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ARM嵌入式系统开发综述ARM开发工程师入门宝典
获取更多权威电子书请登录https://www.doczj.com/doc/d215045315.html, 前言
嵌入式系统通常是以具体应用为中心，以处理器为核心且面向实际应用的软硬件系统，其硬件是整个嵌入式系统运行的基础和平台，提供了软件运行所需的物理平台和通信接口；而嵌入式系统的软件一般包括操作系统和应用软件，它们是整个系统的控制核心，提供人机交互的信息等。所以，嵌入式系统的开发通常包括硬件和软件两部分的开发，硬件部分主要包括选择合适的MCU或者SOC 器件、存储器类型、通讯接口及I/O、电源及其他的辅助设备等；软件部分主要涉及OS porting和应用程序的开发等，与此同时，软件中断调试和实时调试、代码的优化、可移植性/可重用以及软件固化等也是嵌入式软件开发的关键。
嵌入式系统开发的每一个环节都可以独立地展开进行详细的阐述，而本文的出发点主要是为嵌入式开发的初学者者提供一个流程参考。因为对于初学者在面对一个嵌入式开发项目的时候，往往面临着诸多困难，如选择什么样的开发平台？什么样的器件类型？在进行编译时怎样实现代码优化？开发工具该如何选择和使用？在进行程序调试时应该注意那些问题以及选择什么样的嵌入式OS 等等。希望通过本文，能帮助初学者了解有关ARM嵌入式系统开发流程。
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目录
前言 (2)
1 嵌入式开发平台 (4)
1.1 ARM的开发平台： (4)
1.2 器件选型 (7)
2 工具选择 (11)
3 编译和连接 (13)
3.1 RVCT的优化级别与优化方向 (16)
3.2 Multifile compilation (21)
3.3调试 (22)
4 操作系统 (23)
4.1 哪里可以得到os 软件包 (Open Source and Linux
Kernel) (25)
4.2 安装镜像 (26)
4.3 交叉编译 (26)
总结 (27)
获取更多权威电子书请登录https://www.doczj.com/doc/d215045315.html, 1 嵌入式开发平台
通常嵌入式开发的平台主要包括基于SoC或MCU开发板，板上提供常用的外设、接口和其他功能模块，开发者一般根据自己的应用需要选择适合自己板级开发平台。在这样的平台上开发者可以进行硬件的扩展，操作系统移植和应用软件的开发、调试及固化，并最终形成自己的产品推向市场。但是基于该平台的软件开发工作往往需要等到硬件平台完成后才能开展，这显然不利于缩短TTM （Time to Market），同时调试的过程也是需要反复迭代和修改设计的过程，因此硬件方案的变动在所难免。因此在系统方案没有最终定型前，急于搭建硬件平台不仅费时费力，而且也会造成系统开发成本的提高。因此在进行方案设计的时候，利用CPU或者其他外设的模型进行早期的评估是非常必要的。
1.1 ARM的开发平台：
! ARMulator仿真平台
这是一套最基础的ARM指令集仿真器，内嵌于ADS和RVDS中，是每一位ARM 开发者的很好的起点。ARMulator可以模拟执行开发人员编写的C或汇编程序，支持源代码调试，帮助开发者确定代码编写的正确性。另一方面，ARMulator 还能大致统计出，诸如：代码执行周期数，Cache命中率，存储器访问等利于我们优化代码的信息。但ARMulator是基于CPU的模拟，缺点在于比较难于模拟整个芯片系统的行为。
! RealView Integrator-CP平台
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RealView Integrator-CP平台（RealView Integrator Compact Platform）可以整合Core Module。Core Module FPGA 还整合了ARM PrimeCell 系列周边器件和内存控制器，包括LCD，MMC卡，音频解码，以及客户自己开发AHB接口器件。
! Versatile PB/AB平台
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Versatile Platform Baseboard（Versatile PB）是一个可以开发软硬件的PCB平台，可以用LogicTile，AnalyzerTile进行扩展，用来连接用户开发的器件，逻辑分析仪等。而Versatile Application Baseboard（Versatile AB）主要区别是硬件扩展功能有限，因而主要用来进行软件应用开发。
! Emulation Baseboard（EB）
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EB平台有一块相对大的FPGA（Xilinx Virtex2 XC2V6000）可以放下用户设计的周边器件，EB可以通过CoreTile 和LogicTile进行扩展，使用户做原型验证更加方便。
! ESL虚拟平台
https://www.doczj.com/doc/d215045315.html,/products/DevTools/RealViewCREATE_Family.html ARM ESL虚拟平台利用SystemC模型构建整个SoC系统，可以基于两种模型构建：时钟精确型（CA）和时钟近似型（CX），CA模型提供了和实际硬件时钟节拍一直的精确度，利用ESL SoC Designer工具在ESL CA模型构建虚拟
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仿真平台上，SoC 硬件工程师利用ESL 工具提供的强大的诸如Core 运行状态监视、Bus Profiling 、Cache 工作状态和Memory Mapping 等可视化插件对系统性能观测和分析，定位系统性能的瓶颈，实现硬件的性能优化和功能划分。
此外，对于嵌入式软件开发工程师而言，ESL 虚拟平台带来的最大好处是让软件开发在更早的阶段开展，而不必等到在硬件平台上进行此工作。这样以来软硬件开发工作可以并行提高，缩短产品上市时间，软硬件的协同开发还可以尽早发现系统bug ，降低开发风险和成本。同时该虚拟平台还提供了ARM 软件开发调试工具接口同步进行软件调试，在ESL 虚拟平台上实现软硬件的协同仿真，可以实现优化软件的目的。
从图1看，传统流程中容易引起反复的环节，而对引入ESL 的开发流程，可将诸如驱动开发调试等，提前放置到虚拟开发平台上进行，实现系统设计的优化、
缩短开发周期等。而且仿真环境所能提供的调试手段，是FPGA 平台所无法比拟的。
图1 传统和引入ESL 工具的SoC 开发流程
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https://www.doczj.com/doc/d215045315.html,/products/DevTools/RealTimeSystemModel1176.html RTSM（实时系统模型）是对整个芯片系统在指令集层面上的仿真，它能提供快速、准确的指令仿真，以及与RealView Debugger的无缝连接。大型应用程序的开发可以使用 RTSM模拟技术来完成。 RTSM模拟包括LCD显示器、键盘和鼠标等外设的仿真。不到5s，就可以利用PC在ARM处理器上对OS的启动过程进行模拟，用户可以在ARM提供的RTSM上进行快速的软件仿真。这是OEM在开发软件系统时成本最低的方法。想象一下，芯片公司不用等到芯片生产出来，也不用把缓慢的FPGA板交给方案厂商或OEM；只需要将整个芯片的模型交付，下游厂家就可以尽早尽快地将软件方案开发完毕。最终产品几乎可以从芯片生产出来就准备上市。
1.2 器件选型
器件的选择归根结底是为嵌入式系统选择合适的处理器芯片。ARM处理器是最常见的嵌入式处理器之一，它以低功耗、低成本和高性能而深受业界的青睐。而且ARM是目前产业中资源最为广泛的嵌入式处理器，基于广大的ARM合作伙伴计划，开发者可以在这个联盟里寻求到各种自己意想不到的帮助。从图2
给出了常见的ARM处理器的架构和支持的操作系统。目前在业内广为人知的ARM处理器主要有ARM7系列和ARM9系列，同时为了关注今后嵌入式系统的发展，也有必要了解一下最新的ARM11和ARM Cotex系列处理器。
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图2 ARM 体系结构
