【正文】 der燒寫內(nèi)核燒寫根文件系統(tǒng)燒寫應(yīng)用程序。debuggeramp。linkeramp。pileramp。硬件從最小系統(tǒng)開始軟件從bootloader開始開發(fā)軟件：即集成開發(fā)環(huán)境：asemmbleramp。軟件特點：采用交叉開發(fā)方式，系統(tǒng)軟件層次分明，操作系統(tǒng)為用戶程序提供標準API，提供圖形接口和文件系統(tǒng)。)硬件特點：通常由嵌入式處理器和嵌入式外圍設(shè)備組成，高度集成，常采用SOC設(shè)計方法，對功耗、體積等有嚴格要求，定制性決定了它的可裁剪性，沒有像計算機領(lǐng)域的壟斷，解決方案不唯一。外圍板一般是引腳的集合、電平轉(zhuǎn)換。學習它的API，學習它的運行原理、學習它的使用方法。手敲大批的代碼變得不可能也不必要，借鑒并修改程序是一種很重要的能力。任務(wù)式的驅(qū)動封裝，使得驅(qū)動的移植性增強，任務(wù)調(diào)度程序的作用減小了MCU中驅(qū)動和應(yīng)用程序代碼之間的復(fù)雜調(diào)用邏輯帶來的工作量，并將硬件的復(fù)雜驅(qū)動編程獨立出來。下面是設(shè)備驅(qū)動老師的一段話：操作系統(tǒng)引入之前，順序執(zhí)行的程式?jīng)Q定了驅(qū)動編程和應(yīng)用程序同等地位的表現(xiàn)，兩者混合在一起，驅(qū)動編程占了總代碼量的二分之一甚至更多。操作系統(tǒng)向上提供更強大的開發(fā)平臺、更便捷和更美觀的人機交互界面、方式；向下制定更合理的硬件管理辦法、機制，讓硬件更高效地被使用。軟2：資源的爆棚和應(yīng)用的復(fù)雜性也導(dǎo)致了前后臺系統(tǒng)的崩潰,因為它牽一發(fā)而動全身，功能一多，把所有的任務(wù)都放進一個while(1)里，我是不放心，對程序的修改、維護什么的都是很大的問題。硬：因為管腳的爆棚，最小系統(tǒng)基本上不能自己焊了。畢竟ARM處理器提供的功能肯定是為了解決工控領(lǐng)域出現(xiàn)的問題，面向整個工控領(lǐng)域，初出茅廬的我們不可能完全搞明白，有時候也不必完全搞明白再動手，等你的項目經(jīng)驗多了，遇到的情況多了，許多難解的結(jié)自己也就化開了，就像STM32的定時器系統(tǒng)，我相信沒幾個人能真正搞明白，但是你如果只用定時、計數(shù)功能的話，還是相當簡單的?？傊Y(jié)構(gòu)相當復(fù)雜，你原先懂，現(xiàn)在未必懂，原先認為理所當然的，就坐等被狂虐吧。 結(jié)構(gòu)復(fù)雜度爆棚了：原來的電源系統(tǒng)、時鐘系統(tǒng)、中斷控制、定時器等等結(jié)構(gòu)優(yōu)化且復(fù)雜面向更寬廣的應(yīng)用。這樣程序猿對外設(shè)的編程操作，就變成了對片內(nèi)外設(shè)控制器的寄存器編程。IO/AD/UART/PWM/定時器等通用標準外設(shè)之外增加了IIC/IIS/SPI/USB/CAN/LCD/觸摸屏/以太網(wǎng)等專用外設(shè)控制器，專為嵌入式系統(tǒng)設(shè)計。裸機編程的風貌也已經(jīng)大大改變，更多的時候是利用層層封裝好的規(guī)范的驅(qū)動函數(shù)庫編程，屏蔽了底層的細節(jié)。