基于ARM的SoC设计入门
2005-12-27 来源:电子工程专辑阅读次数: 1033 作者:蒋燕波
我们跳过所有对ARM介绍性的描述，直接进入工程师们最关心的问题。
要设计一个基于ARM的SoC，我们首先要了解一个基于ARM的SoC的结构。图1是一个典型的SoC的结构：
图1 从图1我们可以了解这个的SoC的基本构成：
ARM core：ARM966E
?AMBA 总线：AHB+APB
?外设IP(Peripheral IPs)：VIC(Vector Interrupt Controller), DMA, UART, RTC, SSP, WDT
?Memory blocks：SRAM, FLASH
?模拟IP：ADC, PLL
如果公司已经决定要开始进行一个基于ARM的SoC的设计，我们将会面临一系列与这些基本构成相关的问题，在下面的篇幅中，我们尝试讨论这些问题。
1. 我们应该选择那种内核？
的确，ARM为我们提供了非常多的选择，从下面的表-1中我们可以看到各种不同ARM内核的不同特点：
表1 ARM已经给出了基本的参考意见：
?如果您在开发嵌入式实时系统，例如汽车控制、工业控制或网络应用，则应该选择Embedded core。
?如果您在开发以应用程序为主并要使用操作系统，例如Linux, Palm OS, Symbian OS 或Windows CE等等，则应选择Application core。
?如果您在开发象Smart card，SIM卡或者POS机一样的需要安全保密的系统，则需要选择Secure Core。
举个例子，假如今天我们需要设计的是一个VoIP电话使用的SoC，由于这个应用不需要使用到操作系统，所以我们可以考虑使用没有MMU的内核。另外由于网络协议盏对实时性的要求较高，所以我们可以考虑ARM9系列的内核。又由于VoIP有语音编解码方面的需求，所以需要有DSP功能扩展的内核，所以ARM946E-S或ARM966E-S应该是比较合适的选择。
当然，在实际工作中的问题要比这个例子要复杂的多，比如在上一个例子中，我们也可以选择ARM7TDMI内核加一个DSP的解决方案，由ARM来完成系统控制以及网络协议盏的处理，由单独的DSP来完成语音编解码的功能。我们需要对比不同方案的面积，功耗和性能等方面的优缺点。同时我们还要考虑Cache size，TCM size，实际的内核工作频率等等相关问题，所以我们需要的一个能构快速建模的工具来帮助我们决定这些问题。现在的EDA工具为我们提供了这样的可能，例如Synopsys?的CCSS（CoCentric System Studio）以及Axys?公司的Maxsim?等工具都可以帮助我们实现快速建模，并在硬件还没有实现以前就可以提供一个软件的仿真平台，让我们在这个平台上进行软硬联仿，评估我们设想的硬件是否满足需求。
2.我们应该选择那种总线结构？
在提供内核给我们的同时，ARM也提供了多种的总线结构。例如ASB，AHB，AHB lite，AXI等等，在定义使用何种总线的同时，我们还要评估到底怎样的总线频率才能满足我们的需求，而同时不会消耗过多的功耗和片上面积。这就是我们平时常说的Architecture Exploration的问题。
和上一个问题一样，这样的问题也需要我们使用快速建模的工具来帮我们作决定。通常，这些工具能为我们提供抽象级别很高的TLM（Transaction Level Models）模型来帮助我们建模，常用的IP在这些工具提供的库中都可以找到，例如各种ARM core，AHB/APB BFM（Bus Function Model），DMAC以及各种外设IP。这些工具和TLM模型提供了比RTL仿真快100～10000倍的软硬联仿性能，并提供系统的分析功能，如果系统架构不能满足需要，那么瓶颈在系统的什么地方，是否是内核速度不够？总线频率太低？Cache太小？还是中断响应开销太多？是否需要添加DMA？等等，诸如此类的问题，我们多可以在工具的帮助下解决。
当然，机器不是万能的，不要指望工具能告诉你问题在哪里并告诉你怎么解决，工具能提供给你的只是一些统计的数据，而需要我们工程师去分析问题出在哪里并想出解决办法，所以熟悉AMBA体系结构和ARM内核是非常必要的。
3.如何选择外设IP，使用现成的IP还是自己定制？
使用IP最大的优势是Time to Market，ARM提供了相当多的外设IP供我们选择。ARM提供的外设IP集（PrimeCell? IP）包括了常用的绝大部分外设，我们可以参考表2：
表2
