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嵌入式软件开发教程第一章课件.ppt

嵌入式软件开发教程第一章课件.ppt
统
1.5 嵌入式系统的发展历史
单片微型计算机即SCM（Single Chip Microcomputer）阶段
第二阶段是MCU即微控制器（Micro Controller Unit）阶段
第三阶段是SoC（System on Chips）单 片机是嵌入式系统的独立发展之路
1.5.3 未来嵌入式系统的发展趋势
产品发布
2. 嵌入式存储器
(1)嵌入式易失性存储器 （2）嵌入式非易失性存储器
1.3.2 嵌入式系统的软件
应用软件 应用编程接口 嵌入式操作系统
BSP 底层硬件
图1.6 嵌入式系统软件层次结构
1.4 嵌入式系统分类
1.单个微处理器 2.不带计时功能的微处理器装置 3.带计时功能的组件 4.在制造或过程控制中使用的计算机系
第一章 嵌入式系统概述
1.1 嵌入式系统定义与特点
嵌入式系统定义:
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。
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四个 部分组成，用于实现对其他设备的控制、监 视或管理等功能。
嵌入式系统的特点
1. 嵌入式系统极其关注成本。 2. 嵌入式系统对实时性有较强要求。 3. 嵌入式系统一般采用 EOS 或 RTOS。 4. 嵌入式系统软件故障造成的后果较通
用计算机更为严重。 5. 嵌入式系统多为低功耗系统。
6. 嵌入式系统经常在极端恶劣的环境下 运行。
1. 高可靠性、高稳定性 2.运算速度快、开发周期短 3.强大的扩展功能和网络传输功能
1.6 小结

嵌入式系统软件的开发精华版.ppt

嵌入式系统软件的开发精华版.ppt
优点
1) 提高调试程序的效率 ，缩短开发周期，降 低成本
2) 简单、方便 3) 可扩展性强，可支持许多高级调试功能 4) 成本低廉，不需专门的调试硬件支持 5) 几乎所有的交叉调试器都支持这种方式
14
ROM Monitor
缺点
1) Debug Monitor需要用Crash and Burn方法开发。 2) 当ROM Monitor占用CPU时，应用程序不响应外
❖ 从以上嵌入式软件开发分类来看，嵌入 式软件开发工具可以分为 ：
与嵌入式OS相关的开发工具，用于开发基 于嵌入式OS的应用和部分的驱动程序等。
与嵌入式OS无关的开发工具，用于开发基 本的驱动程序、辅助硬件调试，系统软件 的开发等。
9
9.1.2 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、下器等工具。
6
嵌入式软件开发工具的分类
主要嵌入式软件开发工具产品
7
嵌入式软件开发工具的分类
❖ 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BSP）
开发嵌入式系统软件，如：嵌入式操作系 统等
开发应用软件
8
嵌入式软件开发工具的分类
（4）使用调试器进行调试，发出各种调试命令，监控 器解释并执行这些命令，通过目标机上的各种异常来 获取对目标机的控制，将命令执行结果回传给调试器；
（5）如果程序有问题，在调试器的帮助下定位错误； 修改之后再重新编译链接并下载程序，开始新的调试， 如此反复直至程序正确运行为止。

