【正文】 硬件的系統(tǒng)軟件。對(duì)于應(yīng)用軟件來(lái)說(shuō)，不需要知道硬件的具體特性，使用操作系統(tǒng)提供的接口即可完成相應(yīng)的功能。操作系統(tǒng)是軟件領(lǐng)域一個(gè)重要部分。本書第 4章將詳細(xì)講解嵌入式Linux操作系統(tǒng)以及與其他系統(tǒng)之間的對(duì)比。在同一時(shí)間，用戶只能通過(guò)打孔機(jī)等外部設(shè)備把程序輸入，計(jì)算機(jī)按照程序執(zhí)行。后來(lái)把常用的程序設(shè)計(jì)成庫(kù)裝入計(jì)算機(jī)，方便用戶使用，這可以算是操作系統(tǒng)的雛形。這種方式造成資源很大的浪費(fèi)，同樣功能的程序在不同的機(jī)器上由于操作系統(tǒng)的不同無(wú)法運(yùn)行。T公司在小型機(jī)上開發(fā)成功了 UNIX操作系統(tǒng)（幾乎同時(shí) C語(yǔ)言也誕生了），并且免費(fèi)發(fā)放，用戶可以修改其代碼。 UNIX操作系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想也是現(xiàn)在許多操作系統(tǒng)參考的基礎(chǔ)。內(nèi)核是操作系統(tǒng)的核心，也是整個(gè)系統(tǒng)軟件的核心。驅(qū)動(dòng)程序是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)必不可少的一類系統(tǒng)軟件，系統(tǒng)是和驅(qū)動(dòng)程序打交道而不會(huì)直接訪問(wèn)硬件，硬件的具體細(xì)節(jié)有驅(qū)動(dòng)程序完成，是軟硬件的接口。 幾種操作系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路層次結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)思想是把內(nèi)核需要提供的功能劃分出層次，最底層僅提供抽象出來(lái)的最基本的功能，每一層利用下面的一層的功能，依此類推最上面的一層可以提供豐富的功能。微內(nèi)核結(jié)構(gòu)是 19世紀(jì) 80年代產(chǎn)生的內(nèi)核結(jié)構(gòu)。例如，內(nèi)核只提供中斷處理、內(nèi)存管理等基本功能，網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)之類的功能可以設(shè)計(jì)成一個(gè)系統(tǒng)服務(wù)完成。此外，微內(nèi)核還會(huì)設(shè)計(jì)一個(gè)硬件抽象層，對(duì)內(nèi)核屏蔽硬件底層特性，讓內(nèi)核可以專注提供各種功能。 操作系統(tǒng)分類按照系統(tǒng)對(duì)任務(wù)的處理相應(yīng)時(shí)間可以把操作系統(tǒng)分成分時(shí)系統(tǒng)和實(shí)時(shí)系統(tǒng)。實(shí)時(shí)系統(tǒng)則不然，任務(wù)是按照優(yōu)先級(jí)和響應(yīng)時(shí)間分配的，在一個(gè)設(shè)定的響應(yīng)時(shí)間內(nèi)，任務(wù)必須得到響應(yīng)。實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)常用在軍火、航天、電信等領(lǐng)域。 小結(jié)本章概括了嵌入式開發(fā)領(lǐng)域軟硬件的基礎(chǔ)知識(shí)，包括電路、計(jì)算機(jī)組成原理、軟件的基本知識(shí)以及操作系統(tǒng)。第 3章講解 ARM處理器。目前有數(shù)十家公司使用 ARM體系結(jié)構(gòu)開發(fā)自己的芯片，支持的外部設(shè)備和功能豐富多樣。使用 ARM核心的處理器雖然眾多，但是核心都是相同的。