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嵌入式系統(tǒng)的啟動過程 |
| 作者：novar 欄目：嵌入式系統(tǒng) |
嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)--啟動過程 嵌入式系統(tǒng) 采用大容量ＥＰＲＯＭ來固化程序的專用系統(tǒng)，正在智能儀器和自動化等領(lǐng)域里 得到廣泛應(yīng)用。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法用匯編語言編寫程序，這主要是從保證速度和節(jié)省存儲 空間考慮，但編程費(fèi)時(shí)，調(diào)試和排錯很不容易。微電子技術(shù)的飛速發(fā)展，使高性能微 處理器和大容量存儲器的價(jià)格變得十分便宜，速度和存儲容量不再是困擾設(shè)計(jì)者的主 要問題。人們將ＲＯＭＢＩＯＳ和ＣＲＴ顯示器等外設(shè)加進(jìn)這類專用系統(tǒng)，并嘗試用 高級語言來開發(fā)其軟件，即把通用計(jì)算機(jī)上的軟件和硬件“嵌入”專用系統(tǒng)，構(gòu)成所 謂的嵌入式系統(tǒng)（ＥｍｂｅｄｄｅｄＳｙｓｔｅｍ）。由于Ｃ語言容易編程、代碼緊 湊、可移植性和可維護(hù)性好，因而被普遍用于嵌入式程序的設(shè)計(jì)。 大多數(shù)嵌入式系統(tǒng)無操作系統(tǒng)支持，要由設(shè)計(jì)者提供所有低級Ｉ／Ｏ功能。系統(tǒng) Ｉ／Ｏ資源有限，程序必須固化在ＥＰＲＯＭ中，不能象在ＤＯＳ下那樣從磁盤裝入 和由用戶編程。設(shè)計(jì)者要編寫一個定位程序（Ｌｏｃａｔｏｒ），把ＥＸＥ格式的應(yīng) 用程序轉(zhuǎn)換成可固化進(jìn)ＥＰＲＯＭ的二進(jìn)制文件（ＲＯＭ圖）。還要編寫一個啟動程 序（ｒｕｎｔｉｍｅＳｔａｒｔｕｐＣｏｄｅ），與ＲＯＭ圖一起嵌入ＥＰＲＯＭ， 先由它建立數(shù)據(jù)區(qū)和對系統(tǒng)硬件作必要初始化，然后調(diào)Ｍａｉｎ函數(shù)，執(zhí)行應(yīng)用程序。 若想發(fā)揮Ｃ語言之優(yōu)勢，使用一些標(biāo)準(zhǔn)Ｉ／Ｏ語句，如用ｐｒｉｎｔｆ驅(qū)動顯示器等， 則要在嵌入式程序中加進(jìn)經(jīng)過修改的庫函數(shù)�？傊�，Ｃ語言編程會使系統(tǒng)開發(fā)面臨一 些新問題，要求設(shè)計(jì)人員具備軟硬件方面的綜合知識，才能正確進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試和排錯。 當(dāng)然，如果擁有專用的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)工具，設(shè)計(jì)工作便要省勁些。它們通常配 有定位程序和可供設(shè)計(jì)者修改的啟動程序樣板，有些還能通過串口或并口，在ＰＣ機(jī) 上聯(lián)機(jī)調(diào)試程序，甚至有源級代碼調(diào)試功能。利用工控機(jī)來設(shè)計(jì)系統(tǒng)，事情就更簡單。 不過，專用開發(fā)工具和工控機(jī)價(jià)格昂貴，因此許多人在設(shè)計(jì)嵌入式系統(tǒng)時(shí)選擇自己編 寫定位程序和啟動程序，甚至編寫可嵌入的Ｉ／Ｏ庫函數(shù)。本文就嵌入式系統(tǒng)的程序 設(shè)計(jì)方法及設(shè)計(jì)中可能遇到的問題作些討論，供打算設(shè)計(jì)嵌入式程序的讀者參考，有 關(guān)編寫定位程序和啟動程序的具體方法將另文介紹。 ２ 嵌入式程序的定位 ２．１�。牛兀盼募袷胶停模希又囟ㄎ� ＤＯＳ下的ＥＸＥ文件是一種可重定位文件 （Ｒｅ－ｌｏｃａｔａｂｌｅＦｉｌｅ），它由重定位標(biāo)頭和裝入模塊組成。