电子教案·嵌入式系统开发基础—基于ARM9微处理器C语言程序设计(第四版).ppt

1、第一章第一章 嵌入式控制系统简介嵌入式控制系统简介主要内容：主要内容：1.1 单片机和嵌入式控制系统单片机和嵌入式控制系统的定义和分类的定义和分类 1.2 ARM处理器简介处理器简介1.1 单片机和嵌入式控制系统的定义单片机和嵌入式控制系统的定义和分类和分类 在许多文献中，对嵌入式控制有不同的定义，最常在许多文献中，对嵌入式控制有不同的定义，最常见的一种说法是：嵌入式系统是以应用为中心、以见的一种说法是：嵌入式系统是以应用为中心、以计算机技术为基础、软硬件可裁剪、对功能、可靠计算机技术为基础、软硬件可裁剪、对功能、可靠性、成本、体积和功耗有严格要求的专用计算机系性、成本、体积和功耗有严格要求的

2、专用计算机系统。还有一种说法：嵌入式系统就是一个具有特定统。还有一种说法：嵌入式系统就是一个具有特定功能或用途的计算机软硬件结合体。各种说法虽然功能或用途的计算机软硬件结合体。各种说法虽然在一定程度上对嵌入式进行了描述，但都不全面或在一定程度上对嵌入式进行了描述，但都不全面或确切。确切。实际上，嵌入式控制系统是和单片机的产生和发展实际上，嵌入式控制系统是和单片机的产生和发展分不开的，本节结合单片机的介绍对嵌入式给出了分不开的，本节结合单片机的介绍对嵌入式给出了定义。并对嵌入式控制系统的设计方法进行了介绍。定义。并对嵌入式控制系统的设计方法进行了介绍。1.1.1 单片机和嵌入式控制系统的定单片机

3、和嵌入式控制系统的定义义 单片机就是在一片半导体硅片上集成了中央处理单单片机就是在一片半导体硅片上集成了中央处理单元元(CPU)、存储器（、存储器（RAM/ROM）和各种）和各种I/O接口的微接口的微型计算机。这样一块集成电路芯片具有一台微型计型计算机。这样一块集成电路芯片具有一台微型计算机的功能，因此被称为单片微型计算机，简称单算机的功能，因此被称为单片微型计算机，简称单片机。片机。单片机主要应用在测试和控制领域，由于单片机在单片机主要应用在测试和控制领域，由于单片机在使用时，通常处于测试和控制领域的核心地位并嵌使用时，通常处于测试和控制领域的核心地位并嵌入其中，因此我们也常把单片机称为嵌入

4、式微控制入其中，因此我们也常把单片机称为嵌入式微控制器（器（Embedded Microcontroller Unit），把嵌入某种），把嵌入某种微处理器或单片机的测试和控制系统称为嵌入式控微处理器或单片机的测试和控制系统称为嵌入式控制系统（制系统（Embedded Control System）。1.1.2 嵌入式控制系统的设计方法嵌入式控制系统的设计方法 做为嵌入式控制器的单片机，不管是做为嵌入式控制器的单片机，不管是8位单片机还位单片机还是是16位单片机或位单片机或32位单片机，由于受其本身资源限位单片机，由于受其本身资源限制，其应用程序都不能在其本身上开发。开发其应制，其应用程序都不能

5、在其本身上开发。开发其应用程序，还需要一台通用计算机，如常用的用程序，还需要一台通用计算机，如常用的IBM-PC机或兼容机，机或兼容机，Mindows95/98/2000或或XP操作系统，操作系统，256M以上内存，以上内存，1G以上硬盘内存空间（运行交叉以上硬盘内存空间（运行交叉编译环境编译环境ADS1.2最低配置）。我们也称这台通用计最低配置）。我们也称这台通用计算机为算机为“宿主机宿主机”，称做为嵌入式控制器的单片机，称做为嵌入式控制器的单片机为为“目标机目标机”。应用程序在。应用程序在“宿主机宿主机”上开发，在上开发，在“目标机目标机”上运行。上运行。“目标机目标机”和和“宿主机宿主机

6、”之间之间利用计算机并口通过一台叫利用计算机并口通过一台叫“仿真器仿真器”的设备相连，的设备相连，程序可以从程序可以从“宿主机宿主机”传到传到“目标机目标机”，这也叫程，这也叫程序下载，也可以从序下载，也可以从“目标机目标机”传到传到“宿主机宿主机”，叫程序上传。应用程序通，叫程序上传。应用程序通过过“仿真器仿真器”的下载和上传，在的下载和上传，在“宿主机宿主机”上反复修改，这个过程叫上反复修改，这个过程叫“调试调试”。调试好。调试好的应用程序，在的应用程序，在“宿主机宿主机”上编译成上编译成“目标目标机机”可以直接执行的机器码文件，通过一台可以直接执行的机器码文件，通过一台叫叫“固化器固化器

