第一篇：中科大軟院算法導(dǎo)論區(qū)間樹實驗報告（定稿）

區(qū)間樹實驗報告

1.區(qū)間樹的實驗源碼見另外一個文件

2.區(qū)間樹實驗分析

2.1 需求分析

基礎(chǔ)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)選擇紅黑樹，每個結(jié)點x 包含一個區(qū)間域int[x]，x 的關(guān)鍵字為區(qū)間的低 端點low[int[x]]，對樹；進(jìn)行中序遍歷就可按低端點的次序列出個區(qū)間，結(jié)點還包含一個 max[x]，即以x 為根的子樹中所有區(qū)間的端點的最大值。如：

實驗要求：將紅黑樹擴(kuò)展為區(qū)間樹(1)區(qū)間的端點為正整數(shù)，隨機(jī)生成；

(2)內(nèi)部節(jié)點數(shù)為n：2^4，2^6,2^8,2^10,2^12；

(3)測試插入，刪除，查找的時間并繪出曲線，運(yùn)行次數(shù)為10 次；

2.2 程序設(shè)計

區(qū)間樹的操作基本和紅黑樹的相同，在其基礎(chǔ)上增加了一個新方法： INTERVAL_SEARCH(T,i）；它用來找出樹中覆蓋區(qū)間i 的那個結(jié)點。如果樹中不存在，則返 回nil[T]指針。代碼如下：

ITNode* IntervalTree::Interval_Search(Interval i){ ITNode* x=root;while(x!=Nil &&!x->Overlap(i)){ // x!= nil and i doesn't overlap int[x] if(x->left!=Nil && x->left->max>=i.low)x=x->left;else x=x->right;} return x;} 區(qū)間樹的插入、刪除除了有可能改變紅黑樹性質(zhì)，還有可能改變結(jié)點的max 值。前者 向紅黑樹那樣處理就可以了，又

max[x] = max(high[int[x]], max[left[x]], max[right[x]])為解決后者，增加一方法Nodemax（），讓它來維護(hù)結(jié)點的max 值。Nodemax()如下： void ITNode::NodeMax(ITNode* xl, ITNode* xr){ Type tp=this->interval->high;if(tp < xl->max)tp=xl->max;if(tp < xr->max)tp=xr->max;this->max=tp;} 在左旋、右旋時調(diào)用此方法。

2.3 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計

基礎(chǔ)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)選擇紅黑樹，每個結(jié)點x 包含一個區(qū)間域int[x]，x 的關(guān)鍵字為區(qū)間的低 端點low[int[x]]，對樹；進(jìn)行中序遍歷就可按低端點的次序列出個區(qū)間，結(jié)點還包含一個 max[x]，即以x 為根的子樹中所有區(qū)間的端點的最大.2.4 運(yùn)行結(jié)果

為了增加算法運(yùn)行時間減少誤差，search、insert、delete 的都是樹的最小關(guān)鍵字結(jié)點，讓查找深度盡可能的深。運(yùn)行時間如下所示，單位:us： T(us)方法

search insert delete 2^4 2.933 14.176 2.933 2^6 3.399 17.098 3.422 2^8 3.422 20.042 3.911 2^10 4.399 17.598 4.547 2^12 3.441 18.087 4.888 運(yùn)行

平

臺

：

2.5 結(jié)果分析

根據(jù)以上數(shù)據(jù)作如下t-lg(n)圖像：

有圖知當(dāng)n=2^8 時，Insert 操作數(shù)據(jù)不是很好，出去它可得如下圖：

在樹規(guī)模較小的時候, 會對n 造成比較明顯的影響, 3 條測量的曲線中, insert 與lgn 的 曲線增長率最符合，但都大致以lgn 增長。，在n 較小的時候, 算法執(zhí)行時間受系統(tǒng)本身配置

影響較大, 數(shù)據(jù)也不會很準(zhǔn)確, 這個也可以從表格中看出, 有一些與通常時間偏差較大的記 錄, 這個應(yīng)該和系統(tǒng)的任務(wù)調(diào)度, 和其他程序的影響有關(guān).2.6 心得體會

由于區(qū)間樹的很多操作與紅黑書相似，此程序最大難點在維護(hù)結(jié)點的max 值。應(yīng)仔細(xì)

