基于ARM 的嵌入式系统程序开发要点--（图不完整，网上有下载）

ARM®系列微处理器作为全球16/32 位RISC 处理器市场的领先者，在许多领
域内得到了成功的应用。近年来，ARM 在国内的应用也得到了飞速的发展，越
来越多的公司和工程师在基于ARM 的平台上面开发自己的产品。
与传统的4/8 位单片机相比，ARM 的性能和处理能力当然是遥遥领先的，但
与之相应，ARM 的系统设计复杂度和难度，较之传统的设计方法也大大提升了。
本文旨在通过讨论系统程序设计中的几个基本方面，来说明基于ARM 的嵌入式
系统程序开发的一些特点，并提出和解决了一些常见的问题。
文章分成几个相对独立的章节刊载。第一部分讨论基于ARM 的嵌入式程序
开发和移植过程中的一些基本概念。
1．嵌入式程序开发过程
不同于通用计算机和工作站上的软件开发工程，一个嵌入式程序的开发过程
具有很多特点和不确定性。其中最重要的一点是软件跟硬件的紧密耦合特性。
（不带操作系统支持） （带操作系统支持）
图-1：两类不同的嵌入式系统结构模型
这是两类简化的嵌入式系统层次结构图。由于嵌入式系统的灵活性和多样
性，上面图中各个层次之间缺乏统一的标准，几乎每一个独立的系统都不一样。
这样就给上层的软件设计人员带来了极大地困难。第一，在软件设计过程中过多
地考虑硬件，给开发和调试都带来了很多不便；第二，如果所有的软件工作都需
要在硬件平台就绪之后进行，自然就延长了整个的系统开发周期。这些都是应该
从方法上加以改进和避免的问题。
为了解决这个问题，工程和设计人员提出了许多对策。首先在应用与驱动（或
API）这一层接口，可以设计成相对统一的一些接口函数，这对于具体的某一个
开发平台或在某个公司内部，是完全做得到的。这样一来，就大大提高了应用层
应用（Application）
驱动/板级支持包
(Driver/BSP)
硬件（Hardware）
应用（Application）
硬件抽象层（HAL）
硬件（Hardware）
操作系统（OS）
标准接口函数（API）
基于ARM 的嵌入式程序开发要点
ARM-CHINA-040415A
软件设计的标准化程度，方便了应用程序在跨平台之间的复用和移植。
对于驱动/硬件抽象这一层，因为直接驱动硬件，其标准化变得非常困难甚至
不太可能。但是为了简化程序的调试和缩短开发周期，我们可以在特定的EDA
工具环境下面进行开发，通过后再进行移植到硬件平台的工作。这样既可以保证
程序逻辑设计的正确性，同时使得软件开发可平行甚至超前于硬件开发进程。
我们把脱离于硬件的嵌入式软件开发阶段称之为“PC 软件”的开发，可以
用下面的图来示意一个嵌入式系统程序的开发过程。
“PC 软件”开发 移植、测试 产品发布
图-2：嵌入式系统产品的开发过程
在“PC 软件”开发阶段，可以用软件仿真，即指令集模拟的方法，来对用
户程序进行验证。在ARM 公司的开发工具中，ADS®内嵌的ARMulator 和
RealView® 开发工具中的ISS，都提供了这项功能。在模拟环境下，用户可以设
置ARM 处理器的型号、时钟频率等，同时还可以配置存储器访问接口的时序参
数。程序在模拟环境下运行，不但能够进行程序的运行流程和逻辑测试，还能够
统计系统运行的时钟周期数、存储器访问周期数、处理器运行时的流水线状态（有
效周期、等待周期、连续和非连续访问周期）等信息。这些宝贵的信息是在硬件
调试阶段都无法取得的，对于程序的性能评估非常有价值。
为了更加完整和真实地模拟一个目标系统，ARMulator 和ISS 还提供了一个
开放的API 编程环境。用户可以用标准C 来描述各种各样的硬件模块，连同工
具提供的内核模块一起，组成一个完整的“软”硬件环境。在这个环境下面开发
的软件，可以更大程度地接近最终的目标。
利用这种先进的EDA 工具环境，极大地方便了程序开发人员进行嵌入式开
发的工作。当完成一个“PC 软件”的开发之后，只要进行正确的移植，一个真
正的嵌入式软件就开发成功了。而移植过程是相对比较容易形成一套规范的流程
的，其中三个最重要的方面是: