第5章开发环境与技术 嵌入式系统设计教程(第2版)
软件开发环境
第7章 软件开发环境
在建立好一个工程时，默认的target 是DebugRel， 还有另外两个可用的target，分别为Realse 和Debug， 这三个target 的含义分别为： DebugRel ：使用该目标，在生成目标的时候，会为 每一个源文件生成调试信息； Debug ：使用该目标为每一个源文件生成最完全的 调试信息； Release：使用该目标不会生成任何nutils-2.15.tar.bz2：这个压缩包包含有ld,ar,as等一 些产生或者处理二进制文件的工具。其主要目的是为 GNU系统提供汇编和连接工具等。 gcc-3.4.5.tar.bz2：这个压缩包主要是为GNU系统提供 C 编译器。现在支持多种语言，这其中包括C/C++、 Fortran、Java、Objective-C、Ada等。 glibc-2.2.5.tar.gz：Libc是很多用户层应用都要用到的 库，用于定义系统调用和其它一些基本的函数调用。 glibc-linuxthreads-2.2.5.tar.gz：这是Libc用于支持 Posix线程而单独发布的一个压缩包。 linux-2.6.8.tar.bz2：这个压缩包就是Linux的内核， 在编译glibc时，要用到Linux内核中的include目录的
第7章 软件开发环境
点击Edit 菜单，选择“DebugRel Settings…”， 出现如图7-2 所示的对话框。 主要包括： 1. target 设置选项 nguage Settings 3. Linker 设置
第7章 软件开发环境
点击CodeWarrior IDE 的菜单Project 下的make 菜单， 就可以对工程进行编译和链接了。
第7章 软件开发环境
在这里选择ARM Executable Image，在“Project name:”中输入工程文件名，本例为“ledcircle”，点击 “Location:”文本框的“Set…”按钮，浏览选择想要将 该工程保存的路径，将这些设置好后，点击“确定”， 即可建立一个新的名为ledcircle 的工程。 这个时候会出现ledcircle.mcp 的窗口，如图7-2 所示， 有三个标签页，分别为files,link order,target 默认的是 显示第一个标签页 files。通过在该标签页点击鼠标右键， 选中“Add Files…”可以把要用到的源程序添加到工程 中。
微处理器系统结构及嵌入式系统设计(第二版)答案全
一1.2 以集成电路级别而言，计算机系统的三个主要组成部分是什么？中央处理器、存储器芯片、总线接口芯片1.3 阐述摩尔定律。
每18个月，芯片的晶体管密度提高一倍，运算性能提高一倍，而价格下降一半。
1.5 什么是SoC？什么是IP核，它有哪几种实现形式？SoC：系统级芯片、片上系统、系统芯片、系统集成芯片或系统芯片集等，从应用开发角度出发，其主要含义是指单芯片上集成微电子应用产品所需的所有功能系统。
IP核：满足特定的规范和要求，并且能够在设计中反复进行复用的功能模块。
它有软核、硬核和固核三种实现形式。
1.8 什么是嵌入式系统？嵌入式系统的主要特点有哪些？概念：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、成本、体积和功耗的严格要求的专用计算机系统，即“嵌入到应用对象体系中的专用计算机系统”。
特点：1、嵌入式系统通常是面向特定应用的。
2、嵌入式系统式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的产物。
3、嵌入式系统的硬件和软件都必须高效率地设计，量体裁衣、去除冗余，力争在同样的硅片面积上实现更高的性能。
4、嵌入式处理器的应用软件是实现嵌入式系统功能的关键，对嵌入式处理器系统软件和应用软件的要求也和通用计算机有以下不同点。
①软件要求固体化，大多数嵌入式系统的软件固化在只读存储器中；②要求高质量、高可靠性的软件代码；③许多应用中要求系统软件具有实时处理能力。
