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ARM®系列微處理器作為全球16/32 位 RISC 處理器市場(chǎng)的領(lǐng)先者， 在許多領(lǐng)域內(nèi)得到了成功的應(yīng)用。近年來(lái)，ARM 在國(guó)內(nèi)的應(yīng)用也得到了飛速的發(fā)展，越來(lái)越多的公司和工程師在基于 ARM 的平臺(tái)上面開(kāi)發(fā)自己的產(chǎn)品。
與傳統(tǒng)的 4/8位單片機(jī)相比，ARM 的性能和處理能力當(dāng)然是遙遙領(lǐng)先的，但與之相應(yīng)，ARM 的系統(tǒng)設(shè)計(jì)復(fù)雜度和難度，較之傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法也大大提升了。本文旨在通過(guò)討論系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)中的幾個(gè)基本方面，來(lái)說(shuō)明基于 ARM 的嵌入式系統(tǒng)程序開(kāi)發(fā)的一些特點(diǎn)，并提出和解決了一些常見(jiàn)的問(wèn)題。
文章分成幾個(gè)相對(duì)獨(dú)立的章節(jié)刊載。第一部分討論基于 ARM 的嵌入式程序開(kāi)發(fā)和移植過(guò)程中的一些基本概念。
1．嵌入式程序開(kāi)發(fā)過(guò)程
不同于通用計(jì)算機(jī)和工作站上的軟件開(kāi)發(fā)工程，一個(gè)嵌入式程序的開(kāi)發(fā)過(guò)程具有很多特點(diǎn)和不確定性。其中最重要的一點(diǎn)是軟件跟硬件的緊密耦合特性。
這是兩類簡(jiǎn)化的嵌入式系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)圖。由于嵌入式系統(tǒng)的靈活性和多樣性，上面圖中各個(gè)層次之間缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，幾乎每一個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng)都不一樣。這樣就給上層的軟件設(shè)計(jì)人員帶來(lái)了極大地困難。第一，在軟件設(shè)計(jì)過(guò)程中過(guò)多地考慮硬件，給開(kāi)發(fā)和調(diào)試都帶來(lái)了很多不便；第二，如果所有的軟件工作都需要在硬件平臺(tái)就緒之后進(jìn)行，自然就延長(zhǎng)了整個(gè)的系統(tǒng)開(kāi)發(fā)周期。這些都是應(yīng)該從方法上加以改進(jìn)和避免的問(wèn)題。
為了解決這個(gè)問(wèn)題， 工程和設(shè)計(jì)人員提出了許多對(duì)策。 首先在應(yīng)用與驅(qū)動(dòng) （或API）這一層接口，可以設(shè)計(jì)成相對(duì)統(tǒng)一的一些接口函數(shù)，這對(duì)于具體的某一個(gè)開(kāi)發(fā)平臺(tái)或在某個(gè)公司內(nèi)部，是完全做得到的。這樣一來(lái)，就大大提高了應(yīng)用層軟件設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)化程度，方便了應(yīng)用程序在跨平臺(tái)之間的復(fù)用和移植。
對(duì)于驅(qū)動(dòng)/硬件抽象這一層，因?yàn)橹苯域?qū)動(dòng)硬件，其標(biāo)準(zhǔn)化變得非常困難甚至不太可能。但是為了簡(jiǎn)化程序的調(diào)試和縮短開(kāi)發(fā)周期，我們可以在特定的 EDA工具環(huán)境下面進(jìn)行開(kāi)發(fā)，通過(guò)后再進(jìn)行移植到硬件平臺(tái)的工作。這樣既可以保證程序邏輯設(shè)計(jì)的正確性，同時(shí)使得軟件開(kāi)發(fā)可平行甚至超前于硬件開(kāi)發(fā)進(jìn)程。
我們把脫離于硬件的嵌入式軟件開(kāi)發(fā)階段稱之為“PC 軟件”的開(kāi)發(fā)，可以用下面的圖來(lái)示意一個(gè)嵌入式系統(tǒng)程序的開(kāi)發(fā)過(guò)程。
在“PC 軟件”開(kāi)發(fā)階段，可以用軟件仿真，即指令集模擬的方法，來(lái)對(duì)用戶程序進(jìn)行驗(yàn)證。在 ARM 公司的開(kāi)發(fā)工具中，ADS®內(nèi)嵌的 ARMulator 和RealView® 開(kāi)發(fā)工具中的 ISS，都提供了這項(xiàng)功能。在模擬環(huán)境下，用戶可以設(shè)置 ARM 處理器的型號(hào)、時(shí)鐘頻率等，同時(shí)還可以配置存儲(chǔ)器訪問(wèn)接口的時(shí)序參數(shù)。程序在模擬環(huán)境下運(yùn)行，不但能夠進(jìn)行程序的運(yùn)行流程和邏輯測(cè)試，還能夠統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)運(yùn)行的時(shí)鐘周期數(shù)、 存儲(chǔ)器訪問(wèn)周期數(shù)、 處理器運(yùn)行時(shí)的流水線狀態(tài) （有效周期、等待周期、連續(xù)和非連續(xù)訪問(wèn)周期）等信息。這些寶貴的信息是在硬件調(diào)試階段都無(wú)法取得的，對(duì)于程序的性能評(píng)估非常有價(jià)值。
為了更加完整和真實(shí)地模擬一個(gè)目標(biāo)系統(tǒng)，ARMulator 和 ISS 還提供了一個(gè)開(kāi)放的 API 編程環(huán)境。用戶可以用標(biāo)準(zhǔn) C 來(lái)描述各種各樣的硬件模塊，連同工具提供的內(nèi)核模塊一起，組成一個(gè)完整的“軟”硬件環(huán)境。在這個(gè)環(huán)境下面開(kāi)發(fā)的軟件，可以更大程度地接近最終的目標(biāo)。
利用這種先進(jìn)的 EDA 工具環(huán)境，極大地方便了程序開(kāi)發(fā)人員進(jìn)行嵌入式開(kāi)發(fā)的工作。當(dāng)完成一個(gè)“PC 軟件”的開(kāi)發(fā)之后，只要進(jìn)行正確的移植，一個(gè)真正的嵌入式軟件就開(kāi)發(fā)成功了。 而移植過(guò)程是相對(duì)比較容易形成一套規(guī)范的流程的，其中三個(gè)最重要的方面是:
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基于ARM的嵌入式系統(tǒng)程序開(kāi)發(fā)要點(diǎn).zip
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2018-10-28 15:51 上傳
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