7、”的设备下载并固化到的设备下载并固化到“目标机目标机”的程序存储器中，整个下载过程，叫烧片，的程序存储器中，整个下载过程，叫烧片，也叫程序固化。也叫程序固化。程序固化是单片机开发的最后一步，以后程序固化是单片机开发的最后一步，以后“宿主机宿主机”和和“目标机目标机”就可以分离，就可以分离，“宿宿主机主机”任务完成。任务完成。“目标机目标机”就可以独立执就可以独立执行嵌入式控制器的任务。行嵌入式控制器的任务。1.1.3 嵌入式控制系统各种设计方法嵌入式控制系统各种设计方法的特点的特点1.目标机上安装某种嵌入式操作系统目标机上安装某种嵌入式操作系统 人们在目标机上嵌入某种功能较强且占用内人们在目标

8、机上嵌入某种功能较强且占用内存较少的操作系统，用户程序在该操作系统存较少的操作系统，用户程序在该操作系统支持下运行。我们也把这种操作系统叫嵌入支持下运行。我们也把这种操作系统叫嵌入式操作系统，嵌入式操作系统有多种，如比式操作系统，嵌入式操作系统有多种，如比较著名的较著名的Windows CE，Linux，C/OS-等等。等等。特别是特别是Linux操作系统，由于代码简练、功能操作系统，由于代码简练、功能强大、内核公开等优点，获得广泛应用强大、内核公开等优点，获得广泛应用。2.目标机上不安装操作系统目标机上不安装操作系统在这种情况下，我们把在这种情况下，我们把ARM9 只当成是只当成是32位单片

9、位单片机。使用机。使用Code Warror IDE对其进行开发，整个开发对其进行开发，整个开发过程和开发过程和开发MCS-51单片机一样，非常简单。单片机一样，非常简单。ADS（ARM Developer Suite）是）是ARM公司推出的公司推出的新一代新一代ARM开发工具，目前最新版本是开发工具，目前最新版本是ADS1.2。ADS使用使用Code Warror IDE 集成开发环境替代了老的集成开发环境替代了老的开发工具，使用开发工具，使用AXD做为调试工具，现代集成开发做为调试工具，现代集成开发环境的一些特点，如源文件编辑器语法高亮和窗口环境的一些特点，如源文件编辑器语法高亮和窗口驻留

10、功能都有体现。驻留功能都有体现。ADS使用并口通过使用并口通过JTAG仿真器与仿真器与“目标机目标机”相连，相连，实现在线调试和仿真。实现在线调试和仿真。3两种设计方法的特点两种设计方法的特点带操作系统的嵌入式控制系统，在编制较复杂带操作系统的嵌入式控制系统，在编制较复杂和高端应用程序时，例如上面提到的与和高端应用程序时，例如上面提到的与Internet的结的结合、多线程、复杂的数据处理、高分辨率图形图像合、多线程、复杂的数据处理、高分辨率图形图像显示等，用户程序就会比较简单，但整个工程研制显示等，用户程序就会比较简单，但整个工程研制的时间开销不会少，因为我们要把很多时间放在对的时间开销不会少

11、，因为我们要把很多时间放在对Linux操作系统的安装和熟悉上，虽说操作系统的安装和熟悉上，虽说Linux操作系统操作系统是免费的，其内核可以根据用户需要进行剪裁，但是免费的，其内核可以根据用户需要进行剪裁，但要达到随意剪裁的水平，需要我们花费很多时间去要达到随意剪裁的水平，需要我们花费很多时间去熟悉和研究。此外，我们还要学会驱动程序和熟悉和研究。此外，我们还要学会驱动程序和Makefile文件的编写，特别是驱动程序，每一个设文件的编写，特别是驱动程序，每一个设备都要有一个，它要和内核结合到一起，形成操作备都要有一个，它要和内核结合到一起，形成操作系统的一部分。就是说，我们在开发嵌入式控制系系统

12、的一部分。就是说，我们在开发嵌入式控制系统时，还要完成一部分操作系统内核工作，难度较统时，还要完成一部分操作系统内核工作，难度较大，会花费很多时间。大，会花费很多时间。系统在调试程序时，要占用系统在调试程序时，要占用“宿主机宿主机”较多较多资源，如使用并口连接资源，如使用并口连接JTAG仿真器、使用串仿真器、使用串口与口与“宿主机宿主机”通信、使用网口来传输文件。通信、使用网口来传输文件。如果我们在目标机上不安装嵌入式操作系统，如果我们在目标机上不安装嵌入式操作系统，把把ARM9 只当成是只当成是32位单片机来开发，那么，位单片机来开发，那么，整个开发过程和开发整个开发过程和开发MCS-51单