5、嵌入式系统和具体应用有机的结合在一起，它的升级换代也是和具体产品同步进行的，因此嵌入式系统产品一旦进入市场，就具有较长的生命周期。
6、嵌入式系统本身不具备自开发能力，设计完成以后用户通常也不能对其中的程序功能进行修改，必须有一套开发工具和环境才能进行开发。
二2.2 完成下列逻辑运算（1）101+1.01 = 110.01（2）1010.001-10.1 = 111.101（3）-1011.0110 1-1.1001 = -1100.1111 1（4）10.1101-1.1001 = 1.01（5）110011/11 = 10001（6）(-101.01)/(-0.1) = 1010.12.3 完成下列逻辑运算（1）1011 0101∨1111 0000 = 1111 0101（2）1101 0001∧1010 1011 = 1000 0001（3）1010 1011⊕0001 1100 = 1011 01112.4 选择题（1）下列无符号数中最小的数是( A )。
第 5 章 嵌入式系统软件开发与调试-单片机原理及接口技术-孙一林-清华大学出版社
2021/2/20
5.1 Keil开发环境简介
Keil开发应用流程
（1）创建工程项目文件 （2）选择微型机芯片型号 （3）设置工程选项 （4）选择添加微型机启动代码等 （5）创建、编辑原程序文件 （6）编译原程序文件 （7）单步或连续模拟运行调试、观察运行结果 （8）生成*.hex文件
2021/2/20
5.1 Keil开发环 在Keil环境中调试运行
Keil环境调试窗口
2021/2/20
5.3 在Keil环境中调试运行
Keil调试环境中设置断点
2021/2/20
5.3 在Keil环境中调试运行
Keil调试环境中可编程接口设备
2021/2/20
● 熟悉Keil开发应用程序流程 ● 熟悉Keil环境的各类设置操作 ● 熟悉Keil环境的调试操作 ● 熟悉Keil环境的调试窗口 ● 掌握使用Keil环境开发应用系统
主要知识点：第5章 5嵌.1 K入eil开式发系环境统简介软件
5.2 在Keil环境中开发应用程序
5.3 在开Ke发il环与境中调调试试运行
2021/2/20
5.1 Keil开发环境简介
● Keil开发环境主要功能 ● Keil开发应用流程 ● Keil开发环境界面
2021/2/20
5.1 Keil开发环境简介
2021/2/20
5.3 在Keil环境中调试运行
2019嵌入式课程设计-嵌入式系统设计与应用(第2版)-王剑-清华大学出版社
嵌入式系统课程设计计划具体内容、进度安排及要求（附课表，包含指导、答疑、上机的时间、地点，指导教师，学生班级，分组情况等）一、内容及要求：通过本次课设，使学生了解嵌入式系统的特点，进一步理解和巩固课堂所学的嵌入式系统的基本理论和知识。
掌握嵌入式系统的基本设计与分析方法，从而达到理论与实际相结合，并为今后从事嵌入式系统设计及其相关领域的各项工作打下坚实的基础。
具体要求如下：1、掌握嵌入式系统的硬件设计原理。
2、掌握嵌入式linux操作系统下的C语言应用程序设计技术3、掌握嵌入式linux操作系统驱动程序设计技术4、掌握嵌入式linux操作系统的移植技术5、掌握嵌入式linux操作系统的交叉编译与动态调试技术具体内容如下：（1）熟悉嵌入式硬件系统基础知识及基于Linux的应用开发环境的建立和程序设计方法熟悉嵌入式硬件系统基础知识，熟悉嵌入式操作系统Linux的特点，了解Linux的主要模块及各自的功能。
掌握虚拟机VMW ARE的使用方法，掌握通过交互式的环境来设计和定制内核、选择系统特性，然后进行编译和调试的全过程。
了解BSP在嵌入式系统中位置及其作用。
掌握在嵌入式操作系统Linux上搭建嵌入式应用开发环境的方法，熟悉Bootloader的使用方法。
（2）嵌入式操作系统Linux平台的编译移植搭建安装嵌入式实验开发平台的BSP。
根据嵌入式实验开发平台的特点和系统需求，利用VMARE环境配置Linux操作系统的特性和功能, 熟悉Bootloader的使用方法,使用TOOLCHAIN进行交叉编译、链接生成操作系统内核，生成系统映像文件ZImage。