ARM7系列
ARM7TDMI 是ARM7系列中使用最广泛的，它是从最早实现32位地址空间编程模式的ARM6内核发展而来的，并增加了64位乘法指令，支持片上调试、16位Thumb 指令集和EmbeddedICE 观察点硬件。ARM7TDMI 属于ARM v4体系结构，采用冯诺伊曼结构，3级流水处理，平均0.9DMIPs/Mhz 性能。不过ARM7TDMI 没有MMU （Memory Management Unit ）和Cache ，所以仅支持那些不需要MMU 和Cahce 的小型实时操作系统，如VxWorks 、uC/OS-II 和uLinux 等RTOS 。其他的ARM7系列内核还有ARM720T 和ARM7E-S 等。
ARM9系列
ARM9TDMI 相比ARM7TDMI ，将流水级数提高到5级从而增加了处理器的
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ARM9E系列
ARM9E系列属于ARM v5TE，在ARM9TDMI的基础上增加了DSP扩展指令，是可综合内核，主要有ARM968E-S、ARM966E-S、ARM946E-S和
ARM926EJ-S（v5TEJ指令体系，增加了Java指令扩展），其中ARM926EJ-S 是最具代表性的。通过DSP和Java的指令扩展，可获得70％的DSP处理能力和8x的Java处理性能提升。另外分开的指令和数据Cache结构进一步提升了软件性能；指令和数据TCM（Tightly Couple Memory：紧耦合存储器）接口支持零等待访问存储器；双AMBA AHB总线接口等。ARM926EJ-S可达250Mhz 以上的处理速度，很好地支持Symbian OS、Linux、Windows CE和Palm OS 等主流操作系统。
ARM11系列
ARM11系列主要有ARM1136、ARM1156、ARM1176和ARM11 MP-Core 等，它们都是v6体系结构，相比v5系列增加了SIMD多媒体指令，获得1.75x 多媒体处理能力的提升。另外，除了ARM1136外，其他的处理器都支持AMBA 3.0-AXI总线。ARM11系列内核最高的处理速度可达500Mhz以上（其中90nm
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工艺下，ARM1176可达
到750Mhz ）以及600DMIPS 的性能，请参考和图3相关描述。
图3 ARM11系列内核
基于ARMv6架构的ARM11系列处理器是根据下一代的消费类电子、无线设备、网络应用和汽车电子产品等需求而制定的。其的媒体处理能力和低功耗特点使它特别适合于无线和消费类电子产品；其高数据吞吐量和高性能的结合非常适合网络处理应用；另外，在实时性能和浮点处理等方面ARM11可以满足汽车电子应用的需求。
ARM Cotex 系列
Cortex 系列是ARM 公司目前最新内核系列，属于v7架构，主要有
Cortex-A8、Cortex-R4、Cortex-M3和Cortex-M1等处理器，其中A8是面向高性能的应用处理器，最高可达1Ghz 的处理速度，更好的支持多媒体及其他高性能要求，最高可达2000DMIPS ；R4主要面向嵌入式实时应用领域（Real-Time ），7级流水结构，相对于上代ARM1156内核，R4在性能、功耗和面积（PPA ：Performance ，Power and Area ）取得更好的平衡，>1.5DMIPS/Mhz 和高于400Mhz 的处理速度。而M3主要是面向低成本和高性能的MCU 应用领域，相比ARM7TDMI ，M3面积更小，功耗更低，性能更高。Cortex-M3处理器的核心
获取更多权威电子书请登录https://www.doczj.com/doc/d215045315.html, 是基于哈佛架构的3级流水线内核，该内核集成了分支预测，单周期乘法，硬件除法等众多功能强大的特性，使其在Dhrystone benchmark上具有出色的表现（1.25 DMIPS/MHz）。根据Dhrystone benchmark的测评结果，采用新的Thumb?-2指令集架构的Cortex-M3处理器，与执行Thumb指令的
ARM7TDMI-S?处理器相比，每兆赫的效率提高了70%，与执行ARM指令的ARM7TDMI-S处理器相比，效率提高了35%。
目前已经有Cortex系列内嵌的产品问世，如TI公司推出的基于Cortex-A8内核的OMAP3430，TI、ST和Luminary也推出了基于Cortex-M3内核的低成本高性能32位MCU，更多详情请登陆这些公司的主页查询。
2 工具选择
根据开发目标平台的不同，ARM提供不同的工具解决方案。
MDK-ARM
RealView Microcontroller Development Kit(MDK) 支持基于ARM7，
ARM9，Cortex-M3微控制处理器，例如Atmel，Freescale，Luminary，NXP，OKI，Samsung，Sharp，ST，TI等厂家的产品。MDK提供工业标准的编译工具和强大的调试支持。MDK是专为MCU的用户开发嵌入式软件而设计的一套开发工具。包括根据器件定制的调试仿真支持，丰富的项目模版，固件示例以及为内存优化的RTOS库。MDK上手容易，功能强大，适合微控制器应用程序开发。
RVDS
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正如前面所介绍RVDS 是专为SOC ，FPGA 以及ASIC 用户开发复杂嵌入式应用程序或者和操作系统平台组件接口而设计的开发工具。RVDS 支持器件设计，支持多核调试，支持基于所有ARM
和Cortex 系列CPU 的程序开发。RVDS 还可以和第三方软件进行很好的连接。
图4 RVDS 和RV-MDK
如上图表示：MDK 主要是为终端客户提供价格低廉，功能强大的开发工具。集成了RealView 编译工具，Keil uVision 开发环境，支持基于
ARM7,ARM9,Cortex-M1,Cortex-M3产品的仿真，提供非常高效的RTOS
Kernel ，除此，提供的Real-Time 库还有TCP/IP 网络套件，Flash 文件系统，USB 器件接口，CAN 总线接口等，方便终端用户进行应用开发。因此对于MDK 用户来说，他们得到的就是可以对MCU 进行仿真和调试，容易使用又没有冗余的功能，关键是价格实惠，而且用户可以先试用再购买。
对于芯片设计公司以及相关解决方案提供商来说，需要的是更加强大的工具，可以进行多核调试，需要更加先进的调试和分析功能，可以支持多种操作系
获取更多权威电子书请登录https://www.doczj.com/doc/d215045315.html, 统，可以进行IP整合开发，可以结合ESL工具进行架构评估，系统软硬件划分等，那么选择RVDS可以提供完整解决方案。
3 编译和连接
ARM RealView 编译工具已经发展了16年，一直致力于为客户提供最好的编译器。RVDS是ARM公司继SDT与ADS1.2之后主推的新一代开发工具，目前最高版本是3.1。它由RealView编译器（RVCT）、RealView汇编器（armasm）、RealView连接器（armlinker），以及RealView调试器（RVDebugger）三部分组成。
RVDS对代码密度的提升、代码执行速度的提高，都可以由ARM开发工具自动实现，而不需要软件开发人员花费过多的时间手动优化高级语言代码。这是RVDS的优势所在。
先前版本中的编译器armcc，tcc，armcpp，tcpp 已经整合成一个编译器armcc，可以将标准的C或C++语言源程序编译成32位ARM指令代码或者16位Thumb指令代码或者Thumb-2指令代码。
编译器输出的ELF格式的目标文件，包含调试信息。除此之外，编译器可以输出所生成的汇编语言列表文件。
RVDS的编译器根据最新的ARM架构进行特别的优化，针对每个ARM架构都提供最好的代码执行性能，最优的代码密度。可以根据需要选择调试信息级别，以及不同的代码优化方向和优化级别。
RVCT中C和RogueWaveC++库包括
获取更多权威电子书请登录https://www.doczj.com/doc/d215045315.html, ! 完整ISO标准C语言库
标准C语言函数集，C语言库需要的支持函数以及在Semihosted执行环境中需要的目标相关的函数。
C语言库结构使用户很容易定义目标相关函数，以适应特定的目标环 ARM
境。