13、片机一样，特单片机一样，特别简单。这样我们就可以把主要时间放在对别简单。这样我们就可以把主要时间放在对ARM9单片机软件和硬件的熟悉上，充分发挥单片机软件和硬件的熟悉上，充分发挥32位单片机本身资源优势；把主要精力放在位单片机本身资源优势；把主要精力放在控制系统的稳定性和可靠性上，在较短时间控制系统的稳定性和可靠性上，在较短时间开发出高品质嵌入式产品开发出高品质嵌入式产品。嵌入式控制系统大多具有小、巧、轻、灵、薄嵌入式控制系统大多具有小、巧、轻、灵、薄的特点，需要与的特点，需要与Internet的结合、多线程的系统等的结合、多线程的系统等“高端应用高端应用”只占非常少的一部分，因此不采用嵌只占

14、非常少的一部分，因此不采用嵌入式操作系统，也可以满足系统需要。入式操作系统，也可以满足系统需要。如果系统需要网络连接（连如果系统需要网络连接（连Internet网，系统易网，系统易受病毒攻击，导致系统稳定性下降。同时运行数据受病毒攻击，导致系统稳定性下降。同时运行数据易泄密，因此工程上基本只使用局域网），可以采易泄密，因此工程上基本只使用局域网），可以采用串行通信代替，点对点且距离不长，可采用用串行通信代替，点对点且距离不长，可采用232标准，多点通信或距离较长，可采用标准，多点通信或距离较长，可采用485标准。标准。如遇多线程序问题，可以采用多微处理器分级如遇多线程序问题，可以采用多微处理器

15、分级分布控制。分布控制。1.2 ARM处理器简介处理器简介 ARM有三个含意，一是从事嵌入式微处理器有三个含意，一是从事嵌入式微处理器开发的高科技公司的名字，二是代表一种低开发的高科技公司的名字，二是代表一种低功耗、高性能的功耗、高性能的32位位RISC(精简指令系统精简指令系统)处处理器的技术，三是代表一种微处理器产品。理器的技术，三是代表一种微处理器产品。本节介绍本节介绍ARM微处理器系列几种产品，从中微处理器系列几种产品，从中可以看到可以看到ARM技术的发展和技术现状。技术的发展和技术现状。1.2.1 ARM体系结构的发展体系结构的发展 ARM处理器是一种低功耗、高性能的32位RISC(

16、精简指令系统)处理器。本章将从其结构入手、分析目前流行的ARM920T核硬件结构和编程。ARM微处理器系列包括微处理器系列包括ARM7系列、系列、ARM9系系列、列、ARM9E系列、系列、ARM10E系列、系列、SecurCode系列和系列和Intel的的Xscale。其中，。其中，ARM7、ARM9、ARM9E和和ARM10E为为4个通用处理器系列，每个通用处理器系列，每一个系列提供一套相对独特的性能来满足不一个系列提供一套相对独特的性能来满足不同应用领域的需求。同应用领域的需求。SecurCore系列专门为安系列专门为安全要求较高的应用而设计。全要求较高的应用而设计。1.ARM7系列微处理

17、器系列微处理器 ARM7系列微处理器是低功耗的系列微处理器是低功耗的32位位RISC处理器，适合用于对处理器，适合用于对价位和功耗要求较高的消费类产品。价位和功耗要求较高的消费类产品。ARM7系列有如下特点：系列有如下特点：具有嵌入式具有嵌入式ICERT逻辑，调试开发方便。逻辑，调试开发方便。极低的功耗，适合对功耗要求较高的产品，如便携式产极低的功耗，适合对功耗要求较高的产品，如便携式产品。品。能够提供能够提供0.9 MIPS（MIPS，每秒百万条指令），每秒百万条指令）/MHz的三的三级流水线结构。级流水线结构。对操作系统的支持广泛，如对操作系统的支持广泛，如Windows CE、Linux

18、、PalmOS（最流行的掌上电脑操作系统）等。（最流行的掌上电脑操作系统）等。指令系统与指令系统与ARM9系列、系列、ARM9E系列和系列和ARM10E系列兼容，系列兼容，便于用户的产品升级换代。便于用户的产品升级换代。主频最高可达主频最高可达130MHz，高速的运算处理能力可胜任绝，高速的运算处理能力可胜任绝大多数的复杂应用。大多数的复杂应用。ARM7系列微处理器主要应用于工业控制、系列微处理器主要应用于工业控制、Internet设备、网络和调制解调器设备、设备、网络和调制解调器设备、移动电话等多种多媒体和嵌入式应用。移动电话等多种多媒体和嵌入式应用。ARM7系列微处理器包括如下几种类型的核

