【正文】 的程序代碼翻譯成不同的CPU 的對(duì)應(yīng)語(yǔ)言。而在嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)中，調(diào)試時(shí)采用的是在宿主機(jī)和目的機(jī)之間進(jìn)行的交叉調(diào)試，調(diào)試器仍然運(yùn)行在宿主機(jī)的通用操作系統(tǒng)上，但被調(diào)試的進(jìn)程確是運(yùn)行在基于特定硬件平臺(tái)的嵌入式操作系統(tǒng)上，調(diào)試器和被調(diào)試進(jìn)程通過(guò)串口或者網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信，調(diào)試器可以控制、訪問(wèn)被調(diào)試進(jìn)程，讀取被調(diào)試進(jìn)程的當(dāng)前狀態(tài)，并能夠改變被調(diào)試進(jìn)程的運(yùn)行狀態(tài)。 (4) 目標(biāo)機(jī)可能是某種形式的系統(tǒng)仿真器，通過(guò)在宿主機(jī)上運(yùn)行目標(biāo)機(jī)的仿真軟件，整個(gè)調(diào)試過(guò)程可以在一臺(tái)計(jì)算機(jī)上運(yùn)行。 在 JTAG 調(diào)試中，邊界掃 描（ BOUNDARYSCAN） 技術(shù)是一個(gè)很重要的概念。另外，芯片輸入輸出管腳上的邊界掃描寄存器單元可以相互連接起來(lái)，在芯片的周圍形成一個(gè)邊界掃描鏈。其中 AXD 不僅擁有低版本 ARM 調(diào)試器的所有功能，還新添了圖形用戶界面，更方便的視窗管理數(shù)據(jù)顯示，格式化和編輯以及全套的命令行界面。 圖 超級(jí)終端的配置 Bootloader 介紹 概念 簡(jiǎn)單地說(shuō) Bootloader 就是在操作系統(tǒng)內(nèi)核運(yùn)行之前運(yùn)行的一段程序，它類似于 PC 中的 BIOS 程序。 2． Bootloader 的安裝媒介 系統(tǒng)加電或復(fù)位后，所有的 CPU 通常從某個(gè)由 CPU 制造商預(yù)先安排的地址上取指令。在下載模式中，目標(biāo)機(jī)上的 Bootloader 將串口連接或網(wǎng)絡(luò)連接的等通信手段從主機(jī)下載文件。 Bootloader 的這種模式是系統(tǒng)在更新時(shí)使用。因此，在系統(tǒng)加電后， CPU 將首先執(zhí)行 Bootloader 程序。 通常， Bootloader 是嚴(yán)重地依賴于硬件實(shí)現(xiàn)的，特別是在嵌入式中。 ADS 對(duì)匯編、 C/C++、 java 支持的均很好，是目前最成熟的 ARM 開(kāi)發(fā)工具。邊界掃描鏈可以串行地輸入輸出，通過(guò)相應(yīng)的時(shí)鐘信號(hào)和控制信號(hào)，就可以方便的觀察和控制處在調(diào)試狀態(tài)下的芯片了。因?yàn)檫@些移位寄存器單元都分布在芯片的邊界，所以被稱為邊界掃描寄存器。 本文中主要使用的是 JTAG 調(diào)試技術(shù)，接下來(lái)將對(duì) JTAG 調(diào)試技術(shù)做簡(jiǎn)要介紹。它們一般具有如下一些典型特點(diǎn)。嵌入式系統(tǒng)編譯環(huán)境如圖 所示： 宿主機(jī) 目標(biāo)代碼 目標(biāo)機(jī) 圖 嵌入式系統(tǒng)編譯環(huán)境 這里一般把進(jìn)行交叉編譯的主機(jī)稱為宿主機(jī)，也就是普通的通用計(jì)算機(jī)，而把程序?qū)嶋H的運(yùn)行環(huán)境稱為目標(biāo)機(jī)，也就是嵌入式系統(tǒng)環(huán)境。 (3) LCD 控制器（最大支持 256 色的 DSTN）并帶有 1 個(gè) LCD 專用的 DMA 通道 (4) 兩個(gè)通用 DMA 通道 /兩個(gè)帶外部請(qǐng)求引腳的 DMA 通道。