1、嵌入式系统的定义:在系统中有些计算机是作为某个专用系统中的一个部件而存在的，像这样“嵌入”到更大、专用的系统中的计算机系统，称之为“嵌入式计算机” 、 “嵌入式计算机系统”或“嵌入使系统” 。嵌入式系统的组成：:通常由嵌入式处理器、外围设备、嵌入式操作系统和应用软件等几大部分组成。 实时系统(Real Time System):是指产生系统输出的时间对系统至关重要的系统。从输入到输出的滞后时间必须足够小到一个可以接受的时限内。 实时系统的分类:根据响应时间可分为 3 种类型：1强实时系统 2弱实时系统 3一般实时系统根据确定性可分为 2 种类型：1硬实时系统 2软实时系统实时操作系统(RTOS
2、)是具有实时性且能支持实时控制系统工作的操作系统。 RTOS 与通用计算机 OS 的区别：实时性：响应速度快，只有几微秒；执行时间确定、可预测；代码尺寸小：10100KB，节省内存空间，降低成本；应用程序开发较难；需要专用开发工具：仿真器、编译器和调试器等。单片机系统、嵌入式系统和 SOC 系统三者有何区别和联系？单片机位的电子器件,内部集成 Flash、RAM、总线逻辑、定时器/ 计数器、WatchDog、I/O，串行口、脉宽调制输出、A/D，D/A 等各种必要的功能模块和外围部件。SoC 就是 System on Chip，SoC 是一种基于 IP（Intellectual Propert
3、y）核嵌入式系统设计技术。它结合了许多功能区块，将功能做在一个芯片上，ARM RISC、MIPS RISC、DSP 或是其他的微处理器核心，加上通信的接口单元交叉开发环境:是指实现编译、链接和调试应用程序代码的环境与运行应用程序的环境不同，它分散在有通信连接的宿主机与目标机环境之中。宿主机(Host) 是一台通用计算机，一般是 PC 机。它通过串口或网络连接与目标机通信。目标机(Target) 可以是嵌入式应用软件的实际运行环境，也可以是能替代实际环境的仿真系统。嵌入式系统的调试方法：1源程序模拟器方式 2监控器方式 3仿真器方式源程序模拟器(Simulator)是在 PC 机上，通过软件手段
4、模拟执行为某种嵌入式处理器编写的源程序的测试工具。监控器(Monitor)调试方式需要目标机与宿主机协调。首先，在宿主机和目标机之间通过串口、以太口等建立物理连接，然后在宿主机上运行调试器，目标机运行监控程序和被调试程序，从而建立宿主机与目标机的逻辑连接。宿主机通过调试器与目标机的监控器建立通信连接，它们相互间的通信遵循远程调试协议。仿真器调试方式是在微处理器的内部嵌入额外的控制模块。当特定的触发条件满足时，系统将进入某种特殊状态。在这种状态下，被调试的程序暂时停止运行，宿主机的调试器通过微处理器外部特设的通信口访问各种寄存器、存储器资源，并执行相应的调试指令。BSP（板级支持包）由于嵌入式系
5、统中采用微处理器微控制器的多样性，嵌入式操作系统的可移植性显得更加重要。所以有些嵌入式操作系统的内核明确分成两层，上层一般称为“内核” ，而低层则称为“硬件抽象层” ，即 BSP。板级支持包的主要功能包括两部分：在系统启动时，对硬件进行初始化 为驱动程序提供访问硬件的手段ARM 即 Advanced RISC Machines 的缩写ARM 处理器的三大特点是：耗电少、成本低、功能强；16 位/32 位双指令集；全球众多合作伙伴保证供应。ARM 体系结构的特点：高的指令吞吐率出色的实时中断响应体积小、性价比高的处理器宏单元ARM 内含 37 个寄存器，其中：31 个通用 32 位寄存器6 个状
6、态寄存器 指令执行的阶段计算机中的 1 条指令的执行可以分若干个阶段： 取指，从存储器中取出指令(fetch)； 译码，指令译码(dec)： 取操作数，假定操作数从寄存器组中取(reg)； 执行运算(ALU)； 存储器访问，操作数与存储器有关(mem)； 结果写回寄存器(res)。 ARM7 体系结构的 3 级流水线:采用了 3 级流水线，分为取指，译码和执行。ARM9 体系结构的 5 级流水线5 级流水线把存储器的取指与数据存取分开，增加了 I-Cache 和 D-Cache 以提高存储器存取的效率，增加了数据写回的专门通路和寄存器，以减少数据通路冲突。这样，5 级流水线分为：取指、指令译码
