【正文】 用程序，對下層管理硬件系統(tǒng)。如：嵌入式數(shù)字信號處理器（digital signal processing DSP）PLD（programmable logic device 可編程邏輯器件）、FPGA（field programmable gate array 現(xiàn)場可編程邏輯器件）等。（與互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合） 嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展趨勢（1） 新的微處理器層出不窮，降低功耗和軟硬件成本，多媒體人機(jī)交互界面更豐富。一些簡單的嵌入式操作系統(tǒng)開始出現(xiàn)并得到迅速發(fā)展。“嵌入性”、“專用性”與“計(jì)算機(jī)系統(tǒng)”是嵌入式系統(tǒng)的三個(gè)基本要素。掌握并理解以紅色字體標(biāo)出的內(nèi)容。（?？疲┰趯W(xué)習(xí)中要有自己的目標(biāo)，基本硬件結(jié)構(gòu)和基本軟件是學(xué)習(xí)嵌入式系統(tǒng)的關(guān)鍵，從8位處理器開始，向32位處理器沖擊，掌握嵌入式系統(tǒng)和基本結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)，如果堅(jiān)持這樣，學(xué)習(xí)嵌入式系統(tǒng)是肯定成功的。幾個(gè)重要掌握的概念一、“嵌入”的意義從語言上理解：一個(gè)物體嵌入到另一個(gè)物體中；從計(jì)算機(jī)的角度理解：服務(wù)器與客戶機(jī)的關(guān)系；從學(xué)習(xí)程度上理解：專業(yè)知識的綜合運(yùn)用；從個(gè)人工作上理解：屬于計(jì)算機(jī)應(yīng)用的范圍；從嵌入與被嵌入上理解：獨(dú)立功能與系統(tǒng)功能，受控與不受控的關(guān)系。 考核方式分考試與考查兩種。任課教師在每學(xué)期開課以前根據(jù)教學(xué)大綱編寫教學(xué)日歷，一式四份，經(jīng)學(xué)部（系、室）主任審閱同意后，一份自存，一份交所在系，一份交所在學(xué)部，一份交學(xué)生。二、本課程的研究對象是ARMARM指令、S3C24一般系統(tǒng)接口；關(guān)于ARM9與S3C2410的功能特點(diǎn)、技術(shù)參數(shù)等由生產(chǎn)廠家已經(jīng)確定，在課程教學(xué)中沒有修改與補(bǔ)充，這些內(nèi)容主要由學(xué)生自己自學(xué)完成。學(xué)習(xí)基本硬件結(jié)構(gòu)，比學(xué)習(xí)電子電路和模擬電路的難度小，嵌入式系統(tǒng)中要使用大量的集成電路，在今后的實(shí)踐中，一定要先學(xué)好集成電路的技術(shù)資料（學(xué)會上網(wǎng)自己查找），然后才能設(shè)計(jì)硬件結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)軟件。第一章：嵌入式系統(tǒng)的基礎(chǔ)部份 定義定義：以應(yīng)用為中心、以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，符合多方面嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。 發(fā)展 基本過程從工業(yè)生產(chǎn)和自動控制開始，發(fā)展到現(xiàn)在的嵌入式系統(tǒng)（以講述為主） 具體過程（1） 無操作系統(tǒng)階段單片機(jī)是最早應(yīng)用的嵌入式系統(tǒng)，一般沒有操作系統(tǒng)的支持，程序設(shè)計(jì)采用匯編語言。（一般由8位以上CPU為中心）（3） 實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)階段20世紀(jì)90年代后，嵌入式系統(tǒng)在應(yīng)用中飛速發(fā)展。