【正文】 窗體頂端如何上好這門課認(rèn)真獨(dú)立完成作業(yè)、實(shí)驗(yàn)報(bào)告、加深理解、掌握基礎(chǔ)知識；上課做好筆記，在課堂中將結(jié)合實(shí)踐情況有大量內(nèi)容的補(bǔ)充，講課的順序與教材不完全相同，因此課堂筆記將是一種今后自己的復(fù)習(xí)資料。（?？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。在學(xué)習(xí)中決不可盲目求新，由系統(tǒng)功能和用戶要求確定系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，注意設(shè)計(jì)成本和生產(chǎn)條件，保證設(shè)計(jì)的嵌入式系統(tǒng)便利地升級、使用和維護(hù)。掌握并理解以紅色字體標(biāo)出的內(nèi)容。嵌入式系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)和微電子技術(shù)等多種先進(jìn)技術(shù)的產(chǎn)物?！扒度胄浴薄ⅰ皩Ｓ眯浴迸c“計(jì)算機(jī)系統(tǒng)”是嵌入式系統(tǒng)的三個基本要素。優(yōu)點(diǎn)是由單片機(jī)構(gòu)成的這種嵌入式系統(tǒng)使用簡便、價格低廉，在工業(yè)控制領(lǐng)域中得到了非常廣泛的應(yīng)用，現(xiàn)在的生產(chǎn)實(shí)踐中還使用得非常很廣。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。隨著硬件實(shí)時性要求的提高，嵌入式系統(tǒng)的軟件規(guī)模也不斷擴(kuò)大，實(shí)時多任務(wù)操作系統(tǒng)逐漸形成，系統(tǒng)能夠運(yùn)行在各種不同類型的微處理器上，具備了文件和目錄管理、設(shè)備管理、多任務(wù)、網(wǎng)絡(luò)、圖形用戶界面等功能，并提供了大量的應(yīng)用程序接口，從而使應(yīng)用軟件的開發(fā)變得更加簡單。（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。（3） 嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)成了一項(xiàng)系統(tǒng)工程。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。 嵌入式系統(tǒng)的組成（、）嵌入式系統(tǒng)通常由包含有嵌入式處理器、嵌入式操作系統(tǒng)、應(yīng)用軟件和外圍設(shè)備接口等組成。（注意：兩個系統(tǒng)的區(qū)別）嵌入式應(yīng)用軟件嵌入式中間級嵌入式操作系統(tǒng)嵌入式處理器存儲器接口系統(tǒng)軟件硬件層嵌入式操作系統(tǒng)對上層連接應(yīng)用程序，對下層管理硬件系統(tǒng)。嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng) 嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的硬件層硬件層中包含嵌入式微處理器、存儲器、通用設(shè)備接口和I/O接口（一般為可看到的構(gòu)件）。（1） 嵌入式微處理器嵌入式微處理器是嵌入式系統(tǒng)硬件層的核心，將通用CPU、多板卡集成在一個芯片內(nèi)（以前的單板機(jī)和單片機(jī)的區(qū)別），從而有利于系統(tǒng)設(shè)計(jì)趨于小型化、高效率和高可靠性。Cache一般集成在嵌入式微處理器內(nèi)，可分為數(shù)據(jù)Cache、指令Cache或混合Cache。輔助存儲器通常指硬盤或大容量存儲設(shè)備，其主要特點(diǎn)有一般容量較大，其讀、取速度與主存相比要慢一些。（注意：兩個接口的區(qū)別，在一個系統(tǒng)中這兩個接口全部都有，在這要運(yùn)用學(xué)過的微機(jī)接口知識。（1） 嵌入式系統(tǒng)硬件初始化系統(tǒng)初始化過程按照自底向上、從硬件到軟件的次序依次可以分為片級初始化、板級初始化和系統(tǒng)級初始化3個主要環(huán)節(jié)（注意：方向）。