7、、执行、数据缓存和写回。 ARM AMBA 接口ARM 处理器也可以通过先进微控制器总线架构 AMBA(Advanced Microcontroller Bus Architecture)来扩展不同体系架构的宏单元及 I/O 部件。AMBA 事实上已成为片上总线OCB(On Chip Bus)标准。AMBA 包括以下三类总线：先进高性能总线 AHB先进系统总线 ASB先进外围总线 APBARM7TDMI 名字原义如下：ARM7 ARM6 32 位整数核的 3V 兼容的版本；T 16 位压缩指令集 Thumb;D 在片调试（Debug ）支持，允许处理器响应调试请求暂停；M 增强型乘法器（Mul
8、tiplier） ，与以前处理器相比性能更高，产生全 64 位结果；I 嵌入式 ICE 硬件提供片上断点和调试点支持。主要特点采用了 3 级流水线结构，指令执行分为取指、译码和执行等 3 个阶段；ARM9TDMI主要特点采用指令和数据分离访问的方式，即采用了指令 Cache 和数据 Cache。用专门硬件来直接完成 ARM 与 Thumb 指令的译码。ARM9TDMI 也有协处理器接口，允许在芯片增加浮点、数字信号处理或其他专用的协处理器。ARM9TDMI 也提供相应的软核。ARM9E-S 是具有 DSP 功能的能执行 v5TE 版ARM 指令的 ARM9TDMI 软核，当然其芯片面积要增加
9、30。在 ARM9 流水线设计中，增加专用流水段用于存储器访问和将结果写回到寄存器组。而且，寄存器读也移到译码段。这些改变通过减少在单一时钟周期内操作最大的逻辑数目，允许更高的时钟频率。 ARM920T 处理器核是在 ARM9TDMI 处理器内核基础上，增加了分离式的指令 Cache 和数据 Cache，并带有相应的存储器管理单元 I-MMU 和 D-MMU、写缓冲器及 AMBA 接口等。ARM 处理器支持下列数据类型：Byte 字节, 8 位；Halfword 半字, 16 位（半字必须与 2 字节边界对准） ；Word 字,32 位（字必须与 4 字节边界对准） 。处理器 模 式 说 明用
10、户 usr 正常程序执行模式FIQ fiq 支持高速数据传送或通道处理IRQ irq 用于通用中断处理管理 svc 操作系统保护模式中止 abt 实现虚拟存储器和/或存储器保护未定义 und 支持硬件协处理器的软件仿真系统 sys 运行特权操作系统任务ARM 体系结构支持 7 种处理器模式 。处理器模式 说明用户 usr 正常程序执行模式FIQ Fiq 支持高速数据传送或通道处理IRQ irq 用于通用中断处理管理 svc 操作系统保护模式中止 abt 实现虚拟存储器和/或存储器保护未定义 und 支持硬件协处理器的软件仿真系统 sys 运行特权操作系统任务硬件启动程序的工作一般包括：（1）
11、分配中断向量表（2） 初始化存储器系统（3） 初始化各工作模式下的堆栈（4） 初始化有特殊要求的硬件模块（5） 初始化用户程序的执行环境（6） 切换处理器的工作模式（7） 呼叫主应用程序C 语言与汇编语言混合编程应遵守的规则在 C 程序和 ARM 汇编程序之间相互调用时必须遵守 ATPCS 规则。ATPCS 规定了一些子程序间调用的基本规则，比如：寄存器的使用规则子程序之间通过寄存器 r0r3 来传递参数，当参数个数多于 4 个时，使用堆栈来传递参数。在子程序中，使用寄存器 r4 r11 保存局部变量。寄存器 r12 用于保存堆栈指针 SP，当子程序返回时使用该寄存器出栈，记作 IP。寄存器r
12、13 用作堆栈指针，记作 SP。寄存器 r14 称为链接寄存器，记作 LR。该寄存器用于保存子程序的返回地址。寄存器 r15 称为程序计数器，记作 PC。 堆栈的使用规则堆栈采用满递减类型（FD，Full Descending） ，即堆栈通过减小存储器地址而向下增长，堆栈指针指向内含有效数据项的最低地址。 参数的传递规则整数参数的前 4 个使用 r0r3 传递，其他参数使用堆栈传递；浮点参数使用编号最小且能够满足需要的一组连续的 FP 寄存器传递参数子程序的返回结果为一个 32 位整数时，通过 r0 返回；返回结果为一个 64 位整数时，通过r0 和 r1 返回；依此类推。结果为浮点数时，通过