另外 Intel 公司的基于 ARMv5TE 體系結(jié)構(gòu)的 XScale PXA27x 系列處理器，與 StrongARM 相比增加了 I/D Cache，并且加入了部分 DSP 功能，更適合于移動(dòng)多媒體應(yīng)用。其中的 ARM1020T 處理器則是由 ARMl0TDMI、 32KB 指令、數(shù)據(jù) Caches 及 MMU 部分構(gòu)成的。 ARM9E 內(nèi)核是在 ARM9 內(nèi)核的基礎(chǔ)上增加了緊密耦合存儲(chǔ)器 TCM 及 DSP 部分。這種分離的程序總線和數(shù)據(jù)總線可允許在一個(gè)機(jī)器周期內(nèi)同時(shí)獲取指令字和操作數(shù)，從而提高了執(zhí)行速度，使數(shù)據(jù)的吞吐量提高了一倍?，F(xiàn)在市場(chǎng)上用得最多的 ARM7 處理器有 Samsung公司的 S3C44BOX 與 S3C4510 處理器、 Atmel 公司的 AT91FR40162 系列處理器、 Cirrus公司的 EP73xx 系列等。主要特點(diǎn)就是程序和數(shù)據(jù)共用一個(gè)存儲(chǔ)空間，程序指令存儲(chǔ)地址和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)地址指向同一個(gè)存儲(chǔ)器的不同物理位置，采用單一的地址及數(shù)據(jù)湖南工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 15 總線，程序指令和數(shù)據(jù)的寬度相同。 (2) 小端格式：與大端格式相反，在小端格式中，低地址中存放的是字?jǐn)?shù)據(jù)的低字節(jié)，高地址中存放的是字?jǐn)?shù)據(jù)的高字節(jié)。 (5) 成像和安全產(chǎn)品 :現(xiàn)在流行的數(shù)碼相機(jī)和打印機(jī)中絕大部分采用 ARM技術(shù)。 (2) 超低功耗 : 各種檔次的 A R M 的功耗都是同檔次其 他嵌入式處理器中較低的。 除了以上一些特性外， ARM 處理器內(nèi)核中還有一些處理器內(nèi)核帶 EJS 模塊。 ARM 公司除了獲得了以上半導(dǎo)體廠家的大力支持外，同時(shí)也獲得了許多實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)（ Real Time Operating System）供應(yīng)商的支持，比較知名的有： Windows CE、 Linux、Plam OS、 Symbian OS、 pSOS、 VxWorks、 Nucleus、 EPOC、 uCOS 等。 湖南工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 11 (8) 良好的移植性 。 (5) 提供強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)功能 。這樣可以減少操作系統(tǒng)內(nèi)核所需的存儲(chǔ)器空間（ RAM 和 ROM）。由于嵌入式系統(tǒng)自身的特點(diǎn)，決定了嵌入式應(yīng)用軟件不僅要求做到準(zhǔn)確性、安全性和穩(wěn)定性等方面需要，而且還要盡可能地進(jìn)行代碼優(yōu)化，以減少對(duì)系統(tǒng)資源的消耗，降低硬件成本。 圖 嵌入式系統(tǒng)各部分之間的關(guān)系 硬件設(shè)備包括嵌入式處理器和外圍設(shè)備。 (2) 嵌入式系統(tǒng) 是將先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、 半導(dǎo)體 技術(shù)和電子技術(shù)與各個(gè)行業(yè)的具體應(yīng)用相結(jié)合后的產(chǎn)物。簡(jiǎn)單地說(shuō)，嵌入式系統(tǒng)集系統(tǒng)的應(yīng)用軟件和硬件于一體，類似于 PC 中 BIOS 的工作方式，具備軟件代碼小、高度自動(dòng)化、響應(yīng)速度快等特點(diǎn)，特別適合于需要實(shí)時(shí)和多任務(wù)的體系。 