32位嵌入式處理器與8位處理器應用開(kāi)發(fā)的區別

　　ARM處理器在全球范圍的流行，32位的RISC嵌入式處理器已經(jīng)成為嵌入式應用和設計的主流。與國內大量應用的8位單片機相比，32位的嵌入式CPU有著(zhù)非常大的優(yōu)勢，它為嵌入式設計帶來(lái)豐富的硬件功能和額外的性能，使得整個(gè)嵌入式系統的升級只需通過(guò)軟件的升級即可實(shí)現。而8位處理器通常受到的64K軟件限制也不存在了，設計者幾乎可以任意選擇多任務(wù)操作系統，并將應用軟件設計得復雜龐大，真正體現“硬件軟件化”的設計思想。

　　什么發(fā)生了改變

　　目前，國內熟悉8位處理器開(kāi)發(fā)的工程師非常多，開(kāi)發(fā)工具和手段也很豐富，并且價(jià)格較低。而32位處理器的開(kāi)發(fā)與8位處理器的開(kāi)發(fā)則有著(zhù)許多明顯的不同。

　　第一，實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統（RTOS）引入32位嵌入式系統。

　　由于32位CPU的資源豐富，指令集相對龐大，而且，系統軟件比較復雜，所以，通常在開(kāi)發(fā)時(shí)要選用相應的RTOS來(lái)對應用軟件中的各個(gè)任務(wù)進(jìn)行調度。軟件設計工程師需要學(xué)習全新的RTOS技術(shù)，掌握底層軟件、系統軟件和應用軟件的設計和調試方法。這對于開(kāi)發(fā)者來(lái)說(shuō)是一個(gè)新的挑戰。

　　當然，RTOS的引入，也將給嵌入式開(kāi)發(fā)商帶來(lái)軟件的模塊化和可移植化等好處，為軟件的工程化管理做好準備。

　　第二，調試的硬件接口發(fā)生改變。

　　在開(kāi)發(fā)8位處理器時(shí)，通常采用在線(xiàn)仿真器ICE（In-Circuit-Emulator），ICE通過(guò)插座或者相應的夾具替代CPU來(lái)進(jìn)行仿真和開(kāi)發(fā)工作。而對于32位嵌入式處理器來(lái)說(shuō)，因其過(guò)高的時(shí)鐘頻率（50MHZ至400MHZ以上）和復雜的封裝形式（如BGA）導致ICE很難勝任開(kāi)發(fā)工具的工作。CPU廠(chǎng)商借助于邊界掃描接口（JTAG口）來(lái)提供調試信息，供開(kāi)發(fā)者進(jìn)行開(kāi)發(fā)。

　　JTAG口通常是一個(gè)14Pin或20Pin的插座，JTAG調試器（或稱(chēng)JTAG仿真器）因為可直接從CPU獲取調試信息而使得該產(chǎn)品的設計簡(jiǎn)化，從而使得價(jià)格要低于ICE。

　　第三，系統的開(kāi)發(fā)方式產(chǎn)生變化。

　　對于一個(gè)8位的系統開(kāi)發(fā)來(lái)說(shuō)，設計者只需按照硬件設計及調試、軟件（匯編或C語(yǔ)言）編程、定位引導、軟件調試、系統聯(lián)調等過(guò)程來(lái)進(jìn)行即可，應用軟件的開(kāi)發(fā)通常在硬件之后，且應用軟件包是不能通用的。

　　對于一個(gè)32位的嵌入式系統則不同。在硬件設計開(kāi)發(fā)的同時(shí)，需要有實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統環(huán)境，軟件工程師可以同時(shí)進(jìn)行應用軟件包的開(kāi)發(fā)和調試。在硬件調試結束時(shí)，應進(jìn)行BSP（板級支持包）的設計和調試。在BSP調試通過(guò)后，方可進(jìn)行系統軟件和應用軟件的聯(lián)調。通常應用軟件的開(kāi)發(fā)可以單獨進(jìn)行。更換CPU 或硬件平臺后，應用軟件包是通用的（要基于同樣的RTOS）。

　　那么，開(kāi)發(fā)一個(gè)32位的嵌入式系統需要哪些工具和環(huán)境呢？

　　首先需要選擇一個(gè)合適的多任務(wù)操作系統。

　　目前，商用的RTOS比較多，如Linux、Nucleus、WinCE、VxWorkx等。用戶(hù)可根據系統的技術(shù)要求和商業(yè)要求，選擇合適的一種。

　　另外，要選擇相應的編譯工具和調試環(huán)境。

　　根據所選用的RTOS和編程語(yǔ)言（C或C++）來(lái)確定要使用的編譯器。對于ARM系列CPU來(lái)說(shuō)，比較常見(jiàn)的有ARM公司的SDT和ADS，以及免費的GNU等。

