計(jì)算機(jī)三級(jí)(嵌入式)

1、嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的基礎(chǔ)知識(shí)一、嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn)、分類、發(fā)展與應(yīng)用。嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn)：1.專用性2.隱蔽性3.資源受限4.高可靠性5.實(shí)時(shí)性6.軟件固化嵌入式系統(tǒng)的分類和發(fā)展：嵌入式系統(tǒng)分類有很多種：用途分類、實(shí)時(shí)性分類、產(chǎn)品形態(tài)分類、系統(tǒng)的復(fù)雜程度分類。用途：軍用、工業(yè)、民用。實(shí)時(shí)性：非實(shí)時(shí)性、軟實(shí)時(shí)性和硬實(shí)時(shí)性。產(chǎn)品形態(tài)：系統(tǒng)級(jí)產(chǎn)品（以標(biāo)準(zhǔn)機(jī)柜形式提供的工控機(jī)PC104模塊等）、板級(jí)產(chǎn)品（帶CPU的主板及OEM產(chǎn)品）、片級(jí)產(chǎn)品（Soc、DSP、MCU、微處理器等）。復(fù)雜程度：低端、中斷、高端。低端：采用4位/8位單片機(jī)（計(jì)算器，電子玩具，充電器，空調(diào)等）。中斷：采用8位/16位單片機(jī)或32位處

2、理器（普通手機(jī)、攝像機(jī)，電視游戲機(jī)等）。高端：采用32位/64位處理器，支持連接網(wǎng)絡(luò)（智能手機(jī)。高端數(shù)碼攝像機(jī)等）。嵌入式系統(tǒng)發(fā)展：20世紀(jì)60年代：阿波羅導(dǎo)航計(jì)算機(jī)采用嵌入式系統(tǒng)。20世紀(jì)70年代：真正意義上的嵌入式系統(tǒng)從20世紀(jì)70年代發(fā)展起來(lái)的。20世紀(jì)80年代：許多外圍電路被集成到處理器芯片中，以8位到16位處理器為主，通用性差，CPU種類多，低兼容等。20世紀(jì)90年代集成電路進(jìn)入超深亞微米乃至納米加工時(shí)代，Soc出現(xiàn)。以32位精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī)處理器（RISC）和嵌入式操作系統(tǒng)（EOS）位標(biāo)志。至今，向高端擴(kuò)展，操作系統(tǒng)內(nèi)核精小，功能完善，模塊化程度高，開(kāi)發(fā)工具齊備，嵌入式應(yīng)用軟件豐富

3、發(fā)展。二、嵌入式系統(tǒng)的組成與微電子技術(shù)（集成電路、SOC、IP核等技術(shù)的作用和發(fā)展）。處理器由運(yùn)算器、控制器、寄存器、高速緩沖存儲(chǔ)器Cache等部件組成。有些嵌入式系統(tǒng)會(huì)包含多個(gè)處理器，他們各有其不同的任務(wù)，其中負(fù)責(zé)運(yùn)行系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件的主處理器成為CPU，其余的都是協(xié)處理器，例如數(shù)字信號(hào)處理器、圖形處理器、通信處理器等。CPU是任何計(jì)算機(jī)不可或缺的核心部件。CPU的字長(zhǎng)有4位，8位，16位，32位，64位之分。字長(zhǎng)指的是CPU中通用寄存器和定點(diǎn)運(yùn)算器的二進(jìn)位寬度?，F(xiàn)在嵌入式系統(tǒng)中使用最多的是8位和16位CPU，但是32位和64位是技術(shù)發(fā)展的主流。通用計(jì)算機(jī)以64位為主。嵌入式系統(tǒng)的性能很大

4、程度是由CPU決定的：主頻、指令系統(tǒng)、高速緩沖寄存器的容量與結(jié)構(gòu)、邏輯結(jié)構(gòu)。存儲(chǔ)器包括隨機(jī)存取存儲(chǔ)器RAM和只讀存儲(chǔ)器ROMRAM為易失性存儲(chǔ)器包括：動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器DRAM和靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器SRAM。DRAM用作正在運(yùn)行處理的程序數(shù)據(jù)的工作存儲(chǔ)器；SRAM則用作程序和數(shù)據(jù)的高速緩沖寄存器Cache。ROM分為：掩膜只讀存儲(chǔ)器MaskROM、電可擦除可編程制度存儲(chǔ)器EEPROM、閃速存儲(chǔ)器FlashROM。FlashROM分為兩類：非型NORFlash和與非型NANDFlash。NORFlash中的數(shù)據(jù)以字節(jié)為單位可直接被CPU執(zhí)行。而NAND以行（頁(yè)）的形式，先被RAM讀取，再使用。擴(kuò)充：iPh

5、one5s采用的Soc芯片A7,片內(nèi)包含三級(jí)Cache存儲(chǔ)器（64kB+64KB,1MB,4MB）,還以堆疊的方式安裝了1GB的DRAM和NANDFlashROM16GB、32GB、64GB供用戶使用。無(wú)擴(kuò)充存儲(chǔ)器（集成在電路板上的）。I/O設(shè)備分為人機(jī)交互（鍵盤等）和機(jī)機(jī)交互（各種傳感器），I/O接口從數(shù)據(jù)傳輸來(lái)看，有并行和串行之分；從物理連接方式來(lái)看有無(wú)線和有線之分；從是否能連接多個(gè)設(shè)備來(lái)看分為總線和獨(dú)占式。數(shù)據(jù)總線簡(jiǎn)稱總線，由傳輸線和控制電路組成，將系統(tǒng)內(nèi)部部件連接在一起的位內(nèi)部總線，與外部組件進(jìn)行連接的外部總線。軟件分為低端和高端嵌入式系統(tǒng)軟件，低端的不需要操作系統(tǒng)，只需要配置一個(gè)監(jiān)控

