楊子翼

【摘要】隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展，社會(huì)已步入了信息時(shí)代。在信息時(shí)代嵌入式系統(tǒng)得到廣泛的應(yīng)用，ARM作為嵌入式微處理器，無論其技術(shù)還是發(fā)展都日益成熟，在我們的生產(chǎn)生活中得以廣泛的應(yīng)用。文中從嵌入式系統(tǒng)入手，對(duì)ARM嵌入式系統(tǒng)進(jìn)行了分析，并進(jìn)一步對(duì)ARM技術(shù)的應(yīng)用及產(chǎn)業(yè)化發(fā)展進(jìn)行了具體的闡述。

【關(guān)鍵詞】ARM;嵌入式系統(tǒng);調(diào)試方法;應(yīng)用;產(chǎn)業(yè)化

目前計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和微電子技術(shù)得以快速的發(fā)展，這也加快了嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用，目前在國(guó)際上公認(rèn)的業(yè)界領(lǐng)先的嵌入式系統(tǒng)是ARM，其作為32位嵌入式RISC微處理器，在我們生活的各個(gè)方面具有不可或缺性。ARM技術(shù)具有非常好的性能和功效，目前已發(fā)展成為一種新型的產(chǎn)業(yè)發(fā)展模式，而且在市場(chǎng)需求不斷增加的情況下，ARM的市場(chǎng)潛力巨大。

1.嵌入式系統(tǒng)

1.1 嵌入式系統(tǒng)的概念

嵌入式系統(tǒng)作為一種計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，包括硬件部分和軟件部分，但其又與通用的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)具有明顯的不同之處，其是以應(yīng)用為中心，以計(jì)算機(jī)技術(shù)作為基礎(chǔ)，而且軟硬件可以進(jìn)行剪載，在一些對(duì)功能、可靠性、成本、體積和功耗有嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中更具有適用性。

嵌入式系統(tǒng)作為一種專用的微處理器，在功能上比通用計(jì)算機(jī)更專門化，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)某個(gè)方面進(jìn)行專門的運(yùn)算，不僅可靠性較高，而且成本較低，作為專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，具有非常高的運(yùn)算速度。

1.2 嵌入式系統(tǒng)的架構(gòu)

盡管嵌入式系統(tǒng)與通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)存在著一定的區(qū)別，但其作為一種特殊的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，不僅包括硬件環(huán)境、嵌入式操作系統(tǒng)，而且還包括嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)。

作為嵌入式系統(tǒng)的硬件部分，其為嵌入式操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序的運(yùn)行提供了一個(gè)良好的硬件平臺(tái)，主要由嵌入式處理器和外圍設(shè)備組成，其處理器作為整個(gè)系統(tǒng)的核心部分，作為系統(tǒng)能夠有效運(yùn)行的硬件單元，對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行具有控制和輔助的作用。

而嵌入式應(yīng)用的任務(wù)調(diào)度和控制等核心功能則由嵌入式操作系統(tǒng)來完成，其不僅具有簡(jiǎn)單的內(nèi)核，不僅可以進(jìn)行配置，而且能夠更好的與高層應(yīng)用進(jìn)行有效關(guān)聯(lián)，具有相對(duì)不變性。

在操作系統(tǒng)之上，嵌入式應(yīng)用程序可以進(jìn)行有效的運(yùn)行，使一些特定功能的嵌入式應(yīng)用得以完成，而且根據(jù)系統(tǒng)的不同來采用不同的嵌入式應(yīng)用程序。

2.ARM嵌入式系統(tǒng)

2.1 什么是ARM

ARM最早由微處理器行業(yè)的一家知名企業(yè)所設(shè)計(jì)，其所設(shè)計(jì)的RISC處理器具有較高的性能，較低的功耗和較好的經(jīng)濟(jì)性，所以ARM技術(shù)具有很好的性能和功效，世界許多頂級(jí)的半導(dǎo)體公司與其都有大量的合作。這些半導(dǎo)體公司與ARM簽訂了硬件技術(shù)使用許可協(xié)議，所以ARM從某種意義上來講，其不僅代表一類微處理器和一種技術(shù)，而且代表著一種新型的產(chǎn)業(yè)發(fā)展模式。

2.2 ARM微處理器的特點(diǎn)

ARM微處理器，其是采用RISC體系架構(gòu)而成的，其不僅體積較小，功耗較低，而且成本不高，具有非常好的性能。其不僅能夠支持Thumb（16位）/ARM（32位）雙指令集，而且對(duì)于8位/16位器件具有良好的兼容性。通過對(duì)寄存器的大量使用，有效的加快了指令執(zhí)行的速度，而且在寄存器中大多數(shù)數(shù)據(jù)操作都能夠得到有效的完成，不僅錄址方式較為簡(jiǎn)單、靈活，而且具有較高的執(zhí)行效率，指令長(zhǎng)度固定。

2.3 ARM嵌入式系統(tǒng)調(diào)試方法

2.3.1 指令集模擬器

部分集成開發(fā)環(huán)境提供了指令集模擬器，可方便用戶在PC機(jī)上完成一部分簡(jiǎn)單的調(diào)試工作，但是由于指令集模擬器與真實(shí)的硬件環(huán)境相差很大，因此即使用戶使用指令集模擬器調(diào)試通過的程序也有可能無法在真實(shí)的硬件環(huán)境下運(yùn)行，用戶最終必須在硬件平臺(tái)上完成整個(gè)應(yīng)用的開發(fā)。