　　許多廠(chǎng)商將編譯器（Compiler）、連接器（Linker）、定位器（Locater）、模擬器（Simulator）和監控調試器（Monitor Debugger）作為一個(gè)整體提供給用戶(hù)。這通常稱(chēng)為集成開(kāi)發(fā)環(huán)境IDE（Integrated Development Environment）。選用IDE將給調試帶來(lái)許多方便。

　　再者，要選擇合適的JTAG仿真器。JTAG仿真器的一端通過(guò)JTAG連接電纜與目標板相連，另一端則與主機的調試環(huán)境相連。與主機的連接方式通常有三種。一是并口方式，一是USB口方式，另一種是網(wǎng)口方式。這三種方式在代碼下載速度、連接方便性、調試資源共享性等方面均有所不同，用戶(hù)可以根據經(jīng)費、技術(shù)方案要求、主機環(huán)境等實(shí)際情況來(lái)選擇。另外，JTAG的主頻也是影響JTAG仿真器速度的重要技術(shù)指標，越快速的JTAG仿真器，其JTAG主頻也越高。

　　與ICE開(kāi)發(fā)方式相似，JTAG仿真器也提供邏輯追蹤功能，以確保硬件調試和軟硬件聯(lián)調的順利進(jìn)行。該功能需要增加額外的費用，因而建議只在進(jìn)行復雜的系統級開(kāi)發(fā)項目中選購。

　　好的JTAG仿真器還應該支持任務(wù)級調試。其調試環(huán)境除具有豐富的調試功能，良好的調試界面外，還應該能夠“認識”各種不同類(lèi)型的RTOS。這樣，用戶(hù)在進(jìn)行基于RTOS的軟件調試時(shí)，能夠直接對各種任務(wù)進(jìn)行操作。如果JTAG仿真器不能支持任務(wù)的調試，那么，將給軟件開(kāi)發(fā)工程師帶來(lái)諸多不便，影響開(kāi)發(fā)進(jìn)度。

　　面對開(kāi)發(fā)難點(diǎn)

　　32位嵌入式系統的開(kāi)發(fā)過(guò)程中存在其特有的技術(shù)難點(diǎn)，因此開(kāi)發(fā)者對其要有充分的心理準備并做出相應的對策。

　　BSP的開(kāi)發(fā)和調試在硬件調試完成后，就需要進(jìn)行實(shí)時(shí)操作系統（RTOS）的移植。其中最主要的就是BSP的開(kāi)發(fā)和調試。在整個(gè)嵌入式系統中，應用軟件通過(guò)對系統軟件的調用來(lái)完成各種應用功能。而系統軟件則是通過(guò)BSP來(lái)完成與硬件設備的握手連接。所以，BSP的性能將影響整個(gè)系統的可靠性。

　　由于操作系統（RTOS）廠(chǎng)商提供的開(kāi)發(fā)環(huán)境的建立，是基于BSP的正常工作，只有在BSP工作正常后，用戶(hù)才能“看到”整個(gè)系統硬件資源。因此，在此之前，用戶(hù)對BSP的調試幾乎是在“盲目”中進(jìn)行的。BSP的開(kāi)發(fā)調試有時(shí)要花費一至兩個(gè)月甚至更長(cháng)的時(shí)間。

　　解決的辦法似乎不多。一是提高工程師的水平，在CPU的掌握、目標板硬件及周邊驅動(dòng)設備的熟悉、深入了解操作系統（RTOS）的工作機制、系統的資源配置等方面加強學(xué)習；另外，要選用好的JTAG仿真器或其它工具。

　　應用軟件的并行開(kāi)發(fā)由于越來(lái)越強烈的快速上市要求，嵌入式系統的開(kāi)發(fā)周期越來(lái)越短。這就必然要求在硬件開(kāi)發(fā)的同時(shí)，能夠進(jìn)行軟件的開(kāi)發(fā)。一方面，用戶(hù)可以在一塊標準的評估板上來(lái)開(kāi)發(fā)一部分軟件，待實(shí)際目標板硬件和BSP完成后，再進(jìn)行系統級的調試和開(kāi)發(fā)。另一方面，用戶(hù)可以借助實(shí)時(shí)操作系統（RTOS）廠(chǎng)商提供的虛擬環(huán)境來(lái)進(jìn)行軟件開(kāi)發(fā)調試，要開(kāi)發(fā)和調試的軟件幾乎不受任何限制。待實(shí)際硬件平臺完成后，只須重新編譯連接，即可下載到目標上運行。注意在選用RTOS時(shí)，增加該工具環(huán)境。