6、程序，若干設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序和事件處理程序即可；高端嵌入式系統(tǒng)的軟件包括：板級(jí)支持包（BSP）,設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序、實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)、中間件以及嵌入式應(yīng)用軟件等組成。BSP和驅(qū)動(dòng)程序?qū)儆诘讓榆浖?，是操作系統(tǒng)和硬件的抽象層，負(fù)責(zé)屏蔽具體的硬件細(xì)節(jié)和差異。向操作系統(tǒng)提供統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)接口。實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)是整個(gè)嵌入式系統(tǒng)的核心。完成任務(wù)調(diào)度、存儲(chǔ)分配、文件管理、人機(jī)交互等功能，應(yīng)用軟件的平臺(tái)。中間件位于實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件之間。為上層的應(yīng)用軟件提供開(kāi)發(fā)和運(yùn)行環(huán)境。由于它向應(yīng)用軟件提供統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)接口，使應(yīng)用軟件的開(kāi)發(fā)獨(dú)立于硬件和操作系統(tǒng)，使應(yīng)用軟件在不同系統(tǒng)上運(yùn)行，降低開(kāi)發(fā)成本。嵌入式處理芯片嵌入式CPU個(gè)特點(diǎn)：1.支持

7、實(shí)時(shí)處理2.低功耗3.結(jié)構(gòu)可擴(kuò)展4.集成了測(cè)試芯片。嵌入式處理器4種產(chǎn)品類型：微處理器2數(shù)字信號(hào)處理器3微控制器4片上系統(tǒng)（Soc）。電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化（EDA）,隨著EDA水平和VLSI制造技術(shù)飛速發(fā)展，半導(dǎo)體加工工藝已經(jīng)從微米、亞微米進(jìn)入深亞微米，單個(gè)芯片可以簡(jiǎn)稱幾億個(gè)甚至幾十億哥晶體管，因而可以把計(jì)算機(jī)或其他一些電子系統(tǒng)的電路全部集成在單個(gè)芯片上，這種芯片簡(jiǎn)稱片上系統(tǒng)。SOC芯片的設(shè)計(jì)流程：1總體設(shè)計(jì)、2邏輯設(shè)計(jì)、3綜合與仿真、4芯片制造IP核及其復(fù)用：知識(shí)產(chǎn)權(quán)核。三、數(shù)字媒體基礎(chǔ)（文本、圖像和音頻/視頻等數(shù)字媒體的表示和處理）。數(shù)字文本：將文字輸入嵌入式系統(tǒng)的方式有兩種：一種是基于漢字拼音

8、的鍵盤輸入；另一種是用手指或?qū)ｉT的筆在觸屏上進(jìn)行書(shū)寫(xiě)。無(wú)論哪種途徑，輸入的數(shù)字文本在系統(tǒng)內(nèi)部均采用二進(jìn)制編碼。西文編碼：ASCII碼是7位編碼，最高位一般在計(jì)算機(jī)內(nèi)部通常保持為0，在數(shù)據(jù)傳輸中為奇偶校驗(yàn)位。（西方國(guó)家）中文編碼：國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)有GB2312和GB18030。GB2312包含3755個(gè)一級(jí)常用漢字和3008個(gè)二級(jí)常用漢字，此外還有682個(gè)圖形符號(hào)（包括拉丁字母，俄文，日文，漢語(yǔ)拼音等），采用16位二進(jìn)制表示,GB2312僅有6763個(gè)漢字，而且為簡(jiǎn)體字，明顯不夠用；GB18030，共含有11萬(wàn)個(gè)字符，其中7萬(wàn)漢字，GB18030采用不等長(zhǎng)的編碼方式，包括單字節(jié)編碼（128個(gè)）ASCII

9、字符，與ASCII碼兼容，雙字節(jié)表示漢字，與GB2312保持兼容，還有158萬(wàn)個(gè)四字節(jié)編碼用于表示其他字符。（我國(guó)）UCS/Unicode編碼：隨著經(jīng)濟(jì)全球化趨勢(shì)的加快，使用計(jì)算機(jī)統(tǒng)一處理，存儲(chǔ)和傳輸包含世界各地各種語(yǔ)言文字的需求日益迫切。目前Unicode共約11萬(wàn)個(gè)字符，其中包括：拉丁字母，音節(jié)文字，數(shù)字符號(hào)，中日韓統(tǒng)一漢字（CJK）等。為了適應(yīng)各種不同的平臺(tái)，UCS/Unicode碼在計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)采用不同的編碼方案，最常用的兩種：UTF-8和UTF-16.UTF-8是單字節(jié)可變長(zhǎng)編碼,ASCII碼還是用單字節(jié)表示，而拉丁字母等用雙字節(jié)，CJK同3字節(jié)表示，不常用的用四字節(jié)表示，被Linux

