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嵌入式arm开发入门篇

2019-07-13 21:07发布

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嵌入式arm开发入门篇 转载时请注明出处和作者联系方式
文章出处：http://blog.csdn.net/pk666666 作者联系方式：刘敏  
 1． 做个最小系统板：如果你从没有做过ARM的开发，建议你一开始不要贪大求全，把所
有的应用都做好，因为ARM的启动方式和dsp或单片机有所不同，往往会遇到各种问题，所
以建议先布一个仅有Flash,SRAM或SDRAM、CPU、JTAG、和复位信号的小系统板，留出扩展
接口。使最小系统能够正常运行，你的任务就完成了一半，好在ARM的外围接口基本都是标
准接口，如果你已有这些硬件的布线经验，这对你来讲是一件很容易的事情。
2． 写启动代码，根据硬件地址先写一个能够启动的小代码，包括以下部分：
初始化端口，屏蔽中断，把程序拷贝到SRAM中;完成代码的重映射；配置中断句柄，连接到
C语言入口。也许你看到给你的一些示例程序当中，bootloader会有很多东西，但是不要被
这些复杂的程序所困扰，因为你不是做开发板的，你的任务就是做段小程序，让你的应用
程序能够运行下去
3． 仔细研究你所用的芯片的资料，尽管ARM在内核上兼容，但每家芯片都有自己的特 {MOD}，
编写程序时必须考虑这些问题。尤其是女孩子，在这儿千万别有依赖心理，总想拿别人的
示例程序修改，却越改越乱。
4． 多看一些操作系统程序，在ARM的应用开放源代码的程序很多，要想提高自己，就要多
看别人的程序，linux,uc/os-II等等这些都是很好的原码。
6.如果你是作硬件，每个厂家基本上都有针对该芯片的DEMO板原理图。先将原理图消化。
这样你以后做设计时，对资源的分配心中有数。器件的DATSHEET一定要好好消化。
7.如果做软件最好对操作系统的机理要有所了解。当然这对软件工程师来说是小菜一碟。
但如果是硬件出身的就有点费劲。 
问：做最小系统板是2层还是4层好？
答：只有AT91可以用两层板，其他的最少4层；44b0的地和电源处理好也可用两层板；
谈四层板和33欧电阻：
选用四层板不仅是电源和地的问题，高速数字电路对走线的阻抗有要求，二层板不好控制
阻抗。33欧电阻一般加在驱动器端，也是起阻抗匹配作用的；布线时要先布数据地址线，
和需要保证的高速线；
在高频的时候，PCB板上的走线都要看成传输线。传输线有其特征阻抗，学过传输线理论的
都知道，当传输线上某处出现阻抗突变(不匹配)时，信号通过就会发生反射，反射对原信
号造成干扰，严重时就会影响电路的正常工作。采用四层板时，通常外层走信号线，中间
两层分别为电源和地平面，这样一方面隔离了两个信号层，更重要的是外层的走线与它们
所靠近的平面形成称为“微带”(microstrip) 的传输线，它的阻抗比较固定，而且可以计
算。对于两层板就比较难以做到这样。这种传输线阻抗主要于走线的宽度、到参考平面的
距离、敷铜的厚度以及介电材料的特性有关，有许多现成的公式和程序可供计算。
33欧电阻通常串连放在驱动的一端(其实不一定33欧，从几欧到五、六十欧都有，视电路具
体情况) ，其作用是与发送器的输出阻抗串连后与走线的阻抗匹配，使反射回来(假设解收
端阻抗没有匹配) 的信号不会再次反射回去(吸收掉)，这样接收端的信号就不会受到影响
。接收端也可以作匹配，例如采用电阻并联，但在数字系统比较少用，因为比较麻烦，而
且很多时候是一发多收，如地址总线，不如源端匹配易做。
这里梭说的高频，不一定是时钟频率很高的电路，是不是高频不止看频率，更重要是看信
号的上升下降时间。通常可以用上升(或下降) 时间估计电路的频率，一般取上升时间倒数
的一半，比如如果上升时间是1ns，那么它的倒数是1000MHz，也就是说在设计电路是要按
500MHz的频带来考虑。有时候要故意减慢边缘时间，许多高速IC其驱动器的输出斜率是可
调的
构造嵌入式Linux 
Linux自身具备一整套工具链，容易自行建立嵌入式系统的开发环境和交*运行环境，并且
可以跨越嵌入式系统开发中的仿真工具（ICE）的障碍。内核的完全开放使人们可以自己设
