ARM嵌入式系统开发：软件设计与优化
嵌入式系统设计与开发基于ARMCortexM系列微控制器
嵌入式系统设计与开发基于ARMCortexM系列微控制器一、引言嵌入式系统是一种特殊的计算机系统，通常被嵌入到更大的机器或系统中，用于控制和监视设备的运行。
在现代科技发展的背景下，嵌入式系统已经广泛应用于各个领域，如智能家居、工业自动化、医疗设备等。
而ARM Cortex-M系列微控制器则是目前嵌入式系统设计与开发中最为流行和广泛应用的处理器架构之一。
二、ARM Cortex-M系列微控制器概述ARM Cortex-M系列微控制器是由ARM公司推出的一款低功耗、高性能的32位处理器架构，广泛应用于嵌入式系统设计与开发中。
该系列微控制器具有低成本、低功耗、高性能等特点，适用于各种不同规模和复杂度的嵌入式应用。
三、嵌入式系统设计流程1. 系统需求分析在进行嵌入式系统设计之前，首先需要对系统的需求进行分析，包括功能需求、性能需求、接口需求等方面的要求。
只有明确了系统需求，才能有效地进行后续的设计工作。
2. 硬件设计硬件设计是嵌入式系统设计中至关重要的一环，包括选择合适的ARM Cortex-M系列微控制器、外围器件的选型、电路设计、PCB布局等工作。
合理的硬件设计可以保证系统稳定性和性能。
3. 软件设计软件设计是嵌入式系统设计中另一个重要的方面，包括编写程序代码、驱动程序开发、RTOS（实时操作系统）选择等工作。
良好的软件设计可以提高系统的可靠性和灵活性。
4. 系统集成与调试在完成硬件设计和软件设计后，需要对整个系统进行集成和调试工作。
通过逐步测试各个模块和整体系统，确保系统功能正常并符合需求。
四、ARM Cortex-M系列微控制器应用案例1. 智能家居在智能家居领域，ARM Cortex-M系列微控制器被广泛应用于智能灯光控制、智能门锁、智能家电等设备中，实现远程控制和自动化管理。
2. 工业自动化在工业自动化领域，ARM Cortex-M系列微控制器被应用于PLC （可编程逻辑控制器）、工业机器人、传感器网络等设备中，实现生产线自动化和智能监控。
ARM嵌入式Web服务器Boa的软、硬件设计 毕业设计
摘要论文主要介绍了基于ARM9的嵌入式Web服务器Boa的软、硬件设计及其实现，其中硬件部分的核心是三星的S3C2410X为处理器。
最后成果形式为可以远程访问的WebServer嵌入式服务器。
Boa是一款单任务的HTTP服务器。
与其他传统的Web服务器不同的是当有连接请求到来时,它并不为每个连接单独创建进程, 也不通过复制自身进程来处理多链接。
而是通过建立HTTP请求列表来处理多路HTTP连接请求。
同时它只为CGI程序创建新的进程,这样就在最大程度上节省了系统资源,这对嵌入式系统来说至关重要。
同时它还具有自动生成目录、自动解压文件等功能。
因此, Boa在嵌入式系统中具有很高的应用价值。
关键词:ARM；Linux；嵌入式Web服务器；CGIThis paper has mainly developed the software hardware design and realization of the embedded Web server Boa based on ARM. And the core of the hardware part is S3C2410X microprocessor produced by Samsung . The final achievement is the embedded webserver which can remote visit. Boa is a single-tasking HTTP server. That means that unlike traditional webservers, it does not fork for each incoming connection, nor does it fork many copies of itself to handle multiple connections. It internally multiplexes all of the ongoing