一、嵌入式介紹

1.什么是嵌入式系統

　　嵌入式系統（Embedded system），是一種“完全嵌入受控器件內部，為特定應用而設計的專用計算機系統”，它為控制、監視或輔助設備、機器或用于工廠運作的設備。與個人計算機這樣的通用計算機系統不同，嵌入式系統通常執行的是帶有特定要求的預先定義的任務。由于嵌入式系統只針對一項特殊的任務，設計人員能夠對它進行優化，減小尺寸降低成本。嵌入式系統通常進行大量生產，所以單個的成本節約，能夠隨著產量進行成百上千的放大。

　　嵌入式系統是用來控制或者監視機器、裝置、工廠等大規模設備的系統。國內普遍認同的嵌入式系統定義為：以應用為中心，以計算機技術為基礎，軟硬件可裁剪，適應應用系統對功能、可靠性、成本、體積、功耗等嚴格要求的專用計算機系統。通常，嵌入式系統是一個控制程序存儲在ROM中的嵌入式處理器控制板。事實上，所有帶有數字接口的設備，如手表、微波爐、錄像機、汽車等，都使用嵌入式系統，有些嵌入式系統還包含操作系統，但大多數嵌入式系統都是由單個程序實現整個控制邏輯。

　　嵌入式系統的核心是由一個或幾個預先編程好以用來執行少數幾項任務的微處理器或者單片機組成。與通用計算機能夠運行用戶選擇的軟件不同，嵌入式系統上的軟件通常是暫時不變的；所以經常稱為“固件”。

2.嵌入式系統的構成

• 嵌入式系統的組成
  

• 嵌入式系統的分層
  

   

3.嵌入式系統的演進方向

• 以單片機為核心、可編程控制器存在形式
  1、沒有操作系統支持
  2、軟件以匯編為主
  3、功能單一、處理效率低、存儲容器小，沒有外部接口
  4、使用簡單、價格低

• 以嵌入式CPU為基礎、簡單操作系統為核心
  1、CPU種類多，通用性弱
  2、系統開銷小，效率高
  3、達到一定的兼容性，拓展性
  4、用戶體驗度不高，交互界面不夠友好

• 以嵌入式操作系統為標志
  1、兼容性好，適用于不同平臺
  2、系統開銷小，效率高，具有高度模塊化及拓展性
  3、圖形化界面、用戶界面友好
  4、豐富的外部接口

• 以物聯網為標志
  1、將傳感器技術、互聯網技術及傳統嵌入式技術綜合聯系
  2、小型化、智能化、網絡化、可視化
  3、低功耗、綠色環保
  4、多核技術、云計算、虛擬化技術

4.嵌入式的開發模式

• 兩種開發模式
  非嵌入式的開發：A類機編寫源代碼，編譯得到可執行程序，發布給A類機運行。
  嵌入式開發：A類機編寫源代碼，編譯得到可執行程序，發布給B類機運行，這種編譯模式也叫作交叉編譯。

• 為什么使用交叉
  1、嵌入式開的CPU比較簡單，本身無法搭建開發環境，有些甚至操作系統都沒有。
  2、交叉編譯器可以用高性能機器為低性能機器開發軟件。

• 交叉編譯的特點
  1、必須使用專用的交叉編譯工具。
  2、由于可執行程序不能在本地運行調試，因此必須使用特殊的方法將可執行程序加載到目標嵌入式設備上運行及調試。

5.為什么需要SD卡等輔助設備

• 嵌入式開發特點
  1、交叉編譯，不便于本機運行調試程序。
  2、嵌入式系統需要bootloader來啟動，而bootloader必須首先存在于可啟動介質中，這個過程需要專用工具。
  3、嵌入式系統無法通過純軟件實現單步調試，因此必須借助專用的調試器。

• SD卡的作用
  作為啟動介質，工作方式是：事先用讀卡器將SD卡連到PC機上，通過定卡軟件將交叉編譯得到的可執行程序鏡像燒錄到SD卡，然后將SD卡插入嵌入式目標機卡槽，設置正確的啟動方式啟動，則系統可以從SD卡中燒錄的鏡像處啟動。

• USB轉串口線的作用
  串口本身用來做嵌入式目標機的調試輸出主要目的是用來監視及調試軟件。
  因為現在大部分個人電腦都未配置DB9串口，因此工作中一般直接使用USB轉串口線來連接PC和開發板。