（2） 嵌入式操作系統(tǒng)迅速發(fā)展，逐步進(jìn)行各個(gè)領(lǐng)域。 IP核（Intellectual Property Core，知識產(chǎn)權(quán)核）IP核是具有專有知識產(chǎn)權(quán)，帶有具體功能并且有規(guī)范的接口，可在多個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中重復(fù)使用的功能模塊，是實(shí)現(xiàn)嵌入式片上系統(tǒng)的基本構(gòu)件。抽象層，是軟件與硬件的接口，完成上下層的工作中間層對被控對象的控制應(yīng)用軟件BSP使上層軟件開發(fā)人員無需關(guān)心底層硬件的具體情況。（2） 存儲器嵌入式系統(tǒng)的存儲器包含Cache、主存儲器和輔助存儲器，目的是用來存放數(shù)據(jù)和執(zhí)行代碼。（3） 通用設(shè)備接口和I/O接口設(shè)備接口完成信息的相互轉(zhuǎn)換與匹配；I/O接口完成信息的輸入與輸出。片級初始化把嵌入式微處理器從上電時(shí)的默認(rèn)狀態(tài)設(shè)置成系統(tǒng)所要求的工作狀態(tài)（CPU的初始化）。 BSP級：驅(qū)動程序操作系統(tǒng)任務(wù)：需要操作硬件設(shè)備被系統(tǒng)操作的對應(yīng)硬件設(shè)備初始化時(shí)上、下關(guān)聯(lián)使用時(shí)調(diào)用完成設(shè)備的輸出與輸入 系統(tǒng)軟件層（專科不作要求，本科作一般了解，為今后的發(fā)展打好基礎(chǔ)）系統(tǒng)軟件層通常包含有實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)、文件系統(tǒng)、圖形用戶接口、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)及通用組件模塊組成。 應(yīng)用軟件層應(yīng)用軟件層用來實(shí)現(xiàn)對被控對象的控制功能，由所開發(fā)的應(yīng)用程序組成，面向被控對象和用戶。（要求：掌握重點(diǎn)與正確判斷結(jié)構(gòu)）數(shù)據(jù)、指令同一存儲區(qū)。（2）精簡指令集計(jì)算機(jī)（Reduced Instruction Set Computer，RISC）體系結(jié)構(gòu)是20世紀(jì)80年代提出來的?，F(xiàn)代的CPU往往采用CISC的外圍，內(nèi)部加入了RISC的特性。存儲器的每一個(gè)字節(jié)都用一個(gè)唯一的地址來標(biāo)識。一種是低字節(jié)數(shù)據(jù)存放在內(nèi)存低地址處，稱為小端字節(jié)順序存儲法；另一種是高字節(jié)數(shù)據(jù)存放在高地址處，稱為大端字節(jié)順序存儲法。一般把16位及以下的稱為嵌入式微控制器， 32位及以上的稱為嵌入式微處理器。16位 32位單片微控制器嵌入式微控制器嵌入式微處理器中央處理器的發(fā)展計(jì)算機(jī)CPU的發(fā)展復(fù)雜的嵌入式系統(tǒng)簡單的嵌入式系統(tǒng) ARM系列ARM（Advanced RISC Machine）公司的ARM微處理器體系結(jié)構(gòu)目前被公認(rèn)為是嵌入式應(yīng)用領(lǐng)域領(lǐng)先的32位嵌入式RISC微處理器結(jié)構(gòu)。為縮短軟件開發(fā)的周期，DSP軟件開發(fā)通常使用高級語言進(jìn)行?？偨Y(jié)：第一章要掌握的幾個(gè)方面一：定義、發(fā)展、趨勢；二：嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次與層次關(guān)系；三：幾個(gè)概念 二個(gè)結(jié)構(gòu)（馮、哈結(jié)構(gòu)）；二個(gè)指令集（復(fù)雜與精簡）；流水與存儲。 89C51單片機(jī)(嵌入式微控制器) 51系列CPU主要功能插腳簡介(雙列直插，40個(gè)引腳)XTAL1 P0XTAL2 P1 P2 51CPU P3EA/ RESETALE Vcc共有四個(gè)輸入/輸出口（即雙向口），其中P3口具有第二功能。