揭示32位嵌入式處理器與8位處理器的三大區別
發布時間:2015-09-22 責任編輯:susan
【導讀】現如今,32位的RISC嵌入式處理器(CPU)已成為嵌入式應用和設計的主流。與國內普遍應用的8位單片機相比,32位的嵌入式CPU有很大的優勢,它使得整個嵌入式係統的升級隻需通過軟件的升級即可實現。而8位處理器通常會受到的64K軟件限製也沒有了,設計者幾乎可以任意選擇多任務操作係統,並將應用軟件設計得複雜龐大,真正體現“硬件軟件化”的設計思想。
什麼發生了改變
目前,國內熟悉8位處理器開發的工程師非常多,開發工具和手段也很豐富,並且價格較低。而32位處理器的開發與8位處理器的開發則有著許多明顯的不同。
第一,實時多任務操作係統(RTOS)引入32位嵌入式係統。
由於32位CPU的資源豐富,指令集相對龐大,而且,係統軟件比較複雜,所以,通常在開發時要選用相應的RTOS來對應用軟件中的各個任務進行調度。軟件設計工程師需要學習全新的RTOS技術,掌握底層軟件、係統軟件和應用軟件的設計和調試方法。這對於開發者來說是一個新的挑戰。
當然,RTOS的引入,也將給嵌入式開發商帶來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,調試的硬件接口發生改變。
在開發8位處理器時,通常采用在線仿真器ICE(In-Circuit-Emulator),ICE通過插座或者相應的夾具替代CPU來進行仿真和開發工作。而對於32位嵌入式處理器來說,因其過高的時鍾頻率(50MHZ 至400MHZ以上)和複雜的封裝形式(如BGA)導致ICE很難勝任開發工具的工作。CPU廠商借助於邊界掃描接口(JTAG口)來提供調試信息,供開發者進行開發。
JTAG口通常是一個14Pin或20Pin的插座,JTAG調試器(或稱JTAG仿真器)因為可直接從CPU獲取調試信息而使得該產品的設計簡化,從而使得價格要低於ICE。
第三,係統的開發方式產生變化。
對於一個8位的係統開發來說,設計者隻需按照硬件設計及調試、軟件(彙編或C語言)編程、定位引導、軟件調試、係統聯調等過程來進行即可,應用軟件的開發通常在硬件之後,且應用軟件包是不能通用的。
對於一個32位wei的de嵌qian入ru式shi係xi統tong則ze不bu同tong。在zai硬ying件jian設she計ji開kai發fa的de同tong時shi,需xu要yao有you實shi時shi多duo任ren務wu操cao作zuo係xi統tong環huan境jing,軟ruan件jian工gong程cheng師shi可ke以yi同tong時shi進jin行xing應ying用yong軟ruan件jian包bao的de開kai發fa和he調tiao試shi。在zai硬ying件jian調tiao試shi結jie束shu時shi,應ying進jin行xingBSP(板級支持包)的設計和調試。在BSP調試通過後,方可進行係統軟件和應用軟件的聯調。通常應用軟件的開發可以單獨進行。更換CPU 或硬件平台後,應用軟件包是通用的(要基於同樣的RTOS)。
那麼,開發一個32位的嵌入式係統需要哪些工具和環境呢?
