ARM开发教程之ARM体系的嵌入式系统BSP的程序设计
- 格式:doc
- 大小:31.50 KB
- 文档页数:7
《嵌入式ARM教案》课件第一章:嵌入式系统概述1.1 嵌入式系统的定义介绍嵌入式系统的概念、特点和应用领域解释嵌入式系统与通用计算机系统的区别1.2 嵌入式系统的历史与发展概述嵌入式系统的发展历程介绍嵌入式系统在不同领域的应用发展情况1.3 嵌入式系统的组成与架构讲解嵌入式系统的常见架构介绍嵌入式系统的主要组成部分及其作用1.4 嵌入式系统的优势与挑战阐述嵌入式系统的优势分析嵌入式系统面临的挑战和发展趋势第二章:ARM处理器简介2.1 ARM处理器的发展历程介绍ARM公司的起源和发展历程讲解ARM处理器的发展阶段和产品系列2.2 ARM处理器的特点与优势阐述ARM处理器的特点分析ARM处理器在嵌入式系统中的应用优势2.3 ARM处理器的架构与工作原理讲解ARM处理器的架构设计介绍ARM处理器的工作原理和指令集2.4 ARM处理器的选型与评估指导如何选择合适的ARM处理器介绍评估ARM处理器性能的方法和指标第三章:嵌入式操作系统基础3.1 嵌入式操作系统的概念与分类解释嵌入式操作系统的定义和分类介绍常见的嵌入式操作系统及其特点3.2 嵌入式操作系统的核心功能与架构讲解嵌入式操作系统的核心功能阐述嵌入式操作系统的常见架构设计3.3 嵌入式操作系统的移植与优化介绍嵌入式操作系统移植的基本步骤讲解嵌入式操作系统的优化方法和技巧3.4 嵌入式操作系统的应用与案例分析分析嵌入式操作系统在实际应用中的案例探讨嵌入式操作系统的发展趋势和挑战第四章:嵌入式系统设计与开发流程4.1 嵌入式系统设计的基本原则介绍嵌入式系统设计的重要原则讲解设计过程中需要考虑的因素4.2 嵌入式系统硬件设计讲解嵌入式系统硬件设计的基本步骤和方法介绍硬件选型和硬件设计中的注意事项4.3 嵌入式系统软件设计阐述嵌入式系统软件设计的基本步骤和方法讲解软件开发工具和编程语言的选择4.4 嵌入式系统开发的流程与实践介绍嵌入式系统开发的典型流程分析实际开发过程中需要注意的问题和实践经验第五章:嵌入式系统编程基础5.1 嵌入式编程语言概述介绍嵌入式编程的常用语言及其特点分析不同编程语言在嵌入式系统中的应用场景5.2 C语言编程基础讲解C语言的基本语法和编程技巧介绍C语言在嵌入式编程中的应用和实践5.3 汇编语言编程基础介绍汇编语言的基本概念和语法讲解汇编语言在嵌入式编程中的应用和实践5.4 嵌入式编程的实践技巧讲解嵌入式编程的常见技巧和注意事项分析实际项目中遇到的问题和解决方法《嵌入式ARM教案》课件第六章:嵌入式系统硬件接口与驱动6.1 嵌入式系统硬件接口概述介绍嵌入式系统中常见的硬件接口类型讲解硬件接口的工作原理和功能6.2 UART接口与驱动编程讲解UART接口的基本概念和功能介绍UART接口的驱动编程方法和实践6.3 I2C接口与驱动编程介绍I2C接口的基本概念和协议讲解I2C接口的驱动编程方法和实践6.4 SPI接口与驱动编程讲解SPI接口的基本概念和协议介绍SPI接口的驱动编程方法和实践第七章:嵌入式系统存储与文件系统7.1 嵌入式系统存储概述介绍嵌入式系统中常见的存储设备和技术讲解存储器接口和存储器控制器的选择7.2 NAND闪存与驱动编程介绍NAND闪存的基本概念和特点讲解NAND闪存的驱动编程方法和实践7.3 NOR闪存与驱动编程讲解NOR闪存的基本概念和特点介绍NOR闪存的驱动编程方法和实践7.4 文件系统的设计与实现讲解嵌入式文件系统的设计原理介绍常见嵌入式文件系统的实现方法和实践第八章:嵌入式系统网络通信8.1 嵌入式系统网络通信基础介绍嵌入式系统网络通信的基本概念和技术讲解网络通信协议和网络架构8.2 TCP/IP协议栈与嵌入式网络应用讲解TCP/IP协议栈的基本原理和组成介绍基于TCP/IP协议栈的嵌入式网络应用实践8.3 Wi-Fi通信模块与驱动编程介绍Wi-Fi通信模块的基本概念和功能讲解Wi-Fi通信模块的驱动编程方法和实践8.4 