嵌入式复习资料

第一章1.根据IEEE（国际电气和电子工程师协会）的定义：嵌入式系统是“用于控制、监视或者辅助装置、机器和设备运行的装置。此定义是从应用上考虑的，嵌入式系统是软件和硬件的综合体。2.一般定义“以应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬件可裁剪、适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。”3.它一般由嵌入式处理器、外围硬件设备、嵌入式操作系统以及用户的应用程序等四部分组成，用于实现对其他设备的控制、监视或管理等功能。4.嵌入式系统的特点相比通用的计算机系统，嵌入式系统主要具有以下一些特点（见P1）：（1）特定的设计（2）各学科结合的产物（3）高效的设计（4）与具体应用相结合（5）存储特性（6）交叉开发5.嵌入式系统的交叉开发主要是指嵌入式系统的软件开发方式，这是嵌入式系统区别于通用计算机软件开发的最主要特性。6.任何系统的软件开发都包括两个基本的部分：程序的生成和程序的载入1)通用计算机的程序的生成:直接编译和链接等程序的载入:复制2)嵌入式系统程序开发的程序的生成：主机端，交叉编译程序的载入：主机到目标机烧写或其他通信方式注：开发工具在主机运行的程序，生成的程序是在目标机运行的程序。7.嵌入式系统组成：嵌入式系统一般指非桌面系统和服务器系统的计算机系统。根据计算机系统的概念，它可分为硬件部分和软件部分。硬件部分包括嵌入式处理器（MPU）或控制器（MCU）以及外围电路。软件部分包括嵌入式操作系统和应用程序。嵌入式系统可以划分成以下几个部分：微处理器外围硬件嵌入式操作系统应用程序开发环境8.PC的处理器一般仅具有CPU（中央处理单元，包含控制器和运算器）的功能，而大多数嵌入式微处理器不仅包括CPU核心，也包括丰富的片内部件。.9.SoC就是片上系统（SystemonChip），SoC嵌入式系统微处理器就是一种电路系统。10.嵌入式系统同通用型计算机系统相比具有以下特点：1）嵌入式系统是面向特定应用的。2）嵌入式系统是将先进的计算机技术、半导体技术和电子技术与各个行业的具体应用相结合后的产物。3）嵌入式系统的硬件和软件都必须高效率地设计。4）嵌入式系统具有较长的生命周期。5）嵌入式系统中的软件一般都固化在存储器芯片或单片机本身中，而不是存贮于磁盘等载体中。6）嵌入式系统本身不具备自举开发能力，必须有一套开发工具和环境才能进行开发。11.外围硬件在运行条件方面，最基础的是时钟和电源部件12.为什么需要嵌入式操作系统？嵌入式系统与一般的系统不同，设计成为执行特定的操作，但是初期的嵌入式系统比较单纯，不需要特殊的操作系统，由人来编写程序并顺序执行，只有当中间发生中断时才会暂时脱离此顺序程序。过去的嵌入式系统主要与简单而顺序的操作有关，使用操作系统成为浪费和不必要的举措。但是最近的嵌入式系统领域中系统本身相当庞大，网络和多媒体成为系统的基本功能，嵌入式系统要做的事情既多又复杂，顺序程序的操作变得越来越难。因而在嵌入式系统中出现了操作系统的概念，要满足其实时的要求，进而产生了实时操作系统。13.尤其在没有操作系统的情况下，嵌入式的应用程序需要直接访问寄存器或者设备的地址来操作硬件。14.嵌入式系统PC机(判断)嵌入式系统一般是专用系统，而PC是通用计算平台嵌入式系统的资源比PC少得多嵌入式系统软件故障带来的后果比PC机大得多嵌入式系统一般采用实时操作系统嵌入式系统大都有成本、功耗的要求嵌入式系统得到多种微处理体系的支持嵌入式系统需要专用的开发工具第2章1.微处理器(CPU)2、微型计算机3、微型计算机系统1.CPU一般包括控制器、运算器和寄存器。控制器的功能是控制处理器，如取指令、译码、执行指令、读写内存等；运算器主要是在处理器的内部完成运算（算术运算、位运算）操作，一般只和寄存器打交道；寄存器为处理器提供内部的临时存储空间，它是处理器和内存的媒介。2.在计算机系统中，基本的内存分成两种：RAM（随机存储器）——双向ROM（只读存储器）——单向3.