嵌入式ARM系統(tǒng)原理與實(shí)例開發(fā)(第二版).ppt

1、嵌入式ARM系統(tǒng)原理與實(shí)例開發(fā),北京大學(xué)出版社出版 楊宗德編著 2007年7月,1,2,ARM處理器概述,ARM硬件體系結(jié)構(gòu),3,ARM處理器內(nèi)部結(jié)構(gòu),第2章嵌入式ARM處理器與開發(fā)工具,4,開發(fā)工具與開發(fā)流程介紹,2020/7/31,北京大學(xué)出版社出版,3,ARM Ltd,成立于1990年11月 前身為 Acorn計(jì)算機(jī)公司 Advance RISC Machine(ARM) 主要設(shè)計(jì)ARM系列RISC處理器內(nèi)核 授權(quán)ARM內(nèi)核給生產(chǎn)和銷售半導(dǎo)體的合作伙伴 ARM 公司不生產(chǎn)芯片 IP(Intelligence Property) 另外也提供基于ARM架構(gòu)的開發(fā)設(shè)計(jì)技術(shù) 軟件工具, 評估板,

2、 調(diào)試工具,應(yīng)用軟件, 總線架構(gòu), 外圍設(shè)備單元，等等,2020/7/31,北京大學(xué)出版社出版,4,ARM,Partner,OEM Customer,ARM的業(yè)務(wù)模型,2020/7/31,北京大學(xué)出版社出版,5,命名的含義,1,2,ARM處理器概述,ARM硬件體系結(jié)構(gòu),3,ARM處理器內(nèi)部結(jié)構(gòu),第2章嵌入式ARM處理器與開發(fā)工具,4,開發(fā)工具與開發(fā)流程介紹,馮諾依曼體系結(jié)構(gòu)模型,指令寄存器,控制器,數(shù)據(jù)通道,輸入,輸出,中央處理器,存儲(chǔ)器,程序,指令0,指令1,指令2,指令3,指令4,數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)0,數(shù)據(jù)1,數(shù)據(jù)2,哈佛體系結(jié)構(gòu),指令寄存器,控制器,數(shù)據(jù)通道,輸入,輸出,中央處理器,程序存儲(chǔ)器,

3、指令0,指令1,指令2,數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器,數(shù)據(jù)0,數(shù)據(jù)1,數(shù)據(jù)2,地址,指令,地址,數(shù)據(jù),CISC和RISC,CISC：復(fù)雜指令集（Complex Instruction Set Computer） 具有大量的指令和尋址方式 8/2原則：80%的程序只使用20%的指令 大多數(shù)程序只使用少量的指令就能夠運(yùn)行。,RISC：精簡指令集（Reduced Instruction Set Computer) 在通道中只包含最有用的指令 確保數(shù)據(jù)通道快速執(zhí)行每一條指令 使CPU硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)變得更為簡單,2020/7/31,北京大學(xué)出版社出版,10,ARM處理器的指令三級流水線,2020/7/31,北京大學(xué)出版社出

4、版,11,ARM處理器的指令五級流水線,1,2,ARM處理器概述,ARM硬件體系結(jié)構(gòu),3,ARM處理器內(nèi)部結(jié)構(gòu),第2章嵌入式ARM處理器與開發(fā)工具,4,開發(fā)工具與開發(fā)流程介紹,2020/7/31,北京大學(xué)出版社出版,13,ARM710 結(jié)構(gòu)框圖,2020/7/31,北京大學(xué)出版社出版,14,ARM7功能圖,2020/7/31,北京大學(xué)出版社出版,15,ARM920功能結(jié)構(gòu)圖,2020/7/31,北京大學(xué)出版社出版,16,S3C2410內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖,2020/7/31,北京大學(xué)出版社出版,17,Intel PXA270應(yīng)用系統(tǒng)框圖 示例,1,2,ARM處理器概述,ARM硬件體系結(jié)構(gòu),3,ARM處理

5、器內(nèi)部結(jié)構(gòu),第2章嵌入式ARM處理器與開發(fā)工具,4,開發(fā)工具與開發(fā)流程介紹,2020/7/31,北京大學(xué)出版社出版,19,嵌入式軟件開發(fā)的特點(diǎn)和技術(shù)挑戰(zhàn),嵌入式軟件開發(fā)需要軟硬件開發(fā)環(huán)境和工具 嵌入式軟硬件必須協(xié)同設(shè)計(jì) 需要新的任務(wù)設(shè)計(jì)方法 開發(fā)過程完成后，系統(tǒng)應(yīng)用程序代碼需要固化到系統(tǒng)中并進(jìn)行功能、性能和可靠性測試 技術(shù)挑戰(zhàn)：軟件的要求更高，開發(fā)工作量和難度更大，需要較大的知識(shí)集合,2020/7/31,北京大學(xué)出版社出版,20,嵌入式軟件開發(fā)環(huán)境,1）交叉開發(fā)環(huán)境 交叉開發(fā)軟件一般為一個(gè)整合編輯、編譯、匯編、鏈接、調(diào)試、工程管理及函數(shù)庫等功能模塊的集成開發(fā)環(huán)境IDE（Intergrated

6、Development Environment）。 所謂交叉是指在一種CPU及其環(huán)境上開發(fā)另一種CPU及其環(huán)境上運(yùn)行的程序。,2020/7/31,北京大學(xué)出版社出版,21,嵌入式軟件開發(fā)環(huán)境,2）軟件模擬環(huán)境 軟件模擬環(huán)境也稱為指令集模擬器ISS(Instruction Set Simulator) 軟件模擬不可能完全代替真正的硬件環(huán)境，這種模擬調(diào)試只能作為一種初步調(diào)試，主要是用作用戶程序的模擬運(yùn)行，用來檢查語法、程序的結(jié)構(gòu)等簡單錯(cuò)誤，用戶最終還必須在真實(shí)的硬件環(huán)境中實(shí)際運(yùn)行調(diào)試，完成整個(gè)應(yīng)用的開發(fā)。,2020/7/31,北京大學(xué)出版社出版,22,嵌入式軟件開發(fā)環(huán)境,3)評估電路板 一般用來作

7、為開發(fā)者使用的開發(fā)平臺(tái)、學(xué)習(xí)板、實(shí)驗(yàn)板，它們可以作為應(yīng)用目標(biāo)板出來之前的軟件測試、硬件調(diào)試的電路板,2020/7/31,北京大學(xué)出版社出版,23,嵌入式應(yīng)用軟件開發(fā)的基本流程,基于交叉開發(fā)環(huán)境的嵌人式應(yīng)用軟件開發(fā)主要分如下幾個(gè)步驟：開發(fā)環(huán)境的建立、源代碼編輯階段、交叉編譯和鏈接、重定位和下載、聯(lián)機(jī)調(diào)試幾個(gè)基本階段。 開發(fā)環(huán)境建立 源文件編輯階段 編譯 鏈接 下載 調(diào)試,2020/7/31,北京大學(xué)出版社出版,24,嵌入式軟件開發(fā)的可移植性和可重用性,在確保軟件的正確性、實(shí)時(shí)性的前提下，必須關(guān)注軟件的可移植性和可重用性。 嵌入式軟件與通用軟件的不同在于嵌入式應(yīng)用軟件高度依賴于目標(biāo)應(yīng)用的軟硬件環(huán)境