傳統(tǒng)的寄存器編程已經(jīng)不再適用，就算是裸機開發(fā)也沒辦法把它當做單片機使用。 翻天覆地大事變 寄存器翻天了，32位。其實做這些東西，收獲最大的不是學到了多少技術(shù)，而是對心態(tài)的歷練，還有在設(shè)計的過程中得到的感悟。基本模塊：紅外模塊（避障、循跡、光電管）、超聲波模塊、L298N電機驅(qū)動、DS1301602LCD、舵機、編碼器（碼盤）、熱電阻、水位計、GSM、紅外遙控、繼電器（固態(tài)）、測速電機。在開始學習之前我整理了一下自己關(guān)于51都會些什么，以清清爽爽的姿態(tài)跨入ARM的大門。為了討論與51對比以及ARM處理器的開發(fā)，不便屏蔽硬件的細節(jié)，所以僅限于裸機開發(fā)，涉及操作系統(tǒng)的地方，可忽略。但仔細研究的話，發(fā)現(xiàn)二者有那么多相似之處。其實想想真是，只顧用C語言寫程序，那區(qū)區(qū)的256字節(jié)的RAM不夠用了怎么辦？如何優(yōu)化程序？你真的懂整個開發(fā)、運行的流程嗎？從上電開始，內(nèi)部發(fā)生了些什么事情？你的程序是怎么被執(zhí)行到的？于是我吸取了教訓，端正了自己的學習的態(tài)度，進了實驗室之后，努力做項目，努力學習ARM，當然，也努力讓自己學會在壓力和指揮下伴著罵聲學習。但是一開口我就傻眼了，他問：8051的尋址空間？Idata、xdata、sdata？...好囧的。做51開發(fā)的時候，雖然對CPU于接口的互動、對寄存器編程等等都有比較深刻的認識，但也忽略了很多重要的知識，的底層匯編，頂多算是會用，不能算是懂，或者精。他講課就是“授道”、完全樸素的唯物主義，大白話、聲情并茂。而且整個嵌入式系統(tǒng)，包括CPU在內(nèi)的芯片設(shè)計相當成熟了，重點在于模電接口設(shè)計。嵌入式系統(tǒng)設(shè)計的核心是軟件設(shè)計（占70%左右的工作量），單片機系統(tǒng)軟硬件設(shè)計所占比例基本相同。（字長即一次可處理的位數(shù)，跟地址長度、尋址空間的概念無關(guān)，這個一定要明確）。51與ARM之間不光是主頻、內(nèi)存等的不同，而是架構(gòu)就不一樣，8位的51和32位的ARM比起來，就像一個亞洲人、一個是歐洲人，一個是小瘦子，一個是大力士。STM32就是完整的，但依然被人稱為微處理器。那ARM就為難了，我們一般稱2410這樣的芯片叫做嵌入式微處理器，甚至明目張膽的叫做CPU，這讓ARM內(nèi)核情何以堪？再說了它明明是拿了ARM公司的CPU加上自己的外設(shè)控制器構(gòu)成的。這也是計算機的基本結(jié)構(gòu)。就是CPU、微處理器、計算機、單片機、微機系統(tǒng)。韓國三星涉獵的最為廣泛，而且市場覆蓋面很大，ARM7有S3C44B0、ARM9有S3C24242412450等，ARM11有S3C6410這一款，contexA8有S5PV210（這款內(nèi)核也是iphone的處理器）ST專注于做contexM3內(nèi)核的處理器，也就是STM32系列的，相當火的一款A(yù)RM處理器，ST為了推廣它，真實煞費苦心，提供了覆蓋所有功能的驅(qū)動函數(shù)庫，使開發(fā)變得相當簡單。ARM從底層搭起，做出一個通用CPU架構(gòu)，工程的復(fù)雜度簡直無法想象。大家都知道ARM公司不做硬件，它們賣的是IP核，賣的是設(shè)計，靠產(chǎn)權(quán)賺錢。