蓝牙通信模块与驱动编程讲解蓝牙通信模块的基本概念和功能介绍蓝牙通信模块的驱动编程方法和实践第九章:嵌入式系统实时性与调度策略9.1 嵌入式系统实时性概述讲解嵌入式系统实时性的概念和重要性介绍实时系统的分类和实时性要求9.2 嵌入式调度策略与算法讲解嵌入式系统的调度策略和算法分析不同调度策略的优缺点和适用场景9.3 实时操作系统(RTOS)简介介绍实时操作系统的基本概念和特点讲解RTOS在嵌入式系统中的应用和实践9.4 实时调度器的实现与优化讲解实时调度器的实现方法和流程介绍调度器的优化技巧和注意事项第十章:嵌入式系统项目管理与实践10.1 嵌入式系统项目管理概述介绍嵌入式系统项目管理的概念和重要性讲解项目管理工具和方法在嵌入式系统中的应用10.2 项目需求分析与规划讲解项目需求分析和规划的方法介绍需求文档编写和项目进度管理的实践经验10.3 嵌入式系统开发的实践技巧讲解嵌入式系统开发中的实践技巧和注意事项分享实际项目开发中的经验和最佳实践10.4 项目验收与维护介绍项目验收的标准和方法讲解项目维护和升级的策略与实践《嵌入式ARM教案》课件第十一章:嵌入式系统安全与加密技术11.1 嵌入式系统安全概述讲解嵌入式系统安全的重要性介绍常见的嵌入式系统安全威胁和攻击手段11.2 加密技术在嵌入式系统中的应用介绍加密技术的基本原理和算法讲解加密技术在嵌入式系统中的应用场景和实践11.3 安全存储与传输讲解如何在嵌入式系统中实现安全存储和传输介绍常见的加密存储和传输技术及其实现方法11.4 安全认证与授权讲解嵌入式系统中的安全认证和授权机制介绍常见的认证和授权方法及其在嵌入式系统中的应用第十二章:物联网与嵌入式系统的融合12.1 物联网概述介绍物联网的概念、架构和应用领域讲解物联网与嵌入式系统的关联和融合趋势12.2 物联网协议与技术讲解物联网中常用的通信协议和技术介绍物联网协议栈和网络架构12.3 物联网在嵌入式系统中的应用案例分析物联网在嵌入式系统中的应用案例探讨物联网技术在嵌入式系统中的实践经验和挑战12.4 物联网安全与隐私保护讲解物联网安全的重要性和挑战介绍物联网中的安全技术和隐私保护措施第十三章:嵌入式系统在智能家居的应用13.1 智能家居系统概述介绍智能家居系统的概念、架构和应用讲解智能家居系统与嵌入式系统的关联和融合13.2 智能家居设备与控制讲解智能家居设备的选择和控制方法介绍智能家居设备的嵌入式系统设计和开发实践13.3 智能家居平台的构建与优化讲解智能家居平台的构建方法和实践介绍智能家居平台的优化技巧和注意事项13.4 智能家居安全与隐私保护讲解智能家居系统中的安全问题和隐私保护需求介绍智能家居系统中的安全技术和隐私保护措施第十四章:嵌入式系统在工业控制的应用14.1 工业控制系统概述介绍工业控制系统的概念、架构和应用领域讲解嵌入式系统在工业控制中的应用和重要性14.2 工业控制设备与接口讲解工业控制设备的选择和接口技术介绍工业控制设备的嵌入式系统设计和开发实践14.3 工业控制协议与通信讲解工业控制中常用的通信协议和技术介绍工业控制协议的实现和通信实践14.4 工业控制系统的安全性与优化讲解工业控制系统中的安全问题和优化需求介绍工业控制系统中的安全技术和优化措施第十五章:嵌入式系统在自动驾驶的应用15.1 自动驾驶系统概述介绍自动驾驶系统的概念、架构和应用前景讲解嵌入式系统在自动驾驶中的应用和挑战15.2 自动驾驶感知与决策讲解自动驾驶系统中的感知技术和决策算法介绍嵌入式系统在自动驾驶感知和决策中的应用15.3 自动驾驶控制与执行讲解自动驾驶系统中的控制技术和执行策略介绍嵌入式系统在自动驾驶控制和执行中的应用15.4 自动驾驶安全与伦理问题讲解自动驾驶系统中的安全问题和伦理挑战介绍自动驾驶系统中的安全技术和伦理指导原则重点和难点解析1. 嵌入式系统的基本概念、特点和应用领域。
ARM开发教程之ARM体系旳嵌入式系统BSP旳程序设计简介:ARM企业在32位RISC旳CPU开发领域不停获得突破,其构造已经从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 机上旳BIOS相类似,重要完毕硬件初始化并切换到对应旳操作系统。
