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1、1第1章 初识ARM嵌入式系统1.2 ARM嵌入式系统的开发要点与开发环境ARM嵌入式系统的开发ARM芯片的设计芯片的设计ARM芯片的开发应用芯片的开发应用1.2.1 ARM嵌入式系统的开发要点1嵌入式系统的设计要求嵌入式系统的设计要求嵌入式系统设计开发不同于桌面系统，它非常嵌入式系统设计开发不同于桌面系统，它非常受制于功能和具体的应用环境，所以嵌入式系统的受制于功能和具体的应用环境，所以嵌入式系统的设计具有一些特殊的要求：设计具有一些特殊的要求：接口方便、操作容易接口方便、操作容易稳定可靠、维护简便稳定可靠、维护简便功耗管理、降低成本功耗管理、降低成本功能实用、便于升级功能实用、便于升级并发
2、处理、及时响应并发处理、及时响应2嵌入式系统开发特点嵌入式系统开发特点需要需要软硬件软硬件综合开发，二者密切相关。综合开发，二者密切相关。原因：原因：任何一个嵌入式产品都是软件和硬件的结合体任何一个嵌入式产品都是软件和硬件的结合体一旦嵌入式产品研发完成，软件就一旦嵌入式产品研发完成，软件就固化固化在硬件环境中，在硬件环境中，嵌入式软件是针对相应的嵌入式硬件开发的，是专用的。嵌入式软件是针对相应的嵌入式硬件开发的，是专用的。嵌入式系统的这一特点，决定了嵌入式应用开嵌入式系统的这一特点，决定了嵌入式应用开发方法不同于传统的软件工程方法。发方法不同于传统的软件工程方法。3预备知识预备知识ARM嵌入式
3、系统的概念和基本结构嵌入式系统的概念和基本结构印刷电路板设计知识印刷电路板设计知识模拟电子技术、数字电子技术等模拟电子技术、数字电子技术等集成开发环境集成开发环境编程语言编程语言u汇编语言：汇编语言：ARMARM嵌入式指令集嵌入式指令集 （初始化的启动程序）（初始化的启动程序）uC C语言语言uC C语言汇编语言语言汇编语言4p1 1、明确、明确ARMARM嵌入式系统开发的过程嵌入式系统开发的过程 嵌入式软件的开发流程与通用软件的开发流程大同小异，嵌入式软件的开发流程与通用软件的开发流程大同小异，但开发所使用的设计方法具有嵌入式开发的特点。整个开但开发所使用的设计方法具有嵌入式开发的特点。整个
4、开发流程可分为：发流程可分为：需求分析阶段需求分析阶段设计阶段设计阶段生成代码阶段生成代码阶段固化阶段固化阶段5567v 需求和规格说明需求和规格说明 嵌嵌入入式式系系统统应应用用需需求求中中最最为为突突出出的的是是注注重重应应用用的的时时效效性性，需求分析阶段的需求分析阶段的主要任务主要任务是：是：(1)(1)对问题的识别和分析对问题的识别和分析 对对用用户户提提出出的的问问题题进进行行抽抽象象识识别别用用以以产产生生以以下下的的需需求求：功功能能需需求求、性性能能需需求求、环环境境需需求求、可可靠靠性性需需求求、安安全全需需求求、用用户户界界面面需需求求、资资源源使使用用需需求求、软件成本
5、与开发进度需求。软件成本与开发进度需求。(2)(2)制订规格说明文档制订规格说明文档 经经过过对对问问题题的的识识别别，产产生生了了系系统统各各方方面面的的需需求求。通通过过对对规规格格的的说说明明，文文档档得得以以清清晰晰、准准确确地地描描述述。这这些些说说明明文文档档包包括括需需求求规规格格说说明明书书和和初初级级的的用用户户手册手册等。等。(3)(3)需求评审需求评审 需需求求评评审审作作为为系系统统进进入入下下一一阶阶段段前前最最后后的的需需求求分分析析复复查查手手段段，在在需需求求分分析析的的最最后后阶阶段段对对各各项项需需求求进进行行评评估估，以以保保证证软软件件需需求求的的质质量
6、量。需需求求评评审审的的内内容容包包括括正正确确性性、无无歧歧义义性性、安安全全性性、可可验验证证性性、一一致致性性、可可理理解解性性、可可修修改性、可追踪性等多个方面。改性、可追踪性等多个方面。8嵌入式系统开发要点嵌入式系统开发要点交叉编译器交叉编译器(Cross-compiler)：是一种运行：是一种运行在通用计算机上的、但是能够生成在另一种在通用计算机上的、但是能够生成在另一种处理器上运行的目标代码的编译器。处理器上运行的目标代码的编译器。交叉开发交叉开发：在一台通用计算机上进行软件的：在一台通用计算机上进行软件的编辑、编译，然后下载到嵌入式系统中运行编辑、编译，然后下载到嵌入式系统中运