8、，軟件的部分任務(wù)功能函數(shù)由和處理器密切相關(guān)的匯編語言完成，可移植性差。 一個(gè)運(yùn)行良好的嵌入式軟件或其中的部分子程序可能在今后的開發(fā)中被應(yīng)用于類似的應(yīng)用領(lǐng)域。原有的代碼已被反復(fù)應(yīng)用和維護(hù)，具有更好的穩(wěn)定性。在原有的代碼上進(jìn)行移植將會(huì)減少開發(fā)的周期、提高開發(fā)效率、節(jié)約開發(fā)成本,2020/7/31,北京大學(xué)出版社出版,25,嵌入式軟件開發(fā)的可移植性和可重用性,采用下面的方法可以提高應(yīng)用軟件的可移植性和可重用性。 多用高級語言少用或者不用匯編語言 將不可移植部分局域化 提高代碼的可重用性（標(biāo)準(zhǔn)化接口）,2020/7/31,北京大學(xué)出版社出版,26,嵌入式開發(fā)的考慮要素,復(fù)雜計(jì)算與資源緊缺 用戶界面的選

9、擇 實(shí)時(shí)性 多任務(wù)多速率 制造成本 功耗 成品的體積,2020/7/31,北京大學(xué)出版社出版,27,嵌入式開發(fā)的基本流程,系統(tǒng)定義與需求分析 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的初步確立 初步設(shè)計(jì)方案性價(jià)比評估與方案評審論證 完善初步方案、初步方案實(shí)施 軟硬件集成測試 系統(tǒng)功能性能測試及可靠性測試,2020/7/31,北京大學(xué)出版社出版,28,常用嵌入式系統(tǒng)軟件開發(fā)工具,面向硬件的開發(fā)工具 如ADS 嵌入式操作系統(tǒng)開發(fā) 如GCC 面向特定操作系統(tǒng)的應(yīng)用開發(fā)工具,2020/7/31,北京大學(xué)出版社出版,29,底層開發(fā) 使用ADS軟件開發(fā)流程及調(diào)試方式圖,2020/7/31,北京大學(xué)出版社出版,30,嵌入式操作系統(tǒng)開發(fā)

10、,GCC系列工具 嵌入式操作系統(tǒng)多用C/C+開發(fā)，因此，要編譯操作系統(tǒng)內(nèi)容，一般都使用GCC系列工具。 GCC可以用來編譯uClinux、Linux、 ECOS、uC/OS-II等操作系統(tǒng)。,2020/7/31,北京大學(xué)出版社出版,31,面向特定操作系統(tǒng)的應(yīng)用工具,WinCE應(yīng)用軟件開發(fā)：如果選用的操作系統(tǒng)為WinCE，則應(yīng)用軟件需要選擇WinCE的Embeded VC開發(fā)環(huán)境。 Symbian應(yīng)用程序開發(fā)：如果開發(fā)Symbian手機(jī)應(yīng)用程序，則Symbian應(yīng)用程序開發(fā)選擇的是Symbian的C/C+集成開發(fā)環(huán)境。 Linux應(yīng)用程序開發(fā)：如果開發(fā)的是Linux應(yīng)用程序，則選擇的開發(fā)工具是L

11、inux程序開發(fā)工具（GCC/G+/GDB/Makefile）。,2020/7/31,北京大學(xué)出版社出版,32,Linux交叉編譯調(diào)試環(huán)境開發(fā)程序過程,2020/7/31,北京大學(xué)出版社出版,33,Linux交叉編譯調(diào)試環(huán)境開發(fā)程序過程,（1）程序首先在宿主機(jī)（安裝與應(yīng)用目標(biāo)板同樣內(nèi)核的Linux操作系統(tǒng)）編輯編譯，生成可執(zhí)行文件。 （2）通過網(wǎng)絡(luò)共享方式將該程序共享給目標(biāo)板，因?yàn)榇颂幨情_發(fā)Linux應(yīng)用程序，目標(biāo)板已經(jīng)移植了Linux操作系統(tǒng)，因此，可以充分利用Linux操作系統(tǒng)強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)功能，通過共享的方式的原因一方面是減少下載程序的時(shí)間，另一方面也是因?yàn)槟繕?biāo)板資源有很，盡可能少占用目標(biāo)板

