嵌入式系統(tǒng)概述new

1、第一章 嵌入式系統(tǒng)概述1. 嵌入式系統(tǒng)的定義從技術(shù)的角度定義：以應(yīng)用為中心、以計算機技術(shù)為基礎(chǔ)、軟件硬件可裁剪、適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴格要求的專用計算機系統(tǒng)。 從系統(tǒng)的角度定義：嵌入式系統(tǒng)是設(shè)計完成復雜功能的硬件和軟件，并使其緊密耦合在一起的計算機系統(tǒng)。術(shù)語嵌入式反映了這些系統(tǒng)通常是更大系統(tǒng)中的一個完整的部分，稱為嵌入的系統(tǒng)。嵌入的系統(tǒng)中可以共存多個嵌入式系統(tǒng)。2. 嵌入式處理器的分類嵌入式微處理器；嵌入式微控制器；嵌入式DSP處理器；嵌入式片上系統(tǒng)（SOC）3. 嵌入式操作系統(tǒng)的基本概念及特點 一般實時操作系統(tǒng)應(yīng)用于實時處理系統(tǒng)的上位機和實時查詢系統(tǒng)等實時性較弱的實時

2、系統(tǒng)，并且提供了開發(fā)、調(diào)試、運用一致的環(huán)境。 嵌入式實時操作系統(tǒng)應(yīng)用于實時性要求高的實時控制系統(tǒng)，而且應(yīng)用程序的開發(fā)過程是通過交叉開發(fā)來完成的，即開發(fā)環(huán)境與運行環(huán)境是不一致。嵌入式實時操作系統(tǒng)具有規(guī)模小(一般在幾K幾十K 內(nèi))、可固化使用實時性強(在毫秒或微秒數(shù)量級上)的特點 4.實時操作系統(tǒng)的基本概念及特點 總的來說實時操作系統(tǒng)是事件驅(qū)動的，能對來自外界的作用和信號在限定的時間范圍內(nèi)作出響應(yīng)。它強調(diào)的是實時性、可靠性和靈活性, 與實時應(yīng)用軟件相結(jié)合成為有機的整體起著核心作用, 由它來管理和協(xié)調(diào)各項工作,為應(yīng)用軟件提供良好的運行軟件環(huán)境及開發(fā)環(huán)境。從實時系統(tǒng)的應(yīng)用特點來看實時操作系統(tǒng)可以分為兩

3、種：一般實時操作系統(tǒng)和嵌入式實時操作系統(tǒng)IEEE 的實時UNIX分委會認為實時操作系統(tǒng)應(yīng)具備以下的幾點: 異步的事件響應(yīng)；切換時間和中斷延遲時間確定；優(yōu)先級中斷和調(diào)度；搶占式調(diào)度；內(nèi)存鎖定；連續(xù)文件；同步；5. 操作系統(tǒng)的內(nèi)核有哪兩種，各自的特點非占先式內(nèi)核：非占先式內(nèi)核要求每個任務(wù)自我放棄CPU 的所有權(quán)。非占先式調(diào)度法也稱作合作型多任務(wù)，各個任務(wù)彼此合作共享一個CPU。異步事件還是由中斷服務(wù)來處理。中斷服務(wù)可以使一個高優(yōu)先級的任務(wù)由掛起狀態(tài)變?yōu)榫途w狀態(tài)。但中斷服務(wù)以后控制權(quán)還是回到原來被中斷了的那個任務(wù)，直到該任務(wù)主動放棄CPU的使用權(quán)時，那個高優(yōu)先級的任務(wù)才能獲得CPU的使用權(quán)。占先式內(nèi)

4、核：最高優(yōu)先級的任務(wù)一旦就緒，總能得到CPU的控制權(quán)。當一個運行著的任務(wù)使一個比它優(yōu)先級高的任務(wù)進入了就緒狀態(tài)，當前任務(wù)的CPU使用權(quán)就被剝奪了，或者說被掛起了，那個高優(yōu)先級的任務(wù)立刻得到了CPU的控制權(quán)。如果是中斷服務(wù)子程序使一個高優(yōu)先級的任務(wù)進入就緒態(tài)，中斷完成時，中斷了的任務(wù)被掛起，優(yōu)先級高的那個任務(wù)開始運行。6. 任務(wù)優(yōu)先級的概念任務(wù)的優(yōu)先級是表示任務(wù)被調(diào)度的優(yōu)先程度。7. 常見的嵌入式操作系統(tǒng)舉例嵌入式Linux Win CE VxWorks C/OS-II 第二章 ARM7體系結(jié)構(gòu)1. RISC特點具有大量的通用存儲器；獨特的裝載/保存（load-store）結(jié)構(gòu)；簡單的尋址模式;

