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1、C语言嵌入式系统编程修炼之道本文由优秀小朋友贡献 doc文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。 C 语言嵌入式系统编程修炼之道 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，由于汇编语言开发的复杂性， 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。 背景篇 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， 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
2、的 C 语言编程 技巧。 个主题可分为两类，一类是编程技巧，有很强的适用性； 技巧。本文讲述的 28 个主题可分为两类，一类是编程技巧，有很强的适用性；一类则介绍嵌入式系统编 程的一般常识，具有一定的理论意义。 程的一般常识，具有一定的理论意义。 So, lets go. C 语言嵌入式系统编程修炼之背景篇 2005-06-14 14:45 作者：宋宝华出处：天极网责任编辑：方舟 作者：宋宝华出处：天极网责任编辑： 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，
3、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
4、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
5、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。 UA
6、RT 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 1MAX_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
7、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
8、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。 软件架构篇 软件结构是软件的灵魂！
9、 结构混乱的程序面目可憎， 调试、测试、维护、升级都极度困难。 内容要点： 内容要点 模块划分 一个高尚的程序员应该是写出如艺术作品般程序的 程序员。 多任务还是单任务 单任务程序典型架构 中断服务程序 硬件驱动模块 C 的面向对象化 内存操作篇 C 语言最精华的内涵皆在内存操作中体现。我们之 所以在嵌入式系统中使用 C 语言进行程序设计，99%是 因为其强大的内存操作能力！ 如果你爱编程，请你爱 C 语言； 如果你爱 C 语言，请你爱指针； 如果你爱指针，请你爱指针的指针！ 内容要点： 内容要点 数据指针 函数指针 数组 vs.动态申请 关键字 const 关键字 volatile CPU
10、字长与存储器位宽不一致处理 屏幕操作篇 内容要点： 内容要点 屏幕乃嵌入式系统生存之重要辅助， 面目可憎之显示 将另用户逃之夭夭。 屏幕编程若处理不好， 将是软件中最 不系统、最混乱的部分，笔者曾深受其害。 汉字处理 系统时间显示 动画显示 菜单操作 模拟 MessageBox 函数 键盘操作篇 计算机学的许多知识都具有相通性， 因而， 不断追赶 时髦技术而忽略基本功的做法是徒劳无意的。 我们最多需 要精通三种语言， 最佳拍档是汇编、 C+ C、 （或 JAVA） ， 很显然，如果你精通了这三种语言，其它语言你应该是 可以很快熟悉的，否则你就没有精通它们。 内容要点： 内容要点 处理功能键 处理数字键 整理用户输入 性能优化篇 在性能优化方面永远注意 80-20 准备，不要优化程 序中开销不大的那 80%，这是劳而无功的。除了编程上 的技巧外， 为提高系统的运行效率， 我们通常也需要最大 可能地利用各种硬件设备自身的特点来减小其运转开销。 内容要点： 内容要点 使用宏定义 使用寄存器变量 内嵌汇编 利用硬件特性1
