嵌入式ARM系統(tǒng)原理與實例開發(fā)(第二版).ppt

1、嵌入式ARM系統(tǒng)原理與實例開發(fā),北京大學出版社出版 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,北京大學出版社出版,3,ARM Ltd,成立于1990年11月 前身為 Acorn計算機公司 Advance RISC Machine(ARM) 主要設計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)設計技術(shù) 軟件工具, 評估板,

2、 調(diào)試工具,應用軟件, 總線架構(gòu), 外圍設備單元，等等,2020/7/31,北京大學出版社出版,4,ARM,Partner,OEM Customer,ARM的業(yè)務模型,2020/7/31,北京大學出版社出版,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,程序存儲器,

3、指令0,指令1,指令2,數(shù)據(jù)存儲器,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)設計變得更為簡單,2020/7/31,北京大學出版社出版,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,北京大學出版社出版,13,ARM710 結(jié)構(gòu)框圖,2020/7/31,北京大學出版社出版,14,ARM7功能圖,2020/7/31,北京大學出版社出版,15,ARM920功能結(jié)構(gòu)圖,2020/7/31,北京大學出版社出版,16,S3C2410內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖,2020/7/31,北京大學出版社出版,17,Intel PXA270應用系統(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,北京大學出版社出版,19,嵌入式軟件開發(fā)的特點和技術(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)同設計 需要新的任務設計方法 開發(fā)過程完成后，系統(tǒng)應用程序代碼需要固化到系統(tǒng)中并進行功能、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，需要較大的知識集合,2020/7/31,北京大學出版社出版,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)境上運行的程序。,2020/7/31,北京大學出版社出版,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行，用來檢查語法、程序的結(jié)構(gòu)等簡單錯誤，用戶最終還必須在真實的硬件環(huán)境中實際運行調(diào)試，完成整個應用的開發(fā)。,2020/7/31,北京大學出版社出版,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、學習板、實驗板，它們可以作為應用目標板出來之前的軟件測試、硬件調(diào)試的電路板,2020/7/31,北京大學出版社出版,23,嵌入式應用軟件開發(fā)的基本流程,基于交叉開發(fā)環(huán)境的嵌人式應用軟件開發(fā)主要分如下幾個步驟：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)機調(diào)試幾個基本階段。 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、實時性的前提下，必須關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用軟件高度依賴于目標應用的軟硬件環(huán)境

8、，軟件的部分任務功能函數(shù)由和處理器密切相關的匯編語言完成，可移植性差。 一個運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)中被應用于類似的應用領域。原有的代碼已被反復應用和維護，具有更好的穩(wěn)定性。在原有的代碼上進行移植將會減少開發(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（標準化接口）,2020/7/31,北京大學出版社出版,26,嵌入式開發(fā)的考慮要素,復雜計算與資源緊缺 用戶界面的選

9、擇 實時性 多任務多速率 制造成本 功耗 成品的體積,2020/7/31,北京大學出版社出版,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)設計方案的初步確立 初步設計方案性價比評估與方案評審論證 完善初步方案、初步方案實施 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)的應用開發(fā)工具,2020/7/31,北京大學出版社出版,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,北京大學出版社出版,31,面向特定操作系統(tǒng)的應用工具,WinCE應用軟件開發(fā)：如果選用的操作系統(tǒng)為WinCE，則應用軟件需要選擇WinCE的Embeded VC開發(fā)環(huán)境。 Symbian應用程序開發(fā)：如果開發(fā)Symbian手機應用程序，則Symbian應用程序開發(fā)選擇的是Symbian的C/C+集成開發(fā)環(huán)境。 Linux應用程序開發(fā)：如果開發(fā)的是Linux應用程序，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（安裝與應用目標板同樣內(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)絡共享方式將該程序共享給目標板，因為此處是開發(fā)Linux應用程序，目標板已經(jīng)移植了Linux操作系統(tǒng)，因此，可以充分利用Linux操作系統(tǒng)強大的網(wǎng)絡功能，通過共享的方式的原因一方面是減少下載程序的時間，另一方面也是因為目標板資源有很，盡可能少占用目標板

12、資源的考慮。 （3）通過Linux操作系統(tǒng)遠程登陸方式登陸到目標板Linux，并在目標板上運行交叉調(diào)試服務器，然后在目標板上運行共享到目標板的Linux應用程序。 （4）通過交叉調(diào)用器終端訪問目標板的交叉調(diào)試服務器，將該程序的運行結(jié)果反饋到宿主機上，查看運行結(jié)果是否正確。,2020/7/31,北京大學出版社出版,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 -o 目標文件 源文件 參數(shù)選項說明如下： -Errors錯誤文件名 ;指定一個錯誤輸出文

13、件 -I目錄 ,目錄 ;指定源文件搜索目錄 -PreDefine預定義宏 ;指定預定義的宏 -NOCache ;編譯源代碼時禁止使用Cache進行優(yōu)化 -MaxCache ;編譯源代碼時使用Cache進行優(yōu)化 -NOWarn;關閉所有的警告信息 -G ;輸出調(diào)試表 -keep ;在目標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 ;設立目標板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 源文件1 源文件2 . 源文件n 這兩個命令的選項說明如下： -c ;編譯但是不連接 -D;指定一個編譯時使用的預定義宏常量 -E ;僅僅對C源文件做預處理 -g ;產(chǎn)生調(diào)試信息表 -I ;指頭文件的搜索路徑 -o;指定一個輸出的目標文件 -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文

15、件 -CPU ;設立目標板ARM核類型，如arm920t 編譯一個C程序命令示例如下： c:armcc -c -O1 -cpu ARM920T test.c,2020/7/31,北京大學出版社出版,37,3.armlink鏈接器,此命令用來鏈接目標文件，其命令格式如下： armlink 選項 輸入文件 此命令選項參數(shù)說明如下： -partial ;合并目標文件 -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,北京大學出版社出版,38,4.frome