C語(yǔ)言嵌入式系統編程修煉之一:背景篇！
加入技術(shù)交流群
圖1給出了本文的討論所基于的硬件平臺，實(shí)際上，這也是大多數嵌入式系統的硬件平臺。它包括兩部分：
?。?）以通用處理器為中心的協(xié)議處理模塊，用于網(wǎng)絡(luò )控制協(xié)議的處理；
?。?）以數字信號處理器（DSP）為中心的信號處理模塊，用于調制、解調和數/模信號轉換。
本文的討論主要圍繞以通用處理器為中心的協(xié)議處理模塊進(jìn)行，因為它更多地牽涉到具體的C語(yǔ)言編程技巧。而DSP編程則重點(diǎn)關(guān)注具體的數字信號處理算法，主要涉及通信領(lǐng)域的知識，不是本文的討論重點(diǎn)。
著(zhù)眼于討論普遍的嵌入式系統C編程技巧，系統的協(xié)議處理模塊沒(méi)有選擇特別的CPU，而是選擇了眾所周知的CPU芯片--80186，每一位學(xué)習過(guò)《微機原理》的讀者都應該對此芯片有一個(gè)基本的認識，且對其指令集比較熟悉。80186的字長(cháng)是16位，可以尋址到的內存空間為1MB，只有實(shí)地址模式。C語(yǔ)言編譯生成的指針為32位（雙字），高16位為段地址，低16位為段內編譯，一段最多64KB。
 圖1 系統硬件架構 |
協(xié)議處理模塊中的FLASH和RAM幾乎是每個(gè)嵌入式系統的必備設備，前者用于存儲程序，后者則是程序運行時(shí)指令及數據的存放位置。系統所選擇的FLASH和RAM的位寬都為16位，與CPU一致。
實(shí)時(shí)鐘芯片可以為系統定時(shí)，給出當前的年、月、日及具體時(shí)間（小時(shí)、分、秒及毫秒），可以設定其經(jīng)過(guò)一段時(shí)間即向CPU提出中斷或設定報警時(shí)間到來(lái)時(shí)向CPU提出中斷（類(lèi)似鬧鐘功能）。
NVRAM（非易失去性RAM）具有掉電不丟失數據的特性，可以用于保存系統的設置信息，譬如網(wǎng)絡(luò )協(xié)議參數等。在系統掉電或重新啟動(dòng)后，仍然可以讀取先前的設置信息。其位寬為8位，比CPU字長(cháng)小。文章特意選擇一個(gè)與CPU字長(cháng)不一致的存儲芯片，為后文中一節的討論創(chuàng )造條件。
UART則完成CPU并行數據傳輸與RS-232串行數據傳輸的轉換，它可以在接收到[1~MAX_BUFFER]字節后向CPU提出中斷，MAX_BUFFER為UART芯片存儲接收到字節的最大緩沖區。
鍵盤(pán)控制器和顯示控制器則完成系統人機界面的控制。
以上提供的是一個(gè)較完備的嵌入式系統硬件架構，實(shí)際的系統可能包含更少的外設。之所以選擇一個(gè)完備的系統，是為了后文更全面的討論嵌入式系統C語(yǔ)言編程技巧的方方面面，所有設備都會(huì )成為后文的分析目標。
嵌入式系統需要良好的軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境的支持，由于嵌入式系統的目標機資源受限，不可能在其上建立龐大、復雜的開(kāi)發(fā)環(huán)境，因而其開(kāi)發(fā)環(huán)境和目標運行環(huán)境相互分離。因此，嵌入式應用軟件的開(kāi)發(fā)方式一般是，在宿主機(Host)上建立開(kāi)發(fā)環(huán)境，進(jìn)行應用程序編碼和交叉編譯，然后宿主機同目標機(Target)建立連接，將應用程序下載到目標機上進(jìn)行交叉調試，經(jīng)過(guò)調試和優(yōu)化，最后將應用程序固化到目標機中實(shí)際運行。
CAD-UL是適用于x86處理器的嵌入式應用軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境，它運行在Windows操作系統之上，可生成x86處理器的目標代碼并通過(guò)PC機的COM口（RS-232串口）或以太網(wǎng)口下載到目標機上運行，如圖2。其駐留于目標機FLASH存儲器中的monitor程序可以監控宿主機Windows調試平臺上的用戶(hù)調試指令，獲取CPU寄存器的值及目標機存儲空間、I/O空間的內容。
 圖2 交叉開(kāi)發(fā)環(huán)境 |
后續章節將從軟件架構、內存操作、屏幕操作、鍵盤(pán)操作、性能優(yōu)化等多方面闡述C語(yǔ)言嵌入式系統的編程技巧。軟件架構是一個(gè)宏觀(guān)概念，與具體硬件的聯(lián)系不大；內存操作主要涉及系統中的FLASH、RAM和NVRAM芯片；屏幕操作則涉及顯示控制器和實(shí)時(shí)鐘；鍵盤(pán)操作主要涉及鍵盤(pán)控制器；性能優(yōu)化則給出一些具體的減小程序時(shí)間、空間消耗的技巧。
在我們的修煉旅途中將經(jīng)過(guò)25個(gè)關(guān)口，這些關(guān)口主分為兩類(lèi)，一類(lèi)是技巧型，有很強的適用性；一類(lèi)則是常識型，在理論上有些意義。
評論