! 浮点函数库使用ARM在IEEE754标准（二进制浮点算法）上实现的浮点环境。
! RogueWaveC++库
RogueWaveC++库包含标准C++函数，编译器需要的支持函数。
各种源文件经过ARM编译器编译后生成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连接器处理后，生成ELF格式映像文件。 ARM连接器可以去除使用不到的代码段和函数，这样可以减少内存的使用。 ARM连接器可以将不同的指令代码和数据代码放置到不同的内存地址范围。（https://www.doczj.com/doc/d215045315.html,/support/faqdev/1245.html）
通常在嵌入式系统中，指令和数据代码会固化在非易失性存储器中（ROM 或Flash），可以从这些地方上电启动。从运行速度方面考虑，部分指令和数据代码会在启动后搬运到易失性存储器(RAM)中，因此连接器可以使用一些方法机制来配置调度。
这种分散装载（scatterloading）的机制可以让把不同的指令和数据分散的放到不同的地址，而且这些地址在系统启动和系统运行可以是不同的映射。
获取更多权威电子书请登录https://www.doczj.com/doc/d215045315.html, 详细的地址分配可以是用参数来指定，或者用一个描述文件来作为连接器的参数。使用描述文件会使维护起来非常简单，而且如果要改变地址分配，不需要把整个项目完全重新来做，只要把项目中需要的目标重新连接即可。
一个scatterloading文件的示例：
LOAD_FLASH 0x04000000 0x80000 ; 启动地址和长度
{
EXE_FLASH 0x04000000 0x80000
{
init.o (Init, +First) ;
* (+RO) ;
}
32bitRAM 0x0000 0x2000
{
vectors.o (Vect, +First) ;
int_handler.o (+RO)
}
16bitRAM 0x2000 0x80000
{
* (+RW,+ZI) ;
}
}
获取更多权威电子书请登录https://www.doczj.com/doc/d215045315.html, ! 本文件定义了启动区域和三个执行区域。在大括号外面定义了启动区域（LOAD_FLASH），里面三个定义了执行区域
(EXEC_FLASH,32bitRAM,16bitRAM)。
! 为了提高运行速度，异常向量（在vectors.s）和异常句柄（在int_handler.c）被重新放置到32bitRAM的零地址开始的地方。
! 可以读写的变量被复制到16bitRAM的0x2000地址开始的地方。
! 零初始化的数据和可读写数据放在16bitRAM内。
! 其他不需要搬运的代码只需要还放在Flash里就好。
3.1 RVCT的优化级别与优化方向
提到RVCT就不能不提armcc的四个优化级别和两个编译选项，-O1、-O2、-O3、-O4，以及-Otime、-Ospace。
-Ospace与-Otime负责给编译器提供代码优化的大方向，告知编译器编译任务的主要目标是代码密度（-Ospace）还是代码性能（-Otime）。而-O1、-O2、-O3、-O4则分别代表4种逐次递进的不同优化级别。
OSpace 还是OTime？
显然代码密度与代码执行速度在很多情况下是一对矛盾。以下面的代码为例。例1中左右两段代码可以完成相同的任务，但是左边的有较高的代码密度，右边的则有较高的执行速度。因为当expr = 0时，标志循环结束时，右边的代码可以顺序执行下去；而左边代码必须先跳转至循环体首部判断expr的值，随
获取更多权威电子书请登录https://www.doczj.com/doc/d215045315.html, 后再跳转道循环体尾，继续执行下一条指令。
例1代码速度与尺寸的对比
do
(expr)
while
(expr) if
{ { do
}
body;
body; {
while (expr);
} }
那么我们什么时候使用Otime 什么时候使用Ospace呢？Otime与Ospace 需要开发人员根据系统实际需求来决定，最好的情况是在两者之间找到一个合适的平衡点，而不是单纯的追求速度或者代码尺寸的缩小。即，将不同的代码模块根据其特性分别使用不同的编译选项。
此外，RVCT编译器支持很多非常有用的编译选项，如--no_inline（取消所有代码的内联函数）、--split_ldm（限制LDM/STM指令的最大操作寄存器数目）、--split_sections（将每个函数，而不是源文件，作为一个编译单元进行操作）等等。
编译器的所有这一切都可以严格根据开发者的要求，帮助开发人员得到系统真正需要的优化过了的代码。
O3还是O2？
获取更多权威电子书请登录https://www.doczj.com/doc/d215045315.html, 老的开发工具，如ADS1.2中，只有3种递进的代码优化级别，对应3种编译选项，即-O0（Minimum optimization）、-O1（Restricted optimization）、-O2（High optimization ）。
使用-O0编译选项时，RVCT编译器只对代码作最基本的优化操作，编译结束后用户得到的代码与用户手写源代码之间的差距很小，这种特性的主要作用是为了方便用户在程序开发阶段的调试工作，避免由于优化而产生的调试屏障。此外，很多资深软件工程师偏向于手写优化代码，在这种情况下，由于代码已经被优化过，可以使用-O0编译选项减少RVCT的工作量，节省编译链接的时间。
-O1与-O2则分别是相对于-O0更加高级别的编译优化选项，前者提供有限的优化；后者则会对代码进行较大程度的优化改进操作。
RVDS中新增加了-O3（Maximum optimization）编译选项，它可以最大程度的发挥RVCT编译器的优势，将代码编译成最优。O3与O2都是较高级别的编译优化选项，但-O3相比较于-O2，主要优势有以下几点。当用户使用-O3选项时：
――编译器会自动对代码进行髙阶标量优化。所谓的高阶标量优化就是编译器对根据代码特点，针对循环、指针等进行髙阶优化。
――编译器会把尽可能多函数的编译为内联（inline）函数；
――Multifile compilation功能被自动使能。
对于循环与指针的髙阶优化（High-level scalar optimizations）
当编译选项为-O3 –Otime时，RVCT会根据代码的具体情况，针对循环、
获取更多权威电子书请登录https://www.doczj.com/doc/d215045315.html, 指针等部分作髙阶优化工作：循环解开（Loop unrolling）、融合（fusion）、位置调整（interchange）、指针优化等等。以例2的函数为例。例2是一段简单的C 循环函数，在循环中含有数组指针调用。
例2
CodeA
void increment(int *restrict b, int *restrict c)
{ int i;
for (i = 0; i < 100; i++)
{
c[i] = b[i] + 1;
}
}
CodeB
void increment(int *b, int *c)
{
int i;
int *pb, *pc;
int b3, b4;
pb = b - 1;
pc = c - 1;
b3 = pb[1];
获取更多权威电子书请登录https://www.doczj.com/doc/d215045315.html, for (i = (100 / 2); i != 0; i--)
{
b4 =*(pb +=2);
pc[1] = b3 + 1;
b3 = pb[1];
*(pc += 2) = b4 + 1;
}
}
仔细观察可以发现，CodeA与CodeB可以完成同样的功能，即将数组b的每个成员加1赋值给数组c对应成员。但是CodeB与CodeA相比，有较高的执行速度。主要体现在以下几点：
――循环100次变成了循环50次（loop unrolling），减少了跳转次数；
――数组变成了指针，减少每次计算数组偏移量的指令；
――微调了不同代码操作的执行顺序，减少了流水线stall的情况；
――循环从＋＋循环变成了――循环。这样可以使用ARM指令的条件位，为每次循环减少了一条判断指令。
很多程序员就是这样，通过这种手写不同的C代码，再实现相同任务的情况下，提高了代码执行效率。
在RVDS中，使用-O3 –Otime编译选项，RVCT会自动帮助程序员进行这些髙阶标量优化，即，RVCT会直接将CodeA优化成以前由CodeB才能得到的汇编代码。虽然优化之后函数的代码尺寸大于原先的函数，但是执行速度却有大