9嵌入式系统设计与开发PPT课件

9嵌入式系统设计与开发PPT课件
• 因此，可以把ARM嵌入式开发工具分为上层装在计算机中的 开发工具、中间的连接装置和下层的ARM芯片本身具有的支 持嵌入式开发的工具。
4
Embedde d
ICE 控制器
JTAG 端口
计算机
JTAG TAP控 制 器
Embedded ICE
扫描链
扫描链
Data Bus
ARM 核
Control Bus
扫描链
ETM
跟踪端口 分析器
跟踪端口
Address Bus
ARM 嵌入式系统实时开发组织结构图
5
9.1.1 JTAG接口
JTAG接口标准是由测试联合行动组（joint test action group）于1986~1988年推出的基于边界扫描机制的标准化草 案。1990年IEEE组织将这些草案标准化，并命名为IEEE 1149.1标准，俗称JTAG调试标准。JTAG除了实现通常意义上 的调试功能外，还可实现代码下载或单步执行程序等功能。
• 如果要在芯片的某个管脚上加载一个特定的信号，则首先通 过TDI把期望的信号移位到与相应管脚相连的边界扫描链的 寄存器单元里，然后把该寄存器单元的值加载到相应的芯片 管脚。
12
• 在IEEE 1149.1标准里面，寄存器分为两大类：数据寄存器 DR和指令寄存器IR。
• 边界扫描链属于数据寄存器的一种，用来实现对芯片的输入/ 输出的观察和控制，而指令寄存器用来实现对数据寄存器的 控制。
6
边界扫描机制主要的思想是：通过在内部逻辑之间，即在 内部逻辑的边界上增加串行的可读写的边界扫描单元，从而提 供芯片级、板级、系统级的标准测试框架。边界扫描机制可以 实现下列目标： • 测试不同单元之间的连接。 • 测试单个单元的功能。 • 应用边界扫描寄存器完成其他测

《嵌入式软件开发》课件

《嵌入式软件开发》课件
VxWorks
VxWorks是一种实时操作系统，广泛应用于航空航天、军事等领域。 它具有高度的可靠性和实时性，能够满足严苛的实时任务需求。
03
Android
Android是一种基于Linux的开源操作系统，主要用于移动设备。由于
其开放性和丰富的应用生态，Android也被广泛应用于嵌入式领域，如
智能家居、物联网设备等。
数据加密、数据备份与恢复
数据安全与隐私保护问题是嵌入式软 件开发中不可忽视的问题之一。由于 嵌入式系统通常涉及到敏感数据和隐 私信息，如果程序中存在数据泄露或 数据损坏问题，会导致严重的信息安 全和隐私侵犯问题。
解决方案： 对敏感数据进行加密处理 ，使用数据备份与恢复机制，确保数 据的完整性和安全性。同时加强用户 隐私保护意识，避免敏感信息的泄露 和滥用。
时钟管理问题
时钟不准确、时钟同步
时钟管理问题也是嵌入式软件开发中常见的问题之一。由于嵌入式系统 的时钟资源有限，如果程序中存在时钟不准确或时钟同步问题，会导致
系统时间错误或数据采集错误。
解决方案： 使用高精度时钟源，优化时钟配置，实现时钟同步和校准， 确保系统时间的准确性。
多任务并发问题
01
任务优先级、任务同步
外设接口
用于连接外部设备，扩展嵌入 式系统的功能。
嵌入式系统的软件架构
操作系统
负责资源管理和任务调度，提供系统服务。
驱动程序
用于管理硬件设备，实现与操作系统的通信 。
应用程序
实现特定功能的软件，直接与硬件交互。
嵌入式中间件
提供跨平台的通信和数据交换服务。
嵌入式软件开发工具与环境
IDE（集成开发环境）
《嵌入式软件开发》PPT课 件

嵌入式系统开发入门 ppt课件

嵌入式系统开发入门 ppt课件
国际上用于信息电器的嵌入式操作系统有40种左右。
ppt课件 21
3-1 嵌入式操作系统分类

免费型
Linux：开放源码；内核小，效率高；易裁减；支持多种 CPU和硬件平台；众多的开发工具；强大的技术支持； 强大的网络功能；图像处理、文件管理、多任务支持。 μC/OS：源码公开；可移植，C+汇编；可固化，成为产 品的一部分；可剪裁；占先式，总是运行就绪条件下 优先级最高的任务；多任务，8+56；可确定性，执行 时间可知；任务栈；系统服务；中断管理，255层嵌套； 稳定性与可靠性。
ppt课件
8
2-3 MIPS