本章的主要內(nèi)容包括：微處理器和微控制器的關(guān)系A(chǔ)RM處理器介紹ARM體系結(jié)構(gòu)ARM的功能選型 微處理器和微控制器微處理器可以根據(jù)應(yīng)用領(lǐng)域大致分成通用微處理器、嵌入式微處理器和微控制器。微控制器除了針對(duì)專門設(shè)備設(shè)計(jì)以外，還具備微處理器不具備的特點(diǎn)。這些特點(diǎn)一般的微處理器是不具備的。使用嵌入式微處理器替代微控制器俏蠢捶 ⒄ 溝那魘啤 ARM處理器介紹ARM是英文 Advanced RISC Machines的縮寫，中文譯為高性能 RISC機(jī)器。實(shí)際上 ARM同時(shí)也是它的設(shè)計(jì)公司的名字。其他芯片設(shè)計(jì)公司可以通過(guò)購(gòu)買 ARM的授權(quán)，設(shè)計(jì)和生產(chǎn)基于 ARM體系的芯片。1．工業(yè)控制2．無(wú)線通信3．網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用4．消費(fèi)電子產(chǎn)品 ARM的功能特點(diǎn)ARM核心的處理器采用 RISC體系結(jié)構(gòu)，具有以下優(yōu)點(diǎn)：芯片體積小，功耗低，制造成本低，性能優(yōu)異支持 Thumb（ 16位）和 ARM（ 32位）兩種指令集， 8位和 16位設(shè)備兼容性好由于采用 RISC架構(gòu)，在內(nèi)部大量使用寄存器，執(zhí)行指令速度快大部分的指令都是操作寄存器，只有很少指令會(huì)訪問(wèn)外部?jī)?nèi)存采用多級(jí)流水線結(jié)構(gòu)處理速度快支持多種尋址方式，數(shù)據(jù)存取方式靈活指令長(zhǎng)度固定，便于編譯器操作以及執(zhí)行指令 ARM指令集指令集指一個(gè)微處理器所有指令的集合，每種微處理器都有自己的指令集。精簡(jiǎn)指令集的最大特點(diǎn)是所有的指令占用相同的存儲(chǔ)空間。ARM指令集按照功能可以分為算術(shù)運(yùn)算指令、邏輯運(yùn)算指令、分支指令、軟件中斷指令和程序數(shù)據(jù)裝載指令等。常見的指令有 ADD、 ADC、 SUB和 SBC。邏輯運(yùn)算按照邏輯代數(shù)的運(yùn)算法則操作數(shù)據(jù)，得到邏輯結(jié)果。B指令可以根據(jù)設(shè)置的條件跳轉(zhuǎn)到指定的代碼地址。程序中遇到 B指令會(huì)立即跳轉(zhuǎn)到指定地址，然后繼續(xù)從新的地址開始運(yùn)行程序。 數(shù)據(jù)傳送指令數(shù)據(jù)傳送指令用于 CPU和存儲(chǔ)器之間的數(shù)據(jù)傳送，是ARM處理器唯一能與外部存儲(chǔ)器交換數(shù)據(jù)的一類指令。無(wú)論學(xué)習(xí)哪種 ARM類型的處理器，基本的內(nèi)容都是一樣的。內(nèi)容相對(duì)比較抽象，讀者可以在后面的開發(fā)過(guò)程中結(jié)合本節(jié)知識(shí)深入體會(huì)。 ARM體系到目前一共發(fā)布了 9個(gè)系列的版本，每種版本都可以支持不同的指令集和特殊功能。不過(guò)，處理器的命名主要是功能上的一些細(xì)小差別，基本的核心是相同的。切換工作狀態(tài)不會(huì)影響工作模式和寄存器的內(nèi)容。 ARM處理器使用操作寄存器的 0位表示工作狀態(tài)，取值是 1時(shí)代表 Thumb狀態(tài)，取值是 0時(shí)是 ARM狀態(tài)。當(dāng)處理器啟動(dòng)的時(shí)候操作寄存器取值為 0，保證了默認(rèn)進(jìn)入 ARM狀態(tài)。不過(guò)，通過(guò)分析可以發(fā)現(xiàn)， ARM的工作模式大多都是處理外部中斷和異常的，只不過(guò)是對(duì)異常和中斷的分類比較詳細(xì)。 處理器工作模式功能縮寫 含義T 支持 Thumb指令集D 支持片上調(diào)試M 支持快速乘法器I 支持嵌入式 ICE調(diào)試E 支持增強(qiáng) DSP指令J 支持 Java程序加速F 支持浮點(diǎn)運(yùn)算單元S 綜合版本，支持所有功能 存儲(chǔ)系統(tǒng)嵌入式微處理器大多采用一種線性的存儲(chǔ)管理模式，ARM也是如此。