5、統(tǒng)一和固定長度的指令格式。2. ARM體系結(jié)構(gòu)特點每條數(shù)據(jù)處理指令可同時包含算術(shù)邏輯單元（ALU）的運算和移位處理，實現(xiàn)ALU和移位器的最大利用；使用地址自增和自減的尋址方式優(yōu)化程序循環(huán)；裝載/保存指令對數(shù)據(jù)的批量傳輸，實現(xiàn)最大數(shù)據(jù)吞吐量;大多數(shù)指令的條件執(zhí)行，實現(xiàn)最快速的代碼執(zhí)行。3. 常用的ARM處理器核系列ARM7、ARM9、ARM9E、ARM10E、ARM11、Cortex、Xscale4. ARM7，ARM9系列的特點和主要應(yīng)用領(lǐng)域ARM7：該系列包括ARM7TDMI、ARM7TDMI-S、帶有高速緩存處理器宏單元的ARM720T和擴充了Jazelle的ARM7EJ-S。該系列處理器

6、提供Thumb 16位壓縮指令集和EmbededICE軟件調(diào)試方式，適用于更大規(guī)模的SoC設(shè)計中。ARM7系列廣泛應(yīng)用于多媒體和嵌入式設(shè)備，包括Internet設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)和調(diào)制解調(diào)器設(shè)備，以及移動電話、PDA等無線設(shè)備。ARM9:該系列包括ARM9TDMI、ARM920T和帶有高速緩存處理器宏單元的ARM940T。除了兼容ARM7系列，而且能夠更加靈活的設(shè)計。ARM9系列主要應(yīng)用于引擎管理、儀器儀表、安全系統(tǒng)和機頂盒等領(lǐng)域。5. ARM7TDMI流水線ARM處理器使用流水線來增加處理器指令流的速度，這樣可使幾個操作同時進行，并使處理和存儲器系統(tǒng)連續(xù)操作，能提供0.9MIPS/MHz的指令執(zhí)行速

7、度。取指：從寄存器裝載一條指令。譯碼：識別將要被執(zhí)行的指令。執(zhí)行：處理指令并將結(jié)果寫回寄存器。6.2.2節(jié)思考題 看PPT吧.7. ARM處理器狀態(tài)及相關(guān)切換方式ARM狀態(tài)：32位，處理器執(zhí)行字方式的ARM指令，處理器默認為此狀態(tài)；Thumb狀態(tài)：16位，處理器執(zhí)行半字方式的Thumb指令。 使用BX指令將ARM內(nèi)核的操作狀態(tài)在ARM狀態(tài)和Thumb狀態(tài)之間進行切換。8. ARM處理器模式 ARM體系結(jié)構(gòu)支持7種處理器模式，分別為：用戶模式、快中斷模式、中斷模式、管理模式、中止模式、未定義模式和系統(tǒng)模式。9.異常模式的特點10. ARM內(nèi)部寄存器組織 在ARM處理器內(nèi)部共有37個用戶可訪問的寄

8、存器，分別為31個通用32位寄存器和6個狀態(tài)寄存器。11. 寄存器R14功能，CPSR與SPSR寄存器R14稱為鏈接寄存器（LR），在結(jié)構(gòu)上有兩個特殊功能：當使用BL指令調(diào)用子程序時，返回地址將自動存入R14中；當發(fā)生異常時，將R14對應(yīng)的異常模式版本設(shè)置為異常返回地址。 寄存器CPSR為當前程序狀態(tài)寄存器，在異常模式中，另外一個寄存器“程序狀態(tài)保存寄存器（SPSR）”可以被訪問。每種異常都有自己的SPSR，在進入異常時它保存CPSR的當前值，異常退出時可通過它恢復CPSR。12. thumb狀態(tài)各模式下可直接訪問的寄存器Thumb狀態(tài)寄存器集是ARM狀態(tài)集的子集，程序員可以直接訪問的寄存器為