Microprocessor without Interlocked Pipeline Stages 一种处理器内核的标准，由MIPS技术公 司开发。 MIPS技术公司是一家设计制造高性能、 高档次的嵌入式32位、64位处理器的厂 商。机顶盒设备、视频游戏机、Cisco路 由器、激光打印机。
ppt课件 20
3 嵌入式操作系统
(1)可装卸性。开放性、可伸缩性的体系结构。 (2)强实时性。EOS实时性一般较强，可用于各种设备控制当中。 (3)统一的接口。提供各种设备驱动接入. (4)操作方便、简单、提供友好的图形GUI，图形界面，追求易学易用. (5)提供强大的网络功能，支持TCP/IP协议及其它协议，为各种移动计算设 备预留接口. (6)强稳定性，弱交互性。嵌入式系统一旦开始运行就不需要用户过多的干 预，这就要负责系统管理的EOS臭有较强的稳定性。嵌入式操作系统的用 户接日一般不提供操作命令，它通过系统调用命令向用户程序提供服务。 (7)固化代码。在嵌入系统中，嵌入式操作系统和应用软件被固化在嵌入式 系统计算机的ROM中。辅助存储器在嵌入式系统中很少使用，因此，嵌入 式操作系统的文件管理功能应该能够很容易地拆卸，而用各种内存文件系 统. (8)更好的硬件适应性，也就是良好的移植性.

嵌入式软件开发技术与方法 PPT课件

嵌入式软件开发技术与方法 PPT课件

30%
20%
10%
0% 4-bits
8-bits 16-bits 32-bits 64-bits Special
Programming Languages
90%
80%
70%
60%
50%
40%
30%
20%
10%
0%
Assemble C language C++
Java
language
1998-99 1999-00 2000-01
28
软件仿真开发环境
嵌入式软件开发人员只需要了解所使用的编程 语言、编译器及其使用方法、操作系统系统 API接口及系统函数，就可以实施并完成嵌入 式软件的程序设计，生成虚拟机环境下可运行 的可执行程序。
可以在宿主机环境下查看到运行的结果，进行 运行结果的分析，并反复进行软件的调试，最 终生成一个认可的可执行软件。待时机条件具 备时安装到目标机上运行。
与动态连接库或运行时库进行链接，生成一个可执 行程序，作为文件存放在磁盘上。 运行：通过操作系统的加载程序，将可执行文件从 磁盘加载到内存，运行。 桌面系统可运行许多程序，可快速容易地加载运行。
19
如何构建嵌入式应用程序-2
嵌入式系统软件
工具 软件组件 过程：编译器或汇编器产生一个或多个目标文件，
29
实时软件分析设计方法
嵌入式实时软件系统的生命周期分为以下几个阶段： 需求分析与详细说明：对系统功能及性能的需求进行
描述。 系统设计：任务分解, 定义任务间接口关系。 任务设计：按模块方式设计每个任务，定义模块间接
口。 模块设计与实现：完成每个模块的详细设计、编码和
单元测试。 任务与系统集成：任务单独运行及并发运行调试，查

嵌入式系统 及其软件开发 ppt课件


xlanchen@2007.5.21
嵌入式系统 及其软件开发
9
2. 嵌入式系统是将先进的计算机技术、半导体技术 和电子技术以及各个行业的具体应用相结合后的 产物。
这就决定了它必然是一个技术密集、资金密集、 高度分散、不断创新的知识集成系统。所以，介 入嵌入式系统行业，必须有一个正确的定位。例 如
Palm OS之所以在PDA领域占有70％以上的市场，就 是因为其立足于个人电子消费品，着重发展图形界面 和多任务管理；
xlanchen@2007.5.21
嵌入式系统 及其软件开发
7
什么是嵌入式系统： 国内的经典定义
嵌入式系统是
“以应用为中心，以计算机技术为基础，并且软硬 件可裁剪，适用于应用系统对功能、可靠性、成本、 体积、功耗有严格要求的专用计算机系统”
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。
xlanchen@2007.5.21
嵌入式系统 及其软件开发
24
典型嵌入式微处理器： MIPS
MIPS Microprocessor without Interlocked Piped Stages “无内部互锁流水线微处理器”
也是现在比较流行的一种RISC处理器，其机制是尽 量利用软件办法避免流水线中的数据相关问题
嵌入式系统 及其软件开发
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典型嵌入式微处理器： ARM系列
ARM（Advanced RISC Machines） 是ARM公司的高性能、廉价、低功耗的RISC 处理器，适用于多种领域
如嵌入控制、消费/教育类多媒体、DSP和移动式 应用等。
ARM公司将其硬件技术授权给世界上许多著 名的半导体厂商，包括Intel，IBM，LG，NEC， SONY，Philps这样的大公司。 关于软件系统的合伙人，则包括Microsoft、 SUN等一系列著名公司