PrimeCell?的IP一直在增加，ARM会不定期在网站上公布最新可用的PrimeCell? IP，详情情参考：
https://www.doczj.com/doc/6e2922725.html,/products/solutions/PrimeCellPeripherals.html
ARM除了提供这些IP的RTL之外，还提供这些外设的驱动程序及测试程序。
使用现成IP方便的，但同时也带来灵活性的限制。举个例子，当我们需要一个SPI总线接口的时候，我们应该使用
ARM的SSP(Synchronous Serial Interface)这个IP，但是这个IP为了提供能与Motorola SPI，TI SSP，NS Microwire都兼容的功能，牺牲了片上面积，导致IP复杂度增加了。如果我们的应用仅仅是需要和Motorola SPI的标准兼容，那我们又何必需要一个这样复杂的IP呢？
自己定制IP虽然得到了灵活性的优势，但是确需要设计工程师完成自己的一套验证，同时也要为这个IP开发驱动程序，工作增加了许多。我的建议是具体情况具体分析，在选择IP的时候也可以考虑第三方公司提供的基于AMBA总线标准的IP，比如Synopsys?的DesignWare? IP库中就有很多基于AMBA标准的IP可供选择，有时这些IP能够提供比ARM的IP更好的灵活性并同时使用更少的片上面积和功耗。比如同样是Memory Controller，DesignWare?的DW_memctl就比ARM的MPMC(Multi-port Memory Controller)更灵活，可以定制更多的参数。关于DesignWare? IP的详细资料，请参考：https://www.doczj.com/doc/6e2922725.html,/products/designware/designware.html
4.自己设计的连接在AMBA总线上的IP如何验证？
如果我们确实要自己设计连接在AMBA总线的IP，那么熟悉AMBA的总线标准是必须的。但是设计往往不是问题，问题是如何验证我们的IP能符合所有AMBA标准定义的行为呢？
作为一个IP的验证，我们常常会使用所谓的Component-Based Verification，具体做法如图-2所示：
图2
在图2中我们要验证的是一个USB的IP，这个USB模块直接连到AHB总线上，在我们的testbench中需要如图中所示的各种VIP（Verification IP），如图中所示的BFM，Bus Monitor，才能够模拟一个USB模块会在真实的总线结构中会遇到的全部情况。这些VIP可以由EDA vender提供，也可以由工程师自己编写，但通常这些VIP不会使用HDL语言编写，而是使用HVL(Hardware Verification Language)语言。例如：e?, Vera等语言，当然同时也要使用支持这些语言的工具，如Verisity?的Specman?。由于系统高速总线（通常是AHB或AXI）上的行为比较复杂，所以我建议这样的VIP不要由工程师自己开发，而尽量使用EDA vender提供经过了完善测试的VIP。对于低速外设总线（APB）或SPI，I2C，USB等总线，则自己开发BFM模型和Monitor是可行的。
5. 搭建好的平台如何验证？
我们选择了适合的ARM core和总线结构，挑选了合适的IP，然后搭好了积木，TOP完成了，问题也来了，TOP该如何验证？
关于SoC的验证确实是个大题目，特别是在以IP为基础的SoC设计方法出现以后，在工程师的设计能力和验证能力中间出现了差距，也就是我们能在短时间内完成设计，却需要化数倍于设计的时间和人力来验证。最消耗时间的工作
一般来说发生在软硬联仿(SW/HW Co-simulation/Co-verification)的阶段。
大家知道，抽象级越高的仿真越快，反之越慢，所以如果在我们的TOP文件中所有的模块都是RTL或Gate level 的（包括ARM core），那么仿真的速度是谁也无法接受的，所以现实一点的方法是使用ARM core的DSM（Design Simulation Model）模型。具体方法如图-3所示：
图3
我们在图3中可以看到，对于内核(Processor)和Memory Controller我们都使用了使用高级语言编写的行为模型，并在这些行为模型和真正的RTL之间使用PLI(Program Language Interface)语言编写的接口。当然，所有别的外设IP和总线结构都还是使用RTL(因为我们就是要验证这些RTL)。DSM模型大多由IP提供商提供，如果使用的是ARM core，当然就由ARM提供了。软件由ARM提供的开发工具(ADS，RealView)编译好，产生bin文件，然后储存的Memory 的模型中。