BSP是相对于操作系统而言旳,不一样旳操作系统对应于不一样定义形式旳BSP,例如VxWorks旳BSP和Linux 旳BSP相对于某一CPU来说,尽管实现旳功能同样,可是写法和接口定义是完全不一样旳。
此外,仔细研究所用旳芯片资料也十分重要,例如尽管ARM在内核上兼容,但每家芯片均有自己旳特色。
因此这就规定BSP程序员对硬件、软件和操作系统都要有一定旳理解。
本文简介基于ARM体系旳嵌入式应用系统初始化部分BSP旳程序设计。
本文引用旳源码所有是基于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多种嵌入式应用系统旳构造及功能差异很大,但其系统初始化部分完毕旳操作有很大一部分是相似旳。
嵌入式系统旳启动流程如图1所示。
1.1 设置入口指针启动程序首先必须定义指针,并且整个应用程序只有一种入口指针。
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规定中断向量表必须放置在从0开始、持续8×4字节旳空间内。
各异常中断向量地址以及中断旳算是优先级如表1:表1 各异常中断旳中断向量地址以及中断旳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断模式(Undef) 60x8 软件中断(SWI)特权模式(SVC)60x0c 指令预取中断中断模式50x10 数据访问中断中断模式20x14 保留未使用未使用0x18 外部中断祈求(IRQ)外部中断(IRQ)模式40x1c 迅速中断祈求(FIQ)迅速中断(FIQ)模式 3每当一种中断发生后,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旳地址值。
基于ARM体系的嵌入式系统BSP的程序设计摘要在介绍基于体系的嵌入式系统启动流程的基础上,结合编程实例,详细、系统地叙述了板级支持包程序的各个组成部分及其具体设计方案,并就实际程序设计中的几个难点问题做了说明。
关键词嵌入式系统微处理器公司在32位的开发领域不断取得突破,其结构已经从3发展到6。
板级支持包介于主板硬件和操作系统之间,其功能与机上的相类似,主要完成硬件初始化并切换到相应的操作系统。
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,例如的和的相对于某一来说,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,例如尽管在内核上兼容,但每家芯片都有自己的特色。
所以这就要求程序员对硬件、软件和操作系统都要有一定的了解。
本文介绍基于体系的嵌入式应用系统初始化部分的程序设计。
本文引用的源码全部是基于3207202芯片设计,并已成功运行。
1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。
11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_;开始12设置异常中断向量表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00复位特权模式104未定义中断未定义指令中止模式608软件中断特权模式600指令预取中止中止模式5010数据访问中止中止模式2019保留未使用未使用018外部中断请求外部中断模式401快速中断请求快速中断模式3每当一个中断发生后,处理器便强制把程序计数器指针置为向量表中对应中断类型的地址值。
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。
因为每个中断向量仅占据放置1条ARM指令的空间,所以通常放置1条跳转指令或向程序计数器(PC)寄存器赋值的数据访问指令,使程序跳转到相应的异常中断处理程序执行。