计和开发出真正的硬实时系统，软实时系统在Linux中也容易得到实现。强大的网络支持使
得可以利用Linux的网络协议栈将其开发成为嵌入式的TCP/IP网络协议栈。 
　　Linux提供了完成嵌入功能的基本内核和所需要的所有用户界面，它是多面的。它能处
理嵌入式任务和用户界面。 
　　一个小型的嵌入式Linux系统只需要下面三个基本元素： 
　　* 引导工具 
　　* Linux微内核，由内存管理、进程管理和事务处理构成 
　　* 初始化进程 
　　如果要让它能干点什么且继续保持小型化，还得加上： 
　　* 硬件驱动程序 
　　* 提供所需功能的一个或更多应用程序。 
　　再增加功能，或许需要这些： 
　　* 一个文件系统（也许在ROM或RAM）中 
　　* TCP/IP网络堆栈 
　　下面我们就从精简内核、系统启动、驱动程序将、X-Window换成MicroWindows四个步
骤介绍嵌入式Linux的实际开发。 
　　精简内核 
　　构造内核的常用命令包括：make config、dep、clean、mrproper、zImage、bzImage
、modules、modules_install。命令说明略。 
　　现在举个例子说明一下： 
　　我使用的是 Mandrake内附的 2.2.15。我没有修改任何一行程序码，完全只靠修改组
态档得到这些数据。 
　　首先，使用 make config 把所有可以拿掉的选项都拿得。 
　　不要 floppy；不要SMP、MTRR；不要 Networking、SCSI；把所有的 block device 移
除，只留下 old IDE device；把所有的 character device 移除；把所有的 filesystem
 移除，只留下 minix；不要 sound 支援。相信我，我己经把所有的选项都移除了。这样
做之后，我得到了一个 188K 的核心。 
　　还不够小吗? OK，再加上一招，请把下列两个档案中的 -O3,-O2 用 -Os 取代。 
　　./Makefile 
　　./arch/i386/kernel/ 
　　Makefile 
　　这样一来，整个核心变小了 9K，成为 179K。 
　　不过这个核心恐怕很难发挥 Linux 的功能，因此我决定把网络加回去。把General中
的 network support 加回去，重新编译，核心变成 189 K。10K就加上个 TCP/IP stack，
似乎是很上算的生意。 
　　有stack没有driver也是枉然，所以我把 embedded board常用的RTL8139的driver加回
去，195K。 
　　如果你需要 DOS 档案系统，那大小成为 213K。如果 minix 用 ext2 换代，则大小成
长至 222K。 
　　Linux所需的内存大约在600K～800K之间。1MB内存就可能可以开机了，但不太有用，
因为连载入C程序库都有困难。2MB内存应该就可以做点事了，但要到 4MB以上才可以执行
一个比较完整的系统。 
　　因为Linux 的filesystem 相当大，大约在 230K 左右，占了 1/3 的体积。内存管理
占了80K，和核心其它部分的总和差不多。TCP/IP stack 占了65K，驱动程序占了120K。S
ysV IPC占了 21K，必要的话可以拿掉，核心档应该可以再小个10K左右。 
　　如果要裁剪核心大小，应该动那里呢? 答案很明显，当然是文件系统。Linux 的 VFS
简化了档案系统的设计，buffer cache, directory cache增加了系统的效率。但这些emb
edded系统根本就用处不大。如果可以把它们拿掉，核心可以马上缩小 20K 左右。如果跳
过整个 VFS，直接将文件系统写成一个 driver 的型式，应该可以将 230K缩减至50K左右
。整个核心缩到100K左右。 
　　系统启动 
　　系统的启动顺序及相关文件仍在核心源码目录下，看以下几个文件： 
　　./arch/$ARCH/boot/ 
　　bootsect.s 
　　./arch/$ARCH/boot/setup.s 
　　./init/main.c 
　　bootsect.S 及 setup.S 
