北京理工大学-嵌入式系统课件.ppt
嵌入式系统导论
课程介绍与教学大纲课程目标本课程旨在使学生掌握嵌入式系统开发的基本原理和实践技能,培养学生的分析问题、解决问题的能力,为其在嵌入式系统领域的发展奠定坚实的基础。教学内容嵌入式系统概述嵌入式处理器存储器系统外设接口嵌入式操作系统驱动程序开发调试与测试技术
什么是嵌入式系统
嵌入式系统的特点专用性针对特定应用而设计,功能固定,通常不具备通用计算机的灵活性。实时性要求系统能够及时响应外部事件,并在规定的时间内完成特定任务。可靠性嵌入式系统通常需要长时间稳定运行,对可靠性要求很高,尤其是在工业控制、航空航天等领域。资源受限
嵌入式系统的应用领域移动设备智能手机、平板电脑、可穿戴设备等汽车电子汽车控制系统、导航系统、安全系统等工业控制自动化生产线、机器人控制、过程控制等消费电子
嵌入式系统的发展历史11970年代微处理器出现,开启了嵌入式系统发展的新时代。21980年代嵌入式操作系统开始出现,如VxWorks、QNX等。31990年代嵌入式系统广泛应用于各个领域,并逐渐向小型化、智能化方向发展。421世纪
嵌入式处理器概述
ARM处理器架构简介
ARM处理器的工作模式用户模式用户程序在该模式下运行,访问受限。系统模式操作系统内核在该模式下运行,拥有最高权限。FIQ模式用于处理快速中断,具有更高的优先级。IRQ模式用于处理一般中断。SVC模式用于用户程序访问系统资源,例如系统调用。Abort模式用于处理数据或指令访问异常。Undefined模式用于处理未定义的指令。Monitor模式
ARM处理器的寄存器组织通用寄存器R0-R15程序计数器PC状态寄存器CPSR
ARM指令系统特点1精简指令集指令集精简,提高指令执行效率。2定长指令所有指令长度一致,简化指令解码。3高效的寻址模式支持多种寻址模式,提高数据访问效率。支持多种数据类型
ARM汇编语言基础ARM汇编语言是直接操作ARM处理器指令的语言。学习ARM汇编语言是理解ARM处理器工作原理、进行底层开发和优化程序性能的重要基础。本节将介绍ARM汇编语言的基本语法、指令格式和常用的指令。
数据处理指令数据处理指令用于对数据进行运算和处理,例如加法、减法、乘法、除法、逻辑运算等。ARM数据处理指令采用多种寻址模式,支持不同数据类型和运算操作。
分支跳转指令分支跳转指令用于改变程序执行流程,例如条件跳转、无条件跳转、子程序调用等。ARM分支跳转指令支持多种跳转条件和目标地址计算方式,方便程序实现灵活控制。
存储器访问指令存储器访问指令用于访问内存中的数据,例如读数据、写数据、数据传输等。ARM存储器访问指令支持多种寻址模式,可以高效地访问不同类型的内存区域。
中断和异常处理中断和异常是嵌入式系统中常见的事件,例如硬件中断、软件异常等。ARM处理器提供完善的中断和异常处理机制,可以及时响应事件,并处理相应的程序逻辑。
嵌入式开发环境搭建搭建合适的开发环境是进行嵌入式系统开发的首要步骤。开发环境通常包括交叉编译工具链、调试工具、模拟器等。选择合适的开发环境可以提高开发效率和程序质量。
交叉编译工具链交叉编译工具链是指在一种平台上编译运行在另一种平台上的程序的工具集。交叉编译工具链通常包含编译器、汇编器、链接器、调试器等工具。在嵌入式系统开发中,使用交叉编译工具链可以将代码编译成目标平台可以执行的机器码。
调试工具的使用调试工具是嵌入式系统开发中不可或缺的一部分,它可以帮助开发者定位和解决程序中的错误。常见的调试工具包括GDB、JTAG调试器、仿真器等。调试工具可以提供单步执行、断点设置、内存查看、寄存器查看等功能。
存储器系统设计存储器系统是嵌入式系统的重要组成部分,它负责存储程序、数据和系统状态信息。存储器系统通常包含ROM、Flash、RAM等多种类型的存储器,它们具有不同的特性和应用场景。
ROM和Flash存储器ROM只读存储器,用于存储不可修改的程序和数据,例如引导程序、固件等。Flash存储器可擦写可编程存储器,用于存储可更新的程序和数据,例如操作系统、应用程序等。
RAM存储器技术RAM是随机存取存储器,用于存储当前正在运行的程序和数据。RAM具有快速访问速度,但数据会在断电后丢失。常见的RAM类型包括SRAM、DRAM、SDRAM等。
存储器映射存储器映射是指将所有存储器地址分配到一个连续的地址空间,以便处理器能够访问所有存储器区域。存储器映射可以提高系统效率,并简化存储器管理。
存储器管理单元(MMU)存储器管理单元(MMU)是嵌入式系统中用于管理存储器地址空间的硬件单元。MMU可以将虚拟地址转换为物理地址,并控制不同程序对内存的访问权限,从而提高系统安全性和效率。
中断系统设计中断系统是嵌入式系统中用于处理异步事件的机制。中断系统通常包含中断控制器、中断向量表、