19、：系列微处理器包括如下几种类型的核：ARM7TDMI、ARM7TDMI-S、ARM720T、ARM7EJ。其中，其中，ARM7TDMI是目前使用最广泛的是目前使用最广泛的32位嵌入式位嵌入式RISC处理器，属低端处理器，属低端ARM处理器核。处理器核。TDMI的基本含的基本含义如下：义如下：T 支持支持16位压缩指令集位压缩指令集Thumb。D 支持片上支持片上Debug。M 内嵌硬件乘法器（内嵌硬件乘法器（Multiplier）。）。I 嵌入式嵌入式ICE，支持片上断点和调试。，支持片上断点和调试。2.ARM9系列微处理器系列微处理器ARM9系列微处理器在高性能和低功耗方面有系列微处理器在高

20、性能和低功耗方面有非常突出特点。具体如下：非常突出特点。具体如下：5级流水线结构，指令执行效率更高。级流水线结构，指令执行效率更高。提供提供1.1MIPS/MHz的哈佛结构。的哈佛结构。支持支持32位位ARM指令集和指令集和16位位Thumb指令集。指令集。支持支持32位的高速位的高速AMBA总线接口。总线接口。全性能的全性能的MMU，支持，支持WindowsCE，Linux，PalmOS等多种主流嵌入式操作系统。等多种主流嵌入式操作系统。MPU支持实时操作系统。支持实时操作系统。支持数据支持数据Cache（高速缓存）和指令（高速缓存）和指令Cache，具有更高的指令和数据处理能力。具有更高的

21、指令和数据处理能力。ARM9系列微处理器主要应用于无线设备，系列微处理器主要应用于无线设备，仪器仪表，安全系统，机顶盒，高端打印机，仪器仪表，安全系统，机顶盒，高端打印机，数字照相机和数字摄像机等。数字照相机和数字摄像机等。ARM9系列微处理器包括系列微处理器包括ARM920T，ARM922T和和ARM940T三种类型，以适用于不同的应用三种类型，以适用于不同的应用场合。场合。3.ARM9E系列微处理器系列微处理器 ARM9E系列微处理器的主要特点如下：系列微处理器的主要特点如下：支持支持DSP指令集，适合于需要高速数字指令集，适合于需要高速数字信号处理的场合。信号处理的场合。5级流水线，指令

22、执行效率更高。级流水线，指令执行效率更高。支持支持32位位ARM指令集和指令集和16位位Thumb指令指令集。集。支持支持32位的高速位的高速AMBA总线接口。总线接口。支持支持VFP9浮点处理协处理器。浮点处理协处理器。全性能的全性能的MMU，支持众多主流嵌入式操，支持众多主流嵌入式操作系统。作系统。支持数据支持数据Cache和指令和指令Cache，具有更高的处，具有更高的处理能力。理能力。主频最高可达主频最高可达300MHz。ARM9E系列微处理器主要应用于下一代无系列微处理器主要应用于下一代无线设备，数字消费品，成像设备，工业控制，线设备，数字消费品，成像设备，工业控制，存储设备和网络设

23、备等领域。存储设备和网络设备等领域。ARM9E系列微处理器包含系列微处理器包含ARM926EJ-E，ARM946E-S和和ARM966E-S三种类型，以适用于三种类型，以适用于不同的应用场合。不同的应用场合。4.ARM10E系列微处理器系列微处理器ARM10E系列微处理器的主要特点如下：系列微处理器的主要特点如下：支持支持DSP指令集，适合于需要高速数字信号处理指令集，适合于需要高速数字信号处理的场合。的场合。6级流水线，指令执行效率更高。级流水线，指令执行效率更高。支持支持32位位ARM指令集和指令集和16位位Thumb指令集。指令集。支持支持32位的高速位的高速AMBA总线接口。总线接口。

24、支持支持VFP10浮点处理协处理器。浮点处理协处理器。全性能的全性能的MMU，支持众多主流嵌入式操作系统。，支持众多主流嵌入式操作系统。支持数据支持数据Chche和指令和指令Chche，具有更高的处理能，具有更高的处理能力。力。主频最高可达主频最高可达400MHz。内嵌并行读内嵌并行读/写操作部件。写操作部件。ARM10E系列微处理器主要应用于下一代无线系列微处理器主要应用于下一代无线设备、数字消费品、成像设备、工业控制、设备、数字消费品、成像设备、工业控制、通信和信息系统等领域。通信和信息系统等领域。ARM10E系列微处理器包括系列微处理器包括ARM1020E、ARM1002E和和ARM10

25、26JE-S三种类型，以适用三种类型，以适用于不同的应用场合。于不同的应用场合。5.ARM920T ARM920T高缓存处理器是高缓存处理器是ARM9 Thumb系列中高性能的系列中高性能的32位位单片系统处理器。单片系统处理器。而而ARM920TDMI系列微处理器包含如下几种类型的内核。系列微处理器包含如下几种类型的内核。ARM9TDMI：只有内核。：只有内核。ARM940T：由内核、高速缓存和内存保护单元：由内核、高速缓存和内存保护单元(MPU)组组成。成。ARM920T：由内核、高速缓存和内存管理单元：由内核、高速缓存和内存管理单元(MMU)组组成。成。ARM920T提供完善的高性能提供

26、完善的高性能CPU子系统，包括以下方面：子系统，包括以下方面：ARM9TDMI RISC CPU。16K字节指令缓存与字节指令缓存与16K字节数据缓存。字节数据缓存。指令与数据存储器管理单元（指令与数据存储器管理单元（MMU）。）。写缓冲器。写缓冲器。高级微处理器总线架构（高级微处理器总线架构（AMBA）总线接口。）总线接口。ETM（内置跟踪宏单元）接口。（内置跟踪宏单元）接口。ARM920T中的中的ARM9TDMI内核可执行内核可执行32位位ARM及及16位位Thumb指令集。指令集。ARM9TDMI处理器是哈佛结构，处理器是哈佛结构，有包括取指、译码、执行、存储及写入的有包括取指、译码、执

27、行、存储及写入的5级流水级流水线。线。ARM920T处理器包括以下两个协处理器。处理器包括以下两个协处理器。CP14：控制软件对调试通道的访问。：控制软件对调试通道的访问。CP15：系统控制处理器，提供：系统控制处理器，提供16个额外寄存器个额外寄存器来配置与控制缓存、来配置与控制缓存、MMU、系统保护、时钟模式及、系统保护、时钟模式及其他系列选项。其他系列选项。ARM920T处理器的主要特征如下。处理器的主要特征如下。ARM9TDMI内核，内核，ARM v4T架构。架构。两套指令集：两套指令集：ARM高性能高性能32位指令集和位指令集和Thumb高代码密度高代码密度16位指令集。位指令集。5

28、级流水线结构，即取指（级流水线结构，即取指（F）、指令译码（）、指令译码（D）、）、执行（执行（E）、数据存储访问（）、数据存储访问（M）和写寄存器（）和写寄存器（W）。）。16K字节数据缓存，字节数据缓存，16K字节指令缓存。字节指令缓存。写缓冲器：写缓冲器：16字的数据缓冲器。字的数据缓冲器。标准的标准的ARMv4存储器管理单元（存储器管理单元（MMU）：区域）：区域访问许可，允许以访问许可，允许以1/4页面大小对页面进行访问，页面大小对页面进行访问，16个嵌入域，个嵌入域，64个输入指令个输入指令TLB及及64个输入数据个输入数据TLB。8位、位、16位、位、32位的指令总线与数据总线。

29、位的指令总线与数据总线。6.SecurCore系列微处理器系列微处理器 SecurCore（安全特性内核）系列微处理（安全特性内核）系列微处理器除了具有器除了具有ARM体系结构各种主要特点体系结构各种主要特点外，在系统安全方面具有如下特点：外，在系统安全方面具有如下特点：带有灵活的保护单元，确保操作系带有灵活的保护单元，确保操作系统和应用数据的安全。统和应用数据的安全。采用软内核技术，防止外部对其进采用软内核技术，防止外部对其进行扫描探测。行扫描探测。可集成用户自己的安全特性和其他协处理可集成用户自己的安全特性和其他协处理器。器。SecurCore系列微处理器主要应用于一些对系列微处理器主要应

30、用于一些对安全性要求较高的产品及应用系统，如电子安全性要求较高的产品及应用系统，如电子商务、电子政务、电子银行业务、网络和认商务、电子政务、电子银行业务、网络和认证系统等领域。证系统等领域。SecurCore系列微处理器包含系列微处理器包含SecurCore SC100、SecurCore SC110、SecurCore SC200和和SecurCour SC210四种类型，以适用于不同的四种类型，以适用于不同的应用场合。应用场合。7.Strong ARM 系列微处理器系列微处理器 Intel StrongARM（高度集成（高度集成ARM处理器）处理器）SA-1100是采用是采用ARM体系结构