首先需要選擇一個合適的多任務操作係統。
目前,商用的RTOS比較多,如Linux、Nucleus、WinCE、VxWorkx等。用戶可根據係統的技術要求和商業要求,選擇合適的一種。
另外,要選擇相應的編譯工具和調試環境。
根據所選用的RTOS和編程語言(C或C++)來確定要使用的編譯器。對於ARM係列CPU來說,比較常見的有arm公司的SDT和ADS,以及免費的GNU等。
許多廠商將編譯器(Compiler)、連接器(Linker)、定位器(Locater)、模擬器(Simulator)和監控調試器(Monitor Debugger)作為一個整體提供給用戶。這通常稱為集成開發環境IDE(Integrated Development Environment)。選用IDE將給調試帶來許多方便。
再者,要選擇合適的JTAG仿真器。JTAG仿真器的一端通過JTAG連接電纜與目標板相連,另一端則與主機的調試環境相連。與主機的連接方式通常有三種。一是並口方式,一是USB口方式,另一種是網口方式。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麵均有所不同,用戶可以根據經費、技術方案要求、主機環境等實際情況來選擇。另外,JTAG的主頻也是影響 JTAG仿真器速度的重要技術指標,越快速的JTAG仿真器,其JTAG主頻也越高。
與ICE開發方式相似,JTAGfangzhenqiyetigongluojizhuizonggongneng,yiquebaoyingjiantiaoshiheruanyingjianliantiaodeshunlijinxing。gaigongnengxuyaozengjiaewaidefeiyong,yinerjianyizhizaijinxingfuzadexitongjikaifaxiangmuzhongxuangou。
好的JTAG仿真器還應該支持任務級調試。其調試環境除具有豐富的調試功能,良好的調試界麵外,還應該能夠“認識”各種不同類型的RTOS。這樣,用戶在進行基於RTOS的軟件調試時,能夠直接對各種任務進行操作。如果JTAG仿真器不能支持任務的調試,那麼,將給軟件開發工程師帶來諸多不便,影響開發進度。
麵對開發難點
32位嵌入式係統的開發過程中存在其特有的技術難點,因此開發者對其要有充分的心理準備並做出相應的對策。
BSP的開發和調試 在硬件調試完成後,就需要進行實時操作係統(RTOS)的移植。其中最主要的就是BSP的開發和調試。在整個嵌入式係統中,應用軟件通過對係統軟件的調用來完成各種應用功能。而係統軟件則是通過BSP來完成與硬件設備的握手連接。所以,BSP的性能將影響整個係統的可靠性。
由於操作係統(RTOS)廠商提供的開發環境的建立,是基於BSP的正常工作,隻有在BSP工作正常後,用戶才能“看到”整個係統硬件資源。因此,在此之前,用戶對BSP的調試幾乎是在“盲目”中進行的。BSP的開發調試有時要花費一至兩個月甚至更長的時間。
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設備的熟悉、深入了解操作係統(RTOS)的工作機製、係統的資源配置等方麵加強學習;另外,要選用好的JTAG仿真器或其它工具。
應用軟件的並行開發 由(you)於(yu)越(yue)來(lai)越(yue)強(qiang)烈(lie)的(de)快(kuai)速(su)上(shang)市(shi)要(yao)求(qiu),嵌(qian)入(ru)式(shi)係(xi)統(tong)的(de)開(kai)發(fa)周(zhou)期(qi)越(yue)來(lai)越(yue)短(duan)。這(zhe)就(jiu)必(bi)然(ran)要(yao)求(qiu)在(zai)硬(ying)件(jian)開(kai)發(fa)的(de)同(tong)時(shi),能(neng)夠(gou)進(jin)行(xing)軟(ruan)件(jian)的(de)開(kai)發(fa)。一(yi)方(fang)麵(mian),用(yong)戶(hu)可(ke)以(yi)在(zai)一(yi)塊(kuai)標(biao)準(zhun)的(de)評(ping)估(gu)板(ban)上(shang)來(lai)開(kai)發(fa)一(yi)部(bu)分(fen)軟(ruan)件(jian),待(dai)實(shi)際(ji)目(mu)標(biao)板(ban)硬(ying)件(jian)和(he)BSP完成後,再進行係統級的調試和開發。另一方麵,用戶可以借助實時操作係統(RTOS)changshangtigongdexunihuanjinglaijinxingruanjiankaifatiaoshi,yaokaifahetiaoshideruanjianjihubushourenhexianzhi。daishijiyingjianpingtaiwanchenghou,zhixuzhongxinbianyilianjie,jikexiazaidaomubiaoshangyunxing。zhuyizaixuanyongRTOS時,增加該工具環境。
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