HTTP connections. And forks only for CGI programs, this is very important to embedded system. At the same time, it also has the function of automatic directory generation、automatic file gunzipping and so on. So Boa is of highly value in the embedded system application.Keywords: ARM；Linux；Embedded Web server；CGI摘要 (1)Abstract (2)目录 (3)第一章引言 (5)第二章课题背景 (6)2.1 嵌入式系统简介 (6)2.2 嵌入式系统和Linux (6)2.3 ARM9硬件平台 (7)2.3.1 ARM简介 (7)2.3.2 JXARM9-2410 ARM嵌入式教学实验系统 (8)第三章嵌入式Web服务器 (9)3.1 概述 (9)3.2 Web服务器原理 (9)3.3 嵌入式Web服务器实现原理 (9)3.3.1 TCP/IP协议 (9)3.4 嵌入式Web服务器Boa (10)3.4.1 Boa概述 (10)3.4.2 Boa的功能实现 (11)第四章CGI技术 (12)4.1 CGI概述 (12)4.2 CGI工作原理 (12)第五章建立嵌入式系统开发环境 (14)5.1 在Vmware下安装Redhat 9.0 (14)5.2 编译配置主机开发环境 (18)5.2.1 配置以太网 (18)5.2.2 安装配置tftp服务器 (19)5.2.3 配置防火墙 (21)5.2.4 配置NFS服务器 (22)5.3 JXARM9-2410中U-boot烧写 (22)5.3.1 u-boot的功能 (22)5.3.2 使用ADT IDE烧写u-boot (23)第六章系统功能的实现 (25)6.1 GCC简介 (25)6.1.1 GCC概述 (25)6.1.2 GCC基本用法 (25)6.2 Linux内核移植 (26)6.2.1 Linux内核源代码的安装 (26)6.2.2 Linux交叉编译环境的建立和使用 (27)6.2.3 Linux内核的配置和编译 (27)6.3 加载Linux内核映像 (30)6.4 Boa Web服务器的移植 (31)6.4.1 Boa Web服务器的建立 (31)6.5 Linux下动态Web页面的实现 (32)6.5.1 CGI程序分析 (32)6.5.2 Form输入的分析和解码 (34)第七章系统功能的测试 (36)7.1 测试Web服务器 (36)7.2 动态Web页面测试 (37)结束语 (40)致谢 (41)参考文献 (42)附录 (43)第一章引言随着计算机技术的发展，嵌入式系统已成为计算机领域的一格重要组成部分。
ARM开发教程之ARM体系的嵌入式系统BSP的程序设计
ARM开发教程之ARM体系的嵌入式系统BSP的程序设计简介：ARM公司在32位RISC的CPU开发领域不断取得突破，其结构已经从V3发展到V6。
BSP（Board Support Package）板级支持包介于主板硬件和操作系统之间，其功能与PC 机上的BIOS相类似，主要完成硬件初始化并切换到相应的操作系统。
BSP是相对于操作系统而言的，不同的操作系统对应于不同定义形式的BSP，例如VxWorks的BSP和Linux的BSP相对于某一CPU来说，尽管实现的功能一样，可是写法和接口定义是完全不同的。
另外，仔细研究所用的芯片资料也十分重要，例如尽管ARM在内核上兼容，但每家芯片都有自己的特色。
所以这就要求BSP程序员对硬件、软件和操作系统都要有一定的了解。
本文介绍基于ARM体系的嵌入式应用系统初始化部分BSP的程序设计。
本文引用的源码全部是基于HMS320C7202芯片设计，并已成功运行。
1 ARM开发教程之初始化过程尽管各种嵌入式应用系统的结构及功能差别很大，但其系统初始化部分完成的操作有很大一部分是相似的。
嵌入式系统的启动流程如图1所示。