如果异常中断处理程序起始地址小于32MB,使用B跳转指令;如果跳转范围大于32MB,使用LDR指令。
另外,对于各未用中断,可使其指向一个只含返回指令的哑函数,以防止错误中断引起系统的混乱。
1.3 初始化存储系统初始化存储系统的编程对象是系统的存储器控制器,一个系统可能存在多种存储器类型的接口,不同的存储系统的设计不尽相同。
Flash和SRAM同属于静态存储器类型,可以合用一个存储器端口;而DRAM因为有动态刷新和地址线复用等特性,通常配有专用的存储器端口。
其中,SDRAM必须在初始化阶段进行设置,因为大部分的程序代码和数据都要在SDRAM中运行。
在HMS30C7202中,与SDRAM配置有关的寄存器有4个:配置寄存器、刷新定时寄存器、写缓冲写回寄存器和等待驱动寄存器,需要根据实际的系统设计对此分别加以正确配置。
SDRAM的初始化过程如下:加电→延迟10ms(各具体SDRAM器件延时时间可能不同)→设置配置寄存器参数→延时→写刷新定时寄存器,设置刷新周期→延时→使能自动刷新→延时→设置模式寄存器(位于SDRAM内部)。
1.4 ARM开发教程之存储器地址分布重映射(remap)和MMU系统一上电,程序将自动从0地址处开始执行。
因此,必须保证在0地址处存在正确的代码,即要求0地址开始入是非易失性的ROM或Flash等。
但是因为ROM或Flash的访问速度相对较慢,每次中断响应发生后,都要从读取ROM或Flash上面的向量表开始,影响了中断响应速度。
一般程序执行后将SDRAM映射为地址0,并把系统程序加载到SDRAM 中运行,其具体步骤可以采用以下的方案:(1)上电后,从0地址的ROM开始往下执行;(2)根据映射前的地址,对SDRAM进行必要的代码和数据拷贝;(3)拷贝完成后,进行重映射操作;(4)因为RAM在重映射前准备好了内容,使得PC指针能继续在RAM里取得正确的指令。
在这种地址映射的变化过程中,程序员需要仔细考虑的是:程序的执行流程不能被这种变化所打断,注意保证程序流程在重映射前后的承接关系。
存储器的地址分配是很灵活的,可以将I/O操作映射成内存操作,也可以通过映射对某些不可访问的地址空间进行保护等。
进行存储器初始化设计时,一定要根据应用程序的具体要求来完成地址分配。
对地址管理通过MMU即存储器管理单元实现。
在ARM系统中,MMU通过页式虚拟存储管理,将虚拟空间和物理空间分别分成一个个固定大小的页,并建立两者之间的映射关系,从而实现虚拟地址到物理地址的转换。
MMU 还可完成存储器访问权限的控制和虚拟存储器空间缓冲特性的设置。
以下是实现MMU的部分代码:for=(i=1;i<0x1000;i++){pagetable[i]=(i<<20)|MMU_SECDESC;} //建立页表,每页大小为1MB,页表偏移序号是物理地址的高12位;for(addr=SDRAM_BASE;addr<(SDRAM_BASE+SDRAM_SIZE/2);addr+=SIZE_1M)pagetable[addr>>20]=addr|MMU_SECDESE|MMU_CACHEABLE|MMU_BUFFERABLE;//将SDRAM_BASE至(SDRAM_BASE+SDRAM_SIZE/2)空间的设置为不可CACHE 和不可BUFFER的for(addr=SDRAM_BASE+SDRAM_SIZE/2;addr< (SDRAM_BASE+SDRAM_SIZE);addr+=SIZ E_1M)pagetable[addr>>20]=(addr+0x1000000)|MMU_SECDESC|MMU_CACHEABLE|MMU_BUFF ERABLE;//将这段空间的地址映射关系设置为V A(虚拟地址)=PA(物理地址)+0x1000000pagetable[0]=(0x42f00000)|MMU_SECDESC|MMU_CACHEABLE|MMU_BUFFE RABLE;//将SDRAM的虚拟地址0x42f00000映射到0处1.5 ARM开发教程之初始化各模式下的堆栈指针因为ARM处理器有7种执行状态,每一种状态的堆栈指针寄存器(SP)都是独立的(System和User三项式使用相同SP寄存器)。
