嵌入式系统复习资料

嵌入式系统：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、可靠性就、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。

IP核：具有知识产权的、功能具体、接口规范、可在多个集成电路设计中重复使用的功能模块，是实现系统芯片（SOC）的基本构件。

嵌入式系统的特点：系统内核小、专用性强、系统精简、高实时性的操作系统软件、嵌入式软件开发使用多任务的操作系统、嵌入式系统开发需要专门的开发工具和环境。

嵌入式系统的存储器包含Cache、主存和辅助存储器。

Cache是一种容量小、速度快的存储器阵列，它位于主存和嵌入式处理器内核之间，存放的是最近一段时间处理器使用最多的程序代码和数据。

硬件层和软件层之间为中间层，也成为硬件抽象层（HAL）或板级支持包（BSP）。

系统软件层由实施多任务操作系统（RTOS）、文件系统、图形用户接口（GUI）、网络系统及通用组件模块组成。

嵌入式处理器的特点：对实施多任务操作系统具有很强的支持能力；具有功能很强的存储区保护功能；处理器结构可扩展；低功耗。

嵌入式处理器分成4类：嵌入式微处理器（MPU）、嵌入式微控制器（MCU）、嵌入式DSP处理器（DSP）、嵌入式片上系统（SOC）。

嵌入式微控制器的典型代表是单片机。DSP处理器是专门用于信号处理方面的处理器。嵌入式微处理器是由通用计算机中的CPU演变而来的。片上系统SOC是追求产品系统最大包容的集成器件。

目前嵌入式系统的软件主要有两大类：实时系统和分时系统。其中实时系统又分为两类：硬实时系统和软实时系统。

硬实时系统：系统对响应时间有严格的要求，如果响应时间不能满足，这是绝对不允许的，可能会引起系统的崩溃或致命的错误。

软实时系统：系统对响应时间有要求，如果响应时间不能满足，将带来额外的代价，不过这种代价通常能够接受。

嵌入式系统技术应用领域：工业控制、交通管理、信息家电、家庭智能管理系统、POS网络及电子商务、环境监测、机器人。

冯·诺依曼体系结构：一种将程序指令存储器和数据存储器合并在一起的存储器结构。

哈佛体系结构：一种将程序指令存储和数据存储分开的体系结构。

小端字节顺序存储法：低字节数据存放在内存低地址处，高字节数据存放在内存高地址处。

大端字节顺序存储法：高字节数据存放在低地址处，第字节数据存放在高地址处。

无操作系统的嵌入式软件主要有两种实现方式，即循环轮转和前后台系统。

有操作系统的嵌入式软件开发方式的有点：1.提高了系统的可靠性2.提高里系统的开发效率，降低了开发成本，缩短了开发周期3.有利于系统的扩展和移植。

内核：指系统当中的一个组件，它包含了操作系统（OS）的主要功能，即OS的各种特性及其相互之间的依赖关系。这些功能包括任务管理、存储管理、输入输出（I/O）设备管理和文件系统管理。

商用型实时嵌入式操作系统：VxWorks、Windows Embedded、pSOS、Palm OS、OS-9、LynxOS、QNX。

免费型实时操作系统：嵌入式Linux、μC/OS。

嵌入式系统的调试有四种基本方法：模拟调试、软件调试、BDM/JTAG调试、全仿真调试。

ARM采用32位的地址总线，所支持的最大寻址空间为4GB（2^32字节）。

ARM微处理器的工作状态有两种：ARM状态，此时处理器执行32位的字对齐的ARM指令；Thumb状态，此时处理器执行16位的、半字对齐的Thumb指令。

ARM微处理器共有37个32位寄存器，其中31个为通用寄存器，6个状态寄存器。

寄存器R13在ARM指令中常用做堆栈指针。在Thumb指令集中，某些指令强制性要求使用R13作为堆栈指针。

R14也称作子程序链接寄存器或连接起存期LR。当执行BL自程序调用指令时，从R14中得到R15（程序计数器PC）的备份。

程序计数器PC（R15）：寄存器R15用作程序计数器（PC）。

ARM体系结构包含一个当前程序状态寄存器（CPSR）和5个备份的程序状态寄存器（SPSR）。

ARM微处理器7种运行模式：1.用户模式（USR）2.快速中断模式（FIQ）3.外部中断模式（IRQ）4.管理模式（SVC）5.数据

访问终止模式（ABT）6.系统模式（SYS）7.未定义指令终止模式（UND）。

对异常的响应：1.将下一条指令的地址保存到响应连接寄存器LR，一边程序在异常处理反悔时能从正确的位置重新开始执行。若异常是从ARM状态进入，LR寄存器中保存的是下一条指令地址；若异常是从Thumb状态进入，则在LR寄存器中保存当前PC的偏移量。2.将CPSR复制到相应的SPSR中。3.根据一场类型，强制设置CPSR的运行模式位。4.强制PC从相关的一场响亮地址去下一条指令执行，从而跳转到相应的异常处理程序处。

从异常返回：1.将连接寄存器LR的值减去相应的偏移量后送到PC中。2.将SPSR复制回CPSP中。3.若在进入异常处理时设置了中断禁止位，要在此清除。

异常优先级最高为复位。

ARM指令的寻址方式：

1.寄存器寻址ADD R0,R1,R2 ;R1值加R2的值结果保存在R0中

2.立即寻址ADD R3,R3,#2 ;R3的值加上2，结果保存在R3中

3.寄存器间接寻址LDR R0,[R3] ;将R3指向的存储单元数据读出，保存到R0中

4.寄存器变址寻址LDR R0,[R1,#4] ;将R1+4指向的存储单元数据读出，保存到R0中

5.多寄存器寻址LDMIA R0,{R1,R2,R3,R4} ;R1←[R0];R2←[R0+4];R3←[R0+8];R4←[R0+12]

6.相对寻址 B rel ；程序跳转到REL处执行

7.堆栈寻址

引导程序Boot Loader是在操作系统内核运行之前运行的一段小程序。

μC/OS-Ⅱ可以管理64个任务，用户可以有56个应用任务。μC/OS-Ⅱ为每一个任务分配了一个独立的堆栈空间。

μC/OS-Ⅱ是抢占式实时多任务内核，采用基于优先级的任务调度。

嵌入式应用系统中任务之间的关系：相互独立、任务互斥、任务同步、任务通信。

μC/OS-Ⅱ任务间通信分两种类型：1.低级通信：只能传递状态和整数值等控制信息。2.高级通信：能够传送任意数量的数据，主要包括共享内存和消息传递。

μC/OS-Ⅱ提供了3中任务通信机制：信号量、邮箱、消息队列。

μC/OS-Ⅱ正常工作的要求：1.处理器的C编译器能产生可重入代码2.在程序中可以打开或者关闭中断3.处理器支持中断，并且能产生定时中断（通常在10~1000Hz之间） 4.处理器支持能够容纳一定量数据的硬件堆栈5.处理器有将堆栈指针和其他CPU寄存器存储、读出到堆栈（或者内存）的指令

用C语言编写6个操作系统相关的函数：1.任务堆栈初始化函数OSTaskStklnit 2.OSTaskCreateHook 3.OSTaskDelHook 4.OSTaskSwHook 5.OSTaskStatHook 6.OSTimeTickHook

三星公司推出的16/32位RISC处理器S3C2410A为手持设备和一般类型应用提供了低价格、低功耗、高性能小型微控制器的解决方案。

S0:CPU寄存器保存来自Cache的字

内存管理单元（MMU）在CPU和物理内存之间进行地址转换。

3种基本的通信模式：

1.单工通信：数据仅能沿着从A到B的单一方向传播

2.半双工通信：数据可以沿着从A到B，也可以从B到A，但不能同一时刻传播

3.全双工通信：数据在同一时刻可以从A到B，或者从B到A进行双向传播

I/O接口的编址方式：1.I/O接口独立编址2.I/O接口与存储器统一编址方式。

液晶显示是一种被动的显示，它不能发光，只能使用周围环境的光。

JTAG是一种国际标准测试协议，主要用于芯片内部测试。由模式选择、时钟、数据输入和输出这四条线组成。

UART:通用异步收发器

DMA:直接内存存取