《嵌入式开发工具使用》 实验报告 学生姓名：______________________ 学号：— 专业班级：_______________ 指导教师：_________________ 完成时间： 实验2嵌入式开发工具使用实验 一?实验目的 了解嵌入式开发工具套件组成，掌握开发工具安装，熟练运用gcc各命令选项，熟练编写Makefile和使用make工具，掌握gdb各命令用于应用程序调试。 二?实验内容 实验 2.1 arm-linux-gcc安装 实验2.2编译工具gcc使用 实验2.3 编写Makefile和使用make编译 实验2.4使用gdb调试应用程序 实验2.5 使用code::blocks进行图形化编程 三?预备知识 Linux使用等 四?实验设备及工具（包括软件调试工具） 硬件：ARM嵌入式开发平台、PC机Pentium100以上、串口线。软件：WinXP或 UBUNTU开发环境。 五?实验步骤 5.1交叉编译工具配置及编译 第一步，解压缩交叉编译器工具，命令为： #cd /tmp _____________________________________________________________________ ? arm-l inu x-gcc可执行文件位于目录 /root/gcc-gdb-make_exp _________________________________________ 。 第二步，修改PATH环境变量，将arm-linux-gcc可执行文件目录添加到PATH环境变量中，命令为 5.2 arm-l inu x-gcc编译工具使用
ARM的嵌入式Linux应用程序开发设计 嵌入式系统已经渗透到人们工作、生活中的各个领域，嵌入式处理器已占分散处理器市场份额的94％。而嵌入式Linux系统也蓬勃发展，不仅继承了Linux 源码开放、内核稳定高效、软件丰富等优势，还具备支持广泛处理器结构和硬件平台、占有空间小、成本低廉、结构紧凑等特点。1ARM处理器及开发板在嵌入式领域，ARM已取得了极大的成功，造就了IP核商业化、市场化的神话。据统计，全球有103家巨型IT公司在采用ARM技术，20家最大的半导体，一 嵌入式系统已经渗透到人们工作、生活中的各个领域，嵌入式处理器已占分散处理器市场份额的94％。而嵌入式Linux系统也蓬勃发展，不仅继承了Linux源码开放、内核稳定高效、软件丰富等优势，还具备支持广泛处理器结构和硬件平台、占有空间小、成本低廉、结构紧凑等特点。 1 ARM处理器及开发板 在嵌入式领域，ARM已取得了极大的成功，造就了IP核商业化、市场化的神话。据统计，全球有103家巨型IT公司在采用ARM技术，20家最大的半导体，一商中有19家是ARM的用户。ARM系列芯片已经被广泛的应用于移动电活、手持式计算机以及各种各样的嵌入式应用领域，成为世界上销量最大的32位微处理器。ARM已成为业界实际的RISC芯片标准。 ARM系列处理器根据各自特点应用于不同领域。从应用的角度上ARM芯片选择的一般原则：MMU；处理器速度；内置存储器容量；USB接口；GPIO数量；中断控制器；IIS(integrate interface ofsound)音频接口；nWAIT信号； RTC(real timeclock)；LCD控制器；PWM输出等各项指标。 本文使用的是ARM9，其性能远远高过ARM7。开发板使用的是广州斯道信息技术有限公司的开发板，中央处理器是三星公司的S3C2410。ARM9具有以下特点：5级流水线；采用哈佛结构；高速缓存和写缓存的引入；支持MMU。 2 嵌入式Linux系统 嵌入式操作系统是嵌入式应用软件的基础和开发平台，它的出现解决了嵌入式软件开发标准化的难题。嵌入式系统具有操作系统的最基本的功能。目前主流的嵌入式系统有以下儿种：Linux、VxWorks、QNX、Windows CE、Palm OS。 嵌入式Linux操作系统具有一些独特的优势：层次结构及内核完全开放；强大的网络支持功能；具备一整套工具链；广泛的硬件支持特性。 嵌入式Linux系统有很多种。本文使用的是Red Hat9操作系统。 在安装有Windows和Linux双系统的PC上，系统会以Linux的GRUB作为引导装入器来选择启动二者。此时若直接删除Linux分区，会导致系统无法启动
题目（基于ARM的嵌入式软件开发的研究） 院（系）名称信息工程学院 专业名称计算机科学与技术 学生姓名易国亮 学生学号1412210248 指导老师韩贝 2017年7月2日
摘要 嵌入式系统为控制、监视或辅助设备、机器或用于工厂运作的设备，ARM作为一种嵌入式系统处理器，以高性能、低功耗、低成本等优点占领了大部分市场。它一般由嵌入式微处理器、外围硬件设备、嵌入式操作系统以及用户的应用程序等部分组成，用于实现对其他设备的控制、监视或管理等功能。 本文主要介绍了基于ARM-Linux的嵌入式系统的开发利用、嵌入式系统的概念、组成及嵌入式系统上的应用程序，简述了嵌入式系统的开发流程，最后预测了嵌入式系统的发展前景和发展方向。 关键词：ARM，嵌入式，Linux，嵌入式系统
Based on ARM embedded software development research Abstract Embedded system to control, monitor or auxiliary equipment, machines, or for the operation of the plant equipment, ARM processor, as a kind of embedded system, with high performance, low power consumption, low cost advantages, such as occupied most of the market. It usually consists of embedded microcontroller processor, peripheral hardware, embedded operating system and user application components, such as used to implement the control of the other devices, such as monitoring or management function. Based on ARM - Linux is mainly introduced in this paper the concept of development and utilization of the embedded system, embedded system, composition and application of embedded system, this paper expounds the development process of embedded system, finally forecasts the development prospect and development direction of the embedded system. Keywords:ARM, embedded Linux, embedded systems
从软件工程的角度来说，嵌入式应用软件也有一定的生命周期，如要进行需求分析、系统设计、代码编写、调试和维护等工作，软件工程的许多理论对它也是适用的。 但和其他通用软件相比，它的开发有许多独特之处： ·在需求分析时，必须考虑硬件性能的影响，具体功能必须考虑由何种硬件实现。 ·在系统设计阶段，重点考虑的是任务的划分及其接口，而不是模块的划分。模块划分则放在了任务的设计阶段。 ·在调试时采用交叉调试方式。 ·软件调试完毕固化到嵌入式系统中后，它的后期维护工作较少。 下面主要介绍分析和设计阶段的步骤与原则： 1、需求分析 对需求加以分析产生需求说明，需求说明过程给出系统功能需求，它包括：·系统所有实现的功能 ·系统的输入、输出 ·系统的外部接口需求（如用户界面） ·它的性能以及诸如文件/数据库安全等其他要求 在实时系统中，常用状态变迁图来描述系统。在设计状态图时，应对系统运行过程进行详细考虑，尽量在状态图中列出所有系统状态，包括许多用户无需知道的内部状态，对许多异常也应有相应处理。 此外，应清楚地说明人机接口，即操作员与系统间地相互作用。对于比较复杂地系统，形成一本操作手册是必要的，为用户提供使用该系统的操作步骤。为使系统说明更清楚，可以将状态变迁图与操作手册脚本结合起来。
