；,4、嵌入式片,上,上系统（System on Chip,，,，SoC）阶,段,段。,1.3 嵌入,式,式系统的发展,现,现状,1.新的微,处,处理器层出不,穷,穷，精简系统,内,内核，优化关,键,键算法，降低,功,功耗和硬件成,本,本。,2.,嵌,嵌,入,入式,系,系统,的,的开,发,发成,了,了一,项,项系,统,统工,程,程，,开,开发,厂,厂商,不,不仅,要,要提,供,供嵌,入,入式,软,软硬,件,件系,统,统本,身,身，,同,同时,还,还要,提,提供,强,强大,的,的硬,件,件开,发,发工,具,具和,软,软件,支,支持,包,包。,3.,通,通,用,用计,算,算机,上,上使,用,用的,新,新技,术,术、,新,新观,念,念开,始,始逐,步,步移,植,植到,嵌,嵌入,式,式系,统,统中,，,，嵌,入,入式,软,软件,平,平台,得,得到,进,进一,步,步完,善,善，,基,基本,都,都能,提,提供,更,更加,友,友好,的,的多,媒,媒体,人,人机,交,交互,界,界面,。,。,4.,各,各,种,种开,源,源的,嵌,嵌入,式,式操,作,作系,统,统（,如,如CLinux、,C/OS-II,）,）迅,速,速发,展,展，,目,目前,已,已经,形,形成,了,了能,与,与VxWorks,、,、WindowsCE等,嵌,嵌入,式,式操,作,作系,统,统进,行,行有,力,力竞,争,争的,局,局面,。,。,5.,网,网,络,络化,、,、信,息,息化,的,的要,求,求随,着,着Internet,技,技术,的,的成,熟,熟和,带,带宽,的,的提,高,高而,日,日益,突,突出,，,，以,往,往功,能,能单,一,一的,设,设备,功,功能,不,不再,单,单一,，,，结,构,构变,得,得更,加,加复,杂,杂，,网,网络,互,互连,成,成为,必,必然,趋,趋势,。,。,1.4,嵌,嵌入,式,式系,统,统的,组,组成,一个,嵌,嵌入,式,式系,统,统装,置,置一,般,般是,由,由嵌,入,入式,计,计算,机,机系,统,统和,执,执行,装,装置,两,两部,分,分组,成,成。,嵌,嵌入,式,式计,算,算机,系,系统,由,由硬,件,件层,、,、中,间,间层,、,、系,统,统软,件,件层,和,和应,用,用软,件,件层,组,组成,：,：,硬件,层,层,硬件,层,层由,嵌,嵌入,式,式核,心,心控,制,制模,块,块和,外,外围,设,设备,接,接口,组,组成,。,。在,嵌,嵌入,式,式处,理,理器,基,基础,上,上添,加,加电,源,源电,路,路、,时,时钟,电,电路,、,、复,位,位电,路,路和,存,存储,器,器电,路,路，,就,就构,成,成一,个,个嵌,入,入式,核,核心,控,控制,模,模块,。,。,硬件,层,层结,构,构示,意,意图,1,嵌,嵌入,式,式微,处,处理,器,器,嵌入,式,式系,统,统硬,件,件层,的,的核,心,心是,嵌,嵌入,式,式微,处,处理,器,器，,嵌,嵌入,式,式微,处,处理,器,器大,多,多工,作,作在,为,为特,定,定用,户,户群,所,所专,门,门设,计,计的,系,系统,中,中。,嵌入,式,式微,处,处理,器,器的,体,体系,结,结构,可,可以,采,采用,冯,冯,诺,诺依,曼,曼体,系,系结,构,构或,哈,哈佛,体,体系,结,结构,；,；指,令,令系,统,统可,以,以选,用,用精,简,简指,令,令系,统,统（RISC,）,）和,复,复杂,指,指令,系,系统,（,（CISC）,。,。,2,存,存储,器,器,存储,器,器是,用,用来,存,存放,和,和执,行,行代,码,码。,嵌入,式,式系,统,统的,存,存储,器,器包,含,含Cache,、,、主,存,存和,辅,辅助,存,存储,器,器。,3通用,设,设备接口,和,和I/O,接,接口,嵌入式系,统,统和外界,交,交互需要,一,一定形式,的,的通用设,备,备接口和I/O接,口,口。每个,外,外设通常,都,都只有单,一,一的功能,，,，它可以,在,在芯片外,也,也可以内,置,置在芯片,中,中。外设,的,的种类很,多,多，可从,一,一个简单,的,的串行通,信,信设备到,非,非常复杂,的,的802.11无,线,线设备。,中间层,硬件层和,软,软件层之,间,间为中间,层,层，也称,为,为硬件抽,象,象层或板,级,级支持包,。,。,中间层一,般,般包含相,关,关底层硬,件,件的初始,化,化、数据,的,的输入/,输,输出操作,和,和硬件设,备,备的配置,等,等功能。,中间层主,要,要完成两,部,部分工作,：,：,1、嵌入,式,式系统硬,件,件初始化,：,：,系统初始,化,化过程的3个主要,环,环节：片,级,级初始化,、,、板级初,始,始化和系,统,统级初始,化,化。