第4章--嵌入式系统程序设计剖析

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1、任课教师：栗华,课号：0123305810-100,sdlh,嵌入式系统原理及应用教程,第四章 嵌入式系统程序设计,本章包含嵌入式系统开发平台介绍，嵌入式汇编程序设计，嵌入式C语言程序设计及混合编程。,本章内容,4.1 嵌入式系统开发流程 4.2 ARM开发软件及实用工具介绍 4.3 ARM汇编语言程序设计基础 4.4 ARM C语言程序设计及混合编程,1、嵌入式系统开发基本流程,嵌入式开发的具体过程： 系统定义与需求分析阶段 方案设计阶段 详细设计阶段 软硬件集成测试阶段 系统功能性能测试及可靠性测试阶段,4.1 嵌入式系统开发流程,开发流程图,2.嵌入式软件开发环境,嵌入式开发环境组成 交

2、叉开发环境 软件模拟环境 目标板与评估板,交叉开发环境,嵌入式系统应用软件的开发属于跨平台开发，因此需要一个交叉开发环境。 交叉开发是指在一台通用计算机上进行软件的编辑编译，然后下载到嵌入式设备中运行调试的开发方式，它通常采用宿主机/目标机模式。用来开发的通用计算机可以选用比较常见的PC机等，运行通用的Windows等操作系统。 开发计算机一般称宿主机，嵌入式设备称为目标机，在宿主机上编译好的程序，下载到目标机上运行，交叉开发环境提供调试工具对目标机上运行的程序进行调试。,交叉开发环境,交叉开发环境一般由运行于宿主机上的交叉开发软件、宿主机到目标机的调试通道组成。 运行于宿主机上的交叉开发软件

3、最少必须包含编译调试模块，其编译器为交叉编译器。作为宿主机的一般为基于x86体系的桌上型计算机，而编译出的代码必须在目标机处理器体系结构上运行，这就是所谓的交叉编译了。在宿主机上编译好目标代码后，通过宿主机到目标机的调试通道将代码下载到目标机，然后由运行于宿主机的调试软件控制代码在目标机上运行调试。,远程调试结构图,3.嵌入式应用软件开发的基本流程,软件模拟环境也称为指令集模拟器IIS（Instruction Set Simulator），在很多时候为保证项目进度，硬件和软件开发往往同时进行，这时作为目标机的硬件环境还没有建立起来，软件的开发就需要一个模拟环境来进行调试。 模拟开发环境建立在交

4、叉开发环境基础之上，是对交叉开发环境的补充。这时，除了宿主机和目标机之外，还需要提供一个在宿主机上模拟目标机的环境，使得开发好的程序直接在这个环境里运行调试。,软件模拟环境,应用目标板是系统最终的电路板。 评估板(EVM板）一般用来作为开发者使用的学习板、实验板，可以作为应用目标板出来之前的软件测试、硬件调试的电路板。 开发评估电路板并不是嵌入式应用开发必须的，对于有经验的工程师完全可以自行独立设计自己的应用电路板和根据开发需要设计实验板。 好的评估电路板一般文档齐全，对处理器的常用功能模块和主流应用都有硬件实现，并提供电路原理图和相关开发例程与源代码供用户设计自己的应用目标板和应用程序作参考

5、。,目标板与评估板,在嵌入式软件的开发过程中，在确保软件的正确性、实时性的前提下，必须关注软件的可移植性和可重用性。 。 可移植性和可重用性的程度应该根据实际的应用情况来考虑。因为嵌入式应用软件有自身的许多特点。追求过高的可移植性和可重用性可能会恶化应用软件的实时性能和增加软件的代码量，这对于资源有限的嵌入式应用环境是得不偿失的。 我们可以在资源有限、满足系统的需求的情况下尽可能把可移植性和可重用性作为第二目标，致力于开发正确性、实时性能、代码量、可移植性和可重用性相对均衡的嵌入式应用软件。,4.嵌入式软件开发的可移植性和可重用性,4.嵌入式软件开发的可移植性和可重用性,提高应用软件的可移植性