10、廣泛使用。UTF-16是雙字節(jié)可變長(zhǎng)編碼，ASCII碼，拉丁，CJK漢字都是雙字節(jié)表示，其他的不常用的用4字節(jié)表示。（國(guó)際）文本類型：簡(jiǎn)單文本（.txt），豐富格式文本（.doc.html.pdf），超文本（網(wǎng)頁(yè)）。文本的制作和展現(xiàn)：制作用WPS，Word，Openofficewriter等；展現(xiàn)：字符的描述有兩種方法：點(diǎn)陣法和輪廓法。數(shù)字圖像數(shù)字圖像的獲取：掃描-分色-取樣-量化；主要參數(shù)：圖像大小，位平面數(shù)目，像素深度，顏色模型。圖像大?。?00X600，最高1920X1080；位平面數(shù)目：即像素顏色分量的數(shù)目，黑白或灰度圖像只有一個(gè)位平面，彩色圖像有3個(gè)或者更多。像素深度：?jiǎn)紊珗D像，像素

11、深度為8位，總數(shù)為256.又如R、G、B三基色，最多為1600多萬(wàn)種，這成為真彩色。數(shù)字圖像常用文本格式及應(yīng)用：一幅圖像的數(shù)據(jù)量計(jì)算公式：圖像數(shù)據(jù)量=圖像水平分辨率X圖像垂直分辨率X像素深度/8.（單位字節(jié)）數(shù)據(jù)壓縮可分為：無(wú)損壓縮，和有損壓縮。無(wú)損壓縮：BMP（Windows操作系統(tǒng)下使用標(biāo)準(zhǔn)圖像文件格式），TIF（掃描儀），GIF（互聯(lián)網(wǎng)廣泛使用），PNG（主要在互聯(lián)網(wǎng)）；有損壓縮：JPEG（數(shù)碼相機(jī)）。數(shù)字音頻與數(shù)字視頻音頻/視頻信息的數(shù)字化：取樣-量化-編碼。數(shù)字音頻的主要參數(shù)：波形聲音的碼率（每秒數(shù)據(jù)量）=取樣頻率X量化位數(shù)X聲道數(shù)。數(shù)字音頻的壓縮格式：未壓縮：wav（支持廣泛，存儲(chǔ)

12、空間大）；無(wú)損壓縮：Flac，APE，M4A（蘋果公司）；有損壓縮：MP3（音樂(lè)，互聯(lián)網(wǎng)），WMA（互聯(lián)網(wǎng)，音樂(lè)），AC3（影院，數(shù)字電視），AAC（影院數(shù)字電視）。數(shù)字視頻的壓縮：國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)MPEG格式（.dat.mpg.mp4.vob.3gp.3g2）,和微軟的AVI和ASF格式（適合流媒體），蘋果的QTFF格式（.Mov.qt目前互聯(lián)網(wǎng)很多視頻為RMVB格式，其中.asf.wmv.rm.rmvb.flv.f4v均支持流式傳輸，能夠?qū)崟r(shí)傳輸和實(shí)時(shí)播放；四、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)（數(shù)字通訊與計(jì)算機(jī)網(wǎng)，TCP/IP協(xié)議，互聯(lián)網(wǎng)接入技術(shù)等）。數(shù)字通信的傳播技術(shù)：1）調(diào)制與解調(diào)技術(shù)、2）多路復(fù)用技術(shù)（分為時(shí)分

13、復(fù)用和頻分復(fù)用，時(shí)分復(fù)用是所有終端輪流在同一傳輸線上進(jìn)行傳輸，頻分復(fù)用將每個(gè)信號(hào)源發(fā)出的信號(hào)調(diào)制在不同的頻率的載波上，通過(guò)多路復(fù)用器將他們復(fù)合成一個(gè)信號(hào)，在同一傳輸線上進(jìn)行傳輸。光纖通信是頻分復(fù)用的一種）、3）交換技術(shù)（電話交換技術(shù)，分組交換）。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)：由計(jì)算機(jī)等智能電子設(shè)備、數(shù)據(jù)通信鏈路（雙絞線，同軸電纜，調(diào)制解調(diào)器，光纜，交換機(jī)等）、通信協(xié)議、網(wǎng)絡(luò)軟件組成。按類型分為：局域網(wǎng)，城域網(wǎng)，廣域網(wǎng)。局域網(wǎng)采用分組交換技術(shù)，發(fā)送設(shè)備必須把傳輸?shù)臄?shù)據(jù)分成小塊，一次只能傳輸1幀數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)幀包括，發(fā)送設(shè)備的MAC地址，和接收設(shè)備的MAC地址還有校驗(yàn)信息。按結(jié)構(gòu)分為：星型網(wǎng)，環(huán)形網(wǎng)，總線型網(wǎng)，混合型網(wǎng)

14、等，按照控制方式分為：以太網(wǎng)，F(xiàn)DDI網(wǎng)和令牌網(wǎng)。早期使用集線器形成總線式以太網(wǎng)或共享式以太網(wǎng)。現(xiàn)在流行用交換機(jī)構(gòu)成交換式以太網(wǎng)，以太網(wǎng)中，每臺(tái)終端設(shè)備通過(guò)網(wǎng)卡和網(wǎng)線（雙絞線）鏈接到集線器或者轉(zhuǎn)換機(jī)中。無(wú)線局域網(wǎng)：主要是2.4GHz和5.8GHZ兩個(gè)頻段。采用IEEE802.11（俗稱wifi）。IEEE802.11n能將傳輸速率提升到108Mb/s甚至更高，近些年使用的IEEE802.11ac協(xié)議能將傳輸速率提高到1000MB/S。無(wú)線接入點(diǎn)稱為（WAP或AP）。無(wú)線接收點(diǎn)稱為終端，需要配置網(wǎng)卡。IP協(xié)議與路由器IP地址：為使計(jì)算機(jī)統(tǒng)一編制，解決這個(gè)問(wèn)題就要用TCP/IP中的IP協(xié)議。IP地