大陸最火的一家51單片機廠家莫過于STC了，它是深圳的一家設(shè)計公司，感興趣的去他的主頁上看看，或者打開它做的DATASheet，簡直是太坑爹了，山寨中的極品。我們平時說的51單片機泛指的是以英特爾8031為內(nèi)核的微處理器。個人認為在單片機爐火純青的情況下，對嵌入式開發(fā)有了比較深入的理解，再去學習ARM才事半功倍。從51到ARM的華麗轉(zhuǎn)身在開始構(gòu)思這篇文章的時候，我在考慮，是華麗的轉(zhuǎn)身還是艱難的轉(zhuǎn)身更合適一些，我覺得內(nèi)涵是一樣的，每次的華麗麗都伴隨著一段苦逼的艱難歲月，為了慶祝三觀的重新歸位，還是用“華麗”這個詞更喜慶一點。一、閑言ARM與51 1二、 翻天覆地大事變 5三、 真理只有一個，沒有本質(zhì)的區(qū)別 8四、 做一個合格的嵌入式工程師 15五、 最重要的小事 17六、 開發(fā)前的東風 27七、 從0到運行 30八、 ARM的心聲寄存器、工作模式、異常處理、匯編 31九、 責任細分：ARM？2410？編譯器？我？ 41十、 一些知識點 44一、閑言ARM與51之前已經(jīng)學過，ARM7內(nèi)核的S3C44B0X，但由于那時51單片機都沒玩熟練，參照物不明顯，所以即使是成績很好，但卻不得其要領(lǐng)。在期盼了好久之后，由于項目需要和課程需要的雙重契機下，終于與ARM有了親密的接觸?，F(xiàn)在intel、ATMEL等廠家都在生產(chǎn)，就像三星、ST都能拿ARM的內(nèi)核做微處理器道理一樣，授權(quán)生產(chǎn)。ARM其實有很多種含義，可以看做是英國ARM公司的名稱，也可以是他們公司設(shè)計的CPU的名稱，也可以是以這種CPU為內(nèi)核做出來的處理器的統(tǒng)稱。所謂的賣設(shè)計，差不多類似于咱們做課程設(shè)計時用VHDL寫了一個電子鐘，然后被人買去做成了實物。做ARM處理器做的比較好的公司有三星、ATMEL、ST（意法半導(dǎo)體）、TI等等，他們用ARM核加上自己設(shè)計的外設(shè)控制器，生產(chǎn)出一款嵌入式處理器。之前我糾結(jié)過一些概念問題，很多人可能沒有仔細思考過。你如果去查的話，概念是明確的：CPU是由ALU、譯碼邏輯、控制邏輯組成的中央處理單元，微機系統(tǒng)就是由CPU、存儲器、輸入輸出接口組成的。單片機也屬于這個范疇。那管它叫單片機？也不完全合適，因為像2410這樣的處理器，是沒有存儲器的，F(xiàn)LASH和SRAM都要在外邊接，它不是一個完整的計算機系統(tǒng)。其實也沒必要糾結(jié)于這個問題，你把它看成一個大單片機、小PC來學習，至于叫什么，心中有數(shù)就行了。但畢竟都是人，沒有本質(zhì)的區(qū)別。目前嵌入式系統(tǒng)的主流是以32位嵌入式微處理器為核心的硬件設(shè)計和基于實時操作系統(tǒng)（RTOS）的軟件設(shè)計，ARM已經(jīng)成為中國嵌入式設(shè)計應(yīng)用的首選。隨著配置的提高，嵌入式系統(tǒng)越來越PC化、軟件化。在學習ARM的時候幸得好導(dǎo)師一枚，無論是從課上還是項目上都給了我很大的影響，我非常能理解他的思想，講課的思路，他做學問的態(tài)度。雖然在面試的時候被他羞辱，在實驗室沒少被他罵，但是我還是相當敬佩他，也能跟他談到一塊去，良師益友，總之遇見他我很幸運，當然，能得到我這樣評價的老師，就他一個。