,2、硬件,相,相关的设,备,备驱动程,序,序：,硬件相关,的,的设备驱,动,动程序的,初,初始化通,常,常是一个,从,从高到低,的,的过程。,设,设备驱动,程,程序通常,不,不直接由BSP,使,使用，而,是,是在系统,初,初始化过,程,程中由BSP 将,他,他们与操,作,作系统中,通,通用的设,备,备驱动程,序,序关联起,来,来，并在,随,随后的应,用,用中由通,用,用的设备,驱,驱动程序,调,调用，实,现,现对硬件,设,设备的操,作,作。,系统软件,层,层,系统软件,层,层由实时,多,多任务操,作,作系统（Real-time OperationSystem,RTOS）,、,、文件系,统,统、图形,用,用户接口(GraphicUser Interface，GUI),、,、网络系,统,统及通用,组,组件模块,组,组成，如,图,图所示。,其,其中RTOS是其,他,他所有应,用,用软件的,基,基础和开,发,发平台。,1嵌入,式,式操作系,统,统,嵌入式操,作,作系统负,责,责嵌入系,统,统的全部,软,软、硬件,资,资源的分,配,配、控制,、,、协调、,任,任务调度,等,等活动。,2文件,系,系统,与通用操,作,作系统下,的,的文件系,统,统相比，,嵌,嵌入式文,件,件系统比,较,较简单，,主,主要提供,文,文件存储,、,、文件属,性,性修改和,文,文件目录,服,服务等功,能,能。,3图形,用,用户接口,（,（GUI,）,）,GUI,极,极大地方,便,便了非专,业,业用户地,使,使用，人,们,们可以通,过,过窗口、,菜,菜单、按,键,键等方式,来,来方便的,进,进行操作,。,。嵌入式,系,系统的GUI 具,有,有的基本,要,要求：轻,型,型、占用,资,资源少、,高,高性能、,便,便于移植,、,、可配置,等,等特点。,嵌入式系,统,统中的图,形,形界面，,一,一般采用,下,下面的几,种,种方法实,现,现：,针对,特,特定的图,形,形设备输,出,出接口，,自,自行开发,相,相应的功,能,能函数。,购买,针,针对特定,嵌,嵌入式系,统,统的图形,中,中间软件,包,包。,采用,源,源码开放,的,的嵌入式GUI,系,系统。,应用软件,层,层,应用软件,层,层是由基,于,于实时操,作,作系统开,发,发的应用,程,程序组成,，,，其作用,是,是实现对,被,被控制对,象,象的控制,功,功能。功,能,能层是面,向,向被控制,对,对象和用,户,户的，为,方,方便用户,操,操作，往,往,往需要提,供,供一个友,好,好的人机,界,界面。,1.5,嵌,嵌入式系,统,统实例,市场上现,在,在有许多,基,基于ARM芯片研,制,制出来的,手,手机产品,，,，如图所,示,示。各种,智,智能型手,机,机具有多,种,种多样的,功,功能，如,接,接听电话,、,、电话薄,、,、备忘录,、,、闹钟、,短,短消息和,游,游戏，甚,至,至可以浏,览,览网页和,收,收发电子,邮,邮件等。,嵌入式产,品,品的研发,过,过程大致,分,分为两步,：,：,硬件设计,：,：,硬件是产,品,品赖以存,在,在的基础,。,。,软件设计,：,：,软件是其,灵,灵魂。,1.硬件,部,部分,硬件部分,的,的必需部,件,件：,1）ARM处理器,：,：,ARM处,理,理器有很,多,多种，目,前,前包括ARM7系,列,列、ARM9系列,、,、ARM9E系列,、,、ARM10E系,列,列、Secur-Core,系,系列、Intel,公,公司的StrongARM,和,和Xscale等,系,系列。,2）显示,设,设备：,显示设备,采,采用灰度,或,或彩色的,液,液晶模块,（,（LCD,）,）。,3）输入,设,设备：,输入设备,可,可以采用,键,键盘，还,可,可以采用,触,触摸屏。,4）存储,设,设备：,通常情况,下,下，当系,统,统需要管,理,理大量数,据,据，而这,些,些数据又,分,分为多种,类,类别且需,要,要分别进,行,行处理时,，,，采用文,件,件系统能,够,够简化编,程,程，并提,高,高效率。,5）GPRS接口,模,模块：,GPRS,接,接口模块,能,能实现手,机,机与GPRS网络,连,连接，处,理,理器通过GPRS,接,接口模块,可,可以与GPRS网,络,络上其他,的,的手机进,行,行数据通,信,信。,2.软件,部,部分,软件部分,实,实际上就,是,是编写的,程,程序代码,。,。程序代,码,码一般由,高,高级语言,（,（如C/C+,）,）和处理,器,器专用汇,编,编指令编,写,写而成，,经,经过编译,、,、链接、,重,重定位，,最,最终成为,机,机器代码,，,，存放到,系,系统的存,储,储器中。,软件可,分,分为4,个,个层次,，,，从低,到