線性地址空間便于處理器的管理和用戶操作。 存儲(chǔ)系統(tǒng) 尋址方式尋址就是根據(jù)指令中的地址碼找出操作數(shù)地址的過(guò)程，是計(jì)算機(jī)中很重要的一個(gè)部分。本書介紹 7種常見的 ARM處理器尋址模式。ShiftShiftShiftRight）循環(huán)右移寄存器的低端移出的位填入字的高端空出的位RRX（ RotateeXtended1但是，由于 ARM公司的技術(shù)授權(quán)，許多廠商都在生產(chǎn)基于 ARM核的芯片，給用戶的選擇帶來(lái)一定困難。 ARM的選型原則基于 ARM核的處理器眾多，功能相差也很大。下面從技術(shù)角度介紹一下 ARM選型考慮的因素。1． Intel的 IXP處理器2． Philips的 LPC處理器3．三星的 S3C244X處理器 小結(jié)本章介紹了 ARM處理器相關(guān)的知識(shí)。本章的內(nèi)容偏重理論的較多，讀者需要建立相關(guān)名詞和術(shù)語(yǔ)的概念，在后面章節(jié)涉及到具體應(yīng)用的時(shí)候會(huì)用到。第 4章介紹嵌入式 Linux基本知識(shí)。本書的主題也是嵌入式 Linux開發(fā)，在進(jìn)入具體內(nèi)容之前，有必要了解嵌入式 Linux系統(tǒng)相關(guān)的知識(shí)。嵌入式系統(tǒng)負(fù)責(zé)管理系統(tǒng)資源為用戶提供調(diào)用接口，方便用戶應(yīng)用程序開發(fā)。通過(guò)特殊的燒錄工具把編譯好的嵌入式系統(tǒng)文件映像燒寫到目標(biāo)板的只讀存儲(chǔ)器（ ROM）或者 Flash存儲(chǔ)器。按照實(shí)時(shí)性能，嵌入式系統(tǒng)操作系統(tǒng)可以分成實(shí)時(shí)系統(tǒng)和分時(shí)系統(tǒng)。本節(jié)介紹幾種常見的嵌入式操作系統(tǒng)。其特點(diǎn)是使用了自己開發(fā)的 WIND 內(nèi)核，有著很高的實(shí)時(shí)性能。內(nèi)核占用很小的存儲(chǔ)空間，最小的 WIND 內(nèi)核可以配置到編譯后僅有十幾 KB大小。 VxWorks 系統(tǒng)被用在美國(guó)的火星探測(cè)器上，可見其穩(wěn)定性和實(shí)時(shí)性確實(shí)很高。該系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)，開發(fā)人員可以定制不同的功能。并且該系統(tǒng)有與Windows 一致的圖形界面，可以很好的提高用戶體驗(yàn)。在 Windows 下開發(fā)過(guò)應(yīng)用程序的程序員可以很快的上手 WindowsCE 。WindwosCE 系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單靈活，主要應(yīng)用在各種小型設(shè)備，例如掌上電腦、餐廳點(diǎn)餐器等設(shè)備上。 PalmOS是為該掌上電腦專門設(shè)計(jì)的一種 32位嵌入式操作系統(tǒng)。除此之外， PalmOS提供了一個(gè)開發(fā)的操作系統(tǒng)接口，其他廠商和用戶可以為其編寫應(yīng)用程序。PalmOS最大限度的考慮了節(jié)能和硬件資源問(wèn)題，提供了良好的電源管理功能和合理的內(nèi)存管理功能。此外PalmOS還有很強(qiáng)的同步能力，可以與 PC機(jī)同步數(shù)據(jù)。塞班系統(tǒng)主要針對(duì)手機(jī)，設(shè)計(jì)目標(biāo)是簡(jiǎn)單易用。塞班系統(tǒng)有一個(gè)強(qiáng)大的核心，支持對(duì)象導(dǎo)向系統(tǒng)和 Sun Java語(yǔ)言。