下载并运行编译好的Linux系统内核。
对文件系统同样进行相关编译移植下载至嵌入式开发平台上。
（3）嵌入式数据库SQLITE与UI开发工具QT的掌握。
（4）根据所学理论知识和嵌入式硬件开发平台的具体情况，设计一个具有一定规模较复杂功能的嵌入式系统（如嵌入式系统设备驱动程序），一般来讲需要2个学生共同完成.（5）编写课设报告。
嵌入式系统设计课程大纲
嵌入式系统设计课程大纲第一章：课程介绍（100字）本章主要介绍嵌入式系统设计课程的目的、重要性以及学习该课程的基本要求。
通过本章的学习，学生将对嵌入式系统设计的概念有一个明确的认知。
第二章：嵌入式系统基础知识（200字）本章将重点介绍嵌入式系统的基本概念、发展历程以及其在各个领域中的应用。
同时，将深入讲解嵌入式系统设计所需的硬件和软件基础知识，包括单片机、传感器、通信接口等概念和原理。
第三章：嵌入式系统设计流程（250字）本章将详细介绍嵌入式系统设计的流程及其各个环节的具体要求。
包括需求分析、系统设计、软硬件开发、测试调试等阶段，以及各个阶段所需的工具和方法。
第四章：嵌入式系统开发工具和环境（200字）本章将介绍常用的嵌入式系统开发工具和环境，包括集成开发环境（IDE）、仿真器、调试器等。
学生将学习如何选择和使用适合项目需求的工具，并掌握相关的调试技巧。
第五章：嵌入式系统通信协议（150字）本章将介绍嵌入式系统中常用的通信协议，包括串口通信、SPI、I2C、CAN等。
学生将学习各种通信协议的原理、特点以及在实际项目中的应用场景。
第六章：嵌入式系统电源管理（150字）本章将重点介绍嵌入式系统中电源管理的原理和方法。
学生将学习如何有效地管理系统电源，以提高系统的稳定性和节能效果。
第七章：嵌入式系统安全性设计（200字）本章将介绍嵌入式系统安全性设计的重要性以及相关的技术要求。
学生将学习如何设计安全可靠的嵌入式系统，包括访问控制、数据加密等方面的知识。
第八章：嵌入式操作系统（150字）本章将介绍常用的嵌入式操作系统，包括实时操作系统（RTOS）、Linux嵌入式系统等。
学生将学习这些操作系统的原理、特点和适用场景，以及如何进行系统移植和调试。
第九章：嵌入式系统性能优化（200字）本章将讲解如何对嵌入式系统进行性能优化，包括系统响应时间的优化、功耗优化以及资源利用率的提高。
学生将学习相关的优化技术和方法，并通过实践项目进行实际应用。
嵌入式系统(第二版)第一至第五章课后答案
第一章思考与练习1、举出3个书本中未提到的嵌入式系统的例子。
答:红绿灯控制,数字空调,机顶盒2、什么叫嵌入式系统嵌入式系统：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、什么叫嵌入式处理器？嵌入式处理器分为哪几类？嵌入式处理器是为完成特殊的应用而设计的特殊目的的处理器。
嵌入式微处理器(Embedded Microprocessor Unit, EMPU)嵌入式微控制器(Microcontroller Unit, MCU)嵌入式DSP 处理器(Embedded Digital Signal Processor, EDSP)嵌入式片上系统(System On Chip)4、什么是嵌入式操作系统？为何要使用嵌入式操作系统？是一段在嵌入式系统启动后首先执行的背景程序，首先，嵌入式实时操作系统提高了系统的可靠性。
其次，提高了开发效率，缩短了开发周期。
再次，嵌入式实时操作系统充分发挥了32 位CPU 的多任务潜力。
第二章1、嵌入式系统项目开发的生命周期分哪几个阶段？各自的具体任务是什么？项目的生命周期一般分为识别需求、提出解决方案、执行项目和结束项目4 个阶段。
识别需求阶段的主要任务是确认需求，分析投资收益比，研究项目的可行性，分析厂商所应具备的条件。
提出解决方案阶段由各厂商向客户提交标书、介绍解决方案。
执行项目阶段细化目标，制定工作计划，协调人力和其他资源；定期监控进展，分析项目偏差，采取必要措施以实现目标。