9、：8個通用寄存器R0R7；程序計數(shù)器（PC）；堆棧指針（SP）；鏈接寄存器（LR）；當前程序狀態(tài)寄存器（ CPSR）。13. CPSR的具體內(nèi)容14. 發(fā)生異常導致模式切換時，內(nèi)核處理流程將異常處理程序的返回地址（加固定的偏移量）保存到相應(yīng)異常模式下的LR；將CPSR的當前值保存到相應(yīng)異常模式下的SPSR；設(shè)置CPSR為相應(yīng)的異常模式；設(shè)置PC為相應(yīng)異常處理程序的中斷入口向量地址，跳轉(zhuǎn)到相應(yīng)的異常中斷處理程序執(zhí)行；第三章ARM7TDM2指令系統(tǒng)1.ARM指令集的特點可條件執(zhí)行、可選擇影響標志位、具有非常靈活的第二操作數(shù)；2. 寄存器移位尋址，多寄存器尋址及舉例 寄存器移位尋址是ARM指令集特有

10、的尋址方式。當?shù)?個操作數(shù)是寄存器移位方式時，第2個寄存器操作數(shù)在與第1個操作數(shù)結(jié)合之前，選擇進行移位操作。寄存器移位尋址指令舉例如下：MOVR0,R2,LSL #3 ;R2的值左移3位，結(jié)果放入R0，;即是R0=R28 ANDSR1,R1,R2,LSL R3 ;R2的值左移R3位，然后和R1相“與”操作，結(jié)果放入R1 多寄存器尋址一次可傳送幾個寄存器值，允許一條指令傳送16個寄存器的任何子集或所有寄存器。多寄存器尋址指令舉例如下： LDMIAR1!,R2-R7,R12 ;將R1指向的單元中的數(shù)據(jù)讀出到;R2R7、R12中(R1自動加1) STMIAR0!,R2-R7,R12 ;將寄存器R2R

11、7、R12的值保;存到R0指向的存儲; 單元中;(R0自動加1)3. 堆棧尋址的四種方式（類型）滿遞增：堆棧向上增長，堆棧指針指向內(nèi)含有效數(shù)據(jù)項的最高地址?？者f增：堆棧向上增長，堆棧指針指向堆棧上的第一個空位置。滿遞減：堆棧向下增長，堆棧指針指向內(nèi)含有效數(shù)據(jù)項的最低地址?？者f減：堆棧向下增長，堆棧指針向堆棧下的第一個空位置。4. 處理器執(zhí)行簡單指令后的結(jié)果5. 滿遞減壓棧，出棧指令的執(zhí)行及結(jié)果指令：STMFD SP!,R0-R7,LR 結(jié)果：執(zhí)行壓棧操作指令保存R0-R7和LR指令：LDMFD SP!,R0-R7,PC 結(jié)果：執(zhí)行出棧操作指令恢復R0-R7和PC6.MOV與LDR指令的區(qū)別MO

12、V指令用于將數(shù)據(jù)從一個寄存器傳送到另一個寄存器中，或者將一個常數(shù)傳送到一個寄存器中，但是不能訪問內(nèi)存。LDR指令用于從內(nèi)存中讀取數(shù)據(jù)放入寄存器中。7.思考與練習，寄存器內(nèi)容替換代碼段AND R1，R1，#0x000000FFAND R2，R2，#0xFFFFFF00ORR R2，R2，R18.ARM中實現(xiàn)程序跳轉(zhuǎn)的兩種方式1.直接向PC寄存器賦值實現(xiàn)跳轉(zhuǎn)；例：MOV PC,R142.使用分支指令直接跳轉(zhuǎn)。9.BL指令，BX指令BL:帶鏈接的分支指令BL指令除了具有跳轉(zhuǎn)功能，還能在跳轉(zhuǎn)之前將下一條指令的地址拷貝到R14(即LR) 鏈接寄存器中，它適用于子程序調(diào)用。跳轉(zhuǎn)范圍限制在當前指令的32M字