7、行调试。调试。 9嵌入式系统开发要点嵌入式系统开发要点 它分散在有通信连接的它分散在有通信连接的宿主机宿主机与与目标机目标机环境之中：环境之中： 宿主机宿主机(Host)是一台通用计算机，一般是是一台通用计算机，一般是PC机。它通过串机。它通过串口或网络连接与目标机通信。口或网络连接与目标机通信。 目标机目标机(Target) 可以是嵌入式应用软件的实际运行环境可以是嵌入式应用软件的实际运行环境（可以是能替代实际环境的仿真系统）（可以是能替代实际环境的仿真系统）101.11.1 ARMARM嵌入式系统简介嵌入式系统简介n 典型的开发环境源程序编译器目标文件链接器可执行文件10p2 2、熟悉开发
8、工具环境里的库函数、熟悉开发工具环境里的库函数（了解三个方面）（了解三个方面） （1 1）考虑硬件对库函数的支持；）考虑硬件对库函数的支持； 注意：库函数的使用并不是必须的。注意：库函数的使用并不是必须的。 （2 2）符合目标系统上的存储器资源分布；）符合目标系统上的存储器资源分布； （3 3）应用程序运行环境的初始化；）应用程序运行环境的初始化；111.11.1 ARMARM嵌入式系统简介嵌入式系统简介11p3 3、熟悉熟悉ARMARM嵌入式系统的调试操作嵌入式系统的调试操作调试有三种基本方法调试有三种基本方法模拟调试（模拟调试（Simulator）软件调试（软件调试（Debugger）仿真
9、器调试（仿真器调试（Emulator） 121.11.1 ARMARM嵌入式系统简介嵌入式系统简介12模拟调试（模拟调试（SimulatorSimulator） 调试工具和待调试的嵌入式软件都在主机上运行，调试工具和待调试的嵌入式软件都在主机上运行，由主机提供一个模拟的目标运行环境，可以进行由主机提供一个模拟的目标运行环境，可以进行语法和逻辑上的调试。语法和逻辑上的调试。优点：简单方便，不需要目标板，成本低优点：简单方便，不需要目标板，成本低缺点：功能非常有限，无法实时调试缺点：功能非常有限，无法实时调试大多数调试工具都提供大多数调试工具都提供Simulator功能功能13软件调试（软件调试（
10、DebuggerDebugger）（监控器方式）（监控器方式） 主机和目标板通过某种接口（通常是串口）连接，主机上提主机和目标板通过某种接口（通常是串口）连接，主机上提供调试界面，待调试软件下载到目标板上运行。供调试界面，待调试软件下载到目标板上运行。 这种方式的先决条件是要在这种方式的先决条件是要在Host和和Target之间建立起通信联之间建立起通信联系（目标板上称为系（目标板上称为监控程序监控程序Monitor）优点：优点：纯软件，价格较低，简单，软件调试能力较强纯软件，价格较低，简单，软件调试能力较强缺点：缺点：需要事先烧制需要事先烧制Monitor（往往需多次试验才能成功）（往往需多
11、次试验才能成功）且目标板工作正常，功能有限，特别是硬件调试能力较且目标板工作正常，功能有限，特别是硬件调试能力较差。差。 PCTargetMonitor串口14仿真器方式（仿真器方式（EmulatorEmulator） 这种方式用仿真器完全取代目标板上的这种方式用仿真器完全取代目标板上的MCU，因而目标系统，因而目标系统对开发者来说完全是透明的、可控的。仿真器与目标板通过对开发者来说完全是透明的、可控的。仿真器与目标板通过仿真头连接，与主机有串口、并口、网口或仿真头连接，与主机有串口、并口、网口或USB口等连接方口等连接方式。由于仿真器自成体系，调试时既可以连接目标板，也可式。由于仿真器自成体
12、系，调试时既可以连接目标板，也可以不连接目标板（以不连接目标板（Stand alone）。）。优点：优点：功能非常强大，软硬件均可做到完全实时在线调功能非常强大，软硬件均可做到完全实时在线调试试缺点：缺点：价格昂贵。价格昂贵。 一般高档的微处理器都带一般高档的微处理器都带JTAG (Joint Test Action Group,联合测试行联合测试行动组动组)接口接口，它是一种边界扫描标准，只需，它是一种边界扫描标准，只需5根引脚就可以实现在线根引脚就可以实现在线仿真的功能。仿真的功能。15JTAGJTAG调试调试 有一个硬件调试体。该硬件调试体与目标板通过有一个硬件调试体。该硬件调试体与目标