1.1 设置入口指针启动程序首先必须定义指针，而且整个应用程序只有一个入口指针。
一般地，程序在编译链接时将异常中断向量表链接在0地址处，并且作为整个程序入口点。
入口点代码如下：ENTRY（_start）；开始1.2 ARM开发教程之设置异常中断向量表ARM要求中断向量表必须放置在从0开始、连续8×4字节的空间内。
各异常中断向量地址以及中断的算是优先级如表1：表1 各异常中断的中断向量地址以及中断的处理优先级中断向量地址异常中断类型异常中断模式优先级（6最低）0x0 复位特权模式（SVC）10x4 未定义中断未定义指令中止模式（Undef) 60x8 软件中断（SWI）特权模式（SVC）60x0c 指令预取中止中止模式50x10 数据访问中止中止模式20x14 保留未使用未使用0x18 外部中断请求（IRQ）外部中断（IRQ）模式40x1c 快速中断请求（FIQ）快速中断（FIQ）模式 3每当一个中断发生后，ARM处理器便强制把程序计数器（PC）指针置为向量表中对应中断类型的地址值。
嵌入式解决方案
（2）编译与链接生成可执行文件，支持多硬件平台。
（3）提供硬件仿真器，方便开发者进行程序调试。
（4）提供项目管理模板，便于团队协作。
4.技术支持与服务
（1）开发文档：提供详细的硬件、软件开发指南，便于开发者了解系统。
（2）技术培训：开展线上线下培训，助力开发者掌握开发技能。
2.软件设计
（1）操作系统：基于开源操作系统，结合RTOS特点进行优化；
（2）驱动程序：开发硬件相关的驱动程序，保证硬件设备正常工作；
（3）中间件：提供网络协议栈、文件系统等中间件，简化应用层开发；
（4）应用程序：根据客户需求，开发嵌入式应用软件；
（5）软件安全：遵循安全编程规范，确保系统安全可靠。
（2）内存：配置足够的RAM以满足系统运行需求。
（3）存储：采用大容量Flash存储器，用于存储系统程序与用户数据。
（4）外围接口：提供USB、以太网、串口等接口，便于设备互联。
（5）硬件安全：集成加密芯片，确保系统及数据安全。
2.软件设计
（1）操作系统：基于实时操作系统（RTOS）进行定制化开发。
嵌入式解决方案
第1篇
嵌入式解决方案
一、背景
随着信息技术的飞速发展，嵌入式系统在工业控制、智能家居、网络通信等领域发挥着日益重要的作用。为满足市场需求，提高嵌入式系统性能与可靠性，降低开发成本，特制定本解决方案。
二、目标
1.满足客户对嵌入式系统的功能需求；
2.提高嵌入式系统的性能六、总结
本方案旨在为客户提供一套完整、高效的嵌入式解决方案，满足功能需求的同时，提高性能、降低开发成本。通过严谨的设计、专业的技术支持，确保嵌入式系统符合国家法律法规及行业标准，助力客户在激烈的市场竞争中脱颖而出。
嵌入式开发板实习报告
一、实习背景随着我国经济的快速发展和科技的不断进步，嵌入式系统在各个领域得到了广泛的应用。
为了更好地了解嵌入式开发，提高自己的实践能力，我参加了为期一个月的嵌入式开发板实习。
本次实习主要围绕嵌入式开发板进行，通过实际操作，熟悉嵌入式系统的开发流程，掌握相关技术。
二、实习内容1. 嵌入式系统概述嵌入式系统是指将计算机技术、微电子技术、通信技术、传感技术等集成在一起，实现特定功能的计算机系统。
它具有体积小、功耗低、可靠性高等特点，广泛应用于工业控制、消费电子、通信、医疗等领域。
2. 嵌入式开发板介绍本次实习主要使用的开发板为基于ARM Cortex-M3内核的STM32F103系列开发板。
该开发板具有丰富的硬件资源，如ADC、DAC、UART、SPI、I2C等，方便用户进行嵌入式系统开发。
3. 嵌入式系统开发流程嵌入式系统开发流程主要包括以下步骤：（1）需求分析：明确项目需求，确定嵌入式系统的功能、性能、成本等指标。
（2）硬件设计：选择合适的嵌入式开发板，进行电路设计、PCB布线等。
（3）软件设计：根据需求分析，编写嵌入式系统软件，包括硬件抽象层（HAL）、中间件、应用层等。
（4）软件开发与调试：使用C/C++等编程语言进行软件开发，利用调试工具进行调试。
（5）系统集成与测试：将软件、硬件、网络等集成在一起，进行系统测试。
（6）系统优化与维护：根据测试结果对系统进行优化，确保系统稳定运行。