12、資源的考慮。 （3）通過Linux操作系統(tǒng)遠(yuǎn)程登陸方式登陸到目標(biāo)板Linux，并在目標(biāo)板上運(yùn)行交叉調(diào)試服務(wù)器，然后在目標(biāo)板上運(yùn)行共享到目標(biāo)板的Linux應(yīng)用程序。 （4）通過交叉調(diào)用器終端訪問目標(biāo)板的交叉調(diào)試服務(wù)器，將該程序的運(yùn)行結(jié)果反饋到宿主機(jī)上，查看運(yùn)行結(jié)果是否正確。,2020/7/31,北京大學(xué)出版社出版,34,ADS1.2軟件環(huán)境開發(fā)流程,2020/7/31,北京大學(xué)出版社出版,35,ARM命令參數(shù)說明 (1.armasm匯編編譯指令,),此命令用來編譯匯編程序，其命令格式： armasm 選項(xiàng) -o 目標(biāo)文件 源文件 參數(shù)選項(xiàng)說明如下： -Errors錯(cuò)誤文件名 ;指定一個(gè)錯(cuò)誤輸出文

13、件 -I目錄 ,目錄 ;指定源文件搜索目錄 -PreDefine預(yù)定義宏 ;指定預(yù)定義的宏 -NOCache ;編譯源代碼時(shí)禁止使用Cache進(jìn)行優(yōu)化 -MaxCache ;編譯源代碼時(shí)使用Cache進(jìn)行優(yōu)化 -NOWarn;關(guān)閉所有的警告信息 -G ;輸出調(diào)試表 -keep ;在目標(biāo)文件中保存本地符號表 -LIttleend ;生成小端（Little-endian）ARM代碼 -BIgend ;生成大端（Big-endian）ARM代碼 -CPU ;設(shè)立目標(biāo)板ARM核類型,如: arm920t -16 ;建立16位的thumb指令 -32 ;建立32位的ARM指令 編譯一個(gè)匯編文件命令示例如

14、下： c:armasm -LIttleend -cpu ARM920T -32 test.s,2020/7/31,北京大學(xué)出版社出版,36,2.armcc/armcppC/C+編譯器,armcc用來編譯C程序，armcpp用來編譯C+程序，其命令格式如下： 1. 命令：armcc 選項(xiàng) 源文件1 源文件2 . 源文件n 這兩個(gè)命令的選項(xiàng)說明如下： -c ;編譯但是不連接 -D;指定一個(gè)編譯時(shí)使用的預(yù)定義宏常量 -E ;僅僅對C源文件做預(yù)處理 -g ;產(chǎn)生調(diào)試信息表 -I ;指頭文件的搜索路徑 -o;指定一個(gè)輸出的目標(biāo)文件 -O0/1/2 ;指定源代碼的優(yōu)化級別 -S ;輸出匯編代碼來代替目標(biāo)文

15、件 -CPU ;設(shè)立目標(biāo)板ARM核類型，如arm920t 編譯一個(gè)C程序命令示例如下： c:armcc -c -O1 -cpu ARM920T test.c,2020/7/31,北京大學(xué)出版社出版,37,3.armlink鏈接器,此命令用來鏈接目標(biāo)文件，其命令格式如下： armlink 選項(xiàng) 輸入文件 此命令選項(xiàng)參數(shù)說明如下： -partial ;合并目標(biāo)文件 -Output 文件 ;指定輸出文件名 -scatter 文件 ;按照指定的文件為可執(zhí)行文件建立內(nèi)存映射 -ro-base 地址值 ;只讀代碼段的起始地址 -rw-base 地址值;RW/ZI段的起始地址 示例 c:armlink -partial bdmain.o bdport.o bdserial.o bdmmu.o bdisr.o -o testd.o c:armlink bd.o bdinit.o -scatter bdscf.scf -o test.axf,2020/7/31,北京大學(xué)出版社出版,38,4.frome