嵌入式系统原理及设计.doc

嵌入式系统是一种以特定应用为目标的计算机系统，它的核心在于结合了计算机技术与特定的应用需求，例如在工业控制、消费电子、医疗设备等领域广泛应用。嵌入式系统的设计包括分析、设计和实现三个阶段，旨在满足功能、可靠性、成本、体积和功耗等方面的严格要求。 在硬件层面，嵌入式系统主要由四部分构成：嵌入式处理器、嵌入式外围设备、嵌入式操作系统和嵌入式应用软件。嵌入式处理器是系统的核心，例如ARM系列处理器，其中ARM7TDMI是最常见的32位嵌入式RISC处理器，支持16位Thumb指令集，适合低功耗应用场景。ARM处理器家族还包括XScale，基于ARMv5TE架构，支持更广泛的指令集，包括16位Thumb和DSP指令，适用于高性能、低功耗的需求。 嵌入式操作系统（RTOS）如嵌入式Linux、Windows CE、Symbian和QNX等，是嵌入式系统的重要组成部分，它们提供实时性、可扩展性和POSIX标准兼容性，使得开发者能够构建高效稳定的应用。在开发过程中，由于目标机和宿主机环境不同，需要使用穿插开发环境，包括穿插编译器、TFTP服务器以及如Mini这样的工具来支持远程通信和文件传输。 Boot Loader是系统启动的关键组件，它在硬件初始化之后运行，负责加载操作系统镜像和文件系统，最终启动应用程序。Boot Loader的编程和烧录可以通过JTAG接口或串口通信工具如Mini来完成。 在编程和构建方面，Makefile中的宏如$*、$@、$<和$?分别代表不同的目标文件状态，用于自动化构建过程。对于串口通信，如在开发过程中通过串口连接目标机，需要知道目标机的端口号，如/dev/ttyS0或/dev/ttyS1。 BOOTP协议在目标板启动时起作用，它允许宿主机上的BOOTP服务器根据目标机的MAC地址分配IP地址和子网掩码，确保网络通信的初始配置。 ARM架构基于RISC（精简指令集计算），采用一种改良的哈佛结构，支持ARM和Thumb指令集，并有七种运行状态，如用户模式、中断模式和快速中断模式等。ARM处理器具有独立的指令和数据总线，提高了执行效率。 总结来说，嵌入式系统设计涵盖了从处理器选择、操作系统定制、软件开发环境建立到网络配置等多个方面，涉及硬件、软件和通信协议的综合运用，是现代技术应用中的关键组成部分。理解这些基本概念和技术对于开发高效、可靠的嵌入式解决方案至关重要。