结束项目阶段主要包括移交工作成果，帮助客户实现商务目标；系统交接给维护人员；结清各种款项。
2、为何要进行风险分析？嵌入式项目主要有哪些方面的风险？在一个项目中，有许多的因素会影响到项目进行，因此在项目进行的初期，在客户和开发团队都还未投入大量资源之前，风险的评估可以用来预估项目进行可能会遭遇的难题。
需求风险；时间风险；资金风险；项目管理风险3、何谓系统规范？制定系统规范的目的是什么？规格制定阶段的目的在于将客户的需求，由模糊的描述，转换成有意义的量化数据。
嵌入式系统设计教程(第2版)简答题答案.pdf
第一章嵌入式系统概论1.嵌入式系统的定义是什么？答：以应用为中心，以计算机技术为基础，硬件、软件可裁剪，功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。
2.简述嵌入式系统的主要特点。
答：（1）功耗低、体积小、具有专用性（2）实时性强、系统内核小（3）创新性和高可靠性（4）高效率的设计（5）需要开发环境和调试工具3. 嵌入式系统一般可以应用到那些领域？答：嵌入式系统可以应用在工业控制、交通管理、信息家电、家庭智能管理系统、网络及电子商务、环境监测和机器人等方面。
4. 简述嵌入式系统的发展趋势答：（1）嵌入式应用的开发需要强大的开发工具和操作系统的支持（2）连网成为必然趋势（3）精简系统内核、算法，设备实现小尺寸、微功耗和低成本（4）提供精巧的多媒体人机界面（5）嵌入式软件开发走向标准化5.嵌入式系统基本架构主要包括那几部分？答：嵌入式系统的组织架构是由嵌入式处理器、存储器等硬件、嵌入式系统软件和嵌入式应用软件组成。
嵌入式系统一般由硬件系统和软件系统两大部分组成，其中，硬件系统包括嵌入式处理器、存储器、I/O系统和配置必要的外围接口部件；软件系统包括操作系统和应用软件。
6.嵌入式操作系统按实时性分为几种类型，各自特点是什么？答：（1）具有强实时特点的嵌入式操作系统。
（2）具有弱实时特点的嵌入式操作系统。
（3）没有实时特点的嵌入式操作系统。
第二章嵌入式系统的基础知识1.嵌入式系统体系结构有哪两种基本形式？各自特点是什么？答：冯诺依曼体系和哈佛体系。
冯诺依曼体系结构的特点之一是系统内部的数据与指令都存储在同一存储器中，其二是典型指令的执行周期包含取指令TF，指令译码TD，执行指令TE，存储TS四部分，目前应用的低端嵌入式处理器。
哈佛体系结构的特点是程序存储器与数据存储器分开，提供了较大的数据存储器带宽，适用于数据信号处理及高速数据处理的计算机。
2.在嵌入式系统中采用了哪些先进技术？答：（1）流水线技术（2）超标量执行（3）总线和总线桥3.简述基于ARM架构的总线形式答：ARM架构总线具有支持32位数据传输和32位寻址的能力，通过先进微控制器总线架构AMBA支持将CPU、存储器和外围都制作在同一个系统板中。
第5章开发环境与技术
缺点： ROM Monitor要占用目标机一定的资源， 如CPU、RAM和串口或网卡等通信资源；应用程 序的最终运行环境和调试环境有一定的差异；不便 于调试有时间特性的程序，实时性较差。
远程调试（Remote Debug）允许调试器以某种 方式控制目标机上被调试进程的运行方式，并具有 查看和修改目标机上内存单元、寄存器以及被调试 进程中的变量值等各种调试功能。
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ARM实验平台与PC机连接关系框图
PC机
USB口
并口
RS232
网口
Jtag电缆
L CD显示
1 MB线性 Flash(BIO S)
18
5.3 嵌入式系统调试技术
在嵌入式软件开发中，调试时采用的是在宿主机 和目标机之间进行的远程调试，调试器仍然运行在 宿主机的通用操作系统之上，但被调试的进程却是 运行在基于特定硬件平台的嵌入式操作系统中，调 试器和被调试进程通过串口或者网络进行通信。调 试器可以控制、访问被调试的进程，读取被调试进 程的当前状态，并能够改变被调试进程的运行状态。
