三级嵌入式系统

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三级嵌入式系统学习总结第一章一

1.嵌入式系统概论嵌入式系统中的软件一般都固化在只读存储器中，用户不能随意更改其中的程序功能。）5数据总线I/O接口4））处理器2）存储器3）I/O设备与嵌入式系统的逻辑组成：1 软件2）数字信号处理器3）微控制器（单片机）嵌入式处理芯片有四种类型：1）微处理器

4）片上系统MCU的低端产品并不会因为高端产品的出现而衰落微控制器核MCU在32位中，绝大多数使用RAM ：电子设计自动化EDA IP核可以分为三种：软核、硬核、固核嵌入式系统与数字媒体2.码，即美国标准信息交字符集和ASCII计算机中常用的最广泛的西文字符及其编码是ASCII 换码，共有128个字符，一个字符占一个字节。GB18030 我国目前广泛使用的汉字编码国家标准有GB2312和只有6763个汉字，不够用GB2312采用不等长的编码方字符集基本兼容。GB18030GB18030字符集与国际标准UCS/Unicode保持向下兼容，四字节编码，双字节编码表示汉字，与GB2312法，单字节编码表示ASCII 码表示其他字符在计算机中具体实现时采用不同的编码方案，最常。UCS/UnicodeUnicode最新版本是6.3采用的是双字节可采用的是单字节可变长编码；UTF-16和UTF-16，UTF-8用的是UTF-8 变长编码文本的类型可以分为简单文本、丰富格式文本、超文本（像素深度指的是每个像素用/8*图像垂直分辨率*像素深度图像的数据量=图像水平分辨率多少个二进制数来表示）数字视频的数据量非常大，在进行传输时必须进行压缩，压缩编码标准是国际标准化组织。（ISO）制定的，其名称为MPEG WIFI）无线局域网采用的协议主要是IEEE 802.11（俗称数字通信与计算机网络3. 的电磁波微波是一种300MHz-300GHz）4 3 ）通信协议计算机网络的组成：1）计算机等智能电子设备2）数据通信链路

网络软件

以太局域网：

1）发送数据设备必须把要传输的数据分成小块（帧）进行传输，一次只能传输1帧；

2）局域网中的每一个终端都有自己唯一的标识，称为物理地址或MAC地址，在发送的每一帧数据中，必须包含自己的MAC地址和接收终端的MAC地址

3）IP协议定义了主机的概念，所有主机及使用一种统一格式的地址标识，称为IP地址。

4）以太局域网大多是由集线器或者交换机组网

计算机网络的类型：1）局域网2）城域网2）广域网

IP地址分为A、B、C三类。

IP是由四段数字组成，共32位，8位一段。

A类IP段0.0.0.0 到127.255.255.255 (0段和127段不使用)

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191.255.255.255 IP段128.0.0.0 到B类223.255.255.255 到段192.0.0.0 C类IP

或XP 默认分配的子网掩码每段只有255

255.0.0.0 一个子网最多可以容纳1677 万多台电脑A类的默认子网掩码255.255.0.0 万台电脑一个子网最多可以容纳6B 类的默认子网掩码台电脑255.255.255.0 一个子网最多可

以容纳254C类的默认子网掩码第二章二

嵌入式处理器1.

按存储机制可以分为嵌入式处理器按照指令集可以分为复杂指令集结构和精简指令集结构，位等位、16位、32诺依曼结构及哈佛结构，按字长可以分为8 精简指令集结构采用加载和存储两种指令对存储器进行读写操作。，综合了哈佛结构和CACHEARM核采用多层次的存储结构，在处理器与主存储器之间加入诺依曼结构的优点。存储指令2）只是用加载/ARM处理器的主流为32位，其主要特征如下：1）单周期操作

6）低功耗设计）三地址指令格式5）指令流水线格式访问存3）指令长度固定 4 ）Thumb-2指令集）Thumb指令集3ARM由三种指令集，分别是：1）ARM指令集 2 典型ARM处理器介绍2.

） 3 2）ARM Cortex嵌入式处理器ARM处理器分为5类，分别是：1）经典ARM处理器

）ARM专家处理器）ARM Cortex应用处理器5ARM Cortex实时嵌入式处理器4面向实时控）Cortex-R Cortex-A 面向高端应用的处理器2ARM Cortex处理器包括：1）Cortex-M 面向微控制器的处理器3）制的处理器

ARM处理器体系结构3.

