没有合适的资源?快使用搜索试试~ 我知道了~
C语言嵌入式系统编程修炼.pdf

C语言嵌入式系统编程修炼.pdf
资源详情
资源评论
资源推荐

[编程技巧]C 语言嵌入式系统编程修炼之一:背景篇!
程序匠人 发表于 2006-1-10 20:15:00 阅读全文(2042) | 回复(0) |
引用(0)
C 语言嵌入式系统编程修炼之一:背景篇!
不同于一般形式的软件编程,嵌入式系统编程建立在特定的硬件平台上,
势必要求其编程语言具备较强的硬件直接操作能力。无疑,汇编语言具备这样的
特质。但是,归因于汇编语言开发过程的复杂性,它并不是嵌入式系统开发的一
般选择。而与之相比,C 语言--一种"高级的低级"语言,则成为嵌入式系统开发
的最佳选择。笔 者 在嵌入式系统项目的开发过程中,一 次又一次感受到 C 语言的
精妙,沉醉于 C 语言给嵌入式开发带来的便利。
图1给出了本文的讨论所基于的硬件平台,实际上,这 也 是 大多数嵌入式系
统的硬件平台。它包括两部分:
(1) 以通用处理器为中心的协议处理模块,用于网络控制协议的处理;
(2) 以数字信号处理器(DSP)为中心的信号处理模块,用于调制、解调
和数/模信号转换。
本文的讨论主要围绕以通用处理器为中心的协议处理模块进行,因为它更多
地牵涉到具体的 C 语言编程技巧。而 DSP 编程则重点关注具体的数字信号处理算
法,主要涉及通信领域的知识,不是本文的讨论重点。
着眼于讨论普遍的嵌入式系统 C 编程技巧,系统的协议处理模块没有选择特
别的 CPU,而是选择了众所周知的 CPU 芯片--80186,每一位学习过《微机原理》
的读者都应该对此芯片有一个基本的认识,且对其指令集比较熟悉。80186 的字
长是 16 位,可以寻址到的内存空间为 1MB,只有实地址模式。C 语言编译生成的
指针为 32 位(双字),高 16 位为段地址,低 16 位为段内编译,一 段 最 多 64KB。

图 1 系统硬件架构
协议处理模块中的 FLASH 和 RAM 几乎是每个嵌入式系统的必备设备,前者用
于存储程序,后者则是程序运行时指令及数据的存放位置。系统所选择的 FLASH
和 RAM 的位宽都为 16 位,与 CPU 一致。
实时钟芯片可以为系统定时,给出当前的年、月、日及具体时间(小时、分、
秒及毫秒),可以设定其经过一段时间即向 CPU 提出中断或设定报警时间到来时
向 CPU 提出中断(类似闹钟功能)。
NVRAM(非易失去性 RAM)具有掉电不丢失数据的特性,可以用于保存系统
的设置信息,譬如网络协议参数等。在系统掉电或重新启动后,仍然可以读取先
前的设置信息。其 位宽为 8 位,比 CPU 字长小。文 章 特 意 选择一个与 CPU 字长不
一致的存储芯片,为后文中一节的讨论创造条件。
UART 则完成 CPU 并行数据传输与 RS-232 串行数据传输的转换,它 可 以 在接
收到[1~MAX_BUFFER]字节后向 CPU 提出中断,MAX_BUFFER 为 UART 芯片存储接收
到字节的最大缓冲区。
键盘控制器和显示控制器则完成系统人机界面的控制。
以上提供的是一个较完备的嵌入式系统硬件架构,实际的系统可能包含更少
的外设。之所以选择一个完备的系统,是为了后文更全面的讨论嵌入式系统 C
语言编程技巧的方方面面,所有设备都会成为后文的分析目标。
嵌入式系统需要良好的软件开发环境的支持,由于嵌入式系统的目标机资源
受限,不 可 能在其上建立庞大、复杂的开发环境,因而其开发环境和目标运行环
境相互分离。因 此 ,嵌入式应用软件的开发方式一般是,在 宿 主 机 (Host)上建立
开发环境,进行应用程序编码和交叉编译,然后宿主机同目标机(Target)建立连
接,将应用程序下载到目标机上进行交叉调试,经过调试和优化,最 后 将 应 用程

序固化到目标机中实际运行。
CAD-UL 是适用于 x86 处理器的嵌入式应用软件开发环境,它 运 行 在 Windows
操作系统之上,可生成 x86 处理器的目标代码并通过 PC 机的 COM 口(RS-232 串
口)或以太网口下载到目标机上运行,如图 2。其驻留于目标机 FLASH 存储器中
的 monitor 程序可以监控宿主机 Windows 调试平台上的用户调试指令,获取 CPU
寄存器的值及目标机存储空间、I/O 空间的内容。
图 2 交叉开发环境
后续章节将从软件架构、内存操作、屏幕操作、键盘操作、性能优化等多方
面阐述 C 语言嵌入式系统的编程技巧。软件架构是一个宏观概念,与具体硬件的
联系不大;内存操作主要涉及系统中的 FLASH、RAM 和 NVRAM 芯片;屏幕操作则
涉及显示控制器和实时钟;键盘操作主要涉及键盘控制器;性能优化则给出一些
具体的减小程序时间、空间消耗的技巧。
在我们的修炼旅途中将经过 25 个关口,这些关口主分为两类,一类是技巧
型,有很强的适用性;一类则是常识型,在理论上有些意义。