本文主要 的工作和章節(jié)安排 本文以當(dāng)下嵌入式熱點(diǎn)為背景，研究嵌入式系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)和應(yīng)用移植。未來(lái)的嵌入式產(chǎn)品是軟硬件緊密結(jié)合的設(shè)備，為了減低功耗和成本，需要設(shè)計(jì)者盡量精簡(jiǎn)系統(tǒng)內(nèi)核，只保留和系統(tǒng)功能緊密相關(guān)的軟硬件，利用最低的資源實(shí)現(xiàn)最適當(dāng)?shù)墓δ?，這就要求設(shè)計(jì)者選用最佳的編程模型和不斷改進(jìn)算法，優(yōu)化編譯器性能。 (2) 網(wǎng)絡(luò)化、信息化的要求隨著因特網(wǎng)技術(shù)的成熟、帶寬的提高日益提高，使得以往單一功能的設(shè)備如電話、手機(jī)、冰箱、微波爐等功能不再單一，結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜。在國(guó)內(nèi)， “維納斯計(jì)劃 ”和 “女鍋計(jì)劃 ”一度鬧得沸沸揚(yáng)揚(yáng)，機(jī)頂盒、信息加電這兩年更成了 IT 熱點(diǎn)，而實(shí)際上這些都是嵌入式系統(tǒng)在特定環(huán)境下的一個(gè)特定應(yīng)用。我國(guó)自主開(kāi)發(fā)的嵌入式系統(tǒng)軟件產(chǎn)品如科銀 (CoreTek)公司的嵌入式軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái) DeltaSystem，中科院推出的 Hopen 嵌入式操作系統(tǒng)（雖然還不夠完善）。對(duì)于企業(yè)專用解決方案，如物流管理、 條碼掃描、移動(dòng)信息采集等，這種小型手持嵌入式系統(tǒng)將發(fā)揮巨大的作用。數(shù)字音頻廣播（ DAB）也已進(jìn)入商品化試播階段。隨著嵌入式技術(shù)的發(fā)展前景日益廣闊，相信會(huì)有更多的嵌入式操作系統(tǒng)軟件出現(xiàn)。 從 80 年代早期開(kāi)始，嵌入式系統(tǒng)的程序員開(kāi)始用商業(yè)級(jí)的“操作系統(tǒng)”編寫(xiě)嵌入式應(yīng)用軟件，這使得可以獲取更短的 開(kāi)發(fā)周期，更低的開(kāi)發(fā)資金和更高的開(kāi)發(fā)效率，“嵌入式系統(tǒng)”真正出現(xiàn)了。從 20 世紀(jì)七十年代單片機(jī)的出現(xiàn)到今天各式各樣的嵌入 式微處理器，微控制器的大規(guī)模應(yīng)用，嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)有了近 30 年的發(fā)展歷史。隨著國(guó)內(nèi)外各 種嵌入式產(chǎn)品的進(jìn)一步開(kāi)發(fā)和推廣，嵌入式技術(shù)越來(lái)越和人們的生活緊密結(jié)合。 Microprocessor。嵌入式系統(tǒng)的研究?jī)?nèi)容涉及到計(jì)算機(jī)與通信學(xué)科的各個(gè)方面。它是以應(yīng)用為中心，以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的，軟件硬件可剪裁，適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)功能、可靠性、成本、體積、功耗等綜合性嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。 μClinux 是專門(mén)為無(wú) MMU 處理器設(shè)計(jì)的嵌入式操作系統(tǒng)，支持 ARM、motorola 等微處理器。 70 年代單片機(jī)的出現(xiàn)，使得汽車、家電、工業(yè)機(jī)器、通信裝置以及成千上萬(wàn)種產(chǎn)品可以通過(guò)內(nèi)嵌電子裝置來(lái)獲得更佳的使用性基于 ARM 的嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用開(kāi)發(fā) 4 能：更容易使用、更快、更便宜。