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ARM®系列微處理器作為全球16/32 位 RISC 處理器市場的領(lǐng)先者， 在許多領(lǐng)域內(nèi)得到了成功的應(yīng)用。近年來，ARM 在國內(nèi)的應(yīng)用也得到了飛速的發(fā)展，越來越多的公司和工程師在基于 ARM 的平臺上面開發(fā)自己的產(chǎn)品。
與傳統(tǒng)的 4/8位單片機相比，ARM 的性能和處理能力當(dāng)然是遙遙領(lǐng)先的，但與之相應(yīng)，ARM 的系統(tǒng)設(shè)計復(fù)雜度和難度，較之傳統(tǒng)的設(shè)計方法也大大提升了。本文旨在通過討論系統(tǒng)程序設(shè)計中的幾個基本方面，來說明基于 ARM 的嵌入式系統(tǒng)程序開發(fā)的一些特點，并提出和解決了一些常見的問題。
文章分成幾個相對獨立的章節(jié)刊載。第一部分討論基于 ARM 的嵌入式程序開發(fā)和移植過程中的一些基本概念。
1．嵌入式程序開發(fā)過程
不同于通用計算機和工作站上的軟件開發(fā)工程，一個嵌入式程序的開發(fā)過程具有很多特點和不確定性。其中最重要的一點是軟件跟硬件的緊密耦合特性。
這是兩類簡化的嵌入式系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)圖。由于嵌入式系統(tǒng)的靈活性和多樣性，上面圖中各個層次之間缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，幾乎每一個獨立的系統(tǒng)都不一樣。這樣就給上層的軟件設(shè)計人員帶來了極大地困難。第一，在軟件設(shè)計過程中過多地考慮硬件，給開發(fā)和調(diào)試都帶來了很多不便；第二，如果所有的軟件工作都需要在硬件平臺就緒之后進行，自然就延長了整個的系統(tǒng)開發(fā)周期。這些都是應(yīng)該從方法上加以改進和避免的問題。
為了解決這個問題， 工程和設(shè)計人員提出了許多對策。 首先在應(yīng)用與驅(qū)動 （或API）這一層接口，可以設(shè)計成相對統(tǒng)一的一些接口函數(shù)，這對于具體的某一個開發(fā)平臺或在某個公司內(nèi)部，是完全做得到的。這樣一來，就大大提高了應(yīng)用層軟件設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)化程度，方便了應(yīng)用程序在跨平臺之間的復(fù)用和移植。
對于驅(qū)動/硬件抽象這一層，因為直接驅(qū)動硬件，其標(biāo)準(zhǔn)化變得非常困難甚至不太可能。但是為了簡化程序的調(diào)試和縮短開發(fā)周期，我們可以在特定的 EDA工具環(huán)境下面進行開發(fā)，通過后再進行移植到硬件平臺的工作。這樣既可以保證程序邏輯設(shè)計的正確性，同時使得軟件開發(fā)可平行甚至超前于硬件開發(fā)進程。
我們把脫離于硬件的嵌入式軟件開發(fā)階段稱之為“PC 軟件”的開發(fā)，可以用下面的圖來示意一個嵌入式系統(tǒng)程序的開發(fā)過程。
在“PC 軟件”開發(fā)階段，可以用軟件仿真，即指令集模擬的方法，來對用戶程序進行驗證。在 ARM 公司的開發(fā)工具中，ADS®內(nèi)嵌的 ARMulator 和RealView® 開發(fā)工具中的 ISS，都提供了這項功能。在模擬環(huán)境下，用戶可以設(shè)置 ARM 處理器的型號、時鐘頻率等，同時還可以配置存儲器訪問接口的時序參數(shù)。程序在模擬環(huán)境下運行，不但能夠進行程序的運行流程和邏輯測試，還能夠統(tǒng)計系統(tǒng)運行的時鐘周期數(shù)、 存儲器訪問周期數(shù)、 處理器運行時的流水線狀態(tài) （有效周期、等待周期、連續(xù)和非連續(xù)訪問周期）等信息。這些寶貴的信息是在硬件調(diào)試階段都無法取得的，對于程序的性能評估非常有價值。
為了更加完整和真實地模擬一個目標(biāo)系統(tǒng)，ARMulator 和 ISS 還提供了一個開放的 API 編程環(huán)境。用戶可以用標(biāo)準(zhǔn) C 來描述各種各樣的硬件模塊，連同工具提供的內(nèi)核模塊一起，組成一個完整的“軟”硬件環(huán)境。在這個環(huán)境下面開發(fā)的軟件，可以更大程度地接近最終的目標(biāo)。
利用這種先進的 EDA 工具環(huán)境，極大地方便了程序開發(fā)人員進行嵌入式開發(fā)的工作。當(dāng)完成一個“PC 軟件”的開發(fā)之后，只要進行正確的移植，一個真正的嵌入式軟件就開發(fā)成功了。 而移植過程是相對比較容易形成一套規(guī)范的流程的，其中三個最重要的方面是:
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基于ARM的嵌入式系統(tǒng)程序開發(fā)要點.zip
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2018-10-28 15:51 上傳
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