在对需求进行分析，了解系统所要实现的功能的基础上，系统开发选用何种硬件、软件平台就可以确定了。 对于硬件平台，要考虑的是微处理器的处理速度、内存空间的大小、外部扩展设备是否满足功能要求等。如微处理器对外部事件的响应速度是否满足系统的实时性要求，它的稳定性如何，内存空间是否满足操作系统及应用软件的运行要求，对于要求网络功能的系统，是否扩展有以太网接口等。 对于软件平台而言，操作系统是否支持实时性及支持的程度、对多任务的管理能力是否支持前面选中的微处理器、网络功能是否满足系统要求以及开发环境是否完善等都是必须考虑的。 当然，不管选用何种软硬件平台，成本因素都是要考虑的，嵌入式Linux 正是在这方面具有突出的优势。 2、任务和模块划分 在进行需求分析和明确系统功能后，就可以对系统进行任务划分。任务是代码运行的一个映象，是无限循环的一段代码。从系统的角度来看，任务是嵌入式系统中竞争系统资源的最小运行单元，任务可以使用或等待CPU、I/O设备和内存空间等系统资源。 在设计一个较为复杂的多任务应用系统时，进行合理的任务划分对系统的运行效率、实时性和吞吐量影响都极大。任务分解过细会不断地在各任务之间切换，而任务之间的通信量也会很大，这样将会大大地增加系统的开销，影响系统的效率。而任务分解过粗、不够彻底又会造成原本可以并行的操作只能按顺序串行执行，从而影响系统的吞吐量。为了达到系统效率和吞吐量之间的平衡折中，在划分任务时应在数据流图的基础上，遵循下列步骤和原则：
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系统的控制核心，提供人机交互的信息等。所以，嵌入式系统的开发通常包括硬件和软件两部分的开发，硬件部分主要包括选择合适的MCU 或者SOC 器件、存储器类型、通讯接口及I/O、电源及其他的辅助设备等；软件部分主要涉及OS porting和应用程序的开发等，与此同时，软件中断调试和实时调试、代码的优化、可移植性/可重用以及软件固化等也是嵌入式软件开发的关键。 嵌入式系统开发的每一个环节都可以独立地展开进行详细的阐述，而本文的出发点主要是为嵌入式开发的初学者者提供一个流程参考。因为对于初学者在面对一个嵌入式开发项目的时候，往往面临着诸多困难，如选择什么样的开发平台？什么样的器件类型？在进行编译时怎样实现代码优化？开发工具该如何选择和使用？在进行程序调试时应该注意那些问题以及选择什么样的嵌入式OS 等等。希望通过本文，能帮助初学者了解有关ARM 嵌入式系统开发流程。 获取更多权威电子书请登录 目录 前言 (2) 1 嵌入式开发平台 (4) 1.1 ARM的开发平台： (4) 1.2 器件选型 (7) 2 工具选择 (11) 3 编译和连接 (13) 3.1 RVCT的优化级别与优化方向 (16) 3.2 Multifile compilation (21) 3.3调试 (22)
嵌入式Linux具有稳定、可伸缩及开放源代码等特点，可兼容多 种处理器和主机，广泛适用于各种产品和应用。但是，交叉编译、 设备驱动程序开发/调试，以及更小尺寸等要求对嵌入式Linux开 发者来说都是严峻的挑战。为应对这些挑战，针对嵌入式Linux开 发的专用工具应运而生，而且发展十分迅猛。 但是，许多这类开发工具都不兼容非X86平台，而且也没有很好 地实现归档备案或集成。在其它开发环境下，组件间的高度集成并 没有完全兑现。因此，要想完全从这些免费的软件组件开始创建 一个完整的跨平台开发环境，开发者应意识到这将需要大量的调 研、实施、培训和维护方面的工作。 Linux 是少数既可以在嵌入式设备上运行也可作为开发环境的操 作系统之一。这一特性可让开发者在转向此开发系统之前于常用硬 件(比如X86桌面系统)之上开发、调试和测试应用程序和库，因 此可减少对标准参考平台和指令集仿真器的依赖。这一技术仅适用于应用程序和库，但不适用于设备驱动程序，因为后者的开发依赖于 Linux架构。 开放源代码团体及一些软件供应商可提供设备驱动程序开发工具。由于设备驱动程序比标准应用程序距离硬件更近，因此它们的开发比较困难。所幸的是，Linux 桌面系统可以利用一些Windows及其它操作系统所没有的工具。有足够经验开发设备驱动程序的开发人员可能已经习惯将Linux作为他们的桌面开发系统了。 Linux的快速发展及其桌面方案的不断涌现提出了一个重要问题：所选择的工具方案怎样在不同的Linux分布式系统上运行？它们依赖于主机平台的软件配置吗？ 有些Linux工具提供独立于主机平台的开发环境，包括一系列可支持开发工具的应用软件、库和实用程序。这一方法几乎将开发环境与主机配置完全隔离开来，因此主机可以是任何Linux分布式系统，而且任何更新和修改都不会影响开发环境的功能。 这种方法的主要缺点是对存储空间的要求有所增加――约200MB，因为它自己实际上相当于一个微型Linux分布式系统。 可用的工具 一个嵌入式Linux产品的开发需要几个阶段，包括为目标板配置和构建基本Linux OS；调试应用程序、库、内核及设备驱动程序/内核模块；出货前最终方案的优化、测试和验证。 有数百种开放源代码开发工具可供选择。只要开发者原意花时间和精力去调研、实施和维护一系列各不相同的工具，总能找出一个完整的解决方案，完成几乎任何开发任务。
嵌入式软件的开发流程 嵌入式系统是指用于执行独立功能的专用计算机系统。它由包括微处理器、定时器、微控制器、存储器、传感器等一系列微电子芯片与器件，和嵌入在存储器中的微型操作系统、控制应用软件组成，共同实现诸如实时控制、监视、管理、移动计算、数据处理等各种自动化处理任务。嵌入式系统以应用为中心，以微电子技术、控制技术、计算机技术和通讯技术为基础，强调硬件软件的协同性与整合性，软件与硬件可剪裁，以此满足系统对功能、成本、体积和功耗等要求。最简单的嵌入式系统仅有执行单一功能的控制能力，比如说单片机的应用，在唯一的ROM 中仅有实现单一功能控制程序，无微型操作系统。复杂的嵌入式系统，例如个人数字助理（PDA）、手持电脑（HPC）等，具有与PC几乎一样的功能。实质上与PC的区别仅仅是将微型操作系统与应用软件嵌入在ROM、RAM 和/或FLASH存储器中，而不是存贮于磁盘等载体中。很多复杂的嵌入式系统又是由若干个小型嵌入式系统组成的。 近些年来，随着以计算机技术，通讯技术为主的信息技术的快速发展和Internet 的广泛应用，传统的控制学科正在发生变革，出现了许多新的生长点。伴随而来的一个现象是控制专业的相当多的学生在毕业后进入了计算机，通讯行业，以致有人说学控制没有用，自动化专业可以取消了。这些情况的出现使我们控制教育工作者反复思考，传统的控制应如何拓宽它的领域？控制专业应该教什么才使学生感到有用？流行的嵌入式操作系统可以分为两类：一类是从运行在个人电脑上的操作系统向下移植到嵌入式系统中，形成的嵌入式操作系统，如微软公司的Windows CE及其新版本，SUN公司的Java操作系统，朗讯科技公司的Inferno，嵌入式Linux等。这类系统经过个人电脑或高性能计算机等产品的长期运行考验，技术日趋成熟，其相关的标准和软件开发方式已被用户普遍接受，同时积累了丰富的开发工具和应用软件资源。 另一类是实时操作系统，如WindRiver 公司的VxWorks，ISI 的pSOS，QNX系统软件公司的QNX，ATI 的Nucleus，中国科学院凯思集团的Hopen嵌入式操作系统等，这类产品在操作系统的结构和实现上都针对所面向的应用领域，对实时性高可靠性等进行了精巧的设计，而且提供了独立而完备的系统开发和测试工具，较多地应用在军用产品和工业控制等领域中。Linux 是90年代以来逐渐成熟的一个开放源代码的操作系统。PC机上的Linux 版本在全球数以百万计爱好者的合力开发下，得到了非常迅速的发展。90 年代末uClinux，RTLinux 等相继推出，在嵌入式领域得到了广泛的关注，它拥有大批的程序员和现成的应用程序，是研究开发工作的宝贵资源。 一、嵌入式软件开发流程 1.1 嵌入式系统开发概述 由嵌入式系统本身的特性所影响，嵌入式系统开发与通用系统的开发有很大的区别。嵌入式系统的开发主要分为系统总体开发、嵌入式硬件开发和嵌入式软件开发3大部分，其总体流程图如图1.1所示。
嵌入式软件开发流程