4. 实习任务（1）熟悉STM32F103系列开发板的硬件资源，包括CPU、外设、存储器等。
（2）学习C/C++编程语言，掌握嵌入式系统开发的基本语法和编程技巧。
（3）学习嵌入式系统开发工具，如Keil、IAR、STM32CubeIDE等。
（4）完成一个基于STM32F103系列开发板的嵌入式项目，实现一个简单的功能。
三、实习成果1. 熟悉了嵌入式系统开发的基本流程和原理。
2. 掌握了C/C++编程语言在嵌入式系统开发中的应用。
arm实训总结
arm实训总结标题：ARM实验实训总结报告一、前言本次ARM实验实训是我对嵌入式系统设计与开发的一次深度实践。
通过这次实训，我对ARM微处理器的结构原理、指令集以及基于ARM架构的嵌入式系统开发流程有了更为直观和深入的理解。
二、实训内容回顾在实训过程中，我们主要围绕ARM Cortex-M系列处理器进行学习和实践。
首先，从理论层面，我们系统地学习了ARM体系结构、工作模式、存储器管理、异常处理等基础知识；其次，在实践环节，我们使用Keil MDK等开发工具进行了汇编和C语言编程，完成了中断服务程序设计、定时器应用、串口通信等多个实战项目。
三、实训过程及收获1. 硬件操作与调试：通过对ARM开发板的实际操作，我亲身体验了硬件连接、程序下载、在线调试等环节，对硬件底层的工作原理有了更清晰的认识，也锻炼了我的动手能力和问题解决能力。
2. 软件编程与实现：通过编写和调试ARM汇编和C语言代码，我对ARM的指令集、寄存器配置、中断处理机制等有了深入理解，同时也提升了我的编程技能和逻辑思维能力。
3. 团队协作与交流：在完成复杂项目的过程中，我们分工合作，共同探讨解决方案，这不仅提高了我在团队环境下的工作效率，也锻炼了我与他人沟通协调的能力。
四、实训反思与展望尽管在实训过程中取得了一定的进步，但我也意识到自身在某些方面还有待提升，如对实时操作系统RTOS的理解与应用、硬件驱动程序的设计与优化等。
未来的学习中，我将深化对这些领域的研究，努力提升自己在嵌入式系统开发方面的综合能力。
总结，此次ARM实训是一次宝贵的实践经历，它使我对嵌入式系统的软硬件协同设计有了更深层次的认知，并为我后续从事相关领域的工作或研究打下了坚实的基础。
五、结语ARM实训不仅是对我现有知识的检验，更是对未来专业技能的磨砺。
我会珍视这份实践经验，以此为契机，持续探索并深化对嵌入式系统尤其是ARM架构技术的研究，为我国的科技创新事业贡献自己的力量。
嵌入式系统开发平台设计与实现
嵌入式系统开发平台设计与实现嵌入式系统是指被嵌入到其他系统中的计算机系统，它通常包含一个或多个处理器、存储器、输入/输出接口及其他组件。
嵌入式系统广泛应用于汽车、家用电器、医疗设备等各个领域，为了提高嵌入式系统的开发效率和可靠性，设计和实现一个强大的嵌入式系统开发平台是必要的。
1. 开发平台需求分析首先，我们需要进行嵌入式系统开发平台的需求分析，明确开发平台应具备的功能和特性。
在需求分析阶段，我们可以考虑以下几个方面的需求：1.1 开发工具链开发平台应提供完整的开发工具链，包括编译器、调试器、仿真器等。
这些工具应具备高效、稳定、易用的特点，能够满足开发人员的需求。
1.2 软硬件支持开发平台应支持多种嵌入式系统硬件平台，如ARM、AVR、PIC 等。
同时，它也应提供丰富的软件库和驱动程序，方便开发人员进行系统开发和集成。
1.3 实时操作系统嵌入式系统通常需要具备实时性能，因此开发平台应支持实时操作系统（RTOS）。
RTOS应具备高效的任务调度算法，确保系统能够按时响应外部事件。
1.4 通信和网络支持现代嵌入式系统通常需要与其他设备进行通信，因此开发平台应提供网络和通信支持。
这包括网络协议栈、通信接口等，以便开发人员能够方便地进行系统集成和通信测试。
2. 开发平台架构设计在需求分析的基础上，我们可以开始设计嵌入式系统开发平台的架构。
一个好的架构应具备灵活性、可扩展性和高效性，以满足不同项目的需求。
2.1 分层架构开发平台的架构可以采用分层结构，包括底层硬件驱动层、操作系统层、编译与调试层和应用开发层。
这样的设计可以提高系统的可维护性和可移植性。