这时我们已经可以开始仿真了，ARM的DSM模型会在仿真的过程中产生一个log.eis文件，这个文件顺序记录了ARM core曾经执行过的所有指令，通过这个文件，我们就可以对软件进行debug了。
当然，使用这个文件对软件进行debug是很痛苦的，因为工程师不仅不能中断、跟踪、单步执行软件，更不能使用Semihosting功能进行文件操作和调试信息传递。如果可以使用AXD或Realview Debugger来对软件进行debug 将给工程师带来极大的方便，所以EDA公司也推出了相关的产品，例如Mentor Graphics?公司的Seamless?以及我们前面提到的Axys?公司的Maxsim?等工具都能提供与AXD或者Realview Debugger协同仿真的接口。这样我们就可以象在目标板上调软件一样在仿真平台上调试软件了。
在这个抽象级别的仿真速度比纯RTL平台要快一些，大约能够做到1～100指令每秒的速度。在这样的平台上进行驱动程序和启动代码验证是可行的，但是如果要进行应用程序的全功能验证，特别是有操作系统的应用，这样的平台还是太慢了。比如在这样的平台上启动一个uClinux?，往往需要化数周的时间。显然，在这样的速度下验证应用程序还是不现实的。
解决这个问题我们有两个个选择：
(1) 使用硬件加速器
某些EDA vender会提供相关的解决方案，例如Cadence?公司的PALLADIUM? Accelerator/Emulator 和Mentor Graphics?的VStationPRO? Emulation system。这些都是能够加速我们仿真的加速器，但是一般价格昂贵，所以对大多数的Design House来说，这个方法不但性价比不高，而且也没有必要。
(2)使用FPGA原型进行测试
这个方法对于大多数公司来说是比较现实的。这正是我们的下一个问题。
6. 如何完成FPGA原型验证？
完善的FPGA验证对芯片功能验证是非常必要的，同时正如我们在上一个问题中提到的，要完成完整的功能验证，没有FPGA原型的帮助是非常困难的。具体到基于ARM的SoC，我们可以选择以下的一些方法：
(1) 由ARM公司提供的Integrator? prototyping board
ARM提供了一套名叫Integrator?开发套版，使工程师能够在这个套版上搭建和设计芯片尽量一致的验证平台。简单来说，ARM提供了Integrator? CT (Core Tile)来实现相应的ARM Core的功能和行为；使用Integrator? LT(Logic Tile)来实现我们芯片中除了ARM Core以外的所有数字逻辑（Integrator? LM上有个FPGA），使用Integrator? IM(Interface Module)连接模拟器件，再把这三个板作为子板统统插接到Integrator? AP（ASIC development Platform）。这样我们就像装电脑一样装出了一个SoC。在这个平台上，基本上所有的功能验证都可以做到，只要你对频率的要求不是太高（比如在你的应用中ARM core要跑在100MHz），这个平台是可以完成实时测试的。
(2) 由第三方供应商提供的FPGA验证平台
例如ALDEC?公司的Riviera-IPT FPGA verification system。这个系统的硬件是一块PCI接口的板卡，这个板卡的核心的一个FPGA，我们的数字逻辑还是放在这个FPGA中。同时，在这个母板上可以插上不同的ARM core的Integrator? CM，这样就完成了数字部分的搭建了。这个系统同样能提供与ARM的方案差不多的性能，但是它比ARM 的方案有更多一些的灵活性。
Riviera提供了一个能让ARM core，FPGA中的已综合逻辑和未综合的RTL三方协同仿真的功能。这个功能的好处的我们可以复用原来在工作站环境下仿真时使用的Testbench、激励和参考输出，并可以把RTL象搬积木一样一块一块的搬到FPGA中。也就是说，在开始时所有RTL和Testbench都可以在PC机上进行仿真（当然是使用Riviera提供的仿真器），这时仿真的速度是比较慢的；一旦工程师觉得哪一块的RTL已经OK了，那么他就可以将这一块RTL综合到FPGA中，随着越来越多的模块进入FPGA，仿真的速对会越来越快。最后，所有的数字逻辑都综合到了FPGA中。在RTL仿真和FPGA之间建立交互还有一个好处是在FPGA debug的时候给我们带来了很多方便。调试过FPGA的工程师常常有着痛苦的回忆，由于FPGA内部的信号不可见，FPGA的debug往往非常耗时，Riviera在提供RTL和FPGA 联仿的同时，还可以提供观察FPGA内部信号的功能，类似Xilinx?的CHIPSCOPE。详细资料请参照网页：