板級初始化是一個軟、硬件操作過程，完成嵌入式微處理器以外的其他硬件設(shè)備的初始化（相對獨(dú)立，不構(gòu)成系統(tǒng)）。（2） 硬件相關(guān)的設(shè)備驅(qū)動程序中間層中包含硬件了與相關(guān)設(shè)備的驅(qū)動程序，但是這些設(shè)備驅(qū)動程序通常不直接由中間層使用，而是在系統(tǒng)初始化過程中將中間層與操作系統(tǒng)中通用的設(shè)備驅(qū)動程序關(guān)聯(lián)起來，并在隨后的應(yīng)用中調(diào)用這些設(shè)備驅(qū)動程序，實(shí)現(xiàn)對硬件設(shè)備的操作。（1） 嵌入式操作系統(tǒng)（Embedded Operating System，EOS）EOS負(fù)責(zé)嵌入式系統(tǒng)的軟件、硬件的資源分配、任務(wù)調(diào)度，控制協(xié)調(diào)。（3） 圖形用戶接口（GUI）GUI使用戶可以通過窗口、菜單、按鍵等方式來方便地操作計(jì)算機(jī)或者嵌入式系統(tǒng)。為方便用戶操作，通常需要提供一個友好的人機(jī)界面，我們以前學(xué)習(xí)的開發(fā)平臺所編寫的程序大多是應(yīng)用軟件層的應(yīng)用程序，這些相關(guān)內(nèi)容以前有所了解，本課程沒有過多的研究。諾依曼（Von Neumann）結(jié)構(gòu)與哈佛（Harvard）結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)。由PC指示數(shù)據(jù)、地址的存儲位置，單一總線完成數(shù)據(jù)與指令的復(fù)用功能數(shù)據(jù)存儲區(qū)指令存儲區(qū)數(shù)據(jù)、指令存儲區(qū)（馮通過增強(qiáng)指令系統(tǒng)的功能，簡化了軟件，但增加了硬件的復(fù)雜程度，而這些復(fù)雜指令并不等于有利于縮短程序的執(zhí)行時間。目前，RISC已經(jīng)成為當(dāng)前計(jì)算機(jī)發(fā)展不可逆轉(zhuǎn)的趨勢。事實(shí)上，RISC和CISC各有優(yōu)勢。在PC機(jī)和服務(wù)器領(lǐng)域， CISC體系結(jié)構(gòu)是市場的主流；在嵌入式系統(tǒng)領(lǐng)域， RISC結(jié)構(gòu)的微處理器將占有重要的位置。 信息存儲的字節(jié)順序 大端和小端存儲法大多數(shù)計(jì)算機(jī)使用8位為數(shù)據(jù)塊的最小單位，稱為一個字節(jié)。所有可能地址的集合稱為存儲器空間。對于一個多字節(jié)類型的數(shù)據(jù)，在存儲器中有兩種存放方法。注意：地址有高地址和低地址；數(shù)據(jù)有高位和低位；它們?nèi)绾谓M合，這就是存儲的方法，實(shí)際使用時要根據(jù)使用的實(shí)際情況與要求，靈活掌握。嵌入式微處理器的字長寬度可分為4位、8位、16位、32位和64位。如果微處理器內(nèi)部僅包含單純的中央處理器單元，人們一般稱其為CPU，常稱為單芯片微控制器（用MCU表示），如單片機(jī)，89C51等。根據(jù)用途，可以分為嵌入式微控制器、嵌入式微處理器、嵌入式DSP處理器、嵌入式片上系統(tǒng)、雙核或多核處理器等類型。ARM處理器系列中的各種處理器，雖然在實(shí)現(xiàn)技術(shù)、應(yīng)用場合和性能方面都不相同，但只要支持相同的ARM體系版本，基于它們的應(yīng)用軟件是兼容的?？删幊藾SP也為廣大用戶提供了易于升級的良好途徑。 嵌入式片上系統(tǒng)嵌入式片上系統(tǒng)（System On Chip，SOC）最大的特點(diǎn)是成功實(shí)現(xiàn)了軟、硬件無縫結(jié)合，直接在處理器片內(nèi)嵌入操作系統(tǒng)的代碼模塊，而且具有極高的綜合性，在SOC中，絕大部分系統(tǒng)構(gòu)件都是在系統(tǒng)內(nèi)部，系統(tǒng)簡潔，系統(tǒng)的體積和功耗小，可靠性高。另外，由于多核處理器對外的“界面”是統(tǒng)一的，從兼容性和系統(tǒng)升級成本方面來考慮有諸多的優(yōu)勢。