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嵌入式重点

第一章 绪论

基本概念与特点

填空题 概念、特点 - 嵌入式系统：是嵌入到对象体系中的、用于执行独立功能的专用计算机 - 嵌入式系统的三要素： 1. 嵌入性——满足环境要求 2. 专用性——满足配置要求 3. 计算机系统——满足控制要求 - 与桌面通用系统的区别（19~20简答题）： - 专用 - 实时性强 - 可靠性 - 功耗低 - 资源较少 - 开发需要专用工具和特殊方法 - 开发：交叉编译 - 调试：仿真器、虚拟机 - 更新：在线升级 - 结构（19~20填空题）： 1. 嵌入式处理器 2. 外围硬件设备 3. 嵌入式操作系统（可选） 4. 用户的应用软件

第二章 ARM微处理器与编程模型

体系结构

  • 冯诺依曼结构：
    • 将程序与数据存放在同一存储器的不同地址
    • 顺序执行指令
    • 执行过程：
      1. 取指（或数据）
      2. 译码
      3. 执行
  • 哈佛结构：
    • 将程序和数据存放在不同的存储器中
    • 并行执行指令
    • 执行过程：
      1. 取指（和数据）
      2. 译码
      3. 执行

指令系统

  • RISC：精简指令集计算机
    • Load-Store结构：CPU只处理寄存器中的数据，使用Load-Store指令完成数据在寄存器和外部存储器之间的传送

流水线

  • Pipeline：几条指令可以并行执行
  • 三级流水线

微处理器

  • ARM内部芯片结构：
    • ARM CPU（内核） + 外部设备（部件） = ARM芯片

运行模式

  • 7种运行模式：
    1. USR用户模式：ARM处理器正常的程序执行状态
    2. FIQ快速中断模式：用于高速数据传输或通道处理
    3. IRQ外部中断模式：用户通用的中断处理
    4. SVC管理模式：操作系统使用的保护模式，处理软件中断
    5. ABT数据访问中止模式：当数据或指令预取中止时进入该模式
      • 可用于虚拟存储器和存储器保护
    6. UND未定义指令模式：当未定义的指令执行时进入该模式
      • 可用于支持硬件协处理器和软件仿真
    7. SYS系统模式：运行具有特权的操作系统任务

异常

[!note] ARM处理异常 步骤： 1. 保存断点 2. 保存状态 3. 设置异常模式 4. 跳转执行 返回的具体步骤： 1. 恢复断点 2. 恢复状态 3. 清除中断状态 4. - ARM处理异常的具体步骤： 1. 将下一条指令的地址存入相应链接寄存器LR,以便程序在处理异常返回时能从正确的位置重新开始执行。 2. 将CPSR复制到相应的SPSR中， 3. 根据异常类型，强制设置CPSR的运行模式位。 4. 强制PC从相关的异常向量地址取下一条指令执行，从而跳转到相应的异常处理程序处。同时设置中断禁止位。 - ARM处理异常返回的具体步骤： 1. 将链接寄存器L的值减去相应的偏移量后送到PC中。 2. 将SPSR复制回CPSR中。(※) 3. 若在进入异常处理时设置了中断禁止位，要在此清除。 4. 可以认为应用程序总是从复位异常处理程序开始执行的，因此复位异常处理程序不需要返回。 - 优先级： 1. 复位 2. 数据中止 3. FIQ 4. IRQ 5. 预取指令中止 6. 未定义指令 7. SWI - 异常向量地址:image.png

第三章 ARM指令集与汇编程序设计

image.png image.png

第四章 嵌入式存储器系统

系统的启动方式

  • NAND FLASH作为引导ROM的启动流程：image.png

存储芯片连接

  • 数据总线：顺序连接即可
  • 控制总线：将存储器芯片的控制引脚与微处理器芯片对应的控制引脚连接
  • 地址总线：image.png
    • S3C2440的A0/A0A1用作存储器的片选

NAND/NOR FLASH的特点

  • NAND FLASH：
    1. 速度相对慢，程序必须放入RAM才能执行
    2. CPU需通过专门的控制器才能访问
    3. 使用时需要复杂的I/O接口电路和存储管理操作
      • 以页为最小单位进行读写
      • 以块为最小单位进行擦除
    4. 擦写次数约为100万次
    5. 容量大，价格经济
    6. 需要借助内部RAM才能实现引导系统启动，支持自动启动引导
  • NOR FLASH
    1. 访问速度快，程序可以在其内部直接运行、
    2. CPU可以直接访问
    3. 擦写次数约为10万次
    4. 写入速度慢，容量小，价格高
    5. 带有SRAM接口，与微处理器连接方便，便于数据存取
    6. 常作为内部或者外部ROM，存放BootLoader程序，引导系统启动

第五章 常用外围设备及接口

GPIO案例

中断

  • 中断的作用：
    1. 并行处理
    2. 实时处理
    3. 故障处理
  • 外部中断相关：
    • 外部中断控制器（EXTINTn）：用于设定外部中断请求信号的触发方式
    • 外部中断滤波寄存器（EINTFLTn）：设定滤波器的时钟信号来源和滤波宽度
    • 外部中断屏蔽寄存器（EINTMASK）：用于设定20个外部中断请求信号是否允许中断
    • 外部中断挂挂起寄存器（EINTPEND）：用于标记外部中断请求信号是否触发，供中断服务程序读取和判断
  • 一级中断相关：
    • 源挂起寄存器（SRCPND）：用于标记一级中断源的中断请求信号是否触发，即是否有中断等待处理，供中断服务程序读取和判断
    • 中断模式寄存器（INTMOD）：用于设定32个一级中断源的中断模式
    • 中断屏蔽寄存器（INTMASK）：用于设定32个一级中断源是否被允许中断
    • 中断优先级：通过中断优先级来确定中断请求的服务顺序

时钟与定时部件

  • 定时器的特点：

    1. 实际执行减1操作的是TCNTn，为了防止对其读写影响计数，不允许程序对其直接访问
      • 通过程序将计数初值写入TCNTBn。每次定时开始时，会被复制到TCNTn中
      • 通过程序读取TCNTOn，间接获取TCNTn的动态计数值
      • 通过程序读取TCNTBn，读出的是下次定时操作的重载值
    2. TCNTn减到0时，可以根据TCON的自动重载标志，决定是否复制TCNTBn到TCNTn中，以开启下一次定时操作。
    3. 内部设有双缓冲功能
      • 因此，在当前定时操作VS，若设置心得定时器值，仅当当前定时操作执行完毕后才有效

  • 实时时钟：用于提供年月日时分秒星期等实时时间信息

  • 看门狗定时器：用于当噪音或系统错误引起故障时，恢复控制器操作的定时器
    • 本质是一个16位内部定时器，当计数器值为0（超时）时，通过触发中断服务，激活128个PCLK时钟周期内部的复位信号
    • 系统处于嵌入式ICE调试模式时，WDT必须无操作

第六章 Linux编程基础

  • Bootloader：操作系统内核运行之前运行的一段小程序
    • 通过这段小程序，可以初始化硬件设备、建立内存空间的映射图，从而将系统的软硬件环境带到一个合适的状态，以便为最终调用操作系统内核准备好正确的环境。
  • 五个主要子系统：
    1. 进程调度
    2. 进程间通信
    3. 内存管理
    4. 虚拟文件系统
    5. 网络接口