15、址第四版，又32位二進(jìn)制構(gòu)成，能形成36個(gè)IP地址可以使用。但是現(xiàn)在已經(jīng)幾乎分配完，開(kāi)始使用IPV6，為128位二進(jìn)制構(gòu)成?；ヂ?lián)網(wǎng)接入技術(shù)：1）ADSL接入（通過(guò)固定電話的本地環(huán)路，接入互聯(lián)網(wǎng)）。2）有線電視網(wǎng)接入3）光纖入網(wǎng)4）無(wú)線入網(wǎng)。嵌入式處理器一、嵌入式處理器的結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)與分類（不同類型的典型嵌入式處理器及其特點(diǎn)，嵌入式處理器分類等）。嵌入式處理器的體系結(jié)構(gòu)按照指令分為兩大類：復(fù)雜指令集結(jié)構(gòu)（CISC）及精簡(jiǎn)指令集結(jié)構(gòu)（RISC）。進(jìn)一步細(xì)分，按儲(chǔ)存機(jī)制分為：馮諾依曼結(jié)構(gòu)和哈弗結(jié)構(gòu)。按字長(zhǎng)分為8位、16位、32位和64位結(jié)構(gòu)。按照不同內(nèi)核系列分為：51、AVR、PIC、MSP430、M

16、IPAS、PowerPC、MC68K、ARM等。CISC指令集結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：指令數(shù)目多且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，塔包含許多很少用的專用指令，不同指令長(zhǎng)度不一樣，執(zhí)行時(shí)間長(zhǎng)短不一。IntelX86系列使用的為CISC指令集；RISC指令集特點(diǎn)：指令數(shù)目較少，指令字長(zhǎng)統(tǒng)一，格式規(guī)整，尋址模式較為單純，指令操作簡(jiǎn)單，執(zhí)行時(shí)間短，大多能在一個(gè)周期內(nèi)完成，由于需要訪問(wèn)存儲(chǔ)器的指令執(zhí)行時(shí)間較長(zhǎng)，因此RISC處理器只采用加載和存儲(chǔ)兩種指令對(duì)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫(xiě)操作。常見(jiàn)的RISC處理器包括ARC。ARM,AVR，MIPS，PA-RISC，PowerPC和SPARC。馮諾依曼結(jié)構(gòu)：CPU與存儲(chǔ)器連接只有一套數(shù)據(jù)線、控制線、地址線。存

17、儲(chǔ)器可以放數(shù)據(jù)也可以放程序，數(shù)據(jù)和程序代碼共享同一地址空間，程序代碼可以當(dāng)作數(shù)據(jù)處理，具有較好的靈活性。哈弗結(jié)構(gòu)：使用兩個(gè)存儲(chǔ)器，分別存儲(chǔ)程序和數(shù)據(jù)，使用獨(dú)立的兩條總線，具有較高的執(zhí)行效率，許多數(shù)字信號(hào)處理器都是用哈弗結(jié)構(gòu)。除51內(nèi)核系列采用CISC指令集，其他均采用RISC指令。ARM為RISC指令，且多為哈弗結(jié)構(gòu)，一般低端的ARM為馮諾依曼結(jié)構(gòu)。除64位Cortex-A50外，均為32位結(jié)構(gòu)的嵌入式處理器內(nèi)核，目前是嵌入式處理器的領(lǐng)跑者。二、ARM處理器內(nèi)核的體系結(jié)構(gòu)（工作狀態(tài)、工作模式、寄存器組織、異常、數(shù)據(jù)類型與存儲(chǔ)格式）。主流ARM為32位處理器，主要特點(diǎn)有耗電省，功能強(qiáng)、成本低、3

18、2位和16位指令并存。技術(shù)特征：1）單周期操作（執(zhí)行在一個(gè)周期內(nèi)完成）。2）只使用加載/存儲(chǔ)指令訪問(wèn)內(nèi)存。3）指令長(zhǎng)度固定（32位和Thumb工作狀態(tài)下16位）。4）采用三地址指令格式（Thumb為二地址）。5）指令流水線技術(shù)。6）低功耗設(shè)計(jì)。ARM指令集：全部為32位指令，基本指令主要用于8位，16位，32位整數(shù)的運(yùn)算。Thumb指令集：全部是16位指令，為了減少代碼量而設(shè)計(jì)的。Thumb-2指令集既有16為指令又有32位指令。無(wú)需再Thumb狀態(tài)和ARM狀態(tài)之間切換。ARM體系中處理器有三種工作狀態(tài)：ARM狀態(tài)，Thumb狀態(tài)，調(diào)試狀態(tài)。ARM狀態(tài)：ARM處理器工作于32位指令的狀態(tài)，所有