嵌入式开发课件.ppt


数据总线 序 / 数 据
地址总线 存 储
器
嵌入式系统开发及应用
2．哈佛（Harvard）
结构
哈佛结构的主要特点是
将程序和数据存储在不同的 存储空间中，即程序存储器
数据总线
程
和数据存储器是两个相互独
序
立的存储器，每个存储器独 立编址、独立访问。系统中
存
具有程序的数据总线与地址 总线，数据的数据总线与地 址总线。这种分离的程序总
大概有20%的比较简单的指令被反复使用。 • 精简指令集（Reduced Instruction Set Computer，RISC）体系
优先选取使用频率最高的、很有用但不复杂 的指令，避免使用复杂指令；固定指令长度，减 少指令格式和寻址方式种类。
嵌入式系统开发及应用
1.2.3 流水线技术
指令流水线是将一条指令分解成m个子过程，
嵌入式系统开发及应用
1.3.3 嵌入式DSP处理器
嵌入式DSP处理器（Digital Signal Processor，DSP）是专门用于信号处理方面的 处理器，芯片内部采用程序和数据分开存储和 传输的哈佛结构，具有专门硬件乘法器，采用 流水线操作，提供特殊的DSP指令，可用来快速 地实现各种数字信号处理算法，使其处理速度 比最快的CPU还快10---50倍。
目前主流的32位嵌入式微处理器系列主 要有ARM系列等。
ARM（Advanced RISC Machine）公司的 微处理器体系结构目前被公认为是嵌入式应用 领域领先的32位嵌入式RISC微处理器结构。
目前，70%的移动电话、手持PC采用了ARM处理器，许多芯片厂商都是ARM的授权用户，如Intel、 Samsung、TI等公司。
嵌入式系统开发及应用
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的系统级初始化和应用程序的运行建立硬件和软件 环境 这是一个同时包含软硬件两部分在内的初始化过程
初始化过程（续2）
系统级初始化：
这是一个以软件初始化为主的过程，主要进行操作 系统初始化
BSP将控制转交给操作系统，由操作系统进行余下 的初始化操作：
包括加载和初始化与硬件无关的设备驱动程序 建立系统内存区 加载并初始化其他系统软件模块（如网络系统、文件系统
嵌入式系统初始化以及BSP的功能
嵌入式系统的初始化过程是一个同时包括硬件 初始化和软件初始化的过程；而操作系统启动 以前的初始化操作是BSP的主要功能之一
初始化过程总可以抽象为三个主要环境，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 系统级初始化
初始化过程
片级初始化：
统中通用的设备驱动程序关联起来，并在随后的 应用中由通用的设备驱动程序调用，实现对硬件 设备的操作。
BSP开发的前提和步骤
开发的前提 ：
熟悉硬件方面：使用CPU等 熟悉工具方面：电表，示波器，逻辑分析仪，
硬件仿真器，仿真调试环境等 语言方面：汇编语言，C语言
BSP开发的一般步骤如下：
硬件主板研制，测试 操作系统的选定，BSP编程 上层应用程序的开发
编写BSP函数
BSP对板卡中每个芯片的操作都通过多个函数 来完成
如果应用程序对板卡的操作都直接通过调用 BSP中的函数来完成，那将很不利于源程序的 调试 ，并降低了程序的可移植性
把能完成某个特定功能的函数封装在一个库文 件中，并放在应用程序与BSP之间
对每个芯片来说，都应当有初始化函数和状态 读取函数
主要完成CPU的初始化
设置CPU的核心寄存器和控制寄存器 CPU核心工作模式 CPU的局部总线模式等
片级初始化把CPU从上电时的缺省状态逐步设置 成为系统所要求的工作状态
这是一个纯硬件的初始化过程
初始化过程（续1）
板级初始化：
完成CPU以外的其他硬件设备的初始化 同时还要设置某些软件的数据结构和参数，为随后
Linux驱动程序开发