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嵌入式软件开发流程 一、嵌入式软件开发流程 1.1 嵌入式系统开发概述 由嵌入式系统本身的特性所影响，嵌入式系统开发与通用系统的开发有很大的区别。嵌入式系统的开发主要分为系统总体开发、嵌入式硬件开发和嵌入式软件开发3大部分，其总体流程图如图1.1所示。 图1.1 嵌入式系统开发流程图 在系统总体开发中，由于嵌入式系统与硬件依赖非常紧密，往往某些需求只能通过特定的硬件才能实现，因此需要进行处理器选型，以更好地满足产品的需求。另外，对于有些硬件和软件都可以实现的功能，就需要在成本和性能上做出抉择。往往通过硬件实现会增加产品的成本，但能大大提高产品的性能和可靠性。 再次，开发环境的选择对于嵌入式系统的开发也有很大的影响。这里的开发环境包括嵌入式操作系统的选择以及开发工具的选择等。比如，对开发成本和进度限制较大的产品可以选择嵌入式Linux，对实时性要求非常高的产品可以选择Vxworks等。
1.2 嵌入式软件开发概述 嵌入式软件开发总体流程为图4.15中“软件设计实现”部分所示，它同通用计算机软件开发一样，分为需求分析、软件概要设计、软件详细设计、软件实现和软件测试。其中嵌入式软件需求分析与硬件的需求分析合二为一，故没有分开画出。 由于在嵌入式软件开发的工具非常多，为了更好地帮助读者选择开发工具，下面首先对嵌入式软件开发过程中所使用的工具做一简单归纳。 嵌入式软件的开发工具根据不同的开发过程而划分，比如在需求分析阶段，可以选择IBM的Rational Rose等软件，而在程序开发阶段可以采用CodeWarrior（下面要介绍的ADS 的一个工具）等，在调试阶段所用的Multi-ICE等。同时，不同的嵌入式操作系统往往会有配套的开发工具，比如Vxworks有集成开发环境Tornado，WindowsCE的集成开发环境WindowsCE Platform等。此外，不同的处理器可能还有对应的开发工具，比如ARM的常用集成开发工具ADS、IAR和RealView等。在这里，大多数软件都有比较高的使用费用，但也可以大大加快产品的开发进度，用户可以根据需求自行选择。图4.16是嵌入式开发的不同阶段的常用软件。 图1.2 嵌入式开发不同阶段的常用软件 嵌入式系统的软件开发与通常软件开发的区别主要在于软件实现部分，其中又可以分为编译和调试两部分，下面分别对这两部分进行讲解。 1．交叉编译 嵌入式软件开发所采用的编译为交叉编译。所谓交叉编译就是在一个平台上生成可以在另一个平台上执行的代码。在第3章中已经提到，编译的最主要的工作就在将程序转化成运行该程序的CPU所能识别的机器代码，由于不同的体系结构有不同的指令系统。因此，不同的CPU需要有相应的编译器，而交叉编译就如同翻译一样，把相同的程序代码翻译成不同CPU的对应可执行二进制文件。要注意的是，编译器本身也是程序，也要在与之对应的某一个CPU平台上运行。嵌入式系统交叉编译环境如图4.17所示。
一、填空题(请将答案填入题后括号中)：共10小题，每小题2分，满分20分。 1、一般而言，嵌入式系统的构架可以分为4个部分：分别是（处理器）、存储器、输入/输出和软件，一般软件亦分为操作系统相关和（应用软件）两个主要部分。 2、根据嵌入式系统使用的微处理器，可以将嵌入式系统分为嵌入式微控制器，（嵌入式微处理器），（嵌入式DSP 处理器）以及片上系统。 3、操作系统是联接硬件与应用程序的系统程序，其基本功能有（进程管理）、进程间通信、（内存管理）、I/O 资源管理。 4、从嵌入式操作系统特点可以将嵌入式操作系统分为（实时操作系统）和分时操作系统，其中实时系统亦可分为（硬实时操作系统）和软实时系统。 5、内核负责管理各个任务，或者为每个任务分配CPU时间，并且负责任务之间的（通信），内核的基本服务是（任务切换）。 6、嵌入式开发一般采用（宿主机/目标机）方式，其中宿主机一般是指（PC机/台式机）。 7、哈佛体系结构数据空间和地址空间（分开），ARM7TDMI采用（冯诺依曼体系）的内核架构,ARM920T采用（哈佛）的内核架构。 8. ARM7TDMI采用（3）级流水线结构，ARM920TDMI采用（5）级流水线。 9 .按操作系统的分类可知，Dos操作系统属于顺序执行操作系统，Unix操作系统属于（分时）操作系统，VxWorks 属于（实时嵌入式）操作系统。 10、ARM7TDMI中，T表示支持16位Thumb指令集，D表示（在片可调试），M表示内嵌乘法器Multiplier，I表示（嵌入式ICE），支持在线断点和调试。 二、选择题(请将答案填入题后括号中)：共10小题，每小题2分，满分20分。 1、要使CPU能够正常工作，下列哪个条件不是处理器必须满足的。（ D ） (A) 处理器的编译器能够产生可重入代码（B）在程序中可以找开或者关闭中断 (C) 处理器支持中断，并且能产生定时中断（D）有大量的存储空间 2、下面哪种操作系统最方便移植到嵌入式设备中。（D） (A) DOS （B）unix (C) Windows xp （D）linux 3、下面哪个选项不是SUB设备的特点。（ B ） (A) 串行通信方式（B）不可热拨插 (C) 分HOST、DEVICE和HUB （D）通信速率比RS232快 4、下面哪种嵌入式操作系统很少用于手机终端设备上。（C） (A) Symbian （B）WinCE (C) uc/os （D）linux 5、以下哪项关于SRAM和DRAM的区别是不对。（A） (A) SRAM比DRAM慢（B）SRAM比DRAM耗电多 (C) DRAM存储密度比SRAM高得多（D）DRM需要周期性刷新 6、uc/os操作系统不包含以下哪几种状态。（C） (A) 运行（B）挂起 (C) 退出（D）休眠 7、0x07&0x11的运算结果是。（ A ） (A) 0x01 （B）0x11 (C) 0x17 （D）0x07 8、以下哪种方式不是uc/os操作系统中任务之间通信方式。（C） (A) 信号量（B）消息队列 (C) 邮件（D）邮箱 9、以下哪种方式不是文件系统的格式。（B） (A) FAT （B）DOS (C) NTFS （D）Ext 10、在将uc/os操作系统移植到ARM处理器上时，以下哪些文件不需要修改。（ A ） (A) OS_CORE.C （B）include.h (C) OS_CPU.H （D）OSTaskInit 2. 下面哪点不是嵌入式操作系统的特点。( C )
一种基于ARM的嵌入式系统开发的方案详细讲解 1 背景介绍在日益信息化的社会中，各种各样的嵌入式系统已经全面渗透到日常生活的每一个角落。嵌入式系统的功能越来越复杂，这就使得一个嵌入式系统产品从市场需求立项到方案选择、样机研制、定型量产所需要的开发费用越来越多，所需开发时间越来越长。因此，高效的嵌入式系统设计方法就显得尤为重要。 1.1 传统的嵌入式系统设计方法 嵌入式系统开发的关键就是对核心部分进行功能验证。传统的验证方法是建模模拟和制作目标板评估。 通过建模来进行功能验证存在不足。首先就是耗时和准确性互相矛盾。建立高层次的模型需要的时间短，但是模拟不够准确。相反，低层次的模型可以达到满意的评估效果，但是建模耗时长。其次，建模模拟是静态的过程，不能很好地反映系统实际运行的情况。好的目标板，各部分连接已经固定。如果需要改动部分连接，只能重新设计制版。这样一来就会大大延长产品的上市时间，还会增加开发费用。新推出的嵌入式系统产品，开始设计时比较难把所有的技术细节考虑清楚，有时甚至是边设计边修改性能指标，因此直接制作专用的目标板原型已经不太适合复杂的嵌入式系统产品的设计。 1.2 嵌入式系统模块化设计方法 嵌入式系统设计要求做到可测性、高效性和灵活性。目前，嵌入式系统物理尺寸越来越小，功能越来越复杂。为了方便调试、维护系统，完全可测显得极为重要。另一方面，模块化的设计方法越来越引起人们的关注。模块化设计方法将复杂的系统合理地划分出不同的功能模块，然后充分利用已有的模块，设计新的模块，最后将这些模块连接起来组成目标系统。模块化的设计方法减少全新的设计、降低开发难度、节省开发成本、缩短开发时间，是一种高效的嵌入式系统设计方法。另外，各个模块连接的灵活性是非常重要的，它直接决定模块的组合能力。 2 基于ARM核的快速原型化平台嵌入式系统硬件有如下特点： 1、嵌入式硬件以嵌入式处理器为核心。嵌入式处理器的种类众多，功能各异。
嵌入式软件开发流程 一、嵌入式软件开发流程 1.1 嵌入式系统开发概述 由嵌入式系统本身的特性所影响，嵌入式系统开发与通用系统的开发有很大的区别。嵌入式系统的开发主要分为系统总体开发、嵌入式硬件开发和嵌入式软件开发3大部分，其总体流程图如图1.1所示。 图1.1 嵌入式系统开发流程图 在系统总体开发中，由于嵌入式系统与硬件依赖非常紧密，往往某些需求只能通过特定的硬件才能实现，因此需要进行处理器选型，以更好地满足产品的需求。另外，对于有些硬件和软件都可以实现的功能，就需要在成本和性能上做出抉择。往往通过硬件实现会增加产品的成本，但能大大提高产品的性能和可靠性。 再次，开发环境的选择对于嵌入式系统的开发也有很大的影响。这里的开发环境包括嵌入式操作系统的选择以及开发工具的选择等。比如，对开发成本和进度限制较大的产品可以选择嵌入式Linux，对实时性要求非常高的产品可以选择Vxworks等。