數(shù)據(jù)存儲器：片內(nèi)256個(gè)單元，片外64K（均為RAM隨機(jī)存儲器），片內(nèi)與片外根據(jù)不同的指令進(jìn)行獨(dú)立編址。指令周期：執(zhí)行一條指令所需的時(shí)間，一般情況下由約若干個(gè)時(shí)鐘周期組成。CPUA7A6A5A4A3A2A1A074LS139G/ Y3B Y2A Y1 Y0CE/61XXCS/8255CE/27XX地址的確定:27XX:0010000000111111 20H3FH 61XX:0100000001011111 40H5FH 8255:0110000001111111 60H7FH 幾點(diǎn)概念由8位機(jī)到32位機(jī)經(jīng)過了二次進(jìn)步，有8位機(jī)的基礎(chǔ)，學(xué)習(xí)32位機(jī)不會有很大困難；8位機(jī)與32位機(jī)使用精簡指令集計(jì)算機(jī)，有8086匯編語言的基礎(chǔ)，學(xué)習(xí)將不會有很大困難；從結(jié)構(gòu)上講，8位機(jī)的CPU中有程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器，32位的微處理器中有指令Cache、數(shù)據(jù)Cache和存儲器因此速度更快；在8086中一個(gè)字長是16位，由兩個(gè)字節(jié)組成；在ARM中一個(gè)字長是32位，由兩個(gè)16位的半字組成，所以決定一個(gè)字的長度必須考慮總線的寬度；8位機(jī)（51系列CPU）中有4組通用寄存器，每組8個(gè)，每個(gè)字長為8位，共計(jì)32個(gè)通用寄存器，ARM處理器共有37個(gè)通用寄存器，在不同模式下有可見和不可見之分，不是以分組的形式出現(xiàn)，每個(gè)通用寄存器字長32位。 存儲空間的格式 ARM920T將存儲器空間視為從地址為0開始，單元由字節(jié)組成的線性存儲集合，一個(gè)字占用4個(gè)字節(jié)的存儲空間，ARM可尋址范圍有4GB空間（因?yàn)榈刂酚?2位長），ARM處理器有的帶有指令Cache和數(shù)據(jù)Cache，但不帶有片內(nèi)RAM和片內(nèi)ROM（與8位機(jī)的區(qū)別），系統(tǒng)所需的RAM和ROM（包括Flash）都通過總線外接。大多數(shù)應(yīng)用程序都是在用戶模式下運(yùn)行。 ARM狀態(tài)下的寄存器（分三類問題進(jìn)行總結(jié)）（1） 在ARM狀態(tài)下，任何時(shí)刻都可以看到16個(gè)通用寄存器，1或2個(gè)狀態(tài)寄存器。注意：不是通用寄存器 系統(tǒng)和用戶FIQ超級用戶異常中止IRQ未定義1 R0R0R0R0R0R02 R1R1R1R1R1R13 R2R2R2R2R2R24 R3R3R3R3R3R35 R4R4R4R4R4R46 R5R5R5R5R5R57 R6R6R6R6R6R68 R7R7R7R7R7R79 R81 ▲R8_fiqR8R8R8R810 R92 ▲R9_fiqR9R9R9R911 R103 ▲R10_fiqR10R10R10R1012 R114 ▲R11_fiqR11R11R11R1113 R125 ▲R12_fiqR12R12R12R1214 R136 ▲R13_fiq8 ▲R13_svc10 ▲R13_abt12 ▲R13_irq14 ▲R13_und15 R147 ▲R14_fiq9 ▲R14_svc11 ▲R14_abt13 ▲R14_irq15 ▲R14_und16 R15（PC）R15（PC）R15（PC）R15（PC）R15（PC）R15（PC）RAM狀態(tài)下的狀態(tài)寄存器1 CPSRCPSRCPSRCPSRCPSRCPSR空1 ▲SPSR_fiq2 ▲SPSR_svc3 ▲SPSR_abt4 ▲SPSR_irq5 ▲SPSR_und圖 RAM狀態(tài)下寄存器集 Thumb狀態(tài)下的寄存器 （1） Thumb狀態(tài)寄存器是ARM狀態(tài)寄存器的一個(gè)子集。