https://www.doczj.com/doc/6e2922725.html,/products/riviera-ipt/pages/coverification/
(3) 自己开发FPGA原型板
当然，如果自己设计FPGA原型板，那么工程师就会拥有最大的灵活性，自己的开发板上可以放置任何需要的器件。选用的FPGA可以尽量贴近实际SoC的运行速度，如果有Analog IP对应的Analog器件，那么功能验证的覆盖率将会非常小，最大程度减少投片不成功的风险。这个方案的代价是设计和调试验证板的时间，有时这个时间还会超过芯片设计的时间，同时也需要工程师拥有设计高速PCB的相关知识。
ARM core的测试样片是验证板的核心，这个测试样片实际上就是直接将内核拿去流片得到的（当然还要加上必要的PLL）。通常，ARM授权的
Foundry会提供这样的测试样片，需要注意的是这个测试样片是否能达到应用所要求的速度，如果不能，那么实时测试将不可能实现。
另外一个需要注意的问题是FPGA的容量。在做AMBA总线结构FPGA综合的时候工程师会发现以AMBA总线为基础的RTL对FPGA资源的消耗非常惊人，有时一个150K Gate Count的数字逻辑会无法综合到一个150万门的FPGA 中（如Xilinx?的XC2V1500），所以在验证板的规划初期一定要选择一个留有余量的FPGA（或几个FPGA组成阵列）。
关于对 《SoC设计方法与实现》的一点认识 '
| 目录 摘要 (3) 一 SoC概述 (3) 二SoC设计现状 (4) 1 芯核的设计流程 (7) 2 软硬件协同设计的流程 (8) 3 Soc的系统级设计流程 (8) 三 SoC发展的现状 (10) （ 1 SoC在中国发展的现状 (10) 2 国外ＳＯＣ的发展现状 (11) 四SOC的未来发展趋势 (12) ;
\ 摘要 通过将近四周的学习,我已经对SoC有了一些基本的认识。在任课教师的指导下，我完成了此篇论文。本文主要从什么是SoC ,SoC 有什么用途，SoC的设计，SOC发展的现状和未来趋势这五个方面来简单论述的，在论述的过程中查阅了一部分文献资料，并且兼顾含有了集成电路的相关知识。 关键词 SoC 用途发展趋势 一 SoC概述 \ 随着集成电路1技术进入新的阶段，市场开始转向追求体积更小、成本更低、功耗更少的产品，因此出现了将多个甚至整个系统集成在一个芯片2上的产品––系统芯片（system on a chip,SoC）。系统芯片将原来由多个芯片完成的功能，集中到单个芯片中完成。更具体地说，它在单一硅芯片上实现信号采集、转换、存储、处理和I/O等功能，或者说在单一硅芯片上集成了数字电路、模拟电路、信号采集、 1 1952年5月，英国皇家研究所的达默就在美国工程师协会举办的座谈会第一次提到了集成电路的设想。他说：“可以想象，随着晶体管和半导体工业的发展，电子设备可以在一块固体块上实现，而不需要外部的连接线。这块电路将有绝缘层、导体和具有整流放大作用的半导体等材料组成”，这就是最早的集成电路的概念。 2通常所说的“芯片”是指集成电路，它是微电子产业的主要产品。
SOC的软硬件协同设计方法和技术 摘要： 随着嵌入式系统与微电子技术的飞速发展，硬件的集成度越来越高，这使得将CPU、存储器和I/O设备集成到一个硅片上成为可能，SOC应运而生，并以其集成度高、可靠性好、产品问世周期短等特点逐步成为当前嵌入式系统设计技术的主流。传统的嵌入式系统设计开发方法无法满足Soc设计的特殊要求，这给系统设计人员带来了巨大的挑战和机遇，因此针对Soc的设计方法学己经成为当前研究的热点课题。 论文首先分析了嵌入式系统设计的发展趋势，论述了传统设计开发方法和工具的局限性，针对Soc设计技术的特点探究了Soc软硬件协同设计方法的流程，并讨论了目前软硬件协同设计的现状。 关键词: 软硬件协同设计，可重用设计，SOC 背景： 计算机从1946年诞生以来，经历了一个快速发展的过程，现在的计算机没有变成科幻片电影中那样贪婪、庞大的怪物，而是变得小巧玲珑、无处不在，它们藏身在任何地方，又消失在所有地方，功能强大，却又无影无踪，这就是嵌入式系统。