）3 位状态2）Thumb 状态，即16 1ARM处理器的工作状态：）ARM状态，即32位状态

调试状态）外部321）用户模式User ）快速中断模式FIQ ARM处理器有7种工作模式，分别是）UND 7 6）未定义指令模式5）中止模式ABT ）IRQ 中断模式4管理模式SVC SYS

系统模式个状态寄存器，通用寄存器中不分个通用寄存器和6处理器由37个寄存器，包括

31ARM 。R0-R7组的有8个，即位的高字节存放在低地址中，低字32ARM处理器用两种模式存储数据，一是大端模式，即位的高字节存放在高地址中，低字节存放在低字32节存放在高字节中；二是小端模式，即节中。，即存储器管理模块，作用是进行虚拟地址到物理地址的映射、存储器访问权限控制MMU MPU是存储器保护单元ARM处理器指令集4.

指令的条件码：：相等EQ ：不相等NE CS：无符号数大于或等于CC：无符号数小于：无符号数大于HI LS：无符号数小于或等于GE：带符号数大于或等于.

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LT：带符号数小于GT：带符号数小于或等于：带符号数小于或等于LE0

：正数或PL 块拷贝寻址举例：[R0+12] ?[R0+8], R4?，R2，R5R9} R1?[R0], R2?[R0+4], R3LDMIA R0，{R1，R4，[R0+16]?R5……R2, [R0+8]STMIA R0，{R1-R7} [R0]?R1，

[R0+4]??R3,[R0+12]?程序状态寄存器访问指令举例：R0 CPSR MRS R0，传送CPSR中的值到

CPSRs MSR CPSR, R0 传送R0的值到5.ARM汇编语言程序设计意会三第三章 1.嵌入式系统硬件组成概述最小系统的构成：嵌入式处理器、存储器、复位电路、电源电路、时钟电路、调试测试接口后向通道、人机交互通道以及前向通道、典型嵌入式应用系统的硬件组成：最小硬件系统、后巷相互互联通信通道。前向通道即输入接口，由模拟量输入接口和数字量输入接口组成；通道即输出接口，由模拟输出接口和数字输出接口组成；人机交互通道即输入输出接口；2.嵌入式处理芯片AMBA（Advanced Microcontroller Bus Architecture）先进微控制器总线体系结构规定了两种类型的总线，分别是系统总线和外围总线，通过桥接器进行连接AMBA

主机、USB与系统总线连接的部件：电源及时钟控制器、核、DMA、外部存储器控制接口、LCD 控制器；SRAM、中断控制器、、PWMTIMER、RTC、IIC、IIS、USB设备、WDT、GPIO与外围总线连接的部件：、UART、SPI、Ethernent。、CANADC/DAC、SRAM。片程序存储器常用Flash ROM，片数据存储器常用3.嵌入式系统的存储器

嵌入式系统的存储器结构：嵌入式处理器（部L1/L2 Cache）、主存储器（存）、外部存储器（外存），Cache由SRAM承担

MROM：掩膜只读存储器，出厂后信息确定，无法改变；

PROM：一次可编程存储器

EPROM：紫外线可擦除的只读存储器

EEPROM：电擦除可编程存储器

FLASH ROM：闪存；NOR FLASH 和NAND FLASH是流行的闪存

新存储器：FRAM（铁电存储器）、MRAM（磁性存储器）

存储器容量=单元总数*数据位数/单元

并行总线的存储器带宽=总线频率*数据宽度/8*传输次数/总线周期

串行总线的存储器带宽=总线频率/10

4.I/O接口及常用的GPIO

GPIO提供的输入具有缓冲功能，输出有锁存功能

IIC总线有两条数据线，分别是数据线SDA和时钟线SCL。SCL为高，SDA由高变低时启动传输，SCL为高，SDA由高变低时停止传输。传输时高位在前，低位在后，传输的第一个字节为地址，地址的最后一位指示数据传输方向，第9位为应答位。总线控制遵循低电平优先.

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的原则。发送数据时，SPISPI是同步串行接口，一般使用四条线，分别是时钟、输入、输出、片选。，从机数据从右向左发送给主机（从数据从主机中从左向右发送给从机（主机数据左对齐）机数据右对齐），发送数据时，高位在前，低位在后UART：常用于全双工串行异步通信，发数据时，低位在前，高位在后软件组成。硬件中的主控制个设备。USB系统由USB硬件和USBUSB：最多可以连接127 器包括一个根集线器，传输时采样翻转不归零。采用半双工差分方式传输数据。触摸屏分为电阻式和电容式 5.ARM核典型处理器芯片S3C2410是国三星公司制造的微处理器，以下都是S3C2410的有关介绍电源管理模块有正常模式、慢速模式、休眠模式、掉电模式。任何情况下复位操作均进入正时钟中断发生，在掉电模式和休眠模式下，只要有任何一个外部中断EINT或者RTC常模式，均将返回到正常模式。4个具备PWM的功能。timer总共由5个16位定时器，+1）*时钟因子定时器输入时钟频率=PCLK/（预分频值UEXTCLK也可以是。））-1，UCLK可以是PCLK，UART有三个，UBRDIV=INT（UCLK/（波特率*16，计）/分频系数）看门狗定时器的技术脉冲周期为：t_watchdog=1/（PCLK/（预分频值+1WTCON=T/t_watch_dog 数初值为 6.嵌入式系统外部通信接口RS-485采用差分信号传输方式总线也使用差分的方式传