19、指令均為32位的寬度。Thumb狀態(tài)：ARM執(zhí)行16位指令的狀態(tài)，在Thumb狀態(tài)下，代碼密度變大，占用內(nèi)存空間減小，提供比32為程序代碼更佳的效果，但有些特殊情況如異常處理就必須執(zhí)行32位ARM狀態(tài)下的ARM指令,如果為Thumb狀態(tài)就必須切換到ARM狀態(tài)。對(duì)于具有Thumb-2指令集的處理器，Thumb狀態(tài)就是運(yùn)行Thumb-2的狀態(tài)，除Cortex-M系列的處理器外，所有ARM處理器復(fù)位后只處于ARM狀態(tài)，如果需要，則切換到thumb狀態(tài)，Cortex-M只有Thumb-2指令集，所有，只有Thumb狀態(tài)和調(diào)試狀態(tài)。調(diào)試狀態(tài)：處理器停機(jī)時(shí)進(jìn)入調(diào)試狀態(tài)。ARM狀態(tài)和Thumb狀態(tài)的切換：通

20、過(guò)執(zhí)行BX指令，將操作數(shù)寄存器的最低位設(shè)置為1,則，ARM狀態(tài)進(jìn)入thumb狀態(tài)，如果操作數(shù)存儲(chǔ)器最低位設(shè)置為0則進(jìn)入ARM狀態(tài)。ARM的工作模式：用戶模式User,快速中斷模式FIQ,外部中斷模式IRQ,管理模式SVC,中止模式ABT，未定義指令模式UND，系統(tǒng)模式SYS。工作模式之間可以相互切換，但是是有條件，當(dāng)處理器工作于用戶模式時(shí)，除非發(fā)生異常，否則不會(huì)改變模式。當(dāng)發(fā)生異常的時(shí)候，將進(jìn)入相應(yīng)的工作模式。當(dāng)處理器處于系統(tǒng)模式時(shí)，用指令向CPSRM4:M0寫(xiě)入特定的值，則進(jìn)入相應(yīng)的模式。ARM的寄存器組織：ARM共有37個(gè)寄存器，包括31個(gè)通用寄存器，和6個(gè)狀態(tài)寄存器。ARM狀態(tài)下的寄存器

21、組織：R15作為PC使用，二是CPSR為當(dāng)前程序狀態(tài)寄存器；三是R7-R0為公用的通用寄存器。狀態(tài)寄存器共六個(gè)：當(dāng)前程序狀態(tài)寄存器CPSR外還有分組的備份程序寄存器SPSR（共五個(gè)）。Thumb狀態(tài)下的寄存器組是ARM狀態(tài)下寄存器組的子集，高位寄存器R8-R12在Thumb狀態(tài)下不可見(jiàn)的，但是在thumb-2下可以使用。即R8-R12在16位下不可使用。ARM處理器異常:程序在正常執(zhí)行的過(guò)程中，每執(zhí)行一條指令,PC+4,而thumb指令PC+2;復(fù)位RESET，優(yōu)先級(jí)為1；工作模式為：管理模式；異常向量地址：0 x00000000；異常向量的地址范圍為：0 x00000000-0 x00000

22、01F;7種異常中斷，分為6種中斷優(yōu)先級(jí)，級(jí)別最高的是復(fù)位。ARM存儲(chǔ)器看作從0 x00000000地址開(kāi)始的以字節(jié)為單位的線性陣列，每個(gè)數(shù)據(jù)字32位，占用4字節(jié)的空間。作為32位ARM存儲(chǔ)器，最大尋址范圍為4GB。有兩種方法存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，一種為大端：高字節(jié)數(shù)據(jù)放在低位，一種為小端高字節(jié)數(shù)據(jù)放在低位。系統(tǒng)復(fù)位時(shí)，一般自動(dòng)默認(rèn)為低位。32位ARM處理器支持字節(jié)數(shù)據(jù)，半字?jǐn)?shù)據(jù)，字?jǐn)?shù)據(jù)。如果為ARM指令，則必須固定長(zhǎng)度。以字為邊界對(duì)其，如果為Thumb指令，則以兩字節(jié)為邊界對(duì)其。ARM處理器中的MMU,能把系統(tǒng)中不同類型的存儲(chǔ)器進(jìn)行統(tǒng)一管理，通過(guò)地址映射，是需要連續(xù)地址空間的軟件可以運(yùn)行在不連續(xù)的虛擬存

23、儲(chǔ)器技術(shù)oMPU為存儲(chǔ)器保護(hù)單元，它提供了簡(jiǎn)單代替MMU的方法來(lái)管理存儲(chǔ)器。三、典型ARM處理器內(nèi)核（ARM9,Cortex-A,Cortex-M,Cortex-R等的技術(shù)特點(diǎn)與應(yīng)用領(lǐng)域）。ARM處理器分類：ARM7、ARM9、ARM11系列的經(jīng)典ARM處理器、ARMCortex嵌入式處理器、ARMCortex實(shí)時(shí)嵌入式處理器，ARMCortex應(yīng)用處理器以及ARM專家處理器。Cortex-A,面向高端應(yīng)用的處理器，簡(jiǎn)稱應(yīng)用處理器；Cortex-R面向?qū)崟r(shí)控制應(yīng)用的處理器；Cortex-M面向微控制器的處理器；-R為實(shí)時(shí)嵌入式處理器，-M為嵌入式處理器。ARM9:它為微控制器，采用哈弗結(jié)構(gòu)，廣