2.2 开放性接口开发平台应提供开放性的接口，方便开发人员进行系统功能扩展和定制。
这包括统一的API接口、软件库的接口等。
2.3 多平台支持开发平台应支持多种硬件平台和操作系统，以满足不同项目的需求。
这意味着平台的设计应具备可移植性和兼容性。
3. 开发平台实现在架构设计完成之后，我们可以进行开发平台的实现工作。
ARM嵌入式LINUX应用程序设计PPT课件
嵌入式软件测试中经常用到的测试工具： ➢ 内存分析工具 ➢ 性能分析工具 ➢ 覆盖分析工具 ➢ 缺陷跟踪工具
2021/3/18
15
嵌入式Linux面临的挑战
1
2
3
Linux的实时 扩充性
改变Linux内核 体系结构
完善Linux的集 成开发环境
Solution
➢ 扩展 Linux 的实时 性能
向外扩展 向上扩展
页式存储管理机制 页表
硬件无关部分
进程的映射和逻辑内存的对换
硬件相关部分
为内存管理硬件提供了虚拟接口
每个进程保留一张页表，用于将本进程 空间中 的虚拟地址变换成物理地址。
2021/3/18
20
进程调度
当需要选择下一个进程运行时，由调度程序选择最值得运行的进程，依 据每个进程的task_struct结构
交叉开 发环境
开放类型
GNU工具链
➢ 常用的交叉开发环
境主要有开放和商
业两种类型。开放 Metrowerks CodeWarrior
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作者简介
Andrew N.Sloss于1992年获得Herefordshire大学（英国）计算机科学学士学位，英国计算机协会认证注册工程师（C.Eng,MBCS）。
他已在计算机行业工作了16年，从1987年开始参与有关ARM处理器的研发，在ARM处理器上开发了众多领域的应用项目，积累了丰富的经验。
他为Emerald出版集团（英国）设计了首个能够在ARM2和ARM3处理器上运行的针对中文和埃及象形文字的编辑系统。
他在ARM公司工作了6个多，目前是ARM在美国加州Los Gatos的技术销售工程师，负责为开发新产品的公司提供建议和支持。
编辑推荐
从事ARM嵌入式系统软件开发的每一位工程师的桌上都应摆着这本书。
对于初学者来说，它是一本详尽、透彻的使用指南；对于ARM专家来说，它则是一本有益的参考书。
从审阅本书的第一稿以来，我就一直在使用这本书，我愿向任何希望从基于ARM的产品获得最大收益的人推荐这本书。
在过去的10年间，ARM体系统结构已经成为世界上最流行的体系结构之一，从蜂窝电话到汽车制动系统，在这些产品中使用了超过20亿片基于ARM的处理器。
许多半导体厂商和产品设计公司组成了全球范围的ARM开发者团体，包括软件开发者、系统设计师和硬件设计师。
就ARM系统和软件开发来说，到目前为止，还没有其它任何一本书籍能够真正满足其需求，本书将填补这一空白。
本书涵盖了ARM和Thumb指令集、Intel的XScale处理器，概括了ARM体系结构的不同版本之间的差异，示范了如何实现DSP算法，解释了异常和中断处理，描述了围绕ARM内核的cache技术，以及最有效的存储器管理技术。
最后一章介绍了ARMv6体系结构的特征和ARM未来的发展，以及对指令集所做的最新改进，这些改进增强了ARM体系结构的DSP和多媒体处理能务。
本收特色
本书从系统和软件我角度来描述了ARM内核，这是与其它书的显著差别。
作者结合了丰富的ARM软件工程经验和ARM开发者的需要的广泛、透彻的知识。
书中提供了许多实用的运行代码范例，并作了详尽的解释，可以从出版商的网站下载
：/companions/1558608745。
包含了一个简单的嵌入式操作系统。
本书简介
本书从软件设计的角度，全面、系统地介绍了ARM处理器的基本体系结构和软件设计与优化方法。
内容包括：ARM处理器基础；ARM/Thumb指令集；C语言与汇编语言程序的设计与优化；基本运算、操作的优化；基于ARM的DSP；异常与中断处理；固件与嵌入式OS；cache与存储器管理
；ARMv6体系结构的特点等。
全书内容完整，针对各种不同的ARM内核系统结构都有详尽论述，并有大量的例子和源代码。