13、板通过JTAG调试接调试接口相连，与主机通过串口、并口、网口或口相连，与主机通过串口、并口、网口或USB口相连。待调口相连。待调试软件通过试软件通过JTAG调试器下载到目标板上运行。调试器下载到目标板上运行。 TargetPC接口JTAG16第1章 初识ARM嵌入式系统1.2.2 ARM嵌入式系统的开发环境编译器编译器/汇编器汇编器指令系统模拟器指令系统模拟器在线仿真器或调试探测器在线仿真器或调试探测器目标开发板目标开发板跟踪捕捉仪跟踪捕捉仪嵌入式操作系统嵌入式操作系统常常见见的的开开发发环环境境17产品公司产品公司C编译器产品说明编译器产品说明ARM公公司司ARM处处理理器器在在RealVi
14、ew开开发发套套件件中中有有良良好好的的技技术术支支持持。其中其中RealView-ICE可以用于连接调试硬件和调试环境。可以用于连接调试硬件和调试环境。KEIL公公司司Keil公公司司最最早早以以支支持持8051系系列列单单片片机机的的开开发发受受到到广广大大用用户户的的支支持持。而而在在最最新新版版本本的的RealView MDK开开发发环环境境中中，对对ARM嵌嵌入入式式系系统统的的开开发发具具有有很很好好的的支支持持。其其配配套套的的仿仿真器是真器是ULink和和JLink。IAR System公司公司英英文文全全称称为为IAR Embedded Workbentch for ARM
15、and Cortex。在在该该开开发发环环境境中中系系统统提提供供了了C/C+编编译译器器和和调调试试器器。IAR开开发发工工具具链链跟跟Keil公公司司一一样样，主主要要致致力力于于AVR单单片片机机的的嵌嵌入入式式系系统统开开发发。其其中中，IAR配配套套的的仿仿真真器器为为JLink。Lauterbach公司公司提供提供JTAG仿真器以及仿真器以及JWT跟踪设备。跟踪设备。其他其他CodeSourcery公公司司推推出出的的支支持持ARM嵌嵌入入式式系系统统的的GNU工工具具链链。该该工工具具链链在在市市场场上上占占有有较较小小的的份份额额，未未能能在在嵌嵌入入式行业大面积推广。式行业大
16、面积推广。常见常见ARM嵌入式系统嵌入式系统C编译器编译器最流行、最流行、最通用最通用181.2.1 Keil MDK简介uKeilKeil开发环境是德国知名开发环境是德国知名公司公司KeilKeil（现已并入（现已并入ARMARM公公司）开发的嵌入式微控制司）开发的嵌入式微控制器软件开发平台，也是目器软件开发平台，也是目前前ARMARM嵌入式单片机开发的嵌入式单片机开发的主流工具。在该软件平台主流工具。在该软件平台中，中，uVisionuVision的界面与微软的界面与微软VC+VC+的界面类似，具有友的界面类似，具有友好的人机交互环境，启动好的人机交互环境，启动界面如右图所示。界面如右图所
17、示。19在在uVisionuVision开发工具链中包开发工具链中包含了指令模拟器，用户可含了指令模拟器，用户可以通过使用该功能来模拟以通过使用该功能来模拟“纯粹纯粹”的的ARMARM嵌入式代码，嵌入式代码，即用户不需要外部硬件平即用户不需要外部硬件平台的支持也可以在软件平台的支持也可以在软件平台中模拟代码的运行，基台中模拟代码的运行，基本的界面框架如右图所示。本的界面框架如右图所示。RealView MDK用户操作界面用户操作界面20Keil平台开发周期平台开发周期KeilKeil平台开平台开发ARMARM嵌入式嵌入式软件，开件，开发周期与其他的平台周期与其他的平台环境境的开的开发周期是周期
18、是类似的，大致有以下几个步似的，大致有以下几个步骤：1.1.创建新的建新的项目工程，目工程，选择正确的目正确的目标芯片，芯片，对工程工程项目参目参数数进行配置；行配置；2.2.编写写C C语言代言代码或或汇编程序代程序代码，并添加到，并添加到项目工程文件目工程文件中；中；3.3.对项目工程目工程进行行编译、连接和接和调试；4.4.修改源代修改源代码中的中的语法法错误和和逻辑错误，重新，重新编译至正确至正确5.5.与硬件与硬件联机机调试至无至无误；1.21.2 ARMARM嵌入式系统嵌入式系统的开发要点与开发环境的开发要点与开发环境21步步骤一一创建创建/ /打开工程文件打开工程文件步步骤二二选
