嵌入式系统原理与设计笔记

1、嵌入式系统介绍

嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，采用可剪裁软硬件，适用于对功能、可靠性、成本、体积、功耗等有严格要求的专用计算机系统。由嵌入式微处理器、外围硬件设备、嵌入式操作系统以及用户的应用程序等四个部分组成，用于实现对其他设备的控制、监视或管理等功能。

2、嵌入式微处理器之ARM微处理器

两种指令集：CISC 复杂指令集和RISC 精简指令集
引入Thumb16位指令集，是压缩指令集，运行没有ARM快，但是节省空间。
ARM处理器可以在AMR指令集和Thumb指令集状态下进行切换

3、ARM9有37个寄存器

包括31个通用寄存器和6个ARM处理器。ARM总共有7种不同的处理器模式，分别为用户模式，快速中断模式，外部中断模式，管理模式，数据访问中止模式，未定义指令中止模式，系统模式。

4、ARM9采用哈佛结构

指令存储和数据存储是分开的，采用存储器地址对齐。

5、ARM9的MMU内存管理单元

实现虚拟内存，就是程序，数据，堆栈的总大小可以超过实际可用的物理内存大小，实现方式就是把需要运行的部分送到内存，而其他未使用的部分保存在磁盘上，这个调度是由操作系统来做的。需要有中转站FCSE附加硬件，将虚拟地址转换为修改的虚拟地址。

6、ARM9异常处理

总共有7种处理异常，复位异常，未定义指令异常，软件中断异常，指令预取终止异常，数据访问终止异常，外部中断请求被触发，快速中断请求被触发。

7、ARM指令的寻址包括9种

立即寻址，寄存器寻址，寄存器偏移寻址，寄存器间接寻址，基址变址寻址，多寄存器寻址，堆栈寻址，相对寻址。

8、Linux的MMU作用

一是地址映射，二是对地址访问的保护和限制。虚拟地址被送到MMU，把虚拟地址映射为物理地址。

9、进程管理

进程是由进程标识符PID表示的，三种进程调度策略，包括分时调度策略，先到先服务的实时调度策略，时间片轮转的实时调度策略。

10、文件系统

Rootf根文件系统，嵌入式系统一般从Flash启动，最简单的方法是将Rootf装载到RAM的RamDisk。
主要的存储设备为RAM和ROM，采用Flash存储器。

11、Boot Loader嵌入式系统引导代码

由汇编和c语言联合编写而成。初始化硬件设备和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。

12、Linux内核

技术上指的是一个提供硬件抽象层，磁盘及文件系统控制，多任务等功能的系统软件。

13、模块的加载

方法一，通过insmod命令手工将module载入内核。方法二，根据需要载入module（demand loaded module）。

14、模块的卸载

正在使用的模块不能被卸载。系统调用module的cleanup子程序，释放内核资源，修改reference list，释放分配给该module的内核内存。

15、ARMLinux系统的启动和初始化

使用Boot Loader将内核映像载入，内核数据结构初始化内核引导和外设初始化，加载init进程和inittab脚本，启动运行rc启动脚本，shell的启动。

16、嵌入式文件系统

Linux中文件系统具有树结构，新mount进来的文件系统被添加到这个树结构。所有的文件系统无论什么形式都可以被mount到目录里，文件系统内的文件构成这个目录的内容。

17、驱动层

所有嵌入式系统的启动都至少需要使用某种形式的永久性存储设备，他们需要合适的驱动程序，当前在嵌入式Linux中三种常用的块驱动程序可以选择，包括Blkmem驱动层，RamDisk驱动层，MTD驱动层。

18、设备驱动

三类硬件设备，包括字符设备，块设备和网络设备。

19、主设备和次设备号

#  mknod /dev/lp0 c 6 0

使用mknod命令可以创建指定类型的设备文件，同时为其分配相应的主设备号和次设备号，生成设备文件要以root权限用户访问。/dev/lp0 是设备号，c表示字符设备，b表示块设备，6是主设备号，0是次设备号。次设备号可以是0-255之间的值。

20、Linux设备驱动代码的分布

    block 块设备驱动
    char 字符设备驱动
    cdrom包含了所有的CDROM代码，CDROM设备
    pci为PCI伪设备驱动源码
    scsi 为SCSI设备驱动
    net网络驱动源码
    sound所有声卡驱动源码

21、DMA直接内存存取

解决快速数据访问的有效方法。DMA控制器可以不需要处理器的干预，在设备和系统内存高速传输数据，提高了与设备通信的吞吐量，免除大量计算开销。DMA控制器由主存地址寄存器，数据数量寄存器，DMA的控制/状态逻辑，DMA请求触发器，数据缓存寄存器和终端结构。

22、交叉开发。