第1章 習(xí)題1．舉例說明嵌入式系統(tǒng)的“嵌入性”、“專用性”、“計(jì)算機(jī)系統(tǒng)”的基本特征。諾依曼結(jié)構(gòu)與哈佛結(jié)構(gòu)各有什么特點(diǎn)？(P12)3．大端存儲法與小端存儲法有什么不同？對存儲數(shù)據(jù)有什么要求與影響？(P16)第二章：從8位機(jī)到32位機(jī)要點(diǎn)：本章是教材第二章的擴(kuò)展，重要強(qiáng)調(diào)知識的連續(xù)性和擴(kuò)展性，對于學(xué)生今后的自學(xué)是一個很好的范例。在嵌入式系統(tǒng)中一般使用其第二功能，而不是作為一個簡單的輸入/輸出口使用。 51系列CPU存儲空間的確定程序存儲器：片內(nèi)4K，片外64K（ROM只讀），兩者統(tǒng)一編址。I/O口：有4個8位的雙向I/O端口，各個端口根據(jù)編程可具有特定的功能。機(jī)器周期：完成一個基本操作所需時間，一般情況下由若干個時鐘周期組成。三者關(guān)系可用下圖表示：指令周期時鐘周期機(jī)器周期共有12個在MCS51系統(tǒng)中一個機(jī)器周期為12個時鐘周期，因此保證機(jī)器周期的條件下，減少時鐘周期的大小，可以改變指令的速度，新型處理器就有這種思路，這些也為選型提供了好的理論基礎(chǔ)。）以8位長度為例，建立片選與片外地址的概念。 ARM9工作狀態(tài)與存儲方式（注意：P27開始，前面的不作要求） 概述 先進(jìn)的ARM920T（常稱ARM9）是嵌入式微處理器的內(nèi)核。注意：32位為一個字，與以前學(xué)的有區(qū)別，學(xué)習(xí)要更新。ARM920T對存儲的字，可以按照小端或大端的存儲方式對待（前面已講）。重點(diǎn)總結(jié)：這些“模式”的關(guān)系有：外部中斷、異常操作、軟件控制都可以改變?yōu)橹袛嗄Ｊ?。不在用戶模式下的稱為特權(quán)模式；不在用戶模式和系統(tǒng)模式下的稱為異常模式（P29上的圖上的標(biāo)示）。但在同一時間（或同時模式下），并不是所有的寄存器都可見（不是37個都可見）。（2） 寄存器R15作為系統(tǒng)CP，寄存器R14作為系統(tǒng)稱連接寄存器，寄存器R13作為系統(tǒng)堆棧指針。（4） 下劃線后的標(biāo)出了是什么模式下的私用寄存器，在不同械下系統(tǒng)使用的私有寄存器數(shù)是不相同的。程序員可以直接操作8個通用寄存器R0R7，同樣也可以操作程序計(jì)數(shù)器R15（PC），堆棧指針寄存器R13（SP），鏈接R14（link）寄存器（LR），和CPSR與SPSR。THUMB 狀態(tài)對應(yīng)關(guān)系RAM狀態(tài)R0→→→→→→→→→→→→R0R2R2R3R3R4R4R5R5R6R6R7R7R8R9R10R11R12Stack Pointer（SP）Stack Pointer（R13）Link register（LR）Link register（R14）Program Counter（PC）Program Counter（R15）CPSRCPSRSPSRSPSR圖 Thumb狀態(tài)下和ARM狀態(tài)下寄存器之間的映射關(guān)系 在Thumb狀態(tài)下訪問高地址寄存器（?？撇蛔饕螅┰赥humb狀態(tài)下寄存器R8R15(高地址寄存器)不是標(biāo)準(zhǔn)寄存器集。 向R8R15寫入或讀出數(shù)據(jù)，可以采用MOV指令的某個變型，從R0R7(低地址寄存器)的某個寄存器傳送數(shù)據(jù)到高地址寄存器，或者從高地址寄存器傳送到低地址寄存器。 程序寄存器狀態(tài) ARM920T具有一個當(dāng)前程序狀態(tài)寄存器（CPSR），另外還有5個保存程序狀態(tài)寄存器（SPSR）用于異常中斷處理，這些寄存器的功能有三種：● 保留最近完成的ALU（運(yùn)算器）操作的信息；● 控制中斷的使能和禁止；● 設(shè)置處理器的操作模式。 條件碼標(biāo)志N、Z、C、V均為條件碼標(biāo)志位。在ARM狀態(tài)下，絕大多數(shù)的指令都是有條件執(zhí)行的；在Thumb狀態(tài)下，僅有分支指令是有條件執(zhí)行的。