输CAN第四章四

）相其他任务发出信号中，任务或者中断服务可以通过事件控制模块（ECB在uC/OS-II 嵌入式系统的软件组成1.

嵌入式系统的特点：软件与硬件一体化、软件代码时空效率要求高、软件可剪裁、软件应用环境复杂、软件开发难度大、软件面向用户、面向产品、面向应用、软件产业高度分散、软件具有较长的生命周期。

嵌入式系统的软件结构：简单的轮询结构（只进行查询操作）、带中断的轮询结构、监控式操作

系统+应用软件的结构、通用嵌入式操作系统+应用软件的结构。

高端嵌入式系统的软件结果层次示例：硬件层、硬件抽象层、操作系统层、中间件层、应用软件层。

中间件是指除了操作系统核、设备驱动程序和应用软件之外的系统软件。

硬件抽象层（Hardware Abstract Layer HAL）和板极支持包（Board Support Package BSP）是嵌入式系统的底层软件，引入HAL对硬件进行抽象，通过硬件抽象层应用编程接口（HAL

API）向上提供服务。

BSP在系统复位之后负责系统软硬件环境的初始化，包括三个方面的容，一是系统复位时的硬件初始化，包括处理器芯片的初始化和电路板的初始化，二是为操作系统提供硬件相关的驱动程序支持，三是引导加载操作系统。

BSP是操作系统正常运行的前提，其效率和稳定性直接影响整个系统的性能及稳定性。

引导加载程序（引导程序）bootloader是底层软件的一部分，嵌入式系统上电后首先运行引导加载程序，进行系统上电自检、硬件初始化、建立存储空间映射、配置系统参数、建立上层软件运行环境，加载和启动操作系统等等。

嵌入式操作系统的加载方式：1）在ROM中直接运行操作系统代码2）在RAM中运行操作.

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）从通信端口加载操作系统代码运行。4系统代码3）从外存储器加载操作系统代码运行

与处理器体系结构相关的硬件初一是让嵌入式系统正常运起来，引导加载程序的运行过程，第二是实现操作系统加始化和板极初始化等操作通常在第一步完成，一般用汇编语言来写。载的功能，用语言实现。C 设备驱动程序是指直接与硬件相互作用并控制硬件的软件，是对硬件操作的抽象。嵌入式操作系统2.

是必须在有限和确定的时间对外部事件做出响应的信息系统。Real-Time System实时系统（）4）交互性实时系统的关键特性：1）时间约束性2）可预测性3）可靠性硬实时任务：必须在给定的时间完成，超过时限会引起重大的错误软实时任务：超过时限不会引发致命错误，而是造成任务的服务质量下降若超过时限，所进行的操作或计算没有任何意义。准实时任务：通常允许偶尔错过最后时限，）事件驱动实时操作系统采用如下的机制来保持对实时任务的响应和处理的时间确定性：1 4）实施抢占式调度。2）多级中断嵌套处理3）细粒度的任务优先级控制即系统实时操作系统的实时性指标：评价实时操作系统的实时性最重要的指标是响应时间，从事件请求开始到任务完成的时间间隔。除此之外，还有以下的几点：）中断延迟时间：从接收到可屏蔽中断请求到操作系统做出响应并转入中断服务程序所需1 要的最长时间）任务切换时间：操作系统在两个独立且具有相同优先级的就绪态任务之间切换所需要的2 时间任务抢占时间：系统将优先权从低优先级的任务转移到高优先级任务所需要花费的时间。3）嵌入式操作系统的特点：代码固化存储、可裁剪、实时性、强稳定性、硬件适应性。嵌入式操作系统的分类：1）按实时性分；、QNX、uC/OS-II、Nucleus硬实时操作系统：如VxWorks、RTEMS 、多种嵌入式软实时操作系统：如WinCELinux系统2）按开发方式：专门为嵌入式环境开发的嵌入式操作系统从通用计算机操作系统移植而来的嵌入式系统3）按商业模式：免费的嵌入式操作系统商业嵌入式操作系统操作系统是由核、用户界面、中间件、使用程序等组件组成的，核起着最重要的作用，其作用是管理系统资源，支持多任务并发执行。单核的优点是性能较好系统各个组件可以相互单核可以分为整体结构和分层结构两种类型。、BSD Unix、Linux调用。缺点是占用资源多，维护工作量大。单核的操作系统有：Unix、操作系统。、Android、、Windows 9x（Windows 95/98/ME）Windows CEMS-DOS采用纯粹微核的操其他功能在核之外。微核结构：操作系统仅仅将必须的基本功能放入核，等。VxWorks、QNX、、作系统有AIXMach、Minix 常见的嵌入式