1.2 嵌入式软件开发概述 嵌入式软件开发总体流程为图4.15中“软件设计实现”部分所示，它同通用计算机软件开发一样，分为需求分析、软件概要设计、软件详细设计、软件实现和软件测试。其中嵌入式软件需求分析与硬件的需求分析合二为一，故没有分开画出。 由于在嵌入式软件开发的工具非常多，为了更好地帮助读者选择开发工具，下面首先对嵌入式软件开发过程中所使用的工具做一简单归纳。 嵌入式软件的开发工具根据不同的开发过程而划分，比如在需求分析阶段，可以选择IBM的Rational Rose等软件，而在程序开发阶段可以采用CodeWarrior（下面要介绍的ADS 的一个工具）等，在调试阶段所用的Multi-ICE等。同时，不同的嵌入式操作系统往往会有配套的开发工具，比如Vxworks有集成开发环境Tornado，WindowsCE的集成开发环境WindowsCE Platform等。此外，不同的处理器可能还有对应的开发工具，比如ARM的常用集成开发工具ADS、IAR和RealView等。在这里，大多数软件都有比较高的使用费用，但也可以大大加快产品的开发进度，用户可以根据需求自行选择。图4.16是嵌入式开发的不同阶段的常用软件。 图1.2 嵌入式开发不同阶段的常用软件 嵌入式系统的软件开发与通常软件开发的区别主要在于软件实现部分，其中又可以分为编译和调试两部分，下面分别对这两部分进行讲解。 1．交叉编译 嵌入式软件开发所采用的编译为交叉编译。所谓交叉编译就是在一个平台上生成可以在另一个平台上执行的代码。在第3章中已经提到，编译的最主要的工作就在将程序转化成运行该程序的CPU所能识别的机器代码，由于不同的体系结构有不同的指令系统。因此，不同的CPU需要有相应的编译器，而交叉编译就如同翻译一样，把相同的程序代码翻译成不同CPU的对应可执行二进制文件。要注意的是，编译器本身也是程序，也要在与之对应的某一个CPU平台上运行。嵌入式系统交叉编译环境如图4.17所示。
ARM 入门及嵌入式开发入门 1. 抓住51开发ARM 这几个月来我一直都爬在51的问题，自己都有一点笑自己了，用了4个月的时间，来巩固51的原理和程序，还好我自己算是走过来了，自己笨，身边的高才生又看不上51的原理，他们都比较“牛”，说51过时了，你问那个做什么？？？我比较郁闷！过时吗？我有一点怀疑？ 他们不愿意说有他们自己的理由，没有人强求，靠自己好了。 我自己个人的观点：51是一个基础，而且还很重要，这是在我看了ARM 之后感觉到的。它可以加速你的ARM 学习速度，真得！不相信你试一试好了。 凡事要求一个速度、效率，不要做一些无用功，抓紧身边的每一个一分钟，人是活的，东西（知识、书）是死得，想要做的事情因此就简单了。 2. 我在网上看到了一篇很不错的ARM 文章，粘贴过来, 为了和像我一样在很少有人帮助的情况下，自学ARM 的难兄难弟们。 “ARM 怎么入门”。我不是高手，仍然是菜鸟。 但是回想起自己当时的迷茫，特意写了这篇东西，当作给和我一样的兄弟姐妹的帮助吧。问这个问题的人多半不是已经工作的工程师，而是和我一样是学生，所以这篇笔记就把看家当成我一样的菜鸟，高手勿怪。 首先声明：本人还没有找工作，事实上处于研究生刚毕业，还没开始找工作的空闲时间，44B0只是兴趣所在，打发时间。 所有看法完全是自己的感受，不代表任何他人。错了的观点各位帮我纠正。再次补充：很多朋友看了上面的话就问我为什么研究生毕业了还不找工作：）说是打发时间，其实是因为研究生的时候带了一个项目，申请提前毕业以后项目还有块尾巴，答应导师把项目做完再走：）就这么简单。男人总点负点责，呵呵
以下问题常被问到，我就想到哪说到哪吧。 一. 首先说说ARM 的发展 可以用一片大好来形容，翻开各个公司的网站，招聘里面嵌入式占据了大半工程师职位。 广义的嵌入式无非几种：传统的什么51、AVR 、PIC 称做嵌入式微控制器；ARM 是嵌入式微处理器；DSP ；FPGA 。 客观的讲，工作需求量上DSP 的需求比ARM 要多，而ARM 和FPGA 差不多。 DSP 因为数字处理与通信领域的空前发展而火暴，小到MP3摄像头，大到我们军品里的控制器，应用面很广。 FPGA 的兄弟一般做ASIC （特殊芯片设计，好象是这么翻译的）。而ARM 单纯说来并不比一个单片机强多少，但是它的独特就在于不断下降的价格和提升的性能。这完全依靠于ARM 公司的战略，厉害！！很佩服他们的战略眼光！！ 值得注意的是：在找工作中，企业（著名的，小的不算）对单纯的ARM 硬件开发工程师并不比单片机重视，很少有大企业的职位里写“从事过ARM 开发优先”。写的多的是什么？“嵌入式LINUX ”到这相信大家看出来了吧，需要的是硬件中的软件。 二. ARM是硬件还是软件 很难说，ARM 是硬件，LINUX 是软件。ARM 的硬件多半已经模块化了，像我这样把板子改成这样的就算动的多的了，这同样是ARM 公司的战略，再次佩服。 实际中的LINUX 的开发工作更多，更耗时。从这方面说ARM 应该算是软件了。
嵌入式系统完整开发 方案
本文提纲 嵌入式系统完整解决方案 一、前言：简单介绍嵌入式技术的飞速发展以及作为嵌入式领域老牌劲旅的旋极 公司在这方面所提供的完整解决方案； 二、由美国ATI公司生产的Nucleus操作系统特点及其优势； 三、根据用户所选用的CPU的不同，编译器有多种不同的选择：Paradigm开发 工具、CAD-UL开发工具，ARM公司的SDT2.5X 和ADS1.X，GreenHill 编译器； 四、嵌入式开发中，代码的调试也是重要的一步，因此必须选择好的调试工具才 能生产出好的软件，通常的调试手段有三种：ICE、ICD和MONITOR，我们向大家推荐由德国Lauterbach公司生产的Trace32-ICE/ICD； 五、用户需要RTOS厂商提供原型工具，以便可以在主机上来仿真目标软件环 境； 六、最后举例说明基于ARM/MIPS的开发方案。
嵌入式系统完整开发方案 xx旋极信息技术有限公司 在嵌入式技术飞速发展的今天，嵌入式产品已经出现在社会的各个领域，包括航空、航天、军事、仪表、工业控制及家庭消费等。全球每年要消耗掉30亿颗嵌入式微处理器，嵌入式系统带来的工业年产值已经超过了1万亿美元。而在这些嵌入式应用中，大多采用了嵌入式实时多任务操作系统（RTOS）。 早期的嵌入式应用程序都是在没有操作系统支持的裸机上用汇编语言和C语言来开发，这也正是目前我国大多数嵌入式开发的工作模式。为了能够有效利用高档单片机的处理能力，现代的嵌入式产品开发大多选用RTOS作为软件的核心。这样，不仅能够把系统软件和应用软件分开处理，还可以极大地简化系统的开发过程，提高可靠性，并缩短产品上市的时间。可以说RTOS 使嵌入式软件的编写从“小生产方式”进入了“大生产方式”。 旋极公司作为国内嵌入式技术领域的老牌劲旅，从xx93年公司创建之初就致力于嵌入式技术的引进和开发。起初，只是作为国外厂商的代理，向用户提供相应的开发工具，现在，为了适应市场的要求，改变了以前的模式，从简单的提供开发工具发展到向用户提供完整的解决方案。这其中包括：操作系统（图形、网络、浏览器等）、仿真器、编译器、原型工具等产品和我们为用户提供的全方位的技术支持服务。 一、操作系统 在这里我们要向大家推荐的操作系统是Nucleus，它是美国ATI公司的产品，是为实时嵌入式应用而设计的一个抢先式多任务操作系统。其95%的代码由ANSI C语言写成，因此结构性和可移植性非常好。Nucleus操作系统的设计采用了面向对象的方法，整个软件由多个功能明确的组件构成，因此结构清晰，便于裁减和复用。 Nucleus操作系统还拥有丰富的外围模块（如下图所示），如TCP/IP网络协议栈（包括各种应用层的协议）、多种风格的图形系统（Windows和Mac风格）、基于RAM/Flash存储器的文件系统、以及一个功能可定制的Internet浏览器。
ARM嵌入式技术的发展与应用 WDB （北京信息科技大学仪器科学与光电工程学院）摘要：在信息化时代的今天，嵌入式系统的应用无处不在。从科研行业、军事领域，到商业发展、娱乐行业，甚至是人们的日常生活中，嵌入式系统——特别是ARM嵌入式系统的身影随处可见。本文将从嵌入式的概念入手，讨论ARM 嵌入式系统的发展历史、发展现状，及其应用，最后对ARM技术的发展前景进行预测。 关键词：嵌入式系统；ARM；微处理器
