嵌入式系统原理及应用教程

重点掌握：

嵌入式概念：以应用为中心，以微电子技术，控制技术，计算机技术和通信技术为基础，强调软硬件协同整合，对功能，可靠性，成本，体积以及应用环境等有严格要求的专用计算机系统。

ROM：只读存储器RAM是指随机存取存储器（random access memory）

SRAM静态随机存储器DSAM动态随机存储器

MPU （Micro Processor Unit），叫微处理器，通常代表一个功能强大的CPU（暂且理解为增强版的CPU吧）,但不是为任何已有的特定计算目的而设计的芯片。

MCU（Micro Control Unit），叫微控制器

SOC（System on Chip）指的是片上系统，以嵌入式CPU为基础，以简单操作系统为核心的嵌入式系统。MCU只是芯片级的芯片，而SOC是系统级的芯片

SOPC（System On a Programmable Chip），可编程片上系统,以嵌入式操作系统为标志的嵌入式系统。

三要素：嵌入型，，专用性，计算机系统

RTOS:实时多任务操作系统内核和操作系统的接口：API（应用程序接口）

常见操作系统：VxWorks,linux,uclinux,ucOS-II

HAL: 硬件抽象层

BSP；板级支持包

Load：存储器读出到寄存器Store：寄存器写入到存储器

MMU：存储管理单元。（1kb，4kb，64kb，1mb）

1.将主存地址从虚拟空间映射到物理存储空间

2.存储器访问权限控制

3.设计虚拟存储空间的缓冲特性，采用分页虚拟存储管理方式。

TLB：快表字：4字节半字：2字节字节：8位

TDMI:支持高密度的Thumb指令集，片上Debug，支持内嵌乘法器，ICE支持片上断点调试。大端格式：字数据的高字节存储在低地址中，而字数据的低字节存储在高地址中。

小端格式相反。

异常：当正常的程序执行流程发生暂停的停止时

中断是正常机制，是一种产cup所具有的功能（硬件引起，软件错误引起）

Busybox是压缩了Linux许多工具和命令的工具包，linux中的瑞士军刀，在制作根文件系统是可以使用它来减少工作量。

BootLoader 的概念：在操作系统内核运行之前运行的一段小程序。可以初始化硬件设备、建立内存空进的映射图、从而将系统的软硬件环境带到一个合适的状态，以便为最终调用操作系统内核准备好正确的环境。

内核移植：根据目标硬件平台架构将系统内核进行裁剪，使其在目标平台上进行的一种方法驱动概念及其作用: 是一种可以使计算机和设备通信的特殊程序, 硬件和系统之间的桥梁，是操作系统内核和机器硬件之间的接口。隐藏了不同硬件设备内部的详细工作过程，并且为同一应用程序提供了统一的接口。在用户态和内核态之间传递数据。

文件系统：负责管理和存储文件信息的软件机构成为文件管理系统，简称文件系统，是操作系统用于明确磁盘或分区上的文件的方法数据结构，即在磁盘上组织文件的方法。(文件系统不仅包含着文件中的数据而且还有文件系统的结构)

ARM7:冯诺依曼结构，三级流水（取值，译码，执行），ARMv4指令集

ARM9：哈佛结构，五级流水（取值，译码，执行，运存，写回），ARMv4t

ARM有37个寄存器，31个通用寄存器，6个状态寄存器。

通用寄存器包括R0-R15，可以分为三类

未分组寄存器R0-R7

分组寄存器R8-R14

程序计数器R15

R13常用作堆栈指针

R14子程序链接寄存器或链接寄存器LR

R15程序计数器（PC）

任何时候通用寄存器R0-R14，程序计数器PC，一个或两个状态寄存器都是可以访问的Thumb指令集提高了代码的空间利用率。

ARM处理器有两种工作状态：ARM状态和Thumb状态，可以通过人为切换或者发生异常自动切换。

从零字节到三字节放置第一个存储的字数据，从第四个到第七个字节放置第二个存储的字数，依次排序，最大的寻址空间为4GB（2的32次方）

七种运行模式：Usr，fiq，irq,svc,abt,sys,und：六种非用户模式（特权模式），五种异常模式

一个CPSR当前状态寄存器current program status register

五个SPSR备份的状态寄存器saved program status register

Thumb状态下，程序可以直接访问8个通用寄存器0-8，程序计数器，堆栈指针（SP），链接寄存器（LR）和CPSR，每一种特权模式下都有一组SP，LR,SPSR。

A（数字）S（符号）L（逻辑）

1GB=8乘以128M

NAND Flash和NOR Flash的区别特点：

NAND Flash容量大，写入速度快，一般用于大容量数据的存储，成本较低，使用前必须先驱动。

NOR Flash：：容量小，读取速度快，成本高，可以直接使用，不需要驱动

三线制（SG）串口：2，3，5

中断控制器一共60个中断源接受中断请求，24个外部中断源，非外部46个

每个UART包涵一个波特率发生器，一个发送器，一个接收器和一个控制单元

波特率产生：UBRDIVn=（int）(源时钟/（波特率乘以16）)-1

数据传送速率=HS（水平尺寸）乘以VS（垂直尺寸）乘以FR（帧频）乘以MV（模式依赖值）LINEVAL=（垂直显示尺寸）-1

LINEVAL=（垂直显示尺寸/2）-1

BootLoader两种模式

启动加载模式：也称为自主模式下载模式

分层结构：引导加载程序，引导加载参数，Linux内核，文件系统，用户应用程序。、

Linux内核的组成：进程调度，内存管理，虚拟文件系统，进程通信

内核移植：根据目标硬件平台架构将系统内核进行裁剪，使其在目标平台上进行的一种方法1．编写针对特定处理器的代码

2．编写针对特定硬件平台的引导和初始化代码

3．编写针对特定外设的设备驱动程序代码

工作1-3从少到多，由难到易

设备驱动程序功能：对设备初始化和释放，把数据从内核传送到硬件和从硬件读取数据，读取应用程序传送给设备文件的数据和会送应用程序请求的数据，检测和处理设备出现的错误

静态加载的驱动程序；直接编译内核，随系统启动时加载

动态加载的驱动程序：编译成一个可加载和删除的模块（insmod加载，rmmod删除模块，lsmod查看已加载模块）

驱动分类：

字符设备驱动：按字节流（类似文件）访问的设备，只能殊勋低读取，没有缓冲区（打印机。显示终端）

块设备驱动：按任意字节访问的设备，可以随机读取，设有缓冲区，以块为单位（硬盘，光驱）

网络设备驱动：使用套接字socket方式对网络数据访问

设备号：32位（高12位为主设备号即设备类型，低20位为次设备号即区分标明不同的属性）

Linux提供4GB的内存访问空间分为内核空间和用户空间。最高的1GB（虚拟地址0xC000000000到0xFFFFFFFF）供内核使用，称为内核空间，较低的3GB（虚拟地址0x00000000到0xBFFFFFFF）供各个进程使用，称为用户空间。

文件系统应包括几项内容：基本的文件系统结构/dev等，基本程序运行所需的库函数，基本的系统配置文件rc,inittab，必要的设备文件支持/dev/hd*，基本的应用程序sh,ls,mv

根文件系统的结构：/dev,/root,/usr,/var,/home,/proc,/bin,/sbin,/etc,/boot,/lib,/mnt,/tmp,/initrd