嵌入式系统是以应用为中心、计算机技术为基础、软件硬件可剪裁、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。嵌入式系统是将先进的计算机技术、微电子技术和现代电子系统技术与各个行业的具体应用相结合的产物，这一点决定了它必然是一个技术密集、高度分散、不断创新的知识集成系统。嵌入式系纫‘泛应用于国民经济和国防建设的各个领域，发展非常迅速，调查数据表明，嵌入式系统的增长为每年18%，大约是整个信息技术产业平均增长的两倍[1]，目前世界上大约有2亿台通用计算机,而嵌入式处理器大约60亿个，嵌入式系统产业是二十一世纪信息产业的重要增长点。 随着集成电路制造工艺的飞速发展，嵌入式系统硬件的集成度越来越高，这使得将嵌入式微处理器、存储器、I/O设备等硬件组成部件集成到单个芯片上成为可能，片上系统SoC (System on Chip)应运而生[2]。SOC极大地缩小了系统体积；减少了板级系统SoB(System on Board)中芯片与芯片之间的互连延迟，从而提高了系统的性能; 强调设计重用思想，提高了设计效率，缩短了设计周期，减少了产品的上市时间。因此SOC以其集成度高、体积小、功耗少、可靠性好、产品问世周期短等优点得到了越来越广泛地应用，并且正在逐渐成为当前嵌入式系统设计的主流技术[3]。但Soc设计不同于传统嵌入式系统的开发，如何快速、有效地开发和设计Soc产品是当前嵌入式设计开发方法学的一个十分重要的研究领
《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
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：
基于ARM的SoC设计入门 2005-12-27 来源:电子工程专辑阅读次数: 1033 作者:蒋燕波 我们跳过所有对ARM介绍性的描述，直接进入工程师们最关心的问题。 要设计一个基于ARM的SoC，我们首先要了解一个基于ARM的SoC的结构。图1是一个典型的SoC的结构：
图1 从图1我们可以了解这个的SoC的基本构成： ARM core：ARM966E
?AMBA 总线：AHB+APB ?外设IP(Peripheral IPs)：VIC(Vector Interrupt Controller), DMA, UART, RTC, SSP, WDT ?Memory blocks：SRAM, FLASH ?模拟IP：ADC, PLL 如果公司已经决定要开始进行一个基于ARM的SoC的设计，我们将会面临一系列与这些基本构成相关的问题，在下面的篇幅中，我们尝试讨论这些问题。 1. 我们应该选择那种内核？ 的确，ARM为我们提供了非常多的选择，从下面的表-1中我们可以看到各种不同ARM内核的不同特点：
表1 ARM已经给出了基本的参考意见：
?如果您在开发嵌入式实时系统，例如汽车控制、工业控制或网络应用，则应该选择Embedded core。 ?如果您在开发以应用程序为主并要使用操作系统，例如Linux, Palm OS, Symbian OS 或Windows CE等等，则应选择Application core。 ?如果您在开发象Smart card，SIM卡或者POS机一样的需要安全保密的系统，则需要选择Secure Core。 举个例子，假如今天我们需要设计的是一个VoIP电话使用的SoC，由于这个应用不需要使用到操作系统，所以我们可以考虑使用没有MMU的内核。另外由于网络协议盏对实时性的要求较高，所以我们可以考虑ARM9系列的内核。又由于VoIP有语音编解码方面的需求，所以需要有DSP功能扩展的内核，所以ARM946E-S或ARM966E-S应该是比较合适的选择。 当然，在实际工作中的问题要比这个例子要复杂的多，比如在上一个例子中，我们也可以选择ARM7TDMI内核加一个DSP的解决方案，由ARM来完成系统控制以及网络协议盏的处理，由单独的DSP来完成语音编解码的功能。我们需要对比不同方案的面积，功耗和性能等方面的优缺点。同时我们还要考虑Cache size，TCM size，实际的内核工作频率等等相关问题，所以我们需要的一个能构快速建模的工具来帮助我们决定这些问题。现在的EDA工具为我们提供了这样的可能，例如Synopsys?的CCSS（CoCentric System Studio）以及Axys?公司的Maxsim?