24、泛應(yīng)用于工業(yè)，自動(dòng)控制，通信領(lǐng)域。指令執(zhí)行分為：取指令，指令譯碼，執(zhí)行指令運(yùn)算，Cache/存儲(chǔ)器訪問(wèn)、結(jié)果寫(xiě)回寄存器。CortexM0，采用馮氏結(jié)構(gòu)，僅有56條Thumb指令，為物聯(lián)網(wǎng)提供了高效的連接和管理。Cortex-M3采用哈弗結(jié)構(gòu)，支持Thumb-2指令集的子集，面向電動(dòng)機(jī)控制，汽車，電源管理，嵌入式音頻。Cortex-R特點(diǎn)：高性能，實(shí)時(shí)處理，安全，低成本，應(yīng)用于汽車電子，硬盤驅(qū)動(dòng)控制，手機(jī)等領(lǐng)域，實(shí)時(shí)性要求苛刻。Cortex-A適應(yīng)于有高計(jì)算要求，智能手機(jī)，上網(wǎng)本，智能本，美國(guó)的蘋果公司，韓國(guó)的三星所使用的Soc芯片，大多采用其為CPU內(nèi)核，需運(yùn)行功能豐富的操作系統(tǒng)和圖片顯示領(lǐng)域

25、。四、ARM處理器指令系統(tǒng)及匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)（指令格式，尋址格式、指令集、偽指令、語(yǔ)句格式與程序結(jié)構(gòu)、ARM匯編語(yǔ)言與C的混合編程）。（僅介紹ARM指令集，無(wú)Thumb和Thumb-2指令集）ARM指令集使用標(biāo)準(zhǔn)的，固定長(zhǎng)度的32位指令格式，所以ARM指令都使用4位的條件編碼來(lái)決定是否執(zhí)行。ARM是RISC結(jié)構(gòu)，因此ARM處理器的指令集是加載/存儲(chǔ)型的，即處理類的指令僅能處理寄存器的數(shù)據(jù)。ARM指令集分為：分支指令，數(shù)據(jù)處理指令，程序狀態(tài)寄存器處理指令，加載/存儲(chǔ)指令，協(xié)處理器指令和異常產(chǎn)生指令。數(shù)據(jù)處理指令：ADC（帶進(jìn)位加法）、ADD（加）AND（與）BIC（位清零）、CMN（比較反值指令

26、）、CMP（比較）、EOR（異或）、MLA（乘加運(yùn)算）、MOV（數(shù)據(jù)傳送）、MUL（32位乘法）、MLA（32位乘加）、MVN（數(shù)據(jù)取反傳送指令）、ORR（或）RSB（逆向減法）、RSC（帶進(jìn)位逆向減法）、SBC（帶進(jìn)位減法）、SUB（減法）、SWP（交換）、TEQ（相等測(cè)試）、TST（位測(cè)試）。分支類：B（跳轉(zhuǎn)）、BL（帶返回跳轉(zhuǎn)）、BLX（帶返回且狀態(tài)切換跳轉(zhuǎn)）、BX（帶狀態(tài)切換跳轉(zhuǎn)）。協(xié)處理指令：CDP（協(xié)處理器操作指令）、MRC（協(xié)寄存器-寄存器）、MCR（寄存器-協(xié)寄存器）STC（協(xié)寄存器寫(xiě)入存儲(chǔ)器）。加載存儲(chǔ)指令：LDC（存儲(chǔ)器到協(xié)處理器數(shù)據(jù)傳送）、LDM（加載多個(gè)寄存器指令）ST

27、M（批量?jī)?nèi)存寫(xiě)入指令）、STR（寄存器到存儲(chǔ)器）、LDR（存儲(chǔ)器到寄存器）、異常產(chǎn)生指令：BKPT（斷點(diǎn)中斷指令）、SWI（軟件中斷）。程序狀態(tài)寄存器：MRS（從GPSR或SPSR內(nèi)容，傳到通用寄存器）、MSR（從通用寄存器傳到CRSR或SPSP）。對(duì)于ARM指令集:#imm8m表示一個(gè)8位立即數(shù)經(jīng)循環(huán)右移偶數(shù)次位形成的32位操作數(shù)。對(duì)于Thumb指令集:#imm8m表示一個(gè)8位立即數(shù)循環(huán)左移任意次位形成的32位立即數(shù)。!:更新基址寄存器，:復(fù)制SPSR到CPSRARM尋址方式：立即尋址，寄存器尋址，寄存器間接尋址，基址加變址尋址，相對(duì)尋址，堆棧尋址，塊拷貝尋址。堆棧尋址：先進(jìn)后出，滿堆棧：堆

28、棧指針指向最后壓入堆棧的數(shù)據(jù)?？斩褩＃褐羔樦赶?qū)⒁艛?shù)據(jù)的空位置。還有遞增、遞減堆棧，有小地址升為大地址，為遞增堆棧，由大地址降為小地址為，遞減堆棧。塊拷貝尋址：LDMIAR0,R1,R2,R3,R4;R0-R1;R0+4-R2SDMIAR0,R1,R2,R3,R4;R0-R1;R0+4-R2EQ：Z置位，比較相等；NE:Z清零，比較不相等；CS：C置位，無(wú)符號(hào)數(shù)大于或等于。CC：C清零，無(wú)符號(hào)數(shù)小于。嵌入式系統(tǒng)硬件組成一、了解嵌入式系統(tǒng)硬件主要組成部分，熟悉嵌入式最小系統(tǒng)，典型嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)的硬件組成。嵌入式硬件系統(tǒng)由：嵌入式處理器、存儲(chǔ)器、I/O接口等構(gòu)成。從系統(tǒng)運(yùn)行的角度，嵌入式硬件系統(tǒng)