塞班系統(tǒng)本身支持多種外部設(shè)備，而且為廠商和用戶留有豐富的接口并且提供了開發(fā)工具。目前塞班系統(tǒng)已經(jīng)廣泛的應(yīng)用在諾基亞手機(jī)上。雖然有良好的性能和開發(fā)工具支持，但是對(duì)于學(xué)習(xí)嵌入式開發(fā)的人來(lái)說(shuō)，無(wú)論從成本和學(xué)習(xí)難度方面都是不小的挑戰(zhàn)。 什么是 Linux許多讀者可能都聽說(shuō)過(guò) Linux操作系統(tǒng)。 Linux最初由芬蘭的一位計(jì)算機(jī)愛(ài)好者 Linus Torvalds設(shè)計(jì)開發(fā)，經(jīng)過(guò)十余年的發(fā)展，現(xiàn)在該系統(tǒng)已經(jīng)是一個(gè)非常龐大、功能完善的操作系統(tǒng)。與商業(yè)系統(tǒng)相比， Linux系統(tǒng)在功能上一點(diǎn)都不差，甚至在許多方面要超過(guò)一些著名的商業(yè)操作系統(tǒng)。對(duì)于嵌入式開發(fā)來(lái)說(shuō)，使用 Linux系統(tǒng)可以幫助用戶從底層了解嵌入式開發(fā)的全過(guò)程，以及一個(gè)操作系統(tǒng)內(nèi)部是如何運(yùn)作的。 Linux與 UNIX的不同 ——GPL 版權(quán)協(xié)議介紹UNIX是一種商業(yè)系統(tǒng)的名稱也是注冊(cè)商標(biāo)，有著嚴(yán)格的商業(yè)版權(quán)。 Linux使用了 GNU的 GPL版權(quán)協(xié)議，實(shí)際上， Linux系統(tǒng)的發(fā)展很大程度上也依賴了 GPL版權(quán)協(xié)議。GPL版權(quán)協(xié)議僅是多種軟件協(xié)議中的一種，實(shí)際上，開發(fā)源代碼的版權(quán)協(xié)議還有許多。用戶可以自由加入到某個(gè)軟件的開發(fā)中，不斷的升級(jí)和開發(fā)新的軟件和功能，極大的促進(jìn)了軟件行業(yè)的發(fā)展。 Linux發(fā)行版Linux系統(tǒng)是開放的，任何人都可以制作自己的系統(tǒng)，因此出現(xiàn)了許多廠商和個(gè)人都在發(fā)行自己的 Linux系統(tǒng)。如此多的發(fā)行版，對(duì)于任何一個(gè)人都是不可能完全學(xué)習(xí)的，本節(jié)介紹幾種國(guó)內(nèi)常見的 Linux發(fā)行版供讀者參考。通常這些發(fā)行版被統(tǒng)稱為 “嵌入式 Linux系統(tǒng) ”。嵌入式 Linux系統(tǒng)是新興的一門技術(shù)，還在不斷的發(fā)展中。讀者在了解這些系統(tǒng)的同時(shí)，還是需要從掌握基本的 Linux系統(tǒng)開始入手。第 5章 建立軟件開發(fā)環(huán)境工欲善其事，必先利其器。開發(fā)環(huán)境包括了操作系統(tǒng)、編譯器、調(diào)試器、集成開發(fā)環(huán)境、各種輔助工具等。在兩種系統(tǒng)建立開發(fā)環(huán)境各有利弊，本章講解 Linux系統(tǒng)和Windows 系統(tǒng)如何搭建嵌入式開發(fā)環(huán)境，主要內(nèi)容如下：安裝獨(dú)立的 Linux發(fā)行版搭建 Linux發(fā)行版下的開發(fā)環(huán)境在 Windows 系統(tǒng)安裝 Linux系統(tǒng)模擬環(huán)境Linux系統(tǒng)常見命令和工具Windows 系統(tǒng)常用工具ADS集成開發(fā)環(huán)境 獨(dú)立的 Linux系統(tǒng)本節(jié)介紹的 Linux系統(tǒng)需要單獨(dú)安裝在 PC機(jī)的磁盤分區(qū)，讀者在操作之前需要做好準(zhǔn)備，備份好數(shù)據(jù)。本書使用 Ubuntu Linux Linux開發(fā)的主機(jī)環(huán)境。在筆者的機(jī)器上使用 Windows 的磁盤管理程序查看硬盤分區(qū)。 