等工具都可以帮助我们实现快速建模，并在硬件还没有实现以前就可以提供一个软件的仿真平台，让我们在这个平台上进行软硬联仿，评估我们设想的硬件是否满足需求。 2.我们应该选择那种总线结构？ 在提供内核给我们的同时，ARM也提供了多种的总线结构。例如ASB，AHB，AHB lite，AXI等等，在定义使用何种总线的同时，我们还要评估到底怎样的总线频率才能满足我们的需求，而同时不会消耗过多的功耗和片上面积。这就是我们平时常说的Architecture Exploration的问题。 和上一个问题一样，这样的问题也需要我们使用快速建模的工具来帮我们作决定。通常，这些工具能为我们提供抽象级别很高的TLM（Transaction Level Models）模型来帮助我们建模，常用的IP在这些工具提供的库中都可以找到，例如各种ARM core，AHB/APB BFM（Bus Function Model），DMAC以及各种外设IP。这些工具和TLM模型提供了比RTL仿真快100～10000倍的软硬联仿性能，并提供系统的分析功能，如果系统架构不能满足需要，那么瓶颈在系统的什么地方，是否是内核速度不够？总线频率太低？Cache太小？还是中断响应开销太多？是否需要添加DMA？等等，诸如此类的问题，我们多可以在工具的帮助下解决。
东北大学继续教育学院 嵌入式软件设计试卷（作业考核线上） B 卷学习中心：福建南平奥鹏学习中心院校学号：姓名王华仁 （共 5 页） 一、选择题（10小题，每题2分，共20分），请将答案填入下表。 1. 以下哪个不是嵌入式系统设计的主要目标？ A. 低成本 B.低功耗 C. 实时要求高 D. 超高性能 2. 下面关于哈佛结构描述正确的是： A. 存储空间与IO空间分离 B. 程序存储空间与数据存储空间分离 C. 存储空间与IO空间合并 D. 程序存储空间与数据存储空间合并 3. 从层次结构来看，嵌入式系统包括： A. 硬件层 B. 板级支持包 C. 实时操作系统和应用软件 D. 以上都是 4. 下面哪一种工作模式不属于ARM异常模式？ A. 快速中断模式 B. 管理模式 C. 系统模式 D. 数据访问中止模式
5. 处理器从存储器读数据的指令（加载指令）的助记符是： A. SWP B. SWPB C. LDR D. STR 6. 指令“ADD R2, R1, #10”的寻址方式为： A. 立即寻址 B. 寄存器间接寻址 C. 多寄存器寻址 D. 堆栈寻址 7. 单系统需要小量的高速缓存，最合适的存储器是： A. SRAM B. DRAM C. EEPROM D. Flash 8. AHB和VPB外设区域都是2MB，可各自分配最多（）个外设。 A. 16 B. 32 C. 64 D. 128 9. 使用HOST-TARGET联合开发嵌入式系统，（）不是必须的。 A. 目标系统 B. 宿主机 C. 银河麒麟操作系统 D. 交叉编译器 10. 操作系统结构不包括（） A. 数据库 B. 引导系统 C. 内核 D. 根文件系统 二、判断题（10小题，每题1分，共10分），请将答案填入下表。 1. （√）嵌入式处理器的结构有哈佛结构和冯诺依曼结构之分。 2. （×）处于就绪状态的任务只能切换到运行状态。 3. （√）将模拟信号转换成数字信号的电路是DA转换器。 4. （√）在操作系统的设备管理中引入缓存，其主要目的是改善CPU和I/O设备间速度不
SOC设计方法 时间：2011-01-13 19:02:31 来源：作者： 本文通过对集成电路IC技术发展现状的讨论和历史回顾,特别是通过对电子整机设计技术发展趋势的探讨,引入系统芯片（System on Chip,简称SOC）的定义,主要特点及其设计方法学等基本概念,并着重探讨面向SOC的新一代集成电路设计方法学的主要研究内容和发展趋势。 关键词：SOC 软硬件协同设计超深亚微米高层次综合IP核设计再利用引言 人类进入21世界面临的一个重要课题就是如何面对国民经济和社会发展信息化的挑战。以网络通信、软件和微电子为主要标志的信息产业的飞速发展既为我们提供了一个前所未有的发展机遇,也营造了一个难得的市场与产业环境。 集成电路作为电子工业乃至整个信息产业的基础得益于这一难得的机遇,呈现出快速发展的态势。以软硬件协同设计（Software/Hardware Co-Design）、具有知识产权的内核（IP核）复用和超深亚微米（Very Deep Sub-M集成电路ron,简称VDSM）技术为支撑的SOC是国际超大规模集成电路（VLSI）的发展趋势和新世纪集成电路的主流。 与此同时,集成电路设计技术的进步滞后于集成电路制造技术的进步已成为制约未来集成电路工业进一步健康发展的关键。