　　这个程序是Linux kernel的第一个程序，包括了Linux自己的bootstrap程序，但是在
说明这个程序前，必须先说明一般IBM PC开机时的动作(此处的开机是指“打开PC的电源”
)。 
　　一般PC在电源一开时，是由内存中地址FFFF:0000开始执行(这个地址一定在ROM BIOS
中，ROM BIOS一般是在FEOOOh到FFFFFh中)，而此处的内容则是一个jump指令，jump到另一
个位于ROM BIOS中的位置，开始执行一系列的动作。 
　　紧接着系统测试码之后，控制权会转移给ROM中的启动程序(ROM bootstrap routine)
。这个程序会将磁盘上的第零轨第零扇区读入内存中，至于读到内存的哪里呢? --绝对位
置07C0:0000(即07C00h处)，这是IBM系列PC的特性。而位于Linux开机磁盘的boot sector
上的，正是Linux的bootsect程序。 
　　把大家所熟知的MS DOS 与Linux的开机部分做个粗浅的比较。MS DOS 由位于磁盘上b
oot sector的boot程序负责把IO.SYS载入内存中，而IO.SYS则负有把DOS的kernel --MSDO
S.SYS载入内存的重任。而Linux则是由位于boot sector 的bootsect程序负责把setup及L
inux的kernel载入内存中，再将控制权交给setup。 
　　驱动程序 
　　在Linux系统里，设备驱动程序所提供的这组入口点由一个结构来向系统进行说明。  　　设备驱动程序所提供的入口点，在设备驱动程序初始化的时候向系统进行登记，以便
系统在适当的时候调用。Linux系统里，通过调用register_chrdev 向系统注册字符型设备
驱动程序。 
　　在Linux里，除了直接修改系统核心的源代码，把设备驱动程序加进核心里以外，还可
以把设备驱动程序作为可加载的模块，由系统管理员动态地加载它，使之成为核心的一部
分。也可以由系统管理员把已加载的模块动态地卸载下来。Linux中，模块可以用C语言编
写，用gcc编译成目标文件（不进行链接，作为*.o文件存在）。为此需要在gcc命令行里加
上-c的参数。在成功地向系统注册了设备驱动程序后（调用register_chrdev成功后），就
可以用mknod命令来把设备映射为一个特别文件。其它程序使用这个设备的时候，只要对此
特别文件进行操作就行了。 
　　将X-Window换成MicroWindows 
　　MicroWindows是使用分层结构的设计方法。允许改变不同的层来适应实际的应用。在
最底一层，提供了屏幕、鼠标/触摸屏和键盘的驱动，使程序能访问实际的硬件设备和其它
用户定制设备。在中间一层，有一个轻巧的图形引擎，提供了绘制线条、区域填充、绘制
多边形、裁剪和使用颜 {MOD}模式的方法。在最上一层，提供了不同的API给图形应用程序使用
。这些API可以提供或不提供桌面和窗口外形。目前，MicroWindows支持Windows Win32/W
inCE GDI和Nano-X API。这些API提供了Win32和X窗口系统的紧密兼容性，使得别的应用程
序可以很容易就能移植到MicroWindows上。 
　　何谓嵌入式系统 
　　嵌入式系统被定义为：以应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬件可裁剪、适应
应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。 
　　嵌入式系统是面向用户、面向产品、面向应用的，如果独立于应用自行发展，则会失
去市场。嵌入式处理器的功耗、体积、成本、可靠性、速度、处理能力、电磁兼容性等方
面均受到应用要求的制约，这些也是各个半导体厂商之间竞争的热点。嵌入式处理器的应
用软件是实现嵌入式系统功能的关键。软件要求固化存储，软件代码要求高质量、高可靠
性，系统软件(OS)的高实时性是基本要求。 
　　在制造工业、过程控制、通讯、仪器、仪表、汽车、船舶、航空、航天、军事装备、
消费类产品等方面均是嵌入式计算机的应用领域。

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