6、和可重用性的方法： 多用高级语言少用汇编语言 将不可移植部分局域化 提高代码的可重用性 提高代码的可重用性,一、编译器介绍 1、ADS1.2 2、ARM REALVIEW DEVELOPER SUITE 3、IAR EWARM 4、KEIL ARM-MDKARM 5、WINARM (GCCARM) 二、相关开发工具介绍 1、简易的JTAG制作 2、H-JTAG调试代理 3、LPC2000系列ISP工具 4、Macraigor Systems Wiggler 调试工具 5、J-LINK 6、U-LINK,4.2,1、ADS1.2 ADS（ARM Developer Suite），是在1993年由

7、Metrowerks公司开发是ARM处理器下最主要的开发工具。 他的前身是SDT，SDT是ARM公司几年前的开发环境软件，目前SDT早已经不再升级。 ADS包括了四个模块分别是：SIMULATOR；C 编译器；实时调试器；应用函数库。 ADS对汇编、C/C+、java支持的均很好，是目前最成熟的ARM开发工具。很多ARM开发软件（例如Keil）也是借用的ADS的编译器。ADS在2006年版本已经发布到2.2。但国内大部分开发者使用的均是1.2版本,一、编译器介绍,ADS1.2提供完整的WINDOWS界面开发环境。C编译器效率高，支持c 以及c+。 提供软件模拟仿真功能，使没有Emulators

8、的学习者也能够熟悉ARM的指令系统。 配合FFT-ICE使用，ADS1.2提供强大的实时调试跟踪功能,片内运行情况尽在掌握。ADS1.2需要硬件支持才能发挥强大功能。目前支持的硬件调试器有Multi-ICE以及兼容Multi-ICE的调试工具如FFT-ICE。 版本：ADS1.2 软件大小：130M 下载地址：,ARM RealView Developer Suite (RVDS) 是 ARM 公司继 ARM Developer Suite(ADS 1.2) 之后推出的新一代开发工具，是业界公认最好的 ARM 编译器之一。 它由 RealView 编译器 (RVCT) ，以及 RealView

9、 调试器（ RV Debugger ）， CodeWarrior 集成开发环境和 ARMulator 指令集仿真器组成。可以支持所有标准 ARM 架构和内核，针对特定处理器进行代码优化，有多种可以灵活配置的优化选项以取得最小的代码尺寸和最好的性能。,2、ARM RealView Developer Suite (RVDS),RealView ICE主要特点： 高性能的调试控制 通过 RealView Debugger 代码下载速度可达 1300 Kbytes/ 秒 高速单步执行 , 每秒可达 100 支持 JTAG 调试通信通道 (DCC) 支持多种 JTAG 时钟频率 , 从 2KH50MH

10、Z 更低的 JTAG 时钟频率 ( 低于 1KHZ), 支持 ASIC 外围电路调试 宽电压支持 1.05.0V 支持多核处理器调试 , 同步控制 配合 RealView Trace 模块插件可捕获支持 ETM 跟踪数据 通过 JTAG 访问 ETB 跟踪数据 兼容 GDB 与 KGDB 调试 支持 USB1.1 与 2.0 连接 支持网络连接调试 10/100baseT 支持的 ARM 处理器：ARM7 TM , ARM9 TM , ARM9E TM , ARM10 TM , ARM11 TM 和 Cortex TM,RealView Trace 主要特性： 非插入式的实时指令跟踪与数据跟踪

11、，跟踪频率可高达 250MHZ ，高达 8 百万帧深度的跟踪缓冲区（高达 4 百万帧深度的 time stamp 缓冲区） 48 位 time stamp ， 10 纳秒分辨率，支持最长连续 32 天数据跟踪 4/8/16 位数据宽度跟踪端口 外部事件同步触发器 完全可变的触发位置 快速 on-the-fly 跟踪数据上传 与主机共享 RealView ICE 连接 支持 ETM 跟踪端口模式 支持 v1.x, v2.x, v3.x for ETM7TM ETM9TM, ETM10TM 与 ETM11TM 等 ETM 协议 单边沿和双边沿时钟触发 普通与多元的端口,库创建工具 内容丰富的在线文