apt是一種給予Debian系統(tǒng) deb包的管理器，最大的特點(diǎn)就是從網(wǎng)絡(luò)安裝軟件包，并且能自動(dòng)獲取每個(gè)軟件包的依賴關(guān)系，安裝正確的軟件包。在安裝其他的軟件包之前，首先是設(shè)置 Ubuntu的網(wǎng)絡(luò)。其中， /etc/work/interfaces文件是配置網(wǎng)絡(luò)接口卡（網(wǎng)卡）和網(wǎng)關(guān)地址，內(nèi)容如下：iface lo i loopback 環(huán)回設(shè)備 loopback配置iface eth0 i static 第一個(gè)以太網(wǎng)卡設(shè)備 eth0，使用靜態(tài)配置address 配置 IP地址mask 配置掩碼gateway 設(shè)置網(wǎng)關(guān) 其他必要的設(shè)置設(shè)置好網(wǎng)絡(luò)之后，最關(guān)鍵的就是設(shè)置 apt的源。在使用 apt命令安裝軟件包的時(shí)候，會(huì)從源服務(wù)器下載并安裝軟件包。在國(guó)內(nèi)目前有兩個(gè)比較好的源服務(wù)器：一個(gè)是由 ，一個(gè)是由 。具體格式如下：aptget install 軟件包名稱 aptget uninstall 軟件包名稱 怎樣配置系統(tǒng)服務(wù)在 Ubuntu下配置系統(tǒng)服務(wù)非常簡(jiǎn)單，需要一個(gè)名為sysvrcconf的軟件包。其中最左邊是系統(tǒng)的服務(wù)名稱，右邊依次是系統(tǒng)運(yùn)行級(jí)別 1～ 6。用戶根據(jù)需要選擇以后，鍵入字母 ‘Q’保存退出。（ 1）安裝基本的開發(fā)工具。 安裝其他的開發(fā)工具和文檔主要開發(fā)工具安裝完畢后，僅能保證編譯和調(diào)試程序。其他工具的安裝命令如下：sudo aptget install autoconf sudo aptget install flex bison sudo aptget install manpagesdev sudo aptget install binutilsdoc cppdoc gccdoc glibcdoc stlmanual 運(yùn)行在 Windows上的 Linux系統(tǒng)對(duì)于多數(shù)沒(méi)有使用過(guò) Linux系統(tǒng)的讀者來(lái)說(shuō)，初次使用Linux開發(fā)會(huì)遇到許多問(wèn)題。此外，在 Linux模擬環(huán)境下可以完成大多數(shù)的 Linux系統(tǒng)操作。 什么是 CygwinCygwin是 Cygnus公司開發(fā)的運(yùn)行在 Windows 平臺(tái)的Linux系統(tǒng)模擬環(huán)境，該軟件是自由軟件。在嵌入式開發(fā)領(lǐng)域，由于 Cygwin的優(yōu)點(diǎn)被越來(lái)越多開發(fā)人員使用。與其他工具不同的是，Cygwin沒(méi)有逐個(gè)把 Linux下的工具移植到 Windows 系統(tǒng)，而是在 Windows 系統(tǒng)上設(shè)計(jì)了一個(gè) Linux系統(tǒng)調(diào)用中間層。Cygwin幾乎移植了 Linux系統(tǒng)常用的所有開發(fā)工具到Windows 系統(tǒng)，使用戶感覺(jué)就好像在 Linux系統(tǒng)下工作，為用戶在 Windows 下開發(fā) Linux程序提供了保障。 Cygwin支持網(wǎng)絡(luò)在線安裝和從本地安裝兩種模式，由于 Cygwin的服務(wù)器在國(guó)外，建議國(guó)內(nèi)用戶下載 Cygwin的本地安裝包從本地安裝。 安裝開發(fā)環(huán)境Cygwin在安裝包中自帶了絕大多數(shù)的 Linux軟件和工具在 Windows 系統(tǒng)的移植版本。為了驗(yàn)證是開發(fā)環(huán)境是否安裝成功，查