内存通过地址总线和数据总线与CPU交互地址总线（AB）是单向的信号，由CPU发出，用于选择内存中的某个空间；数据总线（DB）是双向的信号，可以由内存将数据传入CPU内部的寄存器，也可以由CPU内部寄存器传入内存、具体的操作和内存的性质有关。4.CPU对内存的两种基本操作：取指令：当执行取指令的操作时，处理器首先从AB发出信号，根据AB的信号得到相应的内存的位置，然后处理器取出该位置的字（8位、16位、32位），送入DB，传入处理器，这个字就是处理器能执行的指令，处理器根据译码器解释执行该指令。读写内存：当发出读信号的时候，内存中相应地址的内容从DB输入到处理器；当发出信号是写的时候，DB上输出的数据写入内存的相应地址。5.在内存中，存在两种类型的内容：一种是供处理器执行指令，另一种是纯粹的数据。纯粹的数据又分成只读数据（ROData）和读写数据（RWData）两种。6.与通用计算机相比，嵌入式系统硬件一般有以下特点：（见P11）集成度高非标准化接口非常复杂7.在嵌入式系统中，嵌入式处理器是核心，其集成度大都很高。一些基本的设备，如通用可编程输入输出端口（GPIO）、定时器、中断控制器，通常都集成在处理器之中。嵌入式系统的组成结构：处理器（内核+片内外设）+内存+外围硬件+辅助设备。8.当嵌入式的处理器带有外部总线时，可在总线上扩展内存，还可以扩展类似内存的部件带有总线扩展的嵌入式处理器的系统9.在没有总线扩展的嵌入式处理器中，不能进行总线扩展，只能使用片内的内存(SRAM或FLASH)，此外还可以使用片内外部设备的扩展，也可使用GPIO，灵活地扩展一些外部设备。10.什么是嵌入式最小系统?以某嵌入式微处理器为中心，具有完全相配接的Flash电路、SDRAM电路、JTAG电路、电源电路晶振电路、复位信号电路和系统总线扩展等，保证嵌入式微处理器正常运行的系统，可称为嵌入式最小系统。11最小系统的作用无论嵌入式系统有多么复杂，其来源还是一块块的芯片和众多的电子模块。最小系统是构建嵌入式系统的的第一步，保证嵌入式处理器可以运作。然后才可以逐步增加系统的功能，如：外围硬件扩展、软件及程序设计、操作系统移植、增加各种接口等，最终形成符合需求的完整系统。12嵌入式系统最小系统组成部分（最简单）：处理器：系统工作和控制中心内存：Flash存储器：存放嵌入式操作系统、用户应用程序或者其他在系统掉电后需要保存的用户数据等；SDRAM：作为系统运行时的主要区域，系统及用户数据、堆栈均位于该存储器中；时钟：为微处理器及其他电路提供工作时钟，可分为晶振和电容。时钟单元的核心是晶振。电源：为处理器提供能源（嵌入式系统一般使用直流电源）复位：复位电路连接处理器的引脚，实现通过外部电平让处理器复位的目的。13.高级的嵌入式系统处理器中，具有JTAG接口，它为下载和调试程序提供很大的方便14.JTAG普通功能：边界扫描和故障检测JTAG高级功能：边界扫描和故障检测以及下载和调试15.载入方式有两种，一种是将程序（二进制代码）烧写到嵌入式系统的FLASH中；另一种是直接将程序载入到嵌入式系统的RAM上，然后控制处理器从RAM中取指运行。图使用JTAG的最小系统构建方式16.内存与处理器的关系最密切。在嵌入式处理器中，有一些内部没有内存（S3C44B0X、PXA255），必须在外部扩展内存才能实现最小系统。而有一些内部集成了内存。无论内存在处理器的内部还是外部，它在逻辑上都是最小系统不可缺少的一部分。17.在嵌入式系统中，存储数据和程序的功能部件是存储器18.常见的存储设备：RAM、ROM、FLASH（主要包括NORFLASH和NANDFLASH）、硬盘、CD-ROM、DVD等。19.如果是处理器内部集成的内存，其地址空间一般是固定的，或是通过处理器的功能寄存器配置。如果是处理器外部扩展的内存，其地址空间由处理器AB的链接方式确定。20.常用扩展的芯片有：内存类：SRAM、NORFLASH、SDRAM、NANDFLASH。