传统的、基于标准单元库的设计方法已被证明不能胜任SOC的设计;现行的面向逻辑的集成电路设计方法在深亚微米集成电路设计中遇到了难以逾越的障碍;芯片设计涉及的领域不再局限于传统的半导体而且必须与整机系统结合;集成电路设计工程师们从来没有像今天这样迫切地需要汲取新知识,特别是有关整机系统的知识。所以尽快开展面向SOC的新一代集成电路设计方法学研究对于推动集成电路的发展是至关重要的。 回顾20世纪后半叶集成电路工业的历史,不难看出著名的MOORE（摩尔）定律一直在准确地描述着集成电路技术的发展。专家们普遍认为,在新的世纪中,这一著名定律仍将长期有效。尽管MOORE定律揭示的集成电路工艺技术的进步规律是那样的诱人,且其发展速度之高在现代社会是少有的,但是今天正在蓬勃发展的网络技术的进步相比（见图1）还是相形见绌,远远不能满足信息产业发展的要求。
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。
关于SoC芯片设计技术 什么是SOC 随着设计与制造技术的发展，集成电路设计从晶体管的集成发展到逻辑门的集成，现在又发展到IP的集成，即SoC(System on a Chip)设计技术。SoC 可以有效地降低电子/信息系统产品的开发成本，缩短开发周期，提高产品的竞争力，是未来工业界将采用的最主要的产品开发方式。虽然SoC一词多年前就已出现，但到底什么是SoC则有各种不同的说法。在经过了多年的争论后，专家们就SoC的定义达成了一致意见。这个定义虽然不是非常严格，但明确地表明了SoC的特征： 实现复杂系统功能的VLSI； 采用超深亚微米工艺技术； 使用一个以上嵌入式CPU/数字信号处理器（DSP）； 外部可以对芯片进行编程； 怎样去理解 SoC中包含了微处理器/微控制器、存储器以及其他专用功能逻辑，但并不是包含了微处理器、存储器以及其他专用功能逻辑的芯片就是SoC。SoC技术被广泛认同的根本原因，并不在于SoC可以集成多少个晶体管，而在于SoC可以用较短时间被设计出来。这是SoC的主要价值所在——缩短产品的上市周期，因此，SoC更合理的定义为：SoC是在一个芯片上由于广泛使用预定制模块 IP(Intellectual Property)而得以快速开发的集成电路。从设计上来说，SoC就是一个通过设计复用达到高生产率的硬件软件协同设计的过程。从方法学的角度来看，SoC是一套极大规模集成电路的设计方法学，包括IP核可复用设计/测试方法及接口规范、系统芯片总线式集成设计方法学、系统芯片验证和测试方法学。SOC是一种设计理念，就是将各个可以集成在一起的模块集成到一个芯片上，他借鉴了软件的复用概念，也有了继承的概念。也可以说是包含了设计和测试等更多技术的一项新的设计技术。 SOC的一般构成
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。
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。
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
东北大学继续教育学院嵌入式软件设计试卷（作业考核线上） B 卷 学习中心：福建南平奥鹏学习中心院校学号：姓名王华仁 （共 5 页） 一、选择题（10小题，每题2分，共20分），请将答案填入下表。 1. 以下哪个不是嵌入式系统设计的主要目标？ A. 低成本 B.低功耗 C. 实时要求高 D. 超高性能 2. 下面关于哈佛结构描述正确的是： A. 存储空间与IO空间分离 B. 程序存储空间与数据存储空间分离 C. 存储空间与IO空间合并 D. 程序存储空间与数据存储空间合并 3. 从层次结构来看，嵌入式系统包括： A. 硬件层 B. 板级支持包 C. 实时操作系统和应用软件 D. 以上都是 4. 下面哪一种工作模式不属于ARM异常模式？ A. 快速中断模式 B. 管理模式 C. 系统模式 D. 数据访问中止模式 5. 处理器从存储器读数据的指令（加载指令）的助记符是： A. SWP B. SWPB C. LDR D. STR 6. 指令“ADD R2, R1, #10”的寻址方式为： A. 立即寻址 B. 寄存器间接寻址 C. 多寄存器寻址 D. 堆栈寻址 7. 单系统需要小量的高速缓存，最合适的存储器是： A. SRAM B. DRAM C. EEPROM D. Flash 8. AHB和VPB外设区域都是2MB，可各自分配最多（）个外设。 A. 16 B. 32 C. 64 D. 128 9. 使用HOST-TARGET联合开发嵌入式系统，（）不是必须的。
