如何学习嵌入式系统(基于ARM平台)
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着重理解“嵌入”的概念 主要从三个方面上来理解。 1、从硬件上,将基于CPU的处围器件,整合到CPU芯片内部,比如早期基于X86体系结构下的计算机,CPU只是有运算器和累加器的功能,一切芯片要造外部桥路来扩展实现,象串口之类的都是靠外部的16C550/2的串口控制器芯片实现,而目前的这种串口控制器芯片早已集成到CPU内部,还有PC机有显卡,而多数嵌入式处理器都带有LCD控制器,但其种意义上就相当于显卡。比较高端的ARM类Intel Xscale架构下的IXP网络处理器CPU内部集成PCI控制器(可配成支持4个PCI从设备或配成自身为CPI从设备);还集成3个NPE网络处理器引擎,其中两个对应于两个MAC地址,可用于网关交换用,而另外一个NPE网络处理器引擎支持DSL,只要外面再加个PHY芯片即可以实现DSL上网功能。IXP系列最高主频可以达到1.8G,支持2G内存,1G×10或10G×1的以太网口或Febre channel的光通道。IXP系列应该是目标基于ARM体系统结构下由intel进行整合后成Xscale内核的最高的处理器了。 2、从软件上前,就是在定制操作系统内核里将应用一并选入,编译后将内核下载到ROM中。而在定制操作系统内核时所选择的应用程序组件就是完成了软件的“嵌入”,比如WinCE在内核定制时,会有相应选择,其中就是Wordpad,PDF,MediaPlay等等选择,如果我们选择了,在CE启动后,就可以在界面中找到这些东西,如果是以前PC上将的windows操作系统,多半的东西都需要我们得新再装。 3、把软件内核或应用文件系统等东西烧到嵌入式系统硬件平台中的ROM中就实现了一个真正的“嵌入”。 以上的定义是我在6、7年前给嵌入式系统下自话侧重于理解型的定义,书上的定义也有很多,但在这个领域范围内,谁都不敢说自己的定义是十分确切的,包括那些专家学者们,历为毕竟嵌入式系统是计算机范畴下的一门综合性学科 嵌入式系统是一种特殊的计算机系统,它被设计用于执行特定任务,通常集成在更大的设备或系统中。在基于ARM平台的嵌入式系统学习中,理解“嵌入”概念至关重要。这一概念可以从硬件、软件和烧录过程三个方面来探讨。 从硬件层面来看,“嵌入”意味着将各种外围设备的功能集成到中央处理器(CPU)内部。以早期的X86系统为例,CPU的功能相对单一,许多功能需要通过外部芯片如串口控制器来实现。然而,随着技术的发展,例如ARM架构的处理器,如Intel的Xscale系列,已经将串口控制器、LCD控制器、甚至网络处理器等功能集成到CPU内部。例如,IXP网络处理器不仅包含PCI控制器,还能支持DSL和高速以太网接口,极大地提升了嵌入式系统的集成度和性能。 从软件角度,“嵌入”意味着在定制操作系统内核时将应用程序组件选中并编译,然后将内核烧录到只读存储器(ROM)中。例如,Windows CE允许用户在内核定制时选择预装的应用,如Wordpad、PDF阅读器和媒体播放器等。与传统的桌面操作系统相比,这些应用在嵌入式系统中是预先配置好的,无需用户额外安装。 将定制的软件内核和文件系统烧录到硬件平台的ROM中,实现了真正的“嵌入”。这使得系统在启动时就能立即运行预设的软件,提供特定的服务。 嵌入式系统通常分为四个层次:硬件层、驱动层、操作系统层和应用层。硬件层是基础,需要对电子、通信、自动化等相关知识有深入理解,能够进行单片机编程和电路设计。驱动层则涉及到操作系统内核和硬件的交互,驱动工程师需要有扎实的系统知识和编程能力。操作系统层主要负责系统任务调度、文件管理和实时性,而应用层则涉及用户界面和特定功能的实现,对编程技能的要求相对较低,但需要适应嵌入式环境的开发。 学习嵌入式系统,特别是基于ARM平台,需要掌握的知识点包括但不限于:单片机原理、微机原理、C语言、数据结构与算法、操作系统原理、编译原理、驱动开发、嵌入式操作系统移植、网络编程、嵌入式数据库和算法设计等。此外,随着物联网和AI的发展,了解物联网协议、机器学习算法和低功耗设计也是现代嵌入式系统开发者的重要技能。
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