嵌入式系统原理--嵌入式系统开发技术.pdf

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1、嵌入式系统原理－－嵌入式系统开发技术第2章嵌入式系统开发技术1嵌入式系统原理－－嵌入式系统开发技术教学目的掌握嵌入式系统结构设计方法；掌握嵌入式系统设计方法；了解嵌入式系统开发技术及过程；了解嵌入式系统调试技术和方法；了解嵌入式系统开发技术的发展趋势及其挑战。2嵌入式系统原理－－嵌入式系统开发技术主要内容嵌入式系统的设计与开发，具有自身的特点。本章首先分析了嵌入式的总体结构，从层次结构出发，讲解嵌入式系统开发的体系结构，然后，讲解嵌入式系统开发的过程和嵌入式系统调试技术。2.1嵌入

2、式系统的结构设计2.2嵌入式系统的设计方法2.3嵌入式系统开发技术2.4嵌入式系统的调试技术2.5嵌入式系统开发技术的发展趋势及其挑战3嵌入式系统原理－－嵌入式系统开发技术2.1嵌入式系统的结构设计在进行任何类型的项目开发时，都需要有一个明确的结构，也就是说，要有一个明了的体系结构，嵌入式系统设计也不例外，必须进行嵌入式系统的结构设计。在设计嵌入式系统时，就需要先了解嵌入式系统的结构。一个嵌入式系统一般都由嵌入式计算机系统和执行装置组成（如图2-1所示），其中嵌入式计算机系统是整个嵌入式

3、系统的核心，由硬件层、中间层、软件层和功能层组成。执行装置也称为被控对象，它可以接受嵌入式计算机系统发出的控制命令，执行所规定的操作或任务。执行装置可以很简单，如手机上的一个微型的电机，当手机处于震动接收状态时打开。4嵌入式系统原理－－嵌入式系统开发技术所以，先从层次的观点进行分析，对嵌入式系统按照如图2-1所示的层次进行划分，然后在进行相应的设计。图2-1嵌入式系统的组成结构5嵌入式系统原理－－嵌入式系统开发技术2.2.1硬件层硬件层主要包括嵌入式微处理器、存储器系统、通用设备接口和I/O接口

4、（A/D、D/A、I/O等）组成。在硬件层上，有的小型或简单的嵌入式系统应用项目中，基本上只需要嵌入式微处理器和电源即可实现，而某些复杂的系统，除了嵌入式微处理器外，还需要增加电源电路、时钟电路和存储器电路（ROM和RAM等），就构成了一个嵌入式核心控制模块。其中操作系统和应用程序都可以固化在ROM中。6嵌入式系统原理－－嵌入式系统开发技术由此可见，无论什么样的嵌入式系统，其硬件层都是以嵌入式处理器为核心的。嵌入式处理器开始之初，几乎都是为通用目的而设计的，后来，随着嵌入式系统应用的不断普及，出

5、现了专用的集成芯片（Applicationspecificintegratedcircuit，ASIC），ASIC是一种为具体任务而特殊设计的专用电路，如很多打印机控制芯片就是ASIC。ASIC是专用集成芯片，对很多方面进行了专门优化，使其性能、性价比都非常高，而且减少了系统软件和硬件设计的复杂程度，降低系统成本。但ASIC也有很多缺点，比如前期设计费用非常高、无扩展性等，因此，只有在产量非常大的产品设计中才考虑使用ASIC。7嵌入式系统原理－－嵌入式系统开发技术随着各种可编程芯片的出现，改变了

6、嵌入式硬件模块的设计方法，出现了“可重构计算”的概念。可重构计算是通过可编程逻辑器件实现的，它允许在不改变硬件电路板的情况下，实现不同的控制接口和控制功能。比如FPGA和CPLD，就是典型的可重构计算的例子。8嵌入式系统原理－－嵌入式系统开发技术2.2.2中间层在硬件层与软件层之间的称之为中间层，也称为硬件抽象层（HardwareAbstractLayer，HAL）或板级支持包（BoardSupportPackage，BSP），它的功能就是将系统软件与底层硬件部分隔离，使得系统的底层设备驱动程序

7、与硬件无关。硬件抽象层一般具有相关硬件的初始化、数据的输入/输出操作和硬件设备的配置等功能，其特点就是硬件相关性和操作系统相关性。9嵌入式系统原理－－嵌入式系统开发技术硬件相关性：因为嵌入式实时系统的硬件环境具有应用相关性，所以，作为高层软件与硬件之间的接口，BSP必须为操作系统提供操作和控制具体硬件的方法。操作系统相关性：不同的操作系统具有各自的软件层次结构，因此，不同的操作系统具有特定的硬件接口形式。10嵌入式系统原理－－嵌入式系统开发技术在实现上，BSP是一个介于操作系统和底层硬件之间

8、的软件层次，包括了系统中大部分与硬件相关的软件模块。设计一个完整的BSP需要完成两部分工作：嵌入式系统初始化以及BSP的功能和设计硬件相关的设备驱动。11嵌入式系统原理－－嵌入式系统开发技术一、嵌入式系统初始化：系统初始化过程总是可以抽象为三个主要环节，按照自底向上、从硬件到软件的次序依次为：片级初始化、板级初始化和系统级初始化。片级初始化：主要完成CPU的初始化，包括设置CPU的核心寄存器和控制寄存器，CPU核心工作模式以及CPU的局部总线模式等。片级初始化把CPU从上电时的默认状态逐步设置成