導(dǎo)師面試的時候說看我做了很多單片機的項目，要問幾個問題，我心里很得意，隨你怎么問。做了幾年的單片機開發(fā)，真的沒關(guān)注過這些，真的不能算是懂51，頂多算是知道開發(fā)流程、多了點項目經(jīng)驗，會用C語言寫寫程序而已，甚至指針、鏈表什么的還稀里糊涂的。從51到ARM很多地方難以接受，系統(tǒng)復(fù)雜度提高了很多倍，電源、時鐘、定時器、中斷等結(jié)構(gòu)都變得很復(fù)雜，而且還多了很多控制器，學習起來難度也比較大。殊途同歸的道理，畢竟不跑操作系統(tǒng)的話，二者沒有本質(zhì)的區(qū)別。關(guān)于嵌入式操作系統(tǒng)，后續(xù)會有討論。編程環(huán)境KEIL、下載工具ISP、常用的工具如串口助手、單片機精靈最小系統(tǒng)及常用外圍接口（數(shù)碼管等）的焊制熟練使用IO口、中斷、定時、PWM、AD、串口。項目：freescale智能車、生產(chǎn)實習遙控車、畢設(shè)淋浴器、定時器等其他技術(shù)：上位機控制、雙機通信等。技術(shù)都是先知道和后知道的區(qū)別，但是經(jīng)驗的積累才最重要。DATAsheet閱讀的難度很大。開發(fā)重點由寄存器編程到外設(shè)功能理解、外設(shè)寄存器了解。 外設(shè)爆棚了。外設(shè)的接口一般只需要集成和改變一下形態(tài)，有時需要接上物理層電平轉(zhuǎn)換芯片（串口、CAN）。再也沒有了要用單片機模擬時序的尷尬。51單片機的最小系統(tǒng)中，直接用個5V的穩(wěn)壓芯片接上就行了，、各個部分需要的電壓不同，特別是時鐘系統(tǒng)變成了clock tree，不同總線的外設(shè)時鐘也是不同的，還有鎖相環(huán)倍頻，定時器不光有定時、計數(shù)的功能，看STM32F2的技術(shù)文檔，三種定時器加上systemtick、窗口看門狗、獨立看門狗，定時器數(shù)量達到了10幾個，而且有一堆亂七八糟的功能。 這就導(dǎo)致我們對待嵌入式開發(fā)的態(tài)度應(yīng)該發(fā)生改變，更應(yīng)該以應(yīng)用為目的去學習，就是邊做項目邊學習。 開發(fā)面貌改變了。軟1：因為硬件很靈活，很多都屬于定制的系統(tǒng)，存儲器什么的都自己接，所以如果不是買核心板的話，bootloader（）需要自己燒寫，甚至是編寫或是修改。多任務(wù)、實時性、硬件資源管理、產(chǎn)品開發(fā)效率瓶頸的要求導(dǎo)致了操作系統(tǒng)的引入，消耗了CPU資源，卻換來了開發(fā)效率，而且操作系統(tǒng)提供了大量的API函數(shù)，方便了編程開發(fā)。軟3：設(shè)備驅(qū)動程序在51的前后臺系統(tǒng)中基本上跟應(yīng)用程序是不分的，在ARM裸機開發(fā)中，由于寄存器編程和外設(shè)時序的復(fù)雜性，驅(qū)動函數(shù)逐漸與用戶代碼分離，有了操作系統(tǒng)之后，設(shè)備驅(qū)動程序甚至單獨稱為了一個軟件層次。微內(nèi)核操作系統(tǒng)的引入和應(yīng)用，使得設(shè)備驅(qū)動得以第一次封裝，并和應(yīng)用程序任務(wù)處于同等優(yōu)先級的地位進行執(zhí)行。軟4：用戶程序不再需要自己一步一步搭建，龐大的工程，一般移植成熟的程序。 