操作系统：VxWorks：采用的是微核结构的实时操作系统，是非常成功的微核操作系统，其核仅仅提供进程调度、进Unix：类QNX 程间通信、底层网络通信和中断处理。Nucleus PLUS：抢占式多任务商业操作系统核RTEMS：实时多处理器系统.

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TinyOS：专门为硬件资源极为有限的无线传感器网络应用而量身定制的操作系统eCOS：嵌入式可配置操作系统

是单核结构，采用模块化设计，支持核线程。Linux 。中间层是核的核心部分、最下层是BSPLinux 核可以分为三个层次：最上层是系统调用接口、）存管理器42）进程调度器3）Linux核部包含了若干相关的组成部件，包括1）初始化部件

8）设备驱动程序）进程间通信7）可加载模块虚拟文件系统5）网络接口 6 3）超微核方式2）双核方式Linux实时化技术的三个途径：1）核补丁方式

。、Xenomai、Wind River Linux、RTAI嵌入式linux发行版本：uClinux、RTlinux、Monta Vista Linux 系统运行库、Linux核、Android系统采用堆层式软件架构，分为四层，从底层到高层分别是android运行环境和组件库两部分组成。应用程序框架和应用程序。其中，系统运行库由操作系统架构分为四个层次，分别是核心操作系统层、核心服务层、媒体层、触控界面IOS 层。uC/OS-II 嵌入式操作系统3.

uC/OS-II的特点：1）公开源码的高质量实时核2）可以移植3）可裁剪、可固化）时间确定性4 ）多任务5 ）抢占式核6 ）多种系统服务7 的源代码主要有以下几部分构成：uC/OS-II 系统核心）1 任务管理）2 时钟管理）3 任务同步与任务间通信4）存管理5）处理器相关代码6）在uC/OS-II中，任务是操作系统的基本调度单位，由操作系统核管理。任务由三部分构成，分别是任务的程序代码、任务堆栈和任务控制块。每一个任务的栈空间大小不同，在文件OS_CPU.H中定义了一个数据类型OS_STK，在应用程序中定义任务堆栈的栈区只需要声明一个OS_STK即可，如OS_STK TaskStk[TASK_STK]。

uC/OS-II的任务处于五种状态之一，分别是等待态、休眠态、就绪态、运行态和被中断态。

休眠态指任务代码驻留在存中还没有交给核调度的状态；就绪态指任务已经具备运行的条件但因优先级比正在运行的任务低而暂时不能运行的状态；运行态指任务已获得处理器使用权而正在运行的状态；等待态也称为挂起，指正在运行的程序因为等待某一事件发生而将处理器的使用权让出给其他任务而自身挂起；被中断态指因处理器执行中断而被暂停运行的任务状态。

uC/OS-II可以管理64个任务，有64个优先级，0是最高优先级别。最低优先级别由

OS_LOWEST_PRIO来定义。任务分为用户任务和系统任务，系统预定义了两个系统任务为应用程序服务，即空闲任务和统计任务。系统总是把最低优先级固定赋给空闲任务。uC/OS-II采用的是基于优先级的任务调度。

核通过OSIntExit()判断是否存在更高优先级的就绪任务。

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实现关中断和开中断。利用宏OS_ENTER_CRITICAL()和OS_EXIT_CRITICAL() OSSchedLock()利用函数和OSSchedUnLock()给调度器上锁和解锁。（）开始任务调度之前创建通过函数OSStart 都可以创建任务函数OSTaskCreate()和OSTaskCreateExt()删除自己的调用形式为：也可以删除其他的任务。函数OSTaskDel（）既可以删除任务本身，OSTaskDel(OS_PRIO_SELF)

来删OSTaskDel函数OSTaskDelRel()的作用是让某个任务使用完资源后先释放资源，再执行除