后者含 一段或幾段程序代碼，段數(shù)與類型取決于程序規(guī)模和編譯時(shí)所用的內(nèi)存模式，然后是 初始化與未初始化的數(shù)據(jù)及堆棧，還可能有程序排錯信息。代碼、數(shù)據(jù)和堆棧段地址 均是參考到程序開頭的相對地址。標(biāo)頭放在裝入模塊之前，含若干定位控制信息和一 張定位表�？刂菩畔ǎ牛兀盼募笮�、標(biāo)頭長度、需要重定位的項(xiàng)數(shù)和位置、裝 入模塊的開頭和堆棧的相對地址等。定位表是一組形式為段址：偏址的遠(yuǎn)指針，指示 裝入模塊中要重定位的那些段址相對于模塊開頭處的位置。裝進(jìn)ＲＡＭ后，加載程序 建立起程序段前綴ＰＳＰ，并根據(jù)系統(tǒng)當(dāng)前可用ＲＡＭ地址修改這些段址，對裝入模 塊重定位，使程序中所有參考絕對地址的量正確指向模塊裝入后的起始地址，然后執(zhí) 行（圖１）。因此它可在ＲＡＭ中的任何位置上執(zhí)行。圖１ ＤＯＳ對ＥＸＥ文件的 定位過程 ４ 嵌入式程序的運(yùn)行 嵌入式系統(tǒng)大多不能從鍵盤接受命令，而要在系統(tǒng)通電或復(fù)位時(shí)，自動執(zhí)行ＲＯＭ中的 程序。各系統(tǒng)的復(fù)位地址不盡相同，以工作在實(shí)模式的８０ｘ８６嵌入式系統(tǒng)為例， ＣＰＵ復(fù)位后將執(zhí)行Ｆ０００：ＦＦＦ０Ｈ處的代碼。這是系統(tǒng)ＲＯＭ的高址端，僅 有１６字節(jié)空間，設(shè)計(jì)者可用ＤＥＢＵＧ命令在ＲＯＭ圖的這個位置上，放一條無條 件遠(yuǎn)跳轉(zhuǎn)指令ＪＭＰＦＡＲＰＴＲｓｔａｒｔ，轉(zhuǎn)到ＲＯＭ開頭，從那里執(zhí)行啟動程 序（見圖２）。啟動程序完成上述的初始化后調(diào)ｍａｉｎ函數(shù)，執(zhí)行應(yīng)用程序。 ８０２８６以上的ＣＰＵ復(fù)位時(shí)，ＣＳ：ＩＰ初值仍是Ｆ０００：ＦＦＦ０Ｈ。但 Ａ２０以上地址線在ＣＳ寄存器被第一次裝進(jìn)新的內(nèi)容前，一直保持高電平，即開始 地址指向最高地址端。如只要求系統(tǒng)工作在實(shí)模式，可由譯碼電路將開始的高地址反 射到低端的１ＭＢ空間，復(fù)位矢量仍是Ｆ０００：ＦＦＦ０Ｈ。當(dāng)上述ＪＭＰ指令一 執(zhí)行，ＣＳ被改寫，Ａ２０以上地址線將變低而進(jìn)入實(shí)模式。要是希望啟動后進(jìn)入保 護(hù)模式，就不需要進(jìn)行地址反射，但是相應(yīng)的復(fù)位地址上只能放一條近跳轉(zhuǎn)指令，保 證不改變ＣＳ值。然后進(jìn)行必要的初始化，盡快進(jìn)入保護(hù)模式。 ５ 嵌入式程序的編譯和連接 綜上所述，設(shè)計(jì)嵌入式系統(tǒng)時(shí)要在ＰＣ機(jī)上編寫三個程序：應(yīng)用程序MYPROG.C；定 位程序LO-CATOR.C；啟動程序ＳＴＡＲＴＵＰ．ＡＳＭ。然后按以下步驟進(jìn)行編 譯和連接，生成可編程的ROM圖： ·將應(yīng)用程序編譯成ＭＹＰＲＯＧ．ＯＢＪ。 ·將定位程序編譯和連接成可執(zhí)行程序ＬＯ－ＣＡＴＯＲ．ＥＸＥ。 ·將啟動程序編譯成ＳＴＡＲＴＵＰ．ＯＢＪ。 ·對ＳＴＡＲＴＵＰ．ＯＢＪ、ＭＹＰＲＯＧ．ＯＢＪ及必要的庫函數(shù)進(jìn)行連接， 生成ＥＭＢＥＤ．ＥＸＥ和簡化的ＭＡＰ文件ＥＭＢＥＤ．ＭＡＰ。ＳＴＡＲＴＵＰ 必須是ＬＩＮＫ行上的第一個模塊，保證它先執(zhí)行。 ·執(zhí)行ＬＯＣＡＴＯＲ．ＥＸＥ，以ＥＭＢＥＤ．ＥＸＥ、ＥＭＢＥＤ．ＭＡＰ、 第一個ＲＡＭ段的段類名、ＲＡＭ和ＲＯＭ始址為輸入?yún)?shù)，實(shí)現(xiàn)定位，輸出ＲＯＭ 圖ＥＭＢＥＤ．ＢＩＮ。 ·用ＤＥＢＵＧ命令在ＥＭＢＥＤ．ＢＩＮ的Ｆ０００：ＦＦＦ０Ｈ位置上加進(jìn) 指令ＪＭＰＦＡＲＰＴＲｓｔａｒｔ，形成最終的ＲＯＭ圖。 ６ 其它幾個問題 ６．１ 系統(tǒng)內(nèi)存考慮 為確保正確復(fù)位，設(shè)計(jì)硬件時(shí)要讓ＲＯＭ地址空間覆蓋復(fù)位矢量。例如８０８６ 系統(tǒng)的最高地址為Ｆ０００：ＦＦＦＦＨ，若采用１２８ＫＢ的ＲＯＭ，其地址范圍 應(yīng)取Ｅ０００：００００－Ｆ０００：ＦＦＦＦＨ。 ＲＡＭ地址則應(yīng)從０開始，由于開頭１ＫＢ字節(jié)ＲＡＭ要保留給中斷矢量表，通 常如圖２那樣將ＲＡＭ數(shù)據(jù)區(qū)設(shè)在地址００４０：００００Ｈ處。 常數(shù)先固化在ＲＯＭ中，然后被復(fù)制進(jìn)ＲＡＭ，因此占用的存儲器空間是ＤＯＳ 下的兩倍�？稍诔绦蛟O(shè)計(jì)中設(shè)法限制要復(fù)制進(jìn)ＲＡＭ的常數(shù)數(shù)量。例如，系統(tǒng)若支持 ＣＲＴ顯示器，可能需要在屏幕上顯示各種消息和菜單提示。這時(shí)，可把所有顯示函 數(shù)和有關(guān)文本串放進(jìn)一個模塊，再用指針來存取它們。比如，本來可用下面語句打印 提示： �。穑颍椋睿簦妫�"ＰｒｅｓｓＳｔｏＳｔａｒｔ"）； ｐｒｉｎｔｆ（"ＰｅｒｓｓＱｔｏＱｕｉｔ"）； 若程序中有許多類似的語句，便可能存在較多重復(fù)串。要是對各子串都用指針訪 問，編譯就會把其中重復(fù)的串（如Ｐｒｅｓｓ，ｔｏ等）合并，省下不少內(nèi)存空間。 即把上面語句改為： ｐｒｉｎｔｆ（"％ｓ％ｓ％ｓ％ｓ"，"Ｐｒｅｓｓ"，"Ｓ"，"ｔｏ"，"Ｓｔａｒｔ"） ； ｐｒｉｎｔｆ（"％ｓ％ｓ％ｓ％ｓ"，"Ｐｅｒｓｓ"，"Ｑ"，"ｔｏ"，"Ｑｕｉｔ"）； ６．２ 標(biāo)準(zhǔn)Ｉ／Ｏ函數(shù)的使用 用Ｃ語言編寫嵌入式程序的過程與ＤＯＳ下一樣，只是要避免使用不能被固化到 ＲＯＭ中的庫函數(shù)。在ＤＯＳ下，許多低級Ｉ／Ｏ函數(shù)（如ｐｕｔｃｈ，ｇｅｔｃｈ） 均通過ＤＯＳ中斷２１Ｈ與硬件接口，高級函數(shù)ｐｒｉｎｔｆ，ｓｃａｎｆ等也使用 該中斷。若希望在無ＲＯＭＢＩＯＳ的系統(tǒng)上使用這些函數(shù)，應(yīng)編寫一個模仿 ＤＯＳＩＮＴ２１的函數(shù)，這樣便能使用除磁盤Ｉ／Ｏ函數(shù)之外的大多數(shù)標(biāo)準(zhǔn)Ｉ／Ｏ 函數(shù)，縮短程序開發(fā)時(shí)間，并保證較好的可移植性。當(dāng)然，如果使用的是現(xiàn)成的嵌 入式系統(tǒng)開發(fā)軟件包，廠商將告知哪些函數(shù)可被固化進(jìn)ＲＯＭ，不必自己編寫 ＩＮＴ２１函數(shù)。 編寫嵌入式支持函數(shù)時(shí)要防止使用與ＤＯＳ有關(guān)的庫函數(shù)。比較起來，ＢＣ提供 的庫比ＭＳＣ的更獨(dú)立于ＤＯＳ。例如，ＭＳＣ的ｐｒｉｎｔｆ函數(shù)要依賴幾個低級 的ＤＯＳ函數(shù)。所以在仿真ＩＮＴ２１的控制臺Ｉ／Ｏ函數(shù)時(shí)，建議用ＢＣ的 ｐｒｉｎｔｆ函數(shù)。 ６．３ 配置參數(shù)的保護(hù) 斷電時(shí)，嵌入式系統(tǒng)應(yīng)能保持那些用于系統(tǒng)恢復(fù)或外設(shè)配置的數(shù)據(jù)，可用電池供 電的ＲＡＭ或ＥＥＰＲＯＭ來存放它們。但在復(fù)位時(shí)，啟動程序要把有初值的變量復(fù) 制進(jìn)ＲＡＭ，并對其余ＲＡＭ區(qū)清０，結(jié)果會清除應(yīng)保持的數(shù)據(jù)。為此，可把這類數(shù) 據(jù)歸入一個專門段，不包括在初始化和未初始化數(shù)據(jù)區(qū)中，不讓啟動程序修改它們。 |
| 2樓： | >>參與討論 |
| 作者： blueboyjf 于 2005/9/14 14:55:00 發(fā)布：
占位學(xué)習(xí) |
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