操作系統(tǒng)的引入，也導(dǎo)致了裸機開發(fā)的面貌的第二次改變，因為是在操作系統(tǒng)的平臺上編寫程序，在嵌入式操作系統(tǒng)中運行程序，所以學習操作系統(tǒng)是必然的，就像操作windows。 整個嵌入式系統(tǒng)軟硬件體系和開發(fā)流程發(fā)生改變：硬件層次 核心板+外圍板+外設(shè)(核心板：微控制器（CPU和外設(shè)控制器）、電源、時鐘、復(fù)位、ROM、RAM、flash。外圍設(shè)備。軟件層次：用戶程序操作系統(tǒng)驅(qū)動程序再底層是bootloader.（底層為上層提供服務(wù)）。用戶調(diào)用系統(tǒng)服務(wù)，系統(tǒng)調(diào)用設(shè)備驅(qū)動從而操縱硬件。amp。amp。amp。amp。訪問外設(shè)過程：用戶程序訪問（字符、塊、網(wǎng)絡(luò)）設(shè)備文件調(diào)用設(shè)備驅(qū)動設(shè)備。 真理只有一個，沒有本質(zhì)的區(qū)別上邊說了從51到ARM之后發(fā)生巨大變化的地方，說到頭也只是鳥槍換炮，還有開發(fā)流程的變化，沒有本質(zhì)性的區(qū)別，都是嵌入式微處理器，CPU與外設(shè)控制器的，時序、寄存器編程、交叉開發(fā)方式是都適用的概念，就算功能結(jié)構(gòu)再復(fù)雜，裸機跑前后臺系統(tǒng)道理也是一樣的，先CPU初始化代碼，再跳轉(zhuǎn)到后臺while(1)，前臺用中斷處理異步事件。CPU通過寄存器編程對外設(shè)控制器的工作模式進行設(shè)定，通過外設(shè)控制器產(chǎn)生時序與外設(shè)交互，CPU通過簡單讀寫寄存器的方式與外設(shè)控制器互動，以獲取外設(shè)信息或者像外設(shè)傳遞信息。這一過程也可以描述為：CPU是“大腦”，那么外設(shè)控制器（IO接口）就是它的“手足”。CPU通過給外設(shè)控制寄存器賦值可以控制外設(shè)寄存器的工作方式，通過對數(shù)據(jù)寄存器的讀寫掌控全局信息，體現(xiàn)自己“老大”的地位。CPU什么都不會，就只會尋址、傳送、計算，所以它要實現(xiàn)什么功能，一定是有若干級的控制器部件幫他做。比如一個擁有IIC接口的芯片，可以將壓力、溫度、時間等數(shù)據(jù)通過IIC發(fā)給CPU，這一類一般需要與外設(shè)芯片通過特定指令控制，就是說CPU要對它說點特別的話，就是需要驅(qū)動程序了(驅(qū)動程序是個大的概念，即實現(xiàn)操作對象的功能規(guī)約)。舉例說明，PCI可以看做CPU面向PCI設(shè)備的一個總線，內(nèi)部PCI控制器與CPU交互，CPU可以通過控制它產(chǎn)生時序與PCI設(shè)備進行通信。這個AD卡可以有自己的指令系統(tǒng)和通信規(guī)約，即收到什么做什么，發(fā)過去的數(shù)據(jù)那一部分是什么意思，CPU要想正確的通過PCI找到數(shù)據(jù)，就得了解AD接口卡，就是需要設(shè)備驅(qū)動程序做解析。將圖畫、視頻編碼傳遞給GPU，它就能正確的顯示，不用CPU操心。 時序的概念當然外設(shè)控制器與外設(shè)的交互就是“對話”，就像兩個人一樣，要想溝通就得說一樣的“語言”，在通信中管它叫“通信協(xié)議