13、浮点运算部件的寄存器 F0、D0 或 S0 返回汇编程序调用 C 程序的方法为：首先在汇编程序中使用 IMPORT 伪指令事先声明将要调用的 C 语言函数；然后通过 BL 指令来调用 C 函数。 例如在一个 C 源文件中定义了如下求和函数：int add(int x,int y)return(x+y);调用 add()函数的汇编程序结构如下： IMPORT add ;声明要调用的 C 函数MOV r0,1MOV r1,2BL add ;调用 C 函数 addC 程序调用汇编子程序的方法为：首先在汇编程序中使用 EXPORT 伪指令声明被调用的子程序，表示该子程序将在其他文件中被调用；然后在 C
14、 程序中使用 extern 关键字声明要调用的汇编子程序为外部函数。 例如在一个汇编源文件中定义了如下求和函数：EXPORT add ;声明 add 子程序将被外部函数调用add ;求和子程序 addADD r0,r0,r1MOV pc,lr在一个 C 程序的 main()函数中对 add 汇编子程序进行了调用：extern int add(int x,int y); /声明 add 为外部函数void main()int a=1,b=2,c;c=add(a,b); /调用 add 子程序S3C2410A 的 I/O 口工作原理 接口：是微处理器（CPU）与外界的连接部分（电路） ，是 CPU
15、 与外界世界进行信息交换的中转站。接口技术研究的是 CPU 如何与外部世界进行最佳耦合与匹配，以实现双方高效、可靠地进行信息交换的技术。端口：在接口电路中通常包含若干个寄存器，数据传送时，不同的信息送入不同的寄存器，能够用 IN/OUT 指令对其进行读 /写操作的寄存器称为端口寄存器，简称 “端口”端口分类：数据端口、状态端口和控制端口与配置 I/O 口相关的寄存器包括：端口控制寄存器（GPACON GPHCON）端口数据寄存器（GPADATGPHDAT）端口上拉寄存器（GPBUP GPHUP）杂项控制寄存器外部中断控制寄存器（EXTINTN）ARM 系统包括两类中断：一是 IRQ 中断，一是
16、 FIQ 中断。处理中断的步骤如下：(1)保存现场。保存当前的 PC 值到 R14，保存当前的程序运行状态到 SPSR。(2)模式切换。根据发生的中断类型，进入 IRQ 模式或 FIQ 模式。(3)获取中断源。以异常向量表保存在低地址处为例，若是 IRQ 中断，则 PC 指针跳到 0x18处；若是 FIQ 中断，则跳到 0x1C 处。IRQ 或 FIQ 的异常向量地址处一般保存的是中断服务子程序的地址，所以接下来 PC 指针跳入中断服务子程序处理中断。(4)中断处理。为各种中断定义不同的优先级别，并为每一个中断设置一个中断标志位。当发生中断时，通过判断中断优先级以及访问中断标志位的状态来识别到
17、底哪一个中断发生了。进而调用相应的函数进行中断处理。(5)中断返回，恢复现场。当完成中断服务子程序后，将 SPSR 中保存的程序运行状态恢复到 CPSR 中，R14 中保存的被中断程序的地址恢复到 PC 中，进而继续执行被中断的程序。通过对 G 口的操作控制 CPU 板左下角的 LED1 和 LED2 实现轮流闪烁。void Main(void)int flag, i;Target_Init(); /进行硬件初始化操作，包括对 I/O 口的初始化操作for(;)if(flag=0)for(i=0;i1000000;i+); /延时rGPGCON = rGPGCON /配置第 8、第 9 位为输出引脚rGPGDAT = rGPGDAT /第 8 位输出为低电平 第 9 位输出高电平for(i=0;i10000000;i+); /延时flag = 1;else for(i=0;i1000000;i+); /延时rGPGCON = rGPGCON /配置第 8、第 9 位为输出引脚rGPGDAT = rGPGDAT /第 8 位输出为高电平 第 9 位输出低电平for(i=0;i1000000;i+); /延时flag = 0; S3C2410A 能够接收 56 个中断请求，但只有 32 个中断信号（引脚。 ）