29、可以分為嵌入式最小系統(tǒng)和典型嵌入式硬件系統(tǒng)。嵌入式最小系統(tǒng)：嵌入式處理芯片本身是不工作的，必須給它供電，加上時(shí)鐘信號(hào)，提供復(fù)位電路，如果無(wú)片內(nèi)程序存儲(chǔ)器的，還要擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器，這樣嵌入式處理芯片才能工作，再加上調(diào)試測(cè)試接口（實(shí)際工作無(wú)作用），這些硬件共同構(gòu)成了嵌入式最小系統(tǒng)。嵌入式最小系統(tǒng)的電源電路常用的電源模塊：交流變直流（AC-DC）模塊，直流到直流（DC-DC）模塊，以及低壓差穩(wěn)壓器。時(shí)鐘電路：嵌入式處理其本質(zhì)上均為同步時(shí)序電路。復(fù)位電路:嵌入式處理器都有一個(gè)系統(tǒng)復(fù)位引腳位nRESET和RESET，表示低電平有效，一般情況下，必須保持若干個(gè)處理器時(shí)鐘周期的低電平。測(cè)試接口：JTAG測(cè)試接

30、口。典型嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)硬件構(gòu)成：最小硬件系統(tǒng)，前向通道（輸入接口），后向通道（輸出接口），人機(jī)交互通道（鍵盤或觸摸屏輸入輸出接口）以及相互互聯(lián)通信通道（串行通信接口，CAN通信接口，以太網(wǎng)通信接口，USB通信接口）。二、了解ARM片內(nèi)總線AMBA及特點(diǎn)，ARM處理芯片的片內(nèi)硬件組成，熟悉硬件主要組成的功能及用途、廠商、典型的ARM芯片系列及特點(diǎn)，掌握嵌入式處理器的選取原則，能根據(jù)要求選擇合適的ARM芯片。AMBA：為了連接ARM內(nèi)核與處理器芯片中的其他各種組件，ARM規(guī)定了總線規(guī)范，名為微控制器總線體系結(jié)構(gòu)AMBA，包括系統(tǒng)總線（ASB），和外圍總線（APB），兩者通過(guò)橋接器連接。存儲(chǔ)器及控制

31、器：片內(nèi)程序存儲(chǔ)器通常用的是FlashROM（幾KB到幾MB不等），片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器通常用：SRAM（幾KB到幾百KB）；高帶寬外部存儲(chǔ)控制接口位外部存儲(chǔ)器擴(kuò)展提供了接口，可以擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，目前程序存儲(chǔ)使用FlashROM，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器使用SRAM或DDR或DDR2或普通的DRAM。中斷控制器：負(fù)責(zé)對(duì)其他硬件組件的中斷請(qǐng)求進(jìn)行管理和控制，一般采用向量中斷VIC（區(qū)分中斷優(yōu)先級(jí)），和嵌套向量中斷VIC（區(qū)分中斷優(yōu)先級(jí)的同時(shí)，允許高優(yōu)先級(jí)搶占低優(yōu)先級(jí)處理）。DMA控制器（直接存儲(chǔ)器訪問(wèn)控制器）：可以將數(shù)據(jù)塊從外設(shè)傳輸至內(nèi)存，從內(nèi)存?zhèn)鬏斨镣庠O(shè)，數(shù)據(jù)的傳輸過(guò)程中不需要訪問(wèn)CPU。電源管理與時(shí)

32、鐘控制器：電源管理模式：正常工作模式、慢時(shí)鐘模式、空閑模式、掉電模式、休眠模式、深度休眠模式等控制不同組件的功耗。時(shí)鐘控制器：負(fù)責(zé)對(duì)時(shí)鐘的分配產(chǎn)生不同頻率的時(shí)鐘供組件使用。GPIO：即輸入輸出端口，對(duì)輸入有緩沖作用，對(duì)輸出有鎖存作用。GPIO可以作為雙向I/O使用。GPIO引腳通常是多功能使用的，目的是為了減少芯片引腳數(shù)。定時(shí)計(jì)數(shù)組件：包括看門狗定時(shí)器（WDT）,Timer通用定時(shí)器，RTC、脈沖寬度調(diào)制器（PWM）。WDT：當(dāng)處理器進(jìn)入錯(cuò)誤狀態(tài)后，在一定時(shí)間內(nèi)復(fù)位，保證系統(tǒng)的運(yùn)行。Timer通用定時(shí)器，一般用于定時(shí)。RTC提供年月日時(shí)分秒，是系統(tǒng)具有自己的日期和時(shí)間。PWM用于脈沖寬度的調(diào)制

33、。定時(shí)器對(duì)特點(diǎn)輸入的時(shí)鐘通過(guò)分頻夠接入計(jì)數(shù)器，加1或者減一計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)達(dá)到初值的時(shí)候就會(huì)引發(fā)一個(gè)中斷來(lái)產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)，或者特定的波形。模擬通道組件（ADC，DAC,比較器）：完成從模擬信號(hào)到數(shù)字信號(hào)的變換，或者數(shù)字信號(hào)到模擬信號(hào)的變換，比較器可方便的對(duì)模擬電壓信號(hào)等于基準(zhǔn)信號(hào)比較?；ヂ?lián)通信組件（UART、廠2C、SPI、CAN、USB、Ethernet）：通用異步收發(fā)器（UART）為串行通信接口，字符格式按照低位在前，高位在后的次序進(jìn)行傳輸，1位起始位，5-8位位數(shù)據(jù)位，1位校驗(yàn)位，1-2位停止位，應(yīng)用最廣泛的串行通信接口。廠2C是集成電路互聯(lián)的一種總線標(biāo)準(zhǔn)，兩根信號(hào)線，一根時(shí)鐘線（SCL），一根