A. 目标系统 B. 宿主机 C. 银河麒麟操作系统 D. 交叉编译器 10. 操作系统结构不包括（） A. 数据库 B. 引导系统 C. 内核 D. 根文件系统 二、判断题（10小题，每题1分，共10分），请将答案填入下表。 1. （√）嵌入式处理器的结构有哈佛结构和冯诺依曼结构之分。 2. （×）处于就绪状态的任务只能切换到运行状态。 3. （√）将模拟信号转换成数字信号的电路是DA转换器。 4. （√）在操作系统的设备管理中引入缓存，其主要目的是改善CPU和I/O设备间速度不匹配的 情况。 5. （√）ARM指令集具有高效、快速的特点，它是Thumb指令集的子集。 6. （×）Nand Flash比Nor Flash成本高，可靠性差。 7. （×）虚拟内存的主要用途是扩充存储容量。 8. （√）C语言程序可以嵌套加入汇编语言程序模块。 9. （√）操作系统中的存储管理室对内存中用户区进行管理。 10.（√）操作系统结构包括引导系统、内核和根文件系统 三、填空题（10小题，每题2分，共20分） 1. 嵌入式系统是以（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。 2. 嵌入式系统的三要素是，嵌入、（专用）和（计算机）。 3. 嵌入式软件的体系结构通常包括：驱动层、（操作系统层）、中间层和（应用层）。 4. ARM7有两种处理器状态，分别是（ARM）状态和（ Thumb）状态。 5. 嵌入式处理器的分类包括三种，分别是：（微控制器(或单片机)）、嵌入式微处理器、（数字信号
嵌入式软件开发的几点个人理解 一、软件的概念 软件，是一系列按照特定顺序组织的计算机数据和指令的集合。我们日常生活中接触最多的软件大概要算应用软件了。在21世纪的今天，电脑、手机等智能设备进入千家万户，基本上每个现代化的家庭中或多或少拥有一台电脑或一部手机，我们每天都用着电脑或者手机中的应用软件享受着科技带给这个世界的便利。然而软件的概念却并不只是在这些应用软件中，一般来讲，软件被划分为编程语言、系统软件、应用软件，其中系统软件包括操作系统和支撑软件。另外，软件并仅包括可以在广义计算机上运行的电脑程序，还包括与这些电脑程序相关的文档。学术界将软件定义为程序加文档的集合体，确实非常贴切。 对于软件和硬件，这两者之间从来是相互依存，相得益彰的。硬件是实在的，有模有样的。软件是程序性的，是一系列的指令。个人认为，我们其实可以将人的身体与灵魂分别比作硬件和软件，软件的存在必须依附于硬件才能体现软件的价值；而硬件因为有了软件的存在，才具备了更加丰富的功能。 二、软件开发中的编程语言 软件的编程语言有多种、常见的编程语言有Pascal、Python、Ruby、Java、C、C++、C#、Basic、PHP等。这些编程语言各有特点，其中进行嵌入式系统开发常用的语言有C、C++、Java 等语言。 2.1、C语言 C语言是介于汇编语言和高级语言之间的语言，属于高级语言，也称为中级语言，是集汇编和高级语言优点于一身的程序设计语言。于1972年在美国贝尔实验室里问世，早期的C语言主要用于UNIX系统。由于C语言的强大功能和各方面的优点逐渐为人们认识，到了九十年代，C语言开始进入其他操作系统，并很快在各类大、中、小和微型计算机上得到广泛的应用，成为当代最优秀的程序设计语言之一。 C语言的特点： 1）是一种结构化语言，层次清晰，便于按模块化方式组织程序，易于调试和维护。 2）C语言的表现能力和处理能力极强，不仅具有丰富的运算符和数据类型，便于实现各类复杂的数据结构，它还可以直接访问内存的物理地址，进行位级别的操作。
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 品的成品，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。 本书在 4.1.5 节对各种不同的嵌入式操作系统 进行了比较，读者可以以此为依据进行相关的选择。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。 由于本书主要讨论嵌入式软件的应用开发，因此对硬件开发不做详细讲解，而主要讨论 嵌入式软件开发的流程。
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。