引言 嵌入式系统是指为特定应用而设计的专用计算机系统。它以应用为中心，以计算机技术为基础，软件硬件可以根据需要裁剪，满足对功能、可靠性、成本、体积、功耗等要求而专门设计的计算机系统，被广泛用于手持设备、电信交换机、汽车电子、医疗设备、多媒体电器、军事装备、航空等领域。[1]本文以ARM微处理器为主，介绍ARM嵌入式系统的种类、特点、结构以及操作系统等。
1 ARM嵌入式系统的发展 1.1 嵌入式系统的概念与特点 根据IEEE9（国际电气和电子工师协会）的定义，嵌入式系统定义为控制监视或者辅助设备机器和车间运行的装置。由此可以看出嵌入式系统是软件和硬件的综合体，可以涵盖机械等附属装置。[2]而按照历史性、本质性、普遍性要求，嵌入式系统应定义为：“嵌入到对象体系中的专用计算机系统”。 嵌入式系统作为一类特殊的计算机系统，自底向上包含以下三个部分：硬件平台、嵌入式操作系统、嵌入式应用程序。嵌入式系统的特点与定义不同，它是由定义中的三个基本要素衍生出来的。不同的嵌入式系统其特点会有所差异。 与“嵌入性”的相关特点：由于是嵌入到对象系统中，必须满足对象系统的环境要求，如物理环境（小型）、电气/气氛环境（可靠）、成本（价廉）等要求。 与“专用性”的相关特点：软、硬件的裁剪性；满足对象要求的最小软、硬件配置等。 与“计算机系统”的相关特点：嵌入式系统必须是能满足对象系统控制要求的计算机系统。与上两个特点相呼应，这样的计算机必须配置有与对象系统相适应的接口电路。[3] 1.2 ARM嵌入式的发展历史 ARM是Advanced RISC Machines的缩写，是微处理器行业的一家知名企业，该企业设计了大量廉价、高性能、低功耗的RISC处理器、相关技术及软件。可以这么说，ARM代表的不仅是一个企业，更代表了一种技术、一种微处理器，甚至一种产业的发展模式。[4] CISC 体系由于指令集庞大，指令长度不固定，指令执行周期有长有短，使
嵌入式开发工具简介 通常为了把一个应用程序从源文件转变为可执行的二进制代码,需要以下 三个部分: 一、编译器二、(目标代码)连接器三、程序库其中编译器部分还 可细分为预处理器,C 编译器和汇编编译器等. GCC 的功能是C 编译器1.Binutils 最重要的成员是汇编编译器和连接器,还包括一些二进制代码工具. 程序库通常 是C 或C++标准库. 注意这三部分是彼此独立的,也就是说,GCC 并不是非要Binutils 中的工具,也可以使用其它汇编编译器和连接器,也可以使用其它C 程序库. 1.1 GCC GCC 是GNU 公社的一个项目。是一个用于编程开发的自由编译器。最初，GCC 只是一个C 语言编译器，他是GNU C Compiler 的英文缩写。随着众多自由开发者的加入和GCC 自身的发展，如今的GCC 以经是一个包含众多 语言的编译器了。其中包括C,C++,Ada,Object C 和Java 等。所以，GCC 也由原来的GNU C Compiler 变为GNU Compiler Collection。也就是GNU 编译器家族的意思。GNU 编译器集GCC 是通过使用一种叫做寄存器转换语言（RTL）的方式实现的。假定现在有一种基本的机器描述性文件，它已经能满 足大家的需要。现在要做的仅仅是设置默认情况下使用的参数和如何将文件组 合成可执行文件的方式。GNU 的文档提供了所有必需的资料，使得用户可以为 新型的处理器的指令集合提供支持。如果要针对体系的机器建立一个新的目标 机器，那么就必须指定默认编译参数和定制系统的特定参数。对于特定的目标 系统，可以使用TARGET_DEFAULT 宏来在target.h 文件中定义编译器的开关。目标t-makefile 段指定了应该构建哪一个额外的例程和其编译的方式。 1.2 GNU binutils 简介GNU 开发工具链（toolchain）主要是指 GNU Compiler Collection、GNU libc 以及用来编译、测试和分析软件的GNU binutils 三个大的模块。GNU binutils 是一套用来构造和使用二进制文件所需
获取更多权威电子书请登录https://www.doczj.com/doc/d215045315.html, ARM嵌入式系统开发综述ARM开发工程师入门宝典
获取更多权威电子书请登录https://www.doczj.com/doc/d215045315.html, 前言 嵌入式系统通常是以具体应用为中心，以处理器为核心且面向实际应用的软硬件系统，其硬件是整个嵌入式系统运行的基础和平台，提供了软件运行所需的物理平台和通信接口；而嵌入式系统的软件一般包括操作系统和应用软件，它们是整个系统的控制核心，提供人机交互的信息等。所以，嵌入式系统的开发通常包括硬件和软件两部分的开发，硬件部分主要包括选择合适的MCU或者SOC 器件、存储器类型、通讯接口及I/O、电源及其他的辅助设备等；软件部分主要涉及OS porting和应用程序的开发等，与此同时，软件中断调试和实时调试、代码的优化、可移植性/可重用以及软件固化等也是嵌入式软件开发的关键。 嵌入式系统开发的每一个环节都可以独立地展开进行详细的阐述，而本文的出发点主要是为嵌入式开发的初学者者提供一个流程参考。因为对于初学者在面对一个嵌入式开发项目的时候，往往面临着诸多困难，如选择什么样的开发平台？什么样的器件类型？在进行编译时怎样实现代码优化？开发工具该如何选择和使用？在进行程序调试时应该注意那些问题以及选择什么样的嵌入式OS 等等。希望通过本文，能帮助初学者了解有关ARM嵌入式系统开发流程。
获取更多权威电子书请登录https://www.doczj.com/doc/d215045315.html, 目录 前言 (2) 1 嵌入式开发平台 (4) 1.1 ARM的开发平台： (4) 1.2 器件选型 (7) 2 工具选择 (11) 3 编译和连接 (13) 3.1 RVCT的优化级别与优化方向 (16) 3.2 Multifile compilation (21) 3.3调试 (22) 4 操作系统 (23) 4.1 哪里可以得到os 软件包 (Open Source and Linux Kernel) (25) 4.2 安装镜像 (26) 4.3 交叉编译 (26) 总结 (27)
嵌入式系统（ＡＲＭ）开发平台选型(一) 摘要：本文从实际应用的角度出发，重点对Linux嵌入式系统开发中硬件平台选型问题进行论述。 关键词：嵌入式系统；ARM；Linux操作平台 1嵌入式Linux系统 嵌入式系统是软件和硬件的综合体。它是以应用为中心，以计算机技术为基础，软硬件可裁减，从而能够适应实际应用中对功能、可靠性、成本、体积、功耗等严格要求的专用计算机系统。Linux具有强大的功能，很好地支持了各种现代编程技术，将Linux应用于嵌入式系统的开发有如下一些优点： 1)内核完全开放，使得设计者可以自己设计和开发出真正的硬件实时系统和软件实时系统。 2)Linux本身具有一整套工具链，使用者可以较容易地自行建立嵌入式系统的开发环境和交叉编译及运行环境。 3)强大的网络支持，可以利用Linux的网络协议栈将其开发成为嵌入式的TCP/IP网络协议栈。 2硬件平台的选择 2.1处理器的选择 设计者在选择处理器时要考虑的主要因素有： (1)处理性能。处理器的性能取决于多个方面的因素，如时钟频率、内部寄存器的大小、指令是否对等处理所有的寄存器等。如果是面向高
性能的应用设计，那么建议考虑某些新的处理器，其价格相对低廉，如IBM和MotorolaPowerPC。 (2)技术指标。当前许多嵌入式处理器都集成了外围设备，采用这类CPU 可以减少系统的体积，降低系统的开发成本。开发人员首先考虑的是，系统所要求的一些硬件能否无需过多的胶合逻辑(GL，GlueLogic)就可以连接到处理器上；其次是考虑该处理器的一些支持芯片，如DMA控制器、内存管理器、中断控制器、串行设备、时钟等的配套。 (3)功耗。嵌入式微处理器最大并且增长最快的市场是手持设备、电子记事本、PDA、手机、GPS导航器、智能家电等消费类电子产品。这些产品中选购的微处理器，典型的特点是要求高性能、低功耗。 (4)软件工具。仅有一个处理器，没有较好的软件开发工具的支持也是不行的，因此选择合适的软件开发工具对系统的实现会起到很好的作用。 (5)内置调试工具。使用具有内置调试工具的处理器可以大大缩小调试周期，降低调试的难度。 (6)供应商是否提供评估板。许多处理器供应商可以提供评估板来验证理论是否正确，决策是否得当。 2.2硬件选择的其他因素 (1)生产规模。打算做一套，多套，还是规模生产，如果生产规模比较大，可以自己设计和制备硬件，这样可以降低成本。反之，最好从第三方购买主板和I/O板卡。