這些嵌入式操作系統(tǒng)都具有嵌入式的典型特點(diǎn)：它們均采用占先式的調(diào)度，響應(yīng)的時(shí)間很短，任務(wù)執(zhí)行的時(shí)間可以確 定；系統(tǒng)內(nèi)核很小，具有可裁剪，可擴(kuò)充和可移植性，可以移植到各種處理器上；較強(qiáng)的實(shí)時(shí)和可靠性，適合嵌入式應(yīng)用。我國(guó)著名嵌入式系統(tǒng)專家沈緒榜院士 98 年 11月在武漢全國(guó)第 11 次微機(jī)學(xué)術(shù)交流會(huì)上發(fā)表的《計(jì)算機(jī)的發(fā)展與技 術(shù)》一文中，對(duì)未來(lái) 10 年以嵌入式芯片為基礎(chǔ)的計(jì)算機(jī)工業(yè)進(jìn)行了科學(xué)的闡述和展望。象前途無(wú)可計(jì)量的維納斯計(jì)劃生產(chǎn)機(jī)頂盒，核心技術(shù)就是采用 32 位以上芯片級(jí)的嵌入式技術(shù)。 硬件方面，不僅有各大公司的微處理器芯片，還有用于學(xué)習(xí)和研發(fā)的各種配套開(kāi)發(fā)包。對(duì)于軟件設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，不管是上手還是進(jìn)一步開(kāi)發(fā)，都相對(duì)來(lái)說(shuō)比較容易。由此可見(jiàn)，嵌入式系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展的空間 真是無(wú)比廣大。 (3) 網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)成為必然趨勢(shì)。 嵌入式設(shè)備能與用戶親密接觸，最重要的因素就是它能提供非常友好的用戶界面。第 5 章為 uClinux 操作系統(tǒng)的移植。 嵌入式系統(tǒng)的硬件部分，包括處理器 /微處理器、存儲(chǔ)器及外設(shè)器件和 i/o端口、圖像控制器等。 (4) 嵌入式系統(tǒng) 和具體應(yīng)用有機(jī)地結(jié)合在一起，它的升級(jí)換代也是和具體產(chǎn)品同步進(jìn)行，因此 嵌入式系統(tǒng) 產(chǎn)品一旦進(jìn)入市場(chǎng)，具有較長(zhǎng)的生命周期。 外圍設(shè)備是嵌入式系統(tǒng)中用于存儲(chǔ)、通信、調(diào)試、顯示燈輔助功能的其他部件。它的關(guān)鍵特性之一是允許實(shí)時(shí)應(yīng)用作為一系列獨(dú)特的任務(wù)來(lái)運(yùn)行，任務(wù)有各自的線程及系統(tǒng)資源。 (3) 統(tǒng)一的接口 。 嵌入式系統(tǒng)一旦開(kāi)始運(yùn)行就不需要用戶過(guò)多的干預(yù)，這就要負(fù)責(zé)系統(tǒng)管理的嵌入式 操作系統(tǒng)具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性。進(jìn)一步的產(chǎn)品則來(lái)自于 ARM 公司的合作伙伴，如 Intel 公司的StrongARM 產(chǎn)品和 XScale 微體系結(jié)構(gòu)等，不過(guò) Intel 公司已經(jīng)于 2020 年將該架構(gòu)出售給 Marvell Technology Group Ltd 了。這些模塊分別用 T、 D、 M、 I、 E、 J、 S 等來(lái)表示，這些模塊一般從處理器的內(nèi)核版本上可以區(qū)分出來(lái)。 Jazelle 不是一個(gè)簡(jiǎn)單的加速硬件，它是融入于 處理器流水線之中的一項(xiàng)專門(mén)針對(duì) Java 指令執(zhí)行的硬件功能，使得 CPU 可以直接接收一部分 Java 指令，并加以譯碼執(zhí)行。 