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嵌入式系统设计与应用[共5篇]

第一篇：嵌入式系统设计与应用第一章：嵌入式系统定义：以应用为中心，以计算机技术为基础，软硬件可裁剪，适应应用系统对功能，可靠性，成本，体积，功耗严格要求的专用计算机系统。（一切非PC计算机系统）嵌入式系统特点：“专用”计算机系统，运行环境差异很大，比通用PC系统资源少，功耗低，体积小，集成度高，成本低，具有完整的系统测试和可靠性评估体系，具有较长的生命周期，需要专用开发工具和方法进行设计，包含专用调试电路，多学科知识集成系统。嵌入式系统应用范围：汽车，工业控制，通信设备，消费电子，商业终端，航空航天，军事需求。嵌入式系统的基本开发流程：系统定义与需求分析阶段，方案设计阶段，详细设计阶段，软、硬件集成测试阶段，系统功能性测试及可靠性测试阶段。系统定义与需求分析阶段：对系统需求进行分析，制定系统的设计依据。方案设计阶段：确定系统初步设计方案并形成设计描述文档。详细设计阶段：完善初步方案，对方案实施详细设计。软硬件集成测试阶段：对系统软硬件进行综合测试，验证系统设计功能。系统功能性能测试及可靠性测试测试：对系统功能，性能，可靠性进行综合测评。对于使用操作系统的嵌入式系统来说,嵌入式系统软件结构一般包含4个层面：板级支持包层，实时操作系统(RTOS)层，应用程序接口(API)层，应用程序层。有些资料将应用程序接口API归属于OS层，按3层划分的应用程序控制系统的运作和行为；操作系统与硬件无关，不同的嵌入式操作系统其组成结构也不尽相同嵌入式操作系统种类繁多,大体分为两种：商用型和免费型商用型：VxWorks，WindowsCE，pSoS，PalmOS，OS-9，LynxOS，QNX和LYNX免费型：Linux和uC/OS—IIuC/OS—II具有执行效率高，占用空间小，可移植性及扩展性强，实施性能优良，稳定性和可靠性良好等特点。其内核采用微内核结构，将基本功能(如进程管理，存储管理，中断处理)放在内核中，留给用户一个标准API函数，并根据各个任务的优先级分配CPU时间。交叉开发环境：交叉开发是指一个通用计算机上进行软件的编辑编译，然后下载到嵌入式设备中进行调试的开发方式，它通常采用宿主机/目标机模式。第二章：RISC是精简指令集精简指令集体系结构的优点：硬连线的指令译码逻辑，便于流水线执行，大多数RISC指令为单周期执行。精简指令集处理器的优点：处理器关心面积小，开发时间缩短，开发成本降低，容易实现高性能，低成本的处理器。精简指令集体系结构缺点：与CISC相比，通常RISC的代码密度低；RISC不能执行x86代码；RISC给优化编译程序带来了困难ＡＲＭ设计采用的RISC技术特征主要有：Load/Store体系结构，固定的32位指令，3地址指令格式。ARM7TDM名称具体含义：ARM7：32位ARM体系结构4T版本；T：Thumb16位压缩指令集；D：支持片上Debug，使处理器能够停止以响应调试请求；M：增强型Multiplier，与前代相比具有较高的性能且产生64位的结果。I：EmbeddedICE硬件以支持片上断点和观察点。ARM73级流水线：（取指级，译码级，执行级）ARM9TDMI流水线操作：（取指，译码，执行，缓冲/数据，回写）5级ARM处理器核可工作两种状态：ARM状态和Thumb状态从ARM进入Thumb状态，当操作数寄存器Rm的状态位bit[0]为1时，执行“BXRm”指令进入Thumb状态从Thumb进入ARM状态，当操作数寄存器Rm的状态位bit[0]为0时，执行“BXRm”指令进入ARM状态ARM处理器工作模式（共7种）：除用户模式外的其他六种模式称为特权模式。特权模式：主要处理异常和监控调用（有时也称为软件中断），他们可以自由地访问系统资源和切换模式ARM处理器总共有37个寄存器，均为32位ARM状态下的通用寄存器分为3类：未分组寄存器:R0~~R7（为公用寄存器）分组寄存器：R8~~R14R13通常用于堆栈指针SPR14用做子程序链接寄存器程序计数器：R15(PC)用做程序计数器ARM程序状态寄存器中条件码标志（NZCV）N——在结果是带符号的二进制补码的情况下，结果为负，N=1否则为0Z——结果为0Z=1否则为0C——针对加法：产生进位C=1否则为0针对减法：产生借位C=0否则为1针对有移位操作的非加减法指令C为移位操作中最后移出位的值对于其他指令C通常不变V——对于加减法指令操作数和结果为带符号的整数时，产生溢出V=1否则为0对于其他指令V通常不发生变化ARM的异常中断响应过程：一：将CPSR的内容保存到将要执行的异常中断对应的SPSR中，以实现对处理器当前状态，中断屏蔽字以及各条件标志位的保存。二：设置当前状态寄存CPSR中的相应位：设置CPSR模式控制位CPSR[4:0