12、档 版本：ARM RealView Developer2.2 软件大小：500M 下载地址：,Embedded Workbench for ARM 是IAR Systems 公司为ARM 微处理器开发的一个集成开发环境(下面简称IAR EWARM)。比较其他的ARM 开发环境，IAR EWARM 具有入门容易、使用方便和代码紧凑等特点。 EWARM 中包含一个全软件的模拟程序(simulator)。用户不需要任何硬件支持就可以模拟各种ARM 内核、外部设备甚至中断的软件运行环境。从中可以了解和评估IAR EWARM 的功能和使用方法。 最新版本是: IAR Embedded Workbench

13、 for ARM version 4.30。,3、IAR EWARM,IAR EWARM 的主要特点如下： 1、高度优化的IAR ARM C/C+ Compiler 2、IAR ARM Assembler 3、一个通用的IAR XLINK Linker 4、IAR XAR 和XLIB 建库程序和IAR DLIB C/C+运行库 5、功能强大的编辑器 6、项目管理器 7、命令行实用程序 8、IAR C-SPY 调试器(先进的高级语言调试器) 版本：IAR EWARM 4.40a 软件大小：93M 下载地址： ,Keil公司已从事MCS-51开发平台uVision著名。近年来，Keil公司也将自己

14、的领域扩展到了ARM的开发工具，即：keil arm，再后来keil真的被arm收购了，他的arm开发工具这一块就是现在的MDK系列。 Keil uVision调试器可以帮助用户准确地调试ARM器件的片内外围功能(I2C、CAN、UART、SPI、中断、I/O口、A/D转换器、D/A转换器和PWM模块等功能)。 Keil MDK-ARM最新版本4.54，安装包500多兆，包括ARM的编译器和uVision 4集成开发环境。,4、KEIL ARM-MDKARM,MDK-ARM 具有四种版本：MDK-Lite、MDK 基础版、MDK 标准版和 MDK 专业版。所有版本都提供完整的 C/C+ 开发环

15、境，MDK 专业版包括丰富的中间件库。 Project/Target/Group/File的重叠管理模式，并可逐级设置；高度智能彩色语法显示；,4、KEIL ARM-MDKARM,特点 完全支持 ARM Cortex-M 系列、Cortex-R4、ARM7 和 ARM9 设备 行业领先的 ARM C/C+ 编译工具链 Vision4 IDE、调试器和模拟环境 支持来自 20 多个供应商的 1200 多种设备,特点 Keil RTX 确定性、占用空间小的实时操作系统（具有源代码） TCP/IP 网络套件提供多个协议和各种应用程序 USB 设备和 USB 主机堆栈配备标准驱动程序类 ULINKpr

16、o支持对正在运行的应用程序进行即时分析并记录执行的每条 Cortex-M 指令 有关程序执行的完整代码覆盖率信息 执行性能分析器和性能分析器支持程序优化 大量示例项目可帮您快速熟悉强大的内置功能 符合 CMSIS Cortex 微控制器软件接口标准,多种流行编译工具选择 Keil高效率C编译器； ARM公司的ADS/RealView 编译器； GNU GCC 编译器； 后续厂商的编译器。 官方网址：,WINARM 是一个免费的开发工具。 WinARM 可以在 http:/www.siwawi.arubi.uni-kl.de/avr_projects/arm_projects/ 下载得到，里面除了包含 C/C+ 编译器GCC，汇编、连接器Binutils，调试器GDB等工具，也包括了通过 GDB 使用 Wiggler JTAG 的软件OCDRemote。所以，所需要的工具都包括在了这个 WinARM 发行版中，就可以比较省心了。 官方发布网址： http:/www.siwawi.arubi.uni-kl.de/avr_projec