13、節(jié)地址內(nèi)。BX:帶狀態(tài)切換的分支指令BX指令除了具有跳轉(zhuǎn)功能，還能在跳轉(zhuǎn)的同時切換處理器狀態(tài)。其跳轉(zhuǎn)范圍不受限制。10. 執(zhí)行軟中斷指令后，處理器流程切換到管理模式將CPSR備份到管理模式下的SPSR寄存器 程序跳轉(zhuǎn)到軟件中斷入口11. MSR與MRS指令簡單應(yīng)用，思考練習狀態(tài)寄存器讀指令MSR： MRS R1,CPSR ; 讀取CPSR狀態(tài)寄存器到R1 MRS R2,SPSR ; 讀取SPSR狀態(tài)寄存器到R2狀態(tài)寄存器寫指令MRS: 示例，將R0的內(nèi)容寫入CPSR寄存器的控制位域 MSR CPSR_c,R0思考與練習看PPT！12. Thumb指令集的限制 Thumb指令集較ARM指令集有如

14、下限制：只有B指令可以條件執(zhí)行，其它指令都不能條件執(zhí)行；分支指令的跳轉(zhuǎn)范圍有更多限制；數(shù)據(jù)處理指令的操作結(jié)果必須放入其中一個；單寄存器訪問指令，只能操作R0R7；LDM和STM指令可以對R0R7的任何子集進行操作；第四章1. IPC2000系列微控制器的組成（四部分）2. 片內(nèi)Flash編程的三種方法使用JTAG的仿真/調(diào)試器，通過芯片的JTAG接口下載程序使用在系統(tǒng)編程技術(shù)，通過UART0接口下載程序使用在應(yīng)用編程技術(shù)。3. 片外Flash編程方法4. 存儲器映射的概念存儲器本身不具有地址的信息，他們在芯片中的地址是由芯片廠家或用戶分配的，所以給存儲器分配地址的過程成為存儲器映射。5. AR

15、M處理器的預(yù)取指中止和數(shù)據(jù)中止異常如果試圖訪問一個保留地址或未分配區(qū)域的地址，LPC2000系列ARM將產(chǎn)生預(yù)取指中止或數(shù)據(jù)中止異常。6. 存儲器重映射 為了增加系統(tǒng)的靈活性，系統(tǒng)中有部分存儲單元可以同時出現(xiàn)在不同的地址上，這稱為存儲器重映射。7. 引導塊的功能其功能主要是判斷運行哪個存儲器上的程序，檢查用戶代碼是否有效，判斷芯片復位后被首先運行，芯片的在應(yīng)用編程以及在系統(tǒng)編程功能。8.異常向量表及其重映射10.2000系列芯片的兩個復位源 外部復位和看門狗復位11. 喚醒定時器的功能確保振蕩器和芯片所需要的電路在處理器開始執(zhí)行指令之前有足夠的時間能夠讓其開始正確工作。12. PLL饋送寄存器

16、的作用為了保證PLL正在使用的參數(shù)不被意外修改而設(shè)計的。13. VPB分頻器的作用將處理器時鐘（CCLK）分頻，以便外設(shè)在合適的速度下工作降低系統(tǒng)功耗16.空閑模式和掉電模式的特點19.向量中斷控制器的作用向量中斷控制器就是使LPC2000系列ARM具有正確快速處理多個外部中斷事件的能力的功能模塊。20，如何控制IRQ和FIQ的性能 ARM內(nèi)核通過CPSR來監(jiān)視和控制內(nèi)部的操作，CPSR中的“I”位和“F”位分別用來控制IRQ模式和FIQ模式的使能21，中斷輸入請求的分類中斷輸入請求可以在VIC中被設(shè)置為以下三類： FIQ中斷：具有最高優(yōu)先級；向量IRQ中斷：具有中等優(yōu)先級； 非向量IRQ中斷：具有最低優(yōu)先級；22，F(xiàn)IQ中斷硬件處理流程23，向量IRQ與非向量IRQ的區(qū)別向量IRQ中斷 發(fā)生向量IRQ中斷后，VIC將對應(yīng)的向量地址寄存器中的數(shù)據(jù)存入VIC