（1） T標(biāo)記位：該位反映處理器的運(yùn)行狀態(tài)。 CPSR中的其余位為保留位，當(dāng)改變CPSR中的條件碼標(biāo)志位或控制位時，必須確保其“保留”位不能變，在程序中也不要使用“保留位”來存儲數(shù)據(jù)值。在處理異常前，當(dāng)前處理器的狀態(tài)必須被保留（保護(hù)現(xiàn)場），處理異常程序完成后，處理器能恢復(fù)原來的狀態(tài)并執(zhí)行原來程序（恢復(fù)現(xiàn)場并可靠返回）。P33上列出了7類導(dǎo)異常，它們均有固定的異常入口地址，這個地址又稱“異常向量”（以前學(xué)過中斷向量）。 進(jìn)入異常時的行為 （以ARM狀態(tài)為例）下以圖說明，當(dāng)一個異常發(fā)生時，ARM920T響應(yīng)和返回時的狀態(tài)。注意：你不需要特別指明切換回Thumb狀態(tài)。 NN+1R14CPSRCPSR保護(hù)和恢復(fù)原狀態(tài)保護(hù)和恢復(fù)斷點(diǎn)異常服務(wù)程序裝入異常服務(wù)程序的狀態(tài)PC裝入異常程序入口地址說明：異常發(fā)生響應(yīng)異常異常返回主程序異常過程示意圖 異常中斷向量（特點(diǎn)：4個字節(jié)一個地址）地址異常中斷類型進(jìn)入時處理器的模式0x00000000Reset復(fù)位管理模式0x00000004Undefined instruction未定義模式0x00000008Software Interrupt軟件中斷管理模式0x0000000CAbort (預(yù)取指令中止)Abort異常預(yù)取指中止模式0x00000010Abort (數(shù)據(jù)中止)Abort異常數(shù)據(jù)中止模式0x00000018IRQIRQ外部中斷請求模式0x0000001CFIQFIQ快速中斷請求模式圖 異常向量表 異常中斷優(yōu)先級 當(dāng)多個異常中斷同時發(fā)生時，處理器根據(jù)一個固定（不是設(shè)計(jì)人員設(shè)定的，是處理器已經(jīng)定下的）的優(yōu)先級系統(tǒng)來決定處理它們的順序。關(guān)于異常類型、異常入口地址、 ARM尋址方式 8位機(jī)的基本尋址方式尋址方式就是尋找地址的方式，為什么要尋址，因?yàn)榈刂分甘镜哪莻€單元內(nèi)有重要的數(shù)據(jù)。（1） 寄存器尋址操作數(shù)的值在寄存器中，指令中地址碼字段給出的是寄存器編號，寄存器的內(nèi)容是操作數(shù)（指令執(zhí)行時直接取出寄存器的值進(jìn)行操作）。立即數(shù)要以“?！睘榍熬Y，表示16進(jìn)制數(shù)值時以“0x”表示。第2個寄存器操作數(shù)在與第1個操作數(shù)結(jié)合之前，先進(jìn)行移位操作?！?LSR：邏輯右移，寄存器中字的高端空出的位補(bǔ)0?！?RRX：帶擴(kuò)展的循環(huán)右移,操作數(shù)右移一位，高端空出的位用原C 標(biāo)志值填充。（4） 寄存器間接尋址（注意：使用括號了，表示寄存器內(nèi)為一個地址。例如指令 （以R0為研究對象，認(rèn)真分析讀、寫的特點(diǎn)）LDR R0,[R1] ；R0←[R1]（將R1中的數(shù)值作為地址，取出此地址中的數(shù)據(jù)保存在R0中）STR R0,[R1] ；[R1] ←R0（5） 變址尋址（注意：操作的方向）變址尋址是將基址寄存器的內(nèi)容與指令中給出的偏移量相加，形成操作數(shù)的有效地址，變址尋址用于訪問基址附近的存儲單元，常用于查表，數(shù)組操作，功能部件寄存器訪問等。例 LDMIA R1！，{R2R7，R12} ；將R1單元中的數(shù)據(jù)讀出，并保存到R2R7和R12中，每次R1的地址值自動加1STMIA R0！，{R3R6，R10} ；將R3RR10中的數(shù)據(jù)保存到R0所指向的地址單元中，每次R0的地址值自動加1例如指令LDMIA R0,{R1,R2,R3,R5} ；R1←[R0] ；R2←[R0 + 4] ；R3←[R0 + 8] ；R4←[R0 + 12] 注意：使用多寄存器尋址指令時，寄存器子集的順序由大到小，連續(xù)的寄存器中間用“”號連接，單個的用“，”號書寫。大方向，遞增堆棧。