31、高度集成的体系结构高度集成的32位位RISC微处理器。它融合了微处理器。它融合了Intel公司的设计和公司的设计和处理技术，以及处理技术，以及ARM体系结构的电源效率，体系结构的电源效率，采用在软件上兼容采用在软件上兼容ARMv4体系结构，同时采体系结构，同时采用具有用具有Intel技术优点的体系结构。技术优点的体系结构。Intel StrongARM处理器是便捷式通信产品和消费处理器是便捷式通信产品和消费类电子产品的理想选择，已成功应用于多家类电子产品的理想选择，已成功应用于多家公司的掌上电脑系列产品公司的掌上电脑系列产品 8.ARM11处理器的内核特点处理器的内核特点 ARM11处理器是为

32、了提高处理器是为了提高MPU处理能力而设处理能力而设计的。该系列主要有计的。该系列主要有ARM1136J，ARM1156T2和和ARM1176JZ三个内核型号，三个内核型号，RM11处理器可处理器可以在以在2.2mm芯片面积和芯片面积和0.24mW/MHz下主频下主频达到达到500MHz。ARM11处理器以众多消费产品处理器以众多消费产品市场为目标，推出了许多新的技术，包括针市场为目标，推出了许多新的技术，包括针对媒体处理的对媒体处理的SIMD（单指令多数据流），用（单指令多数据流），用以提高安全性能的以提高安全性能的TrustZone（安全区）技术，（安全区）技术，智能能源管理（智能能源管理

33、（IEM），以及需要非常高的、），以及需要非常高的、可升级的超过可升级的超过2600 次次Dhrystone（逻辑运算性（逻辑运算性能测试）和能测试）和2.1 MIPS 的多处理技术。的多处理技术。9，DSP功能功能 DSP（digital singnal processor，数字信号处理），数字信号处理）是一种独特的微处理器，是以数字信号来处是一种独特的微处理器，是以数字信号来处理大量信息的器件。其工作原理是接收模拟理大量信息的器件。其工作原理是接收模拟信号，转换为信号，转换为0或或1的数字信号，再对数字信的数字信号，再对数字信号进行修改、删除、强化，并在其他系统芯号进行修改、删除、强化，并

34、在其他系统芯片中把数字数据解译回模拟数据或实际环境片中把数字数据解译回模拟数据或实际环境格式。它不仅具有可编程性，而且其实时运格式。它不仅具有可编程性，而且其实时运行速度可达每秒数以千万条复杂指令程序，行速度可达每秒数以千万条复杂指令程序，远远超过通用微处理器，是数字化电子世界远远超过通用微处理器，是数字化电子世界中日益重要的电脑芯片中日益重要的电脑芯片 1.2.2 ARM体系结构的存储器格式体系结构的存储器格式首先来了解首先来了解ARM体系结构中的字长：体系结构中的字长：字（字（Word），在），在ARM体系结构中，字的长度为体系结构中，字的长度为32位，而在位，而在8位位/16位处理器体系

35、结构中，字的长度位处理器体系结构中，字的长度一般为一般为16位。位。半字（半字（Half Word），在），在ARM体系结构中，半字体系结构中，半字的长度为的长度为16位，与位，与8位位/16位处理器体系结构中字的位处理器体系结构中字的长度一致。长度一致。字节（字节（Byte），在），在ARM体系结构和体系结构和8位位/16位处位处理器体系结构中，字节的长度均为理器体系结构中，字节的长度均为8位。位。指令长度可以是指令长度可以是32位（位（ARM状态下），也可以为状态下），也可以为16位（位（Thumb状态下）。状态下）。作为作为32位的微处理器，位的微处理器，ARM920T体系结构所体系结构

36、所支持的最大寻址空间位支持的最大寻址空间位4GB(2字节字节)。ARM920T体系结构支持两种方法存储字数据，体系结构支持两种方法存储字数据，即大端即大端(Big Enddian)格式和小端格式和小端(Little Enddian)格式。在大端格式中，字数据的高格式。在大端格式中，字数据的高字节存储在低字节单元中，而字数据的低字字节存储在低字节单元中，而字数据的低字节则存放在高地址单元中，如图节则存放在高地址单元中，如图1-1所示。所示。图图1-1大端格式存储字数据大端格式存储字数据 在小端存储格式中，低地址单元存放的是在小端存储格式中，低地址单元存放的是字数据的低字节，高地址单元中，存放的字

37、数据的低字节，高地址单元中，存放的是数据的高字节，如图是数据的高字节，如图1-2所示。所示。图图1-2小格式存储字数据小格式存储字数据第二章第二章ADS1.2开发环境创建与简介开发环境创建与简介主要内容主要内容 2.1 ADS1.2开发环境创建开发环境创建 2.2 ADS集成开发环境的使用集成开发环境的使用 2.3 用用AXD进行代码仿真、调试进行代码仿真、调试 2.4 ARM C语言程序的基本规则和系统初始语言程序的基本规则和系统初始化程序化程序2.1.1 ADS1.2概述概述 上一章我们讲过，做为嵌入式控制器的单片机，由上一章我们讲过，做为嵌入式控制器的单片机，由于受其本身资源限制，其应用