但是，匯編語言的程序員可以訪問它們并用它們作快速暫存。31 30 29 28 27 26 25 24 23 它們的內(nèi)容根據(jù)算術(shù)或邏輯運(yùn)算的結(jié)果所改變，并且可用來作為一些指令是否運(yùn)行的檢測條件。（2） 中斷禁止位：I、F位為中斷禁止位（注意：I給IRQ使用，F(xiàn)給FIQ使用，它們是分開使用，不是合起來使用），當(dāng)它們被置1時(shí)可以相應(yīng)地禁止IRQ和FIQ中斷。有可能同時(shí)產(chǎn)生好幾個(gè)異常，如果出現(xiàn)這種情況，就應(yīng)該按優(yōu)先級的順序進(jìn)行處理。注意書上分別進(jìn)行了討論，希望同學(xué)們將二個(gè)過程進(jìn)行綜合考慮，先把下面的圖掌握，課后再看書上的討論。最高優(yōu)先級：；；3. FIQ；4. IRQ；5. 預(yù)取指中止；最低中斷優(yōu)先級：。例如指令MOV R1,R2 ；R1←R2 SUB R0,R1,R2 ；R0←R1 R2（2） 立即尋址在立即尋址指令中數(shù)據(jù)就包含在指令當(dāng)中，立即尋址指令的操作碼字段后面的地址碼段部分就是操作數(shù)本身，取出指令也就取出了可以立即使用的操作數(shù)（也稱為立即數(shù)）。例如指令：MOV R0,R2,LSL 3 ；R2的值左移3位，結(jié)果放入R0，即R0=R2 * 8ANDS R1,R1,R2,LSL R3 ；R2的值左移3位，然后和R1相與操作，結(jié)果放入R1可采用的移位操作如下：● LSL：邏輯左移，寄存器中字的低端空出的位補(bǔ)0?！?各移位操作過程如下圖所示。例如指令：LDR R2,[R3,4] ；R2←[R3 + 4]（將R3中的數(shù)值加4作為地址，取出此地址的數(shù)值保存在R2 中）STR R1,[R0,2] ；[R02] ← R1（將R0中的數(shù)值減2 作為地址，把R1中的內(nèi)容保存到此地址位置）幾個(gè)英語單詞：LD Load 存儲器 M(memory) 增加 I(increas) 升序 A(ascending) ST Set 寄存器 R(register) 減少 D(decreas) 降序 D(descending) 滿 E(empty) 在 之后 A(after)空 F(full) 在 之前 B(before)（6） 多寄存器尋址（注意：操作的方向）采用多寄存器尋址方式，一條指令可以完成多個(gè)寄存器值的傳送，這種尋址方式用一條指令最多可以完成16個(gè)寄存器值的傳送。SP指向?qū)⒁獕喝氲挠行?shù)據(jù)位稱為“空堆?！?。 向上生長：向高地址方向生長，Ascending Stack。由上面情況進(jìn)行組合后楞有四種類型的堆棧工作方式： 滿遞增堆棧；滿遞減堆棧；空遞增堆棧；空遞減堆棧。例： STMIA R0！，{R1R7} ；地址向上變化STMIB R0！，{R1R7} ；地址向上變化STMDA R0！，{R1R7} ；地址向下變化STMDB R0！，{R1R7} ；地址向下變化 說明：將R1R7的數(shù)據(jù)保存在以R0為首址的存儲器中，R0內(nèi)的地址值遞增（地址自動增加，地址向下變化）或遞減（地址自動減小，地址向上變化）。以程序計(jì)數(shù)器PC為基準(zhǔn)地址，以指令中的地址碼字段為偏移量，此兩者之和為操作數(shù)的有效地址。指令基本格式:opcode{cond}{S} Rd,Rn{,opcode2}其中， 內(nèi)的項(xiàng)是必須的，{ }內(nèi)的項(xiàng)是可選的，如opcode是指令助記符，是必須的，而{cond}為指令執(zhí)行條件，是可選的，如果不寫則使用默認(rèn)條件為AL(無條件執(zhí)行)。（注意：不是狀態(tài)寄存器中的條件，是指令的條件）操作碼[31：28]條件碼助記符標(biāo)志含義0000EQZ＝1 =相等0001NEZ＝0不相等0010CS/HSC=1 無符號數(shù)大于或等于0011CC/LOC=0無符號數(shù)小于0100MIN=1 負(fù)數(shù)0101PLN=0正數(shù)或零011