ARM 處理器的應(yīng)用領(lǐng)域 ARM 具有廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。到目前為止 ,RISC 體系結(jié)構(gòu)也還沒(méi)有嚴(yán)格的定義 ,一般認(rèn)為 ,RISC 體系結(jié)構(gòu)在專用微處理器領(lǐng)域要比傳統(tǒng)的 CISC 結(jié)構(gòu)有很大的優(yōu)勢(shì)。 (7) 未定義指令中止模式 (und)：當(dāng)未定義指令進(jìn)入該模式時(shí)，可用于支持硬件協(xié)處理器的軟件仿真。其中的 ARM7 ARM720 和 ARM740 為內(nèi)帶 Cache 的ARM 核。 2. ARM ARM9E 處理器 ARM9 處理器采用 ARMV4T（哈佛）體系結(jié)構(gòu)。時(shí)鐘速度為 120MHz~200MHz，每條指令平均執(zhí)行 個(gè)時(shí)鐘周期。主流的 ARM9E 內(nèi)核是 ARM926EJS、 ARM946ES、 ARM966ES 等。 4. SecurCore 處理器 SecurCore 系列處 理器提供了基于高性能的 32 位 RISC 技術(shù)的安全解決方案，該系列處理器具有體積小、功耗低、代碼密度大和性能高等特點(diǎn)。 ARM11 處理器系列以眾多消費(fèi)產(chǎn)品市場(chǎng)為目標(biāo)，推出了 許多新的技術(shù)，包括針對(duì)媒體處理的 SIMD，用以提高安全性能的 TrustZone 技術(shù)，智能能源管理（ IEM），以及需要非常高的、可升級(jí)的超過(guò) 2600 Dhrystone MIPS 性能的系統(tǒng)多處理技術(shù)。仲裁 /BDMA(兩路 ) 外圍設(shè)備總線 GPIO（控制器） IIC 總線控制器 IIS 總線控制器 UART0、 1 同步輸入 /輸出口 PWM 定時(shí)器 0~ TCLK EXTCLK A/D 轉(zhuǎn)換器 看門(mén)狗定時(shí)器 實(shí)時(shí)時(shí)鐘 RTC 模擬量輸入 PC機(jī) 湖南工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 19 第 4 章 嵌入式開(kāi) 發(fā)環(huán)境的搭建 嵌入式交叉編譯環(huán)境的搭建 交叉編譯 嵌入式軟件開(kāi)發(fā)所用的編譯為交叉編譯。因此，嵌入式的交叉編譯也包括交叉編譯、交叉鏈接等過(guò)程。 (3) 在目標(biāo)機(jī)上一般會(huì)具備某種形式的調(diào)試代理，它負(fù)責(zé)與調(diào)試器共同配合完成對(duì)目標(biāo)機(jī)上運(yùn)行著的進(jìn)程的調(diào)試。 JTAG接口常用于實(shí)現(xiàn) ISP 功能，如對(duì) FLASH 器件進(jìn)行編程。對(duì)于芯片的輸入管腳，可以通過(guò)與之相連的邊界掃描寄存器單元信號(hào)加載該管腳，也可以通過(guò)與之相關(guān)聯(lián)的邊界掃描寄存器捕獲該管腳上的輸出信號(hào)。 ADS 是全套的實(shí)時(shí)開(kāi)發(fā)軟件工具，包 編譯器生成的代碼密度和執(zhí)行速度優(yōu)異。在 Windows 下可以通過(guò)超級(jí)終端對(duì)串口進(jìn)行配置，其中最主要的配置參數(shù)就是波特率、數(shù)據(jù)位、停止位、奇偶校驗(yàn)位和數(shù)據(jù)流控制為等。 1． Bootloader 所支持的 CPU 和嵌入式開(kāi)發(fā)板 每種不同的 CPU 體系結(jié)構(gòu)都有不同的 Bootloader。啟動(dòng)加載模式也稱為“自主”模式 。 Bootloader 啟動(dòng)流程 Bootloader 的啟動(dòng)流程一般分為兩個(gè)階段： stage1 和 stage2，下面分別對(duì)這兩個(gè)階段進(jìn)行講解： 1． Bootloader 的 stage1 在 stage1 中的 Bootloader 主要完成下面的工作： 基于 ARM 的嵌入式系統(tǒng)