应用场合：没有目标机开发板或者成本太高；被调 试的程序模块不需要在实际开发板上执行；对模块 代码先调试，以加快调试速度。
ARM体系结构计算机，目前经常使用的是 ARMulator指令集模拟器，它作为一个插件集成在 ADS1.2集成开发环境中。
25
② ROM Monitor方式
在这种调试方式下，调试环境由宿主机端的调 试器、目标机端的监控程序（ROM Monitor） 以及二者间的物理连接三部分构成。 ROM Monitor是运行在目标机上监控被调试 程序运行的一段程序，与宿主机端的调试器一 起完成对应用程序的调试。它要预先被固化到 目标机的ROM中,在目标机复位后首先被执行 来完成对目标机进行一些必要的初始化，然后 等待宿主机的命令。
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调试是通过交叉调试器完成软件的调试工作。 调试完成后还需进行必要的测试工作。
固化运行是先用一定的工具将应用程序固化到 目标机上，然后启动目标机，在没有任何工具 干预的情况下应用程序能自动地启动运行。
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嵌入式系统通常是一个资源受限的系统，因此 直接在嵌入式系统的硬件平台上编写软件比较困 难。目前一般采用的解决办法是首先在通用计算
机（宿主机）上编写程序，然后通过交叉编译 生成目标机上可以运行的二进制代码格式，然 后通过串口或者以太网接口将交叉编译生成 的目标代码传输并装载到目标机上，并在监 控程序或者操作系统的支持下利用交叉调试 器、JTAG调试装置或ICE进行分析和调试，最 后目标机脱离宿主机单独运行。
3
5.2 嵌入式软件开发工具
“工欲善其事，必先利其器” 嵌入式软件开发工具的集成度和可用性将直接关系
到嵌入式系统的开发效率。ARM的开发工具包括有编译 器、、汇编器、连接器、调试器、操作系统、函数库、 评估板、JTAG调试器、在线仿真器等。目前世界上约有 40多家公司提供不同类型的产品。
在Windows环境下，其代表产品是ARM公司的软件开 发工具包ADS和新推出的RVDS。
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嵌入式系统开发流程框架图
Source Insight
ARM SDT Project Manager
开始新工程
编辑源 代码
基本开 发流程
PC机
监控结 果
编译链 接
仿真调 试
程序下 载
串口助手 或超级终
端
ARM SDT Debuger
armJtag
并口
ArmDvk
USB
串口
内部逻辑 开发流程 硬件连接
第5章 嵌入式系统开发环境与相关开发技术
5.1 概述 5.2 嵌入式系统的开发工具 5.3 嵌入式系统调试技术 5.4 嵌入式系统开发经验 5.5 嵌入式系统的Bootloader技术
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5.1 概述
一个嵌入式系统的开发环境一般包括 有开发用的宿主机、嵌入式目标机、 调试器和软件开发工具，它们之间通 过串口、JTAG(并口)和网络接口等 进行通信。
Visual C++等。
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1）嵌入式软件的交叉开发环境
交叉开发环境是指用于嵌入式软件开发的 所有工具软件的集合，一般包括：
文本编辑器 交叉编译器 交叉调试器 仿真器 下载器等
交叉开发环境由宿主机和目标机组成，宿 主机与目标机之间在物理连接的基础上建 立起逻辑连接。
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运行平 Target
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开发工具的分类
嵌入式软件的开发可以分为以下几种 ：
编写简单的板级测试软件，主要是辅助硬件的调试 开发基本的驱动程序 开发特定嵌入式操作系统的驱动程序（板级支持包） 开发嵌入式系统软件，如：嵌入式操作系统等 开发应用软件