34、數(shù)據(jù)線（SDA雙向三態(tài)），用于板級(jí)芯片短距離低速通信。廠2S面度多媒體應(yīng)用的音頻串行總線，主要針對(duì)數(shù)字音頻設(shè)備。SPI：串行外設(shè)接口，使MCU與各種外設(shè)以串行方式通信。CAN控制器局域網(wǎng)：主要用于多機(jī)通信，抗干擾能力強(qiáng)的工業(yè)控制領(lǐng)域。USB：通用串行接口，主要應(yīng)用與外部設(shè)備短距離傳輸，速度快，效率高。Ethernet：是以太網(wǎng)通信接口。嵌入式處理芯片的選型應(yīng)該遵循的原則：1性價(jià)比原則，2參數(shù)選擇原則（ARM內(nèi)核，系統(tǒng)時(shí)鐘頻率，芯片內(nèi)部存儲(chǔ)器的容量，片內(nèi)外圍電路）。三、熟悉嵌入式系統(tǒng)存儲(chǔ)層次結(jié)構(gòu)及分類，了解片內(nèi)、片外及外部存儲(chǔ)器和內(nèi)存儲(chǔ)器的主要性能指標(biāo)。嵌入式存儲(chǔ)器有多種類型：按照存取特性可分為

35、：隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（RAM）和只讀存儲(chǔ)器（ROM），按照物理位置分為：片內(nèi)存儲(chǔ)器和片外存儲(chǔ)器以及外部存儲(chǔ)設(shè)備。按照存儲(chǔ)信息不同分為：程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，在嵌入式系統(tǒng)中，把片內(nèi)存儲(chǔ)器及片外擴(kuò)展的存儲(chǔ)器（片外存儲(chǔ)器）簡(jiǎn)稱主存儲(chǔ)器或主存，而把外部存儲(chǔ)設(shè)備稱為輔助存儲(chǔ)器。速度：通用寄存器，高速緩沖存儲(chǔ)器（Cache），主存儲(chǔ)器，外部存儲(chǔ)器。隨機(jī)存取存儲(chǔ)器分為靜態(tài)和動(dòng)態(tài)：SRAM和DRAM，他們都是易失性存儲(chǔ)器，目前嵌入式內(nèi)嵌的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器基本都采用SRAM。而外部擴(kuò)展的存儲(chǔ)器基本采用DRAM（DRAM速度比CPU慢很多）。近幾十年，人們不斷對(duì)DRAM改進(jìn)，創(chuàng)新了DDRSDRAM（上升沿下降沿觸發(fā)提高了

36、速率。）,DDR2SRAM（保持原來(lái)的，還擴(kuò)展了數(shù)據(jù)預(yù)讀能力）。只讀存儲(chǔ)器經(jīng)歷了掩模存儲(chǔ)器（信息不可改變），可編程存儲(chǔ)器（一次可編程只讀存儲(chǔ)器）紫外線可擦除可編程存儲(chǔ)器，電可擦出存儲(chǔ)器，閃速存儲(chǔ)器（FlashRom）:分為NORFlash和NANDFlash。NANDFlashROM以頁(yè)（行）為單位隨機(jī)存儲(chǔ)，在容量和使用，壽命，成本方面有很大優(yōu)勢(shì)，但是讀出速度慢，編程較為復(fù)雜，因此用作數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，比如數(shù)碼相機(jī)，MP3隨身聽(tīng)記憶卡等。NORFlashROM以字節(jié)為單位存儲(chǔ)，這樣應(yīng)用程序可以直接在FlashRom中執(zhí)行，不必把程序預(yù)讀在RAM中，但是NORFlash寫(xiě)入和擦出速度比較慢，影響其性能

37、。鐵存儲(chǔ)器：（既有ROM的非易失性特點(diǎn)，又有RAM的快速隨機(jī)讀寫(xiě)特點(diǎn)）。磁性存儲(chǔ)器：具有SRAM的高速存取能力，又有DRAM的高集成能力。存取時(shí)間：是指從CPU給出有效的存儲(chǔ)器地址開(kāi)始到存儲(chǔ)器讀出數(shù)據(jù)。帶寬：存儲(chǔ)器帶寬指每秒可傳輸?shù)淖畲髷?shù)據(jù)量。存儲(chǔ)器帶寬與存儲(chǔ)器總線頻率有關(guān)，也與數(shù)據(jù)位數(shù)和每個(gè)總線周期的傳輸次數(shù)有關(guān)。帶寬：總線頻率X數(shù)據(jù)寬度-8X傳輸次數(shù)0總線周期目前串行總線非常流行且為今后發(fā)展的主流趨勢(shì)，而串行總線按位順序傳輸，因此計(jì)算公式為：帶寬=總線頻率010。片內(nèi)存儲(chǔ)器：包括Cache,FlashROM,E遼PROM,SRAM。片內(nèi)Cache,減少了訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器的次數(shù)。片內(nèi)FlashROM，嵌入式系統(tǒng)就可以以最小系統(tǒng)的形式應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域。片內(nèi)SRAM,用于臨時(shí)存放系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中的數(shù)據(jù)，變量，中間結(jié)果。片內(nèi)EJPROM長(zhǎng)期保存重要數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)器。片內(nèi)FRAM，可以當(dāng)作RAM使用，又可以當(dāng)作ROM使用。片外存儲(chǔ)器：片