2.3.2 駐留監(jiān)控軟件

駐留監(jiān)控軟件是一段運(yùn)行在目標(biāo)板上的程序，集成開發(fā)環(huán)境中的調(diào)試軟件通過以太網(wǎng)口、并行端口、串行端口等通訊端口與駐留監(jiān)控軟件進(jìn)行交互，由調(diào)試軟件發(fā)布命令通知駐留監(jiān)控軟件控制程序的執(zhí)行、讀寫存儲(chǔ)器、讀寫寄存器、設(shè)置斷點(diǎn)等。駐留監(jiān)控軟件是一種比較低廉有效的調(diào)試方式，不需要任何其他的硬件調(diào)試和仿真設(shè)備。ARM公司的Angel就是該類軟件，大部分嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)也是采用該類軟件進(jìn)行調(diào)試，駐留監(jiān)控軟件對(duì)硬件設(shè)備的要求比較高，一般在硬件穩(wěn)定之后才能進(jìn)行應(yīng)用軟件的開發(fā)，同時(shí)它占用目標(biāo)板上的一部分資源，而且不能對(duì)程序的全速運(yùn)行進(jìn)行完全仿真，所以對(duì)一些要求嚴(yán)格的情況不是很適合。

2.3.3 JTAG仿真器

JTAG仿真器是通過ARM芯片的JTAG邊界掃描口進(jìn)行調(diào)試的設(shè)備。JTAG仿真器比較便宜，連接比較方便，通過現(xiàn)有的JTAG邊界掃描口與ARMCPU核通信，屬于完全非插入式（即不使用片上資源）調(diào)試，它無需目標(biāo)存儲(chǔ)器，不占用目標(biāo)系統(tǒng)的任何端口，而這些是駐留監(jiān)控軟件所必需的。

另外，由于JTAG調(diào)試的目標(biāo)程序是在目標(biāo)板上執(zhí)行，仿真更接近于目標(biāo)硬件，因此，許多接口問題被最小化了。使用集成開發(fā)環(huán)境配合JTAG仿真器進(jìn)行開發(fā)是目前采用最多的一種調(diào)試方式。

2.3.4 在線仿真器

在線仿真器使用仿真頭完全取代目標(biāo)板上的CPU，可以完全仿真ARM芯片的行為，提供更加深入的調(diào)試功能。

但這類仿真器為了能夠全速仿真時(shí)鐘速度高于100MHz的處理器，通常必須采用極其復(fù)雜的設(shè)計(jì)和工藝，因而其價(jià)格比較昂貴。在線仿真器通常用在ARM的硬件開發(fā)中，在軟件的開發(fā)中較少使用，其價(jià)格高昂也是在線仿真器難以普及的因素。

3.ARM技術(shù)的應(yīng)用及產(chǎn)業(yè)化發(fā)展

3.1 ARM技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域

工業(yè)控制領(lǐng)域：

作為32位的RISC架構(gòu)，基于ARM核的微控制器芯片不但占據(jù)了高端微控制器市場(chǎng)的大部分市場(chǎng)份額，同時(shí)也逐漸向低端微控制器應(yīng)用領(lǐng)域擴(kuò)展，ARM控制器的低功耗、高性價(jià)比，向傳統(tǒng)的8位/16位微控制器提出了挑戰(zhàn)。

無線通訊領(lǐng)域：

目前已有超過85%的無線通訊設(shè)備采用了ARM技術(shù)，ARM以其高性能和低成本，在該領(lǐng)域的地位日益鞏固。

網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用：

隨著寬帶技術(shù)的推廣，采用ARM技術(shù)的ADSL芯片正逐步獲得競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。此外，ARM在語音及視頻處理上進(jìn)行了優(yōu)化，并獲得廣泛支持，也對(duì)DSP的應(yīng)用領(lǐng)域提出了挑戰(zhàn)。

消費(fèi)類電子產(chǎn)品：

ARM技術(shù)在目前流行的數(shù)字音頻播放器、數(shù)字機(jī)頂盒和游戲機(jī)中得到廣泛應(yīng)用。

成像和安全產(chǎn)品：

現(xiàn)在流行的數(shù)碼相機(jī)和打印機(jī)中絕大部分采用ARM技術(shù)。手機(jī)中的32位SIM智能卡也采用了ARM技術(shù)。

3.2 嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展

嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展，在市場(chǎng)的需求下，為發(fā)展注入了巨大的推動(dòng)力，從而加快了其向產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的進(jìn)程。由于嵌入式系統(tǒng)具有廣闊的市場(chǎng)。目前臺(tái)式和便攜式電腦設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)芯片多數(shù)是由嵌入式設(shè)備進(jìn)行設(shè)計(jì)制造的，全球嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)品的產(chǎn)值已十分巨大，而且還有巨大的潛力可以挖掘，在未來的發(fā)展中，嵌入式系統(tǒng)具有非常大的潛力可以挖掘，市場(chǎng)發(fā)展空間非常遼闊。

4.結(jié)束語

近年來，科技技術(shù)的快速發(fā)展，有效的提高了嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)水平，再加之半導(dǎo)體工藝技術(shù)的快速發(fā)展，ARM技術(shù)取得了較快的發(fā)展和進(jìn)步，其應(yīng)用領(lǐng)域也更加的廣泛。

由于ARM技術(shù)的快速發(fā)展，不僅其工業(yè)產(chǎn)值得到了大幅度的提升，而且其技術(shù)產(chǎn)品也具有了非常好的市場(chǎng)前景，可以說隨著ARM技術(shù)的不斷發(fā)展和創(chuàng)新，為我們當(dāng)前的生活帶來了非常大的改變，有效的加快了社會(huì)發(fā)展的步伐。

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