基于嵌入式ARM系统的应用分析
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作者: 刘 波
[摘 要]ARM是微处理器行业的一家知名企业,设计了大量高性能、廉价、耗能低的RISC处理器、相关技术及软件。文章总结了各种具有性能高、成本低和能耗省的技术,列举了适用领域,比如嵌入控制、消费/教育类多媒体、DSP和移动式应用等。
[关键词]嵌入式系统 ARM 软件开发
用户选用ARM处理器开发嵌入式系统时,选择合适的开发工具可以加快开发进度,节省开发成本。因此一套含有编辑软件、编译软件、汇编软件、链接软件、调试软件、工程管理及函数库的集成开发环境(IDE)一般来说是必不可少的,至于嵌入式实时操作系统、评估板等其他开发工具则可以根据应用软件规模和开发计划选用。
一、ARM嵌入式开发工具
ARM应用软件的开发工具根据功能的不同,分别有编译软件、汇编软件、链接软件、调试软件、嵌入式实时操作系统、函数库、评估板、JTAG仿真器、在线仿真器等,目前世界上约有四十多家公司提供以上不同类别的产品。
ARM SDT可在Windows95、98、NT以及Solaris 2.5/2.6、HP-UX 10上运行,支持最高到ARM9(含ARM9)的所有ARM处理器芯片的开发,包括StrongARM。ADS对汇编、C/C++、java支持的均很好,是目前最成熟的ARM开发工具。很多ARM开发软件(例如Keil)也是借用的ADS的编译器。ADS在2006年版本已经发布到2.2。但国内大部分开发者使用的均是1.2版本。RealView MDK开发工具源自德国Keil公司,被全球超过10万的嵌入式开发工程师验证和使用,是ARM公司目前最新推出的针对各种嵌入式处理器的软件开发工具。RealView MDK集成了业内最领先的技术,包括µVision3集成开发环境与 RealView编译器。支持ARM7、ARM9和最新的Cortex-M3核处理器,自动配置启动代码,集成Flash烧写模块,强大的Simulation设备模拟,性能分析等功能,与ARM之前的工具包ADS等相比,RealView编译器的最新版本可将性能改善超过20%。
JEENI仿真器支持ARM/THUMB指令,支持汇编/高级语言调试。用户应用程序通过JEENI仿真器下载到目标RAM中。通过JEENI仿真器,用户可以观察/修改ARM7的寄存器和存储器的内容,用户可以在所下载的程序上设置断点,用户可以以汇编/高级语言单步执行程序,也可以全速运行程序,用户可以观察高级语言变量的数据结构及内容并对变量的内容在线修改。
JEENI 内部使用了一片带有高速缓存的 ARM 处理器,支持对调试操作的快速响应,比如:单步、读写存储器、读写寄存器和下载应用程序到目标板。JEENI 的这种结构,允许以太网接口在处理器执行JTAG指令的同时访问存储器。这种设计极大的提高了下载速度。JEENI仿真器能够很好地与SDT2.5工具连接,用户可使用SDT的编译器和调试界面。JEENI 对那些正在使用ARM BlackICE/EmbeddedICE JTAG接口的用户来说是即插即用的替代品。JEENI 可用于ARM SDT 2.11a 或 SDT 2.5,另外大多数第三方的调试器也都支持 JEENI。
二、RealView MDK优点
启动代码和系统硬件结合紧密,必须用汇编语言编写,因而成为许多工程师难以跨越多门槛。RealView MDK的µVision3工具可以帮您自动生成完善的启动代码,并提供图形化的窗口,随您轻松修改。无论对于初学者还是有经验的开发工程师,都能大大节省时间,提高开发效率。RealView MDK的设备模拟器可以仿真整个目标硬件,包括快速指令集仿真、外部信号和I/O仿真、中断过程仿真、片内所有外围设备仿真等。开发工程师在无硬件的情况下即可开始软件开发和调试,使软硬件开发同步进行,大大缩短开发周期。而一般的ARM开发工具仅提供指令集模拟器,只能支持ARM内核模拟调试。
RealView MDK的RealView编译器与ADS 1.2比较:代码密度:比ADS 1.2编译的代码尺寸小10%;代码性能:比ADS 1.2编译的代码性能高20%。RealView MDK无需寻求第三方编程软件与硬件支持,通过配套的ULINK2仿真器与Flash编程工具,轻松实现CPU片内FLASH、外扩FLASH烧写,并支持用户自行添加FLASH编程算法;而且能支持FLASH整片删除、扇区删除、编程前自动删除以及编程后自动校验等功能,轻松方便。
三、ARM嵌入式造作系统
操作系统是一管理电脑硬件与软件资源的程序,同时也是计算机系统的内核与基石。操作系统是一个庞大的管理控制程序,大致包括5个方面的管理功能:进程与处理机管理、作业管理、存储管理、设备管理、文件管理。目前微机上常见的操作系统有DOS、OS/2、UNIX、XENIX、LINUX、Windows、Netware等。
μC/OS-II 是一种基于优先级的抢占式多任务实时操作系统,包含了实时内核、任务管理、时间管理、任务间通信同步和内存管理等功能。它可以使各个任务独立工作,互不干涉,很容易实现准时而且无误执行,使实时应用程序的设计和扩展变得容易,使应用程序的设计过程大为减化。VxWorks 提供了一个快速灵活的与 ANSI C 兼容的 I/O 系统,包括 UNIX 标准的Basic I/O(creat(), remove(), open(),close(), read(), write(), and ioctl().),Buffer I/O (fopen(), fclose(), fread(), fwrite(), getc(), putc()) 以及POSIX 标准的异步 I/O。VxWorks 包括以下驱动程序:网络驱动、管道驱动、RAM盘驱动、SCSI驱动、键盘驱动、显示驱动、磁盘驱动、并口驱动等。
参考文献:
[1]王学龙:嵌入式ARM系统设计与应用[M].北京:清华大学出版社,2007
[2]邢国良等:基于ARM的实时操作系统的分析与研究[J].小型徽型计算机系统,2006.
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