附录给出了完整的ARMv4/v5/Thumb指令的功能、编码、周期定时以及汇编参考。
本书适于从事ARM嵌入式系统教学与研发，或想把其它嵌入式平台的软件移植到ARM平台上去的专业技术人员使用，要求对ARM处理器有一定的了解，并有C语言和汇编语言基础。
若在编译原理、操作系统、数字信号处理、计算机体系结构等方面有一定的基础，则效果会更好。
本书也可作为嵌入式系统专业方向的本科生和研究生相关课程的教材或教学参考书。
目录
第1章 基于ARM的嵌入式系统
1.1 RISC设计思想
1.2 ARM设计思想
1.3 嵌入式系统的硬件
1.3.1 ARM总线技术
1.3.2 AMBA总线协议
1.3.3 存储器
1.3.4 外设
1.4 嵌入式系统的软件
1.4.1 初始化（启动）代码
1.4.2 操作系统
1.4.3 应用程序
1.5 总结
第2章 ARM处理器基础
2.1 寄存器
2.2 当前程序状态寄存器
2.2.1 处理器模式
2.2.2 分组寄存器
2.2.3 状态和指令集
2.2.4 中断屏蔽
2.2.5 条件标志
2.2.6 条件执行
2.3 流水线
2.4 异常、中断及向量表
2.5 内核扩展
2.5.1 cache和紧耦合存储器
2.5.2 存储管理
2.5.3 协处理器
2.6 体系结构的不同版本
2.6.1 命名规则
2.6.2 体系结构的发展
2.7 ARM处理器系列
2.7.1 ARM7系列
2.7.2 ARM9系列
2.7.3 ARM10系列
2.7.4 ARM11系列
2.7.5 专用处理器
2.8 总结
第3章 ARM指令集
3.1 数据处理指令
3.1.1 MOVE指令
3.1.2 桶形移位器
3.1.3 算术指令
3.1.4 算术指令使用桶形移位器
3.1.5 逻辑指令
3.1.6 比较指令
3.1.7 乘法指令
3.2 分支指令
3.3 load store指令
3.3.1 单寄存器传送指令
3.3.2 单寄存器load store指令的寻址方式 3.3.3 多寄存器传送指令
3.3.4 交换指令
3.4 软件中断指令
3.5 程序状态寄存器指令
3.5.1 协处理器指令
3.5.2 协处理器15（CP15）指令语法
3.6 常量的装载
3.7 ARMv5E扩展
3.7.1 零计数指令
3.7.2 饱和算术指令
3.7.3 ARMv5E乘法指令
3.8 条件执行
3.9 总结
第4章 Thumb指令集
4.1 Thumb寄存器的使用
4.2 ARM-Thumb交互
4.3 其它分支指令
4.4 数据处理指令
4.5 单寄存器load-store指令
4.6 多寄存器load-store指令
4.7 堆栈指令
4.8 软件中断指令
4.9 总结
第5章 高效的C编程
5.1 C编译器及其优化概述
5.2 基本的C数据类型
5.2.1 局部变量类型
5.2.2 函数参数类型
5.2.3 有符号数与无符号数
5.3 C循环结构
5.3.1 固定次数的循环
5.3.2 不定次数的循环
5.3.3 循环展开
5.4 寄存器分配
5.5 函数调用
5.6 指针别名
5.7 结构体安排
5.8 位域
5.9 边界不对齐数据和字节排列方式（大/小端） 5.10 除法
5.10.1 带余数的无符号重复除法
5.10.2 把除转换为乘
5.10.3 除数是常数的无符号除法
5.10.4 除数是常数的有符号除法
5.11 浮点运算
5.12 内联函数和内嵌汇编
5.13 移植问题
5.14 总结
第6章 ARM汇编与优化
6.1 编写汇编代码
6.2 性能分析和周期计数
6.3 指令调整
6.4 寄存器分配
6.4.1 分配变量给寄存器
6.4.2 使用超过14个的局部变量
6.4.3 最大限度地使用寄存器
6.5 条件执行
6.6 循环结构
6.6.1 减计数循环
6.6.2 展开计数循环
6.6.3 多层嵌套循环
6.6.4 其它计数循环
6.7 位操作
6.7.1 固定宽度的位域打包和解包
6.7.2 可变宽度编码的位流打包
6.7.3 可变宽度编码的位流解包
6.8 高效的switch
6.8.1 在范围0≤x
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