建立嵌入式Linux平台，移植和编写驱动程 序往往是最具挑战的工作
驱动程序的开发周期一般较长，对产品的面 世时间有着重要影响
驱动程序质量的好坏，直接关系到系统工作 效能和稳定性，对项目的成败起着关键作用
设备驱动程序主要功能
设备驱动程序主要完成如下功能：
检测设备和初始化设备 使设备投入运行和退出服务 从设备接收数据并提交给内核 从内核接收数据送到设备 检测和处理设备错误
BSP设计方法的不足与改进
目前BSP的设计与实现主要是针对某些特定的 文件进行修改
直接修改相关文件容易造成代码的不一致性， 增加软件设计上的隐形错误，从而增加系统调 试和代码维护的难度
解决这个问题的一个可行办法是：设计实现一 种具有图形界面的BSP开发设计向导，由该向 导指导设计者逐步完成BSP的设计和开发，并 最终由向导生成相应的BSP文件，而不再由设 计人员直接对源文件进行修改。
等） 最后，操作系统创建应用程序环境并将控制转交给应用程
序的入口
硬件相关的设备驱动程序
BSP另一个主要功能是硬件相关的设备驱动 与初始化过程相反，硬件相关的设备驱动程序的
初始化和使用通常是一个从高层到底层的过程 尽管BSP中包含硬件相关的设备驱动程序，但是
这些设备驱动程序通常不直接由BSP使用 而是在系统初始化过程中由BSP把它们与操作系
设计实现BSP的一般方法
BSP的开发需要具备一定的硬件知识 要求掌握操作系统所定义的BSP接口 两种快捷方法
以经典BSP为参考 使用操作系统提供的BSP模板
设计实现BSP两部分功能时应采用以下两种不 同方法
“自底向上”地实现BSP中的初始化操作 “自顶向下”地设计硬件相关的驱动程序
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
BSP的设计与实现
为实现上述两部分功能，设计一个完整 的BSP需要完成两部分工作：
设计初始化过程，完成嵌入式系统的初始化； 设计硬件相关的设备驱动，完成操作系统及应用
程序对具体硬件的操作。
BSP是和操作系统绑在一起运行，尽管BSP的开 始部分和BIOS所做的工作类似，但是 BSP还包 含和系统有关的基本驱动
BIOS程序是用户不能更改，编译编程的，只能 对参数进行修改设置，但是程序员还可以编程 修改BSP，在BSP中任意添加一些和系统无关的 驱动或程序，甚至可以把上层开发的统统放到 BSP中
不同系统中的BSP
一个嵌入式操作系统针对不同的CPU， 会有不同的BSP
即使同一种CPU，由于外设的一点差别 BSP相应的部分也不一样
BSP的特点与功能
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。
嵌入式系统 — 嵌入式系统软件开发技术
2006年6月23日
主要内容
版级支持包 BSP 嵌入式系统初始化以及BSP的设计 Linux系统驱动程序开发 嵌入式联网
BSP的概念
BSP全称“板级支持包”（Board Support Packages），说的简单一点，就是一段启 动代码，和计算机主板的BIOS差不多， 但提供的功能区别就相差很大
在Windows CE中，BSP是驱动程序、 OEM适应层（OEM Adaptation Layers， OAL）、硬件抽象层（HAL）以及和BIOS区别
BIOS主要是负责在电脑开启时检测、初始化系 统设备（设置栈指针，中断分配，内存初始 化..）、装入操作系统并调度操作系统向硬件 发出的指令。
Linux设备驱动程序及开发
Linux设备驱动程序概述
Linux设备驱动程序是处理或操作硬件控制器的软 件，被集成在内核中，是常驻内存的低级硬件处 理程序的共享库，设备驱动程序是系统对设备的 抽象管理与控制。
Linux允许设备驱动程序作为内核可加载模块实现， 即除了可以在系统启动时进行注册外，还可以在 启动后进行加载注册。