19、择选择ARMARM嵌入式芯片嵌入式芯片步步骤三三添加源代添加源代码文件文件步骤四编译程序程序步骤五程序的程序的调试1.2.3 Keil MDK开发步骤1.21.2 ARMARM嵌入式系统嵌入式系统的开发要点与开发环境的开发要点与开发环境221 1、创建、创建/ /打开工程文件打开工程文件 在在Keil MDKKeil MDK开发环境开发环境中，用户可以通过选择中，用户可以通过选择“New ProjectNew Project”下拉菜单下拉菜单来创建一个新的工程，如来创建一个新的工程，如右图所示。右图所示。此时，系统会此时，系统会弹出一个对话框，要求为弹出一个对话框，要求为新建的项目工程起一个名
20、新建的项目工程起一个名字。字。 在菜单中创建新的工程在菜单中创建新的工程将新创建的工程命名为将新创建的工程命名为“testtest”1.21.2 ARMARM嵌入式系统嵌入式系统的开发环境的开发环境232 2、选择、选择ARMARM嵌入式芯片嵌入式芯片 在创建完存放工程代码的文件夹后，用户就可以根据实际在创建完存放工程代码的文件夹后，用户就可以根据实际的工程需要，选择需要的的工程需要，选择需要的ARM嵌入式芯片。嵌入式芯片。在建立工程项目文件后，用户需要在该工程项目内添加在建立工程项目文件后，用户需要在该工程项目内添加源程序代码。选择菜单源程序代码。选择菜单“FileFile”| |“NewN
21、ew”或者点击工具栏或者点击工具栏上的新建文件按钮，就可以在项目工程窗口的右侧打开一上的新建文件按钮，就可以在项目工程窗口的右侧打开一个新的文本编辑窗口，用户可以在该窗口中输入程序代码。个新的文本编辑窗口，用户可以在该窗口中输入程序代码。在编辑完代码之后，用户需要将其保存为源文件，选择菜在编辑完代码之后，用户需要将其保存为源文件，选择菜单单“File”|“Save”或者点击工具栏的保存文件按钮，或者点击工具栏的保存文件按钮，可以实现对源文件的保存操作。在源文件编辑完成之后，可以实现对源文件的保存操作。在源文件编辑完成之后，用户还需要将编写好的源文件添加到新建的项目工程中去。用户还需要将编写好的
22、源文件添加到新建的项目工程中去。3 3、添加源代码文件、添加源代码文件24添加源文件到项目工程中添加源文件到项目工程中25添加源代码对话框添加源代码对话框选择其中的选择其中的“Add File To Group Add File To Group Source Group1Source Group1”，系统弹出一，系统弹出一个文件对话框，用户可以在对话框个文件对话框，用户可以在对话框中输入源文件的路径，点击中输入源文件的路径，点击“确定确定”后就完成了对源文件的添加操作，后就完成了对源文件的添加操作，具体如右图所示。具体如右图所示。特别需要提醒读者注意的是，在特别需要提醒读者注意的是，在添加文
23、件的时候，由于对话框不会添加文件的时候，由于对话框不会自动关闭，经常会被误认为添加文自动关闭，经常会被误认为添加文件操作没有成功而在此双击添加同件操作没有成功而在此双击添加同一个文件，引起不必须要的错误，一个文件，引起不必须要的错误，系统也会弹出相应的错误提示对话系统也会弹出相应的错误提示对话框，如右图所示。框，如右图所示。重复添加源代码后的错误重复添加源代码后的错误提示提示264、编译程序、编译程序 在程序代码编辑完之后就可以进入编译阶段，用户可以通在程序代码编辑完之后就可以进入编译阶段，用户可以通过菜单、工具栏和浮动菜单等多种方式对源代码进行编译过菜单、工具栏和浮动菜单等多种方式对源代码进
24、行编译操作。同时，在操作。同时，在Keil MDKKeil MDK平台中，用户还可以通过批处理平台中，用户还可以通过批处理文件进行相应的编译操作。一般实际的项目工程需要进行文件进行相应的编译操作。一般实际的项目工程需要进行批处理的操作不是很多，有兴趣的读者可以通过批处理的操作不是很多，有兴趣的读者可以通过Keil MDKKeil MDK的技术支持文档查看具体的操作步骤，在这里就不再赘述的技术支持文档查看具体的操作步骤，在这里就不再赘述了。了。27一般而言，项目工程文件一般而言，项目工程文件通过编译器的编译后，只通过编译器的编译后，只 能说明当前的代码没有语法能说明当前的代码没有语法错误。但在实际的调试过程错误。但在实际的调试过程中，除了编译器能识别的语中，除了编译器能识别的语法错误，还可能存在其他的法错误，还可能存在其他的错误，如逻辑功能错误等。错误，如逻辑功能错误等。用户必须通过调试才能发现用户必须通过调试才能发现问题并解决。问题并解决。5 5、程序的调试、程序的调试MDKMDK调试窗口界面调试窗口界面 28