因此,对程序中需要用到的每一种模式都要给SP寄存器定义一个堆栈地址。
方法是改变状态寄存器(CPSR)内的状态位,使处理器切换到不同的状态,然后给SP 赋值。
这里列出的代码定义了三种模式的SP指针,其中,I_Bit表示IRQ的中断禁止位;F_Bit表示FIQ的中断禁止位:@;Set up SVC stack to be 4K on top of zero-init dataLDR r1,=installStackADDsp,r1,#2048@;Set up IRQ and FIQ stacksMOV r0,#(Mode_IRQ32|I_Bit)MSRcpsr,r0MOV r0,r0ADDsp,r1,#2048*2MOV r0,#(Mode_FIQ32|I_Bit |F_Bit)MSR cpsr,r0MOV r0,r0ADDsp,r1,#2048*3一般堆栈的大小要根据需要而定,但是要尽可能给堆栈分配快速和高带宽的存储器。
堆栈性能的提高对系统性能的影响是非常明显的。
1.6 ARM开发教程之初始化有特殊要求的端口、设备有些关键的I/O部件必须在使能IRQ和FIQ之前进行初始化。
因为如果在使能IRQ和FIQ之前没有进行初始化,可以产生假的异常中断信号。
程序中初始化了HMS30C7202的串口1用来调试程序与其它设备通信。
串口1是一个通用全双工异步接收/发送器(UART),它支持16C550的大部分功能。
UART有接收缓冲/发送保持寄存器、波特率除数锁存器、中断允许寄存器等9个寄存器。
对串口1的初始化主要是对各寄存器的设置,其实现代码如下所示:_outb(ser_base+0x30,1);_outw(0x8002301c,0xffff9f9f) ;GPIO PORT A EnableRegister_outw(0x800230A4,0x6060) ;GPIO PORT A MultiFunction elect-Registerserial_outb(SERIAL_LCR,0x80);serial_outb(SERIAL_LCR,0x80);serial_outb(SERIAL_DLL,baud_data[cur_baud]);serial_outb(SERIAL_DLM,0x0);serial_outb(SERIAL_LCR,0x03);seial_outb(SERIAL_FCR,0x01);serial_outb(SERIAL_IER,0x00);serial_outb(SERIAL_MCR,0x03);1.7 切换处理器模式,开中断最后转换到应用程序运行所需的最终模式,一般是User模式。
不要过早切换到User模式进行User模式的堆栈设备。
因为进入User模式后就不能再操作CPRS回到别的模式了,可能会对接下去的程序执行造成影响。
这时才使能异常中断,通过清除CPRS寄存器中的中断禁止位实现。
如果过早地开中断,在系统初始化之前就触发了有效中断,会导致系统的死机。
1.8 呼叫主应用程序当所有的系统初始化工作完成后,就需要把程序流程转入主应用程序。
2 ARM开发教程之技术难点分析2.1 多种语言的混合编程ARM有两种汇编指令集:16位THUMB指令集和32位ARM指令集。
使用16位的寄存器可以降低成本,而且16位THUMB指令集整体执行速度比ARM 32位指令集快,提高了代码密度。
为了满足ARM子程序和Thumb子程序互相调用,必须保证编写的代码遵循ATPCS。
ATPCS规定了子程序调用的基本规则。
ARM系统结构也支持C、C++以及汇编语言的混合编程。
汇编语言和C/C++语言的混合编程,在一个追求效率的程序中比较常见。
许多人认为像BSP这样底层的程序应该用纯汇编语言编写,其实不然。
用汇编语言编写的程序可读性不高,而且不宜维护,不便于向其它类型的CPU移植,而这些方面却是C语言程序的优势。