二、ARM處理器介紹

1.ARM的發展歷史

• ARM的前身是艾康電腦（Acorn），于1978年，在英國劍橋創建

• 在1980年代晚期，蘋果電腦開始與艾康電腦合作開發新版的ARM核心

• 1985年開發出全球第一款商用RISC處理器

• 1990年艾康電腦財務危機，受蘋果VLSI的投資，分割出獨立子公司，Advanced RISC Machine（ARM），ARM公司正式成立
  

• 1991年，ARM推出第一款嵌入式RISC處理器，即ARM6

• 1993年，發布ARM7

• 1997年，發布ARM9TDMI

• 1999年，發布ARM9E

• 2001年，發布ARMv6架構

• 2002年，發布ARM11微架構

• 2004年，發布ARMv7架構的Cortex系列處理器，同時推出Cortex-M3

• 2005年，發布Cortex-A8處理器

• 2007年，發布Cortex-M1和Cortex-A9

• 2009年，實現Cortex-A9、發布Cortex-M0

• 2010年，推出Cortex-M4、成立Linaro，推出Cortex-A15 MPcore高性能處理器

• 2011年，推出Cortex-A7，ARMv8發布

• 2012年，開始64位處理器進程

2.ARM的商業模式和生態系統

• ARM之前的半導體行業
  Intel、AMD、Motorola、VIA等，自己設計IC、自己設計芯片、自己銷售。

• ARM的商業模式
  ARM只負責設計IC，并且出賣自己的設計IP。
  ARM自己不生產芯片，而是把設計IP授權給其它半導體廠商來生產芯片，收取低廉的授權費用。
  嚴格來說，ARM并不是一家半導體廠商。

• ARM的啟示 

　　1、不要抱怨劣勢，劣勢反而可能是機會
　　2、想成功，要先學會幫助別人，成全別人，只想著自己的人是沒有機會的
　　3、社會越來越成熟，成熟社會的特征就是不工不斷細化
　　4、成功有時候是不經意的
　　5、ARM發展的很快，也很慢
　　6、從設計到產品，需要很長時間努力 

3.ARM的版本號

• ARM的型號命名問題
  1、ARM7和ARMv7不是一回事
  2、Cortex-A9比Cortex-A7更先推出
  3、型號很亂，沒有規律

• ARM的幾種版本號
  1、ARM內核版本號
  2、ARM SoC版本號
  3、芯片型號

• ARM型號的發展歷程，以三星為例
   

  1、ARM內核版本號和Soc版本號是由ARM確定的，而芯片型號是由半導體公司確定的
  2、Cortex系列ARM產品線分割成了3個系列，這個是市場細分的需要和選擇
  3、ARM已經發布了一些64位架構如A53等，主要面向高性能服務器類的應用
  4、ARM下一步重點發展方向是Cortex-M7，特點是低功耗，主要面向物聯網終端

• CPU與SoC的區別
  
  1、SoC = System on Chip
  2、芯片的發展方向：從CPU到SoC
  3、現在已經沒有純粹的CPU了，都是SoC
  4、ARM賣的是內核，其實就是CPU+總線，各種外設是半導體廠商自己添加的
  5、SoC中外設大部分都融合進去了
  6、網卡、音頻等個別還經常設計在外面
  7、芯片的發展趨勢是更高的集成度，近年甚至將音視頻編解碼、DDR、網卡都集成到SoC內，做成所單芯片解決方案
  8、裸機學習其實就是學習SoC的內核和各種外設

4.CPU的設計原理、數據總線、地址總線

• CPU總線示意圖
  

   

• 地址總線和數據總線
  1、CPU通過地址總線尋址，然后通過數據總線與外部設備互換信息
  2、地址總線的倍數決定CPU尋址范圍，數據總線的位數決定CPU單次通信能交換的信息數量
  3、總線的速度決定CPU和外設互換信息的速度
  4、CPU的地址總線位數和數據總線可以不同（典型代表就是51單片機），但一般都相同
  5、CPU的位數指的是數據的位數，32位CPU尋址的范圍是4G，所以最多支持4G內存
  6、數據總線是32位的，所以內存是32位的好，所以編程最好用int……

5.主流學習型主芯片

• 以三星為例，按發行時間排列
  1、S3C44B0
  2、S3C2440 S3C2410
  3、S3C6410
  4、S5PV210 S5PC210
  5、Exynos4412 S5P4418

• 其它半導體廠商
  1、飛思卡爾
  2、高通驍龍
  3、華為海思

四、Windows開發環境構建

1.安裝USB轉串口驅動

1、打開驅動程序，單擊”下一步“
 

2、等待安裝，單擊”完成“并重啟
 

3、打開設備管理器，查看串口信息
 

4、右擊選擇”屬性“，查看串口設置

2.安裝串口通信工具

常用的串口通信工具有：SecureCRT、PuTTY、超級終端等，建議使用PuTTY，免安裝
1、打開PuTTY運行
 

2、選擇“串口”，填寫端口、波特率
 

3、單擊“打開”，使用串口與開發板進行通信，啟動開發板，按任意鍵停止加載Android系統。

4.安裝tftp文件傳輸工具

1、打開控制面板->選擇小圖標->防火墻->打開或關閉防火墻->關閉防火墻

2、運行tftp32.ext->點擊'Settings'->打開”Browse“，設置根文件目錄，默認是當前目錄，點擊確定
 

3、在putty中使用print查看開發板的相關設置
 

4、設置PC端的ip地址，與開發板中的參數設置要一致
 

5、使用ping命令測試開發板與PC端是否連通，下圖為正常連接狀態
 

6、下圖為連接失敗狀態
 

連接失敗后的檢查：

• 1、使用print命令檢查uboot中的環境變量設置是否正確

• 2、檢查PC端ip地址和子網掩碼是否正確

• 3、檢查PC端防火墻是否關閉

• 4、檢查網線的連接或重新插拔網線

• 5、禁用網絡連接然后再啟用

• 6、更換網線

7、使用tftp命令下載程序到指定地址，并使用go命令執行程序