通信类：网络芯片、USB芯片、CAN芯片IIC接口芯片。其他类：AD/DA、传感器、LCD/LCM。21在嵌入式系统使用网络需要两个条件：第一是需要有嵌入式的网络协议栈；第二就是需要有网络接口芯片。第3章1.RISC称“精简指令集”2.3.ARM微处理器的工作状态一般有两种，并可在两种状态之间切换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指令两者可通过软件相互转换，并且处理器工作状态的转变并不影响处理器的工作模式和相应寄存器的内容。4.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个为状态寄存器。但是这些寄存器不能被同时访问。在某种时刻，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访问的。5.1)所有的37个寄存器，分成两大类：31个通用32位寄存器；6个状态寄存器。2)在汇编语言中寄存器R0～R13为保存数据或地址值的通用寄存器。它们是完全通用的寄存器，不会被体系结构作为特殊用途，并且可用于任何使用通用寄存器的指令。3)其中R0～R7为未分组的寄存器，也就是说对于任何处理器模式，这些寄存器都对应于相同的32位物理寄存器。4)寄存器R8～R14为分组寄存器。它们所对应的物理寄存器取决于当前的处理器模式，几乎所有允许使用通用寄存器的指令都允许使用分组寄存器。5)寄存器R8～R12有两个分组的物理寄存器。一个用于除FIQ模式之外的所有寄存器模式，另一个用于FIQ模式。这样在发生FIQ中断后，可以加速FIQ的处理速度。6)寄存器R13、R14分别有6个分组的物理寄存器。一个用于用户和系统模式，其余5个分别用于5种异常模式。7)寄存器R13常作为堆栈指针（SP）。在ARM指令集当中，没有以特殊方式使用R13的指令或其它功能，只是习惯上都这样使用。但是在Thumb指令集中存在使用R13的指令。8)R14为链接寄存器（LR），在结构上有两个特殊功能：在每种模式下，模式自身的R14版本用于保存子程序返回地址；当发生异常时，将R14对应的异常模式版本设置为异常返回地址（有些异常有一个小的固定偏移量）。9)寄存器R15为程序计数器（PC），它指向正在取指的地址。可以认为它是一个通用寄存器，但是对于它的使用有许多与指令相关的限制或特殊情况。如果R15使用的方式超出了这些限制，那么结果将是不可预测的。10)寄存器CPSR为当前程序状态寄存器，在异常模式中，另外一个寄存器“备份的程序状态寄存器（SPSR）”每种异常都有自己的SPSR，在进入异常时它保存CPSR的当前值，异常退出时可通过它恢复CPSR6.ARM状态和Thumb状态之间寄存器的关系Thumb状态R0～R7与ARM状态R0～R7相同；Thumb状态CPSR和SPSR与ARM状态CPSR和SPSR相同；Thumb状态SP映射到ARM状态R13；Thumb状态LR映射到ARM状态R14；Thumb状态PC映射到ARM状态PC（R15）。1)可以使用MOV、CMP和ADD指令对高寄存器操作。2)使用带特殊变量的MOV指令，数据可从低位寄存器和高位寄存器之间进行数据传送；3)高位寄存器的值可使用CMP和ADD指令进行比较或加上低位寄存器中的值。7.当前程序状态寄存器CPSR的格式8.条件代码标志1）N、Z、C和V位都是条件代码标志2）所有ARM指令都可按条件来执行，而Thumb指令中只有分支指令可按条件执行。3）N运算结果的最高位反映在该标志位。对于有符号二进制补码，结果为负数时N=1，结果为正数或零时N=0；4）Z指令结果为0时，Z=1（通常表示比较结果“相等”），否则Z=0；5）C当进行加法运算(包括CMN指令)，并且最高位产生进位时C=1，否则C=0。当进行减法运算(包括CMP指令)，并且最高位产生借位时C=0，否则C=1。对于结合移位操作的非加法/减法指令，C为从最高位最后移出的值，其它指令C通常不变；6）V当进行加法/减法运算