38、程序都不能在其本身于受其本身资源限制，其应用程序都不能在其本身上开发。开发其应用程序，还需要一台通用计算机，上开发。开发其应用程序，还需要一台通用计算机，我们也称这台通用计算机为我们也称这台通用计算机为“宿主机宿主机”，在，在“宿主宿主机机”上要安装有集成开发环境。上要安装有集成开发环境。ADS是是ARM集成开发环境，它主要包括编译器、链集成开发环境，它主要包括编译器、链接器、调试器、接器、调试器、C和和C+库等，是库等，是ARM公司推出的新公司推出的新一代一代ARM集成开发工具。最新版本是集成开发工具。最新版本是ADS1.2，该版，该版本支持包括本支持包括Windows和和Linux在内的多

39、种操作环境。在内的多种操作环境。ADS1.2的组成如下：的组成如下：1.编译器编译器 ADS提供多种编译器，以支持提供多种编译器，以支持ARM和和Thumb（在（在ARM体系中数据和指令采用体系中数据和指令采用16位字长）指令的编位字长）指令的编译，主要有：译，主要有：armcc：是：是ARM C编译器。编译器。tcc：是：是Thumb C编译器。编译器。armcpp：是：是ARM C+编译器。编译器。tcpp：是：是Thumb C+编译器。编译器。arm asm：是：是ARM和和Thumb的汇编语言编译器。的汇编语言编译器。2.链接器链接器 armlink是是ARM链接器。该命令既可以将链接

40、器。该命令既可以将编译得到的一个或多个目标文件和相关编译得到的一个或多个目标文件和相关的一个或多个库文件进行链接，生成一的一个或多个库文件进行链接，生成一个可执行文件，也可以将多个目标文件个可执行文件，也可以将多个目标文件链接成一个目标文件，以供进一步的链链接成一个目标文件，以供进一步的链接接。.符号调试器符号调试器 armsd是是ARM和和Thumb的符号调试器，能进行的符号调试器，能进行源码级程序调试。用户可以在用源码级程序调试。用户可以在用C或汇编语言或汇编语言写的代码中进行单步调试、设置断点、查看写的代码中进行单步调试、设置断点、查看变量值和内存单元的内容。变量值和内存单元的内容。4.

41、fromELF 将将ELF格式的文件转换为各种格式的输出文格式的文件转换为各种格式的输出文件，包括件，包括BIN（二进制）格式映像文件、（二进制）格式映像文件、Motorola32位位S格式映像文件、格式映像文件、Intel32位格位格式映像文件和式映像文件和Verilog十六进制文件。十六进制文件。FromELF命令也能够为输入映像文件产生文命令也能够为输入映像文件产生文本信息，例如代码和数据长度。本信息，例如代码和数据长度。5.armar armar是是ARM库函数生成器，它将一系列库函数生成器，它将一系列ELF格式的目标文件以库函数的形式集合在一起。格式的目标文件以库函数的形式集合在一起

42、。用户可以把一个库传递给一个链接器以代替用户可以把一个库传递给一个链接器以代替几个几个ELF文件。文件。6.CodeWarrior CodeWarrior集成开发环境（集成开发环境（IDE）为管理和）为管理和开发项目提供了简单多样化的图形用户界开发项目提供了简单多样化的图形用户界面，用户可以使用面，用户可以使用ADS的的CodeWarriorIDE为为ARM和和Thumb处理器开发用处理器开发用C、C+或者或者ARM汇编语言编写的程序代码。今后我们汇编语言编写的程序代码。今后我们要经常使用要经常使用CodeWarrior集成开发环境（集成开发环境（IDE）来开发我们的来开发我们的C语言程序。语

43、言程序。7.调试器调试器 ADS中含有中含有3个调试器，即个调试器，即AXD、Armsd和和ADW/ADU。在在ARM体系中，可以选择多种调试方式，如体系中，可以选择多种调试方式，如Multi-ICE（Multi-processor In-Circuit Emulator）、）、ARMulator或或Angel。Multi-ICE是一个独立的产品，是是一个独立的产品，是ARM公司自己的公司自己的JTAG在线仿在线仿真器，不是由真器，不是由ADS提供的。提供的。ARMulator是一个是一个ARM指令集仿真器，集成在指令集仿真器，集成在ARM的调试器的调试器AXD中，提供对中，提供对ARM处理器