[编程技巧]C 语言嵌入式系统编程修炼之二:软件架构篇!
程序匠人 发表于 2006-1-10 20:19:00 阅读全文(1277) | 回复(1) |
引用(0)
C 语言嵌入式系统编程修炼之二:软件架构篇!
模块划分
模块划分的"划"是规划的意思,意指怎样合理的将一个很大的软件划分为一
系列功能独立的部分合作完成系统的需求。C 语言作为一种结构化的程序设计语
言,在 模块的划分上主要依据功能(依功能进行划分在面向对象设计中成为一个
错误,牛顿定律遇到了>相对论),C 语言模块化程序设计需理解如下概念:
(1) 模块即是一个.c 文件和一个.h 文件的结合,头文件(.h)中是对于该
模块接口的声明;
(2) 某模块提供给其它模块调用的外部函数及数据需在.h 中文件中冠以 e
xtern 关键字声明;
(3) 模块内的函数和全局变量需在.c 文件开头冠以 static 关键字声明;
(4) 永远不要在.h 文件中定义变量!定义变量和声明变量的区别在于定
义会产生内存分配的操作,是汇编阶段的概念;而声明则只是告诉包含该声明的
模块在连接阶段从其它模块寻找外部函数和变量。如:
/*module1.h*/
int a = 5; /* 在模块 1 的.h 文件中定义 int a */
/*module1 .c*/
#include "module1.h" /* 在模块 1 中包含模块 1 的.h 文件 */
/*module2 .c*/
#include "module1.h" /* 在模块 2 中包含模块 1 的.h 文件 */
/*module3 .c*/
#include "module1.h" /* 在模块 3 中包含模块 1 的.h 文件 */
以上程序的结果是在模块 1、2、3 中都定义了整型变量 a,a 在不同的模块
中对应不同的地址单元,这个世界上从来不需要这样的程序。正确的做法是:

/*module1.h*/
extern int a; /* 在模块 1 的.h 文件中声明 int a */
/*module1 .c*/
#include "module1.h" /* 在模块 1 中包含模块 1 的.h 文件 */
int a = 5; /* 在模块 1 的.c 文件中定义 int a */
/*module2 .c*/
#include "module1.h" /* 在模块 2 中包含模块 1 的.h 文件 */
/*module3 .c*/
#include "module1.h" /* 在模块 3 中包含模块 1 的.h 文件 */
这样如果模块 1、2、3 操作 a 的话,对应的是同一片内存单元。
一个嵌入式系统通常包括两类模块:
(1)硬件驱动模块,一种特定硬件对应一个模块;
(2)软件功能模块,其模块的划分应满足低偶合、高内聚的要求。
多任务还是单任务
所谓"单任务系统"是指该系统不能支持多任务并发操作,宏观串行地执行一
个任务。而 多 任务系统则可以宏观并行( 微 观 上 可 能 串 行)地 "同 时 "执 行多个任
务。
多任务的并发执行通常依赖于一个多任务操作系统(OS),多任务 OS 的核
心是系统调度器,它使用任务控制块(TCB)来管理任务调度功能。TCB 包括任
务的当前状态、优先级、要等待的事件或资源、任务程序码的起始地址、初始堆
栈指针等信息。调度器在任务被激活时,要用到这些信息。此外,TCB 还被用来
存放任务的"上下文"(context)。任务的上下文就是当一个执行中的任务被停止
时,所要保存的所有信息。通常,上 下文就是 计算 机当前的状态,也即各个寄存
器的内容。当发生任务切换时,当前运行的任务的上下文被存入 TCB,并将要被
执行的任务的上下文从它的 TCB 中取出,放入各个寄存器中。
嵌入式多任务 OS 的典型例子有 Vxworks、ucLinux 等。嵌入式 OS 并非遥不
可及的神坛之物,我们可以用不到 1000 行代码实现一个针对 80186 处理器的功
能最简单的 OS 内核,作者正准备进行此项工作,希望能将心得贡献给大家。
究竟选择多任务还是单任务方式,依赖于软件的体系是否庞大。例如,绝大
多数手机程序都是多任务的,但 也有一些小灵通的协议栈是单任务的,没有操作
系统,它们的主程序轮流调用各个软件模块的处理程序,模拟多任务环境。
剩余37页未读,继续阅读




myj2005
- 粉丝: 6
- 资源: 66

上传资源 快速赚钱
我的内容管理 收起
我的资源 快来上传第一个资源
我的收益
登录查看自己的收益我的积分 登录查看自己的积分
我的C币 登录后查看C币余额
我的收藏
我的下载
下载帮助

会员权益专享
安全验证
文档复制为VIP权益,开通VIP直接复制

评论1