6
嵌入式系统开发环境和开发过程
建立交叉开发环境是进行嵌入式软件开发
的第一步，目前常用的交叉开发环境主要有开放
和商业两种类型。开放的交叉开发环境的典型代
表是GNU工具链、目前已经能够支持x86、ARM、
MIPS、PowerPC等多种处理器。商业的交叉开发环
境 则 主 要 有 Metrowerks CodeWarrior 、
ARMSoftware Development Toolkit 、 Embedded
台 目标机应用系统
调 试
— 应用软件
代 — 应用中间件
理 — 目标机OS
目标机硬件
开发平 Host
台 宿主机开发环境
运 行
— 编辑 — 编译
库
— 连接
— 调试
宿主机 OS
宿主机硬件
交叉开发环境
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嵌入式软件的交叉开发环境
物理连接和逻辑连接 物理连接是指宿主机与目标机通过物理线路连接 在一起，连接方式主要有三种：
串行通信口 局部以太网口 OCD（On Chip Debug）方式，如JTAG、BDM等
物理连接是逻辑连接的基础。 逻辑连接指宿主机与目标机间按某种通信协议建
立起来的通信连接，目前逐步形成了一些通信协 议的标准。
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2）嵌入式软件实现阶段的开发过程
嵌入式软件的开发进入实现阶段，可分为 三个步骤：生成、调试和固化运行。
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ARM映像文件格式
映像文件是计算机上的一个可执行文件，在执 行之前被加载到计算机存储器中。
ARM集成开发环境中的各种原文件（汇编、C以 及C++程序）经过ARM编译器编译之后，生成ELF 格式的目标文件。这些目标文件和相应的C/C++ 运行时库经过ARM连接器连接后，生成.axf映像 文件。在开发板上调试运行后，使用fromelf工 具将映像文件中的调试信息和注释过滤掉生成 二进制的可加载文件.bin。可加载文件可写入 嵌入式设备的ROM中，再加电启动过程执行。
Jtag 仿Hale Waihona Puke 器JtagUSB口
ARM CPU 执行
RS232电 平转换
串口
PC机硬件平台
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开发流程
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（1）嵌入式软件生成阶段
三个过程
源代码程序 的编写
编译成各个 目标模块
链接成可供 下载调试或 固化的目标 程序
源程序 编辑器
库文件
目标 模块
可供调试 /固化
交叉编 译器
交叉链 接器
在Linux环境中，主要使用GNU开发工具。
4
开发工具的分类
根据不同的阶段，嵌入式软件开发工具可 以分为：
需求分析工具（Requirement Analysis Tools） 软件设计工具(Software Design Tools) 编码、调试工具(Coding Tools) 测试工具(Testing Tools) 配置管理工具、维护工具等
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嵌入式软件的生成
这一过程与普通计算机开发过程的本质区别是在于 交叉编译器和交叉连接器。
其中交叉编译器的主要功能是把在宿主机上编写的 高级语言程序编译成可以在目标机上运行的二进制 代码。常见的ARM软件开发环境有两种：
①ARM公司开发的集成开发环境ADS 1.2，该开发环境 使用了CodeWarrior公司的编译器，使用ADX进行本 地和远程调试。ADS有一系列应用程序及相关文档、 范例组成，主要包括命令行开发工具、GUI开发工 具、实用工具和支持软件。使用它们就可以编写和 调试自己的应用程序了。