44、的指令集的仿真，为处理器的指令集的仿真，为ARM和和Thumb提供精确的模拟。用户可以在硬件尚未做好的情况下提供精确的模拟。用户可以在硬件尚未做好的情况下开发程序代码，利用模拟器方式调试。开发程序代码，利用模拟器方式调试。Angel是是ARM公司常驻在目标机公司常驻在目标机Flash中的监控程序，只需通中的监控程序，只需通过过RS-232C串口与串口与PC主机相连，就可以对基于主机相连，就可以对基于ARM架构处理架构处理器的目标机进行监控器方式的调试。器的目标机进行监控器方式的调试。8.C和和C+库库 ADS提供提供ANSI C库函数和库函数和C+库函数，支库函数，支持被编译的持被编译的C和和

45、C+代码。用户可以把代码。用户可以把C库中的与目标相关的函数作为自己应用库中的与目标相关的函数作为自己应用程序中的一部分，重新进行代码的实现。程序中的一部分，重新进行代码的实现。这就为用户带来了极大的方便。这就为用户带来了极大的方便。2.1.2 ADS1.2的安装的安装 ADS全称为全称为ARM Developer Suite，是，是ARM公司公司推出的新的一代推出的新的一代ARM集成开发工具。现在集成开发工具。现在ADS的最新版本是的最新版本是1.2，该版本支持包括，该版本支持包括Windows和和Linux在内的多种操作系统。在内的多种操作系统。在在ADS1.2的安装盘中运行的安装盘中运行

46、setup.exe，安装，安装ARM Developer Suite v1.2。出现图。出现图2-1对话框对话框和图和图2-2对话框，同意产权协义，选省缺安装对话框，同意产权协义，选省缺安装路径路径(C:Program FilesARMvADS1.2)和典型和典型安装模式安装模式(Typiflcation)，按，按Next进入下一步，进入下一步，均按均按Next，开始安装，如图，开始安装，如图2-3示。示。安装结束，安装许可文件（安装结束，安装许可文件（Install License），），这一步可按安装向导进行，单击这一步可按安装向导进行，单击“下一步下一步”按钮，会出现如图按钮，会出现如图

47、2-4和图和图2-5所示的对话框。所示的对话框。在图在图2-5对话框中的选浏览（对话框中的选浏览（Browser）查许）查许可文件可文件,在在Program FilesARMADSV1_2license中选中选license.dat文件并打开，单击文件并打开，单击“下一步下一步”按钮，如图按钮，如图2-6，即可完成即可完成ADS1.2的安装。的安装。最后，程序还要注册，注册文件在最后，程序还要注册，注册文件在Program FilesARMADSV1_2文件夹中，单击注册文件，文件夹中，单击注册文件，即完成程序注册，如图即完成程序注册，如图2-7所示。所示。图2-6 选许可文件图2-7程序注册

48、 安装成功并注册后，安装成功并注册后，CodeWarrior集成开发集成开发环境（环境（IDE）就可以使用了。为了方便，我）就可以使用了。为了方便，我们在桌面上创建一个快捷键，在们在桌面上创建一个快捷键，在C:Program FileARMADSv1-2Bin文件夹中有一个快捷文件夹中有一个快捷键图标，如图键图标，如图2-8所示，将其发送到桌面。所示，将其发送到桌面。图图2-8 IDE快捷键图标快捷键图标图2-8 IDE快捷键图标 打开计算机，双击打开计算机，双击IDE快捷键图标，就可进入快捷键图标，就可进入CodeWarrior集成开发环境，然后打开了一个集成开发环境，然后打开了一个例子项目

49、例子项目bmw.mcp。如图。如图2-9所示。所示。图2-9 CodeWarrior集成开发环境2.2 ADS集成开发环境的使用集成开发环境的使用 和和MCS-51单片机的开发环境单片机的开发环境KeilC一样，一样，ADS对用户的程序进行项目对用户的程序进行项目管理，一个管理，一个ADS项目中可以包括汇项目中可以包括汇编语言程序、编语言程序、C/C+语言程序、语言程序、C语言头文件、库文件等等，这些语言头文件、库文件等等，这些文件还可以以文件夹的形式加入文件还可以以文件夹的形式加入项目，本节介绍项目，本节介绍ADS集成开发环境集成开发环境的使用。的使用。2.2.1建立一个新工程建立一个新工程

50、图2-10 建立一个新工程 运行运行ADS1.2集成开发环境（集成开发环境（CodeWarrior for ARM Developer Suite），点击），点击File|New,在在New对话框中，选择对话框中，选择Project栏，其中共有栏，其中共有7项，项，ARM Executable Image是是ARM的通用模板。选的通用模板。选中它即可生成中它即可生成ARM的执行文件，如图的执行文件，如图2-10所所示。示。在在Project name栏中输入项目的名称，以及在栏中输入项目的名称，以及在Location中输入其存放的位置，按确定保存项中输入其存放的位置，按确定保存项目。系统会在项