分析左旋、右旋、插入、刪除時改變那些結(jié)點的max 值、如何改變結(jié)點的max 值，這樣編 程時會事半功倍。

區(qū)間樹與紅黑樹差別不是很大，很多操作都相似，可考慮從紅黑樹繼承，實現(xiàn)代碼重用。例如：

class ITNode: public RBTNode{ private: Type NodeMax(ITNode* x);public: Type max;//以x 為根的子樹中所有區(qū)間的端點最大值 Type low;Type high;ITNode(Type ilow=0, Type ihigh=0):RBTNode(ilow), low(ilow), high(ihigh){max=NodeMax(this)} };class IntervalTree : public RBTree{ public: IntervalTree(Type ilow=0, Type ihigh=0):RBTree(ilow){} void Interval_Insert(ITNode* x){RB_Insert(x);} void Interval_Insert(Type ilow, Type ihigh){Interval_Insert(new ITNode(ilow,ihigh));} void Interval_Delete(ITNode* x){RB_Delete(x);} ITNode* Interval_Search(Interval i);};

第二篇：中科大軟院嵌入式期末總結(jié)重點講義資料

復(fù)習(xí)提綱：（C語言翻譯匯編）

一、概述

1.嵌入式系統(tǒng)是“用于控制、監(jiān)視或者輔助操作機(jī)器和設(shè)備的裝置 國內(nèi)普遍認(rèn)同的嵌入式系統(tǒng)定義為：

以應(yīng)用為中心、以計算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)、軟硬件可裁剪、適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴(yán)格要求的專用計算機(jī)系統(tǒng)。

2.嵌入式系統(tǒng)的幾個重要特征（簡述5特征）

(1)嵌入式系統(tǒng)工業(yè)是不可壟斷的高度分散的工業(yè)

從某種意義上來說,通用計算機(jī)行業(yè)的技術(shù)是壟斷的。

嵌入式系統(tǒng)則不同,它是一個分散的工業(yè),充滿了競爭、機(jī)遇與創(chuàng)新,沒有哪一個系列的處理器和操作系統(tǒng)能夠壟斷全部市場。（2）操作系統(tǒng)內(nèi)核小

由于嵌入式系統(tǒng)一般是應(yīng)用于小型電子裝置的，系統(tǒng)資源相對有限，所以內(nèi)核較之傳統(tǒng)的操作系統(tǒng)要小得多。

比如ENEA公司的OSE分布式系統(tǒng)，內(nèi)核只有5K，而Windows的內(nèi)核則要大得多。

（3）專用性強(qiáng)

嵌入式系統(tǒng)的個性化很強(qiáng)，其中的軟件系統(tǒng)和硬件的結(jié)合非常緊密，一般要針對硬件進(jìn)行系統(tǒng)的移植。

即使在同一品牌、同一系列的產(chǎn)品中也需要根據(jù)系統(tǒng)硬件的變化和增減不斷進(jìn)行修改。

同時針對不同的任務(wù)，往往需要對系統(tǒng)進(jìn)行較大更改，程序的編譯下載要和系統(tǒng)相結(jié)合，這種修改和通用軟件的“升級”是完全不同的概念。

（4）系統(tǒng)精簡

嵌入式系統(tǒng)一般沒有系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件的明顯區(qū)分，不要求其功能設(shè)計及實現(xiàn)上過于復(fù)雜，這樣一方面利于控制系統(tǒng)成本，同時也利于實現(xiàn)系統(tǒng)安全。（5）高實時性O(shè)S 這是嵌入式軟件的基本要求，而且軟件要求固態(tài)存儲，以提高速度。軟件代碼要求高質(zhì)量和高可靠性、實時性。

6）嵌入式軟件開發(fā)走向標(biāo)準(zhǔn)化

嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用程序可以沒有操作系統(tǒng)直接在芯片上運(yùn)行。

為了合理地調(diào)度多任務(wù)、利用系統(tǒng)資源、系統(tǒng)函數(shù)以及和專家?guī)旌瘮?shù)接口，用戶必須自行選配RTOS（Real－Time Operating System）開發(fā)平臺，這樣才能保證程序執(zhí)行的實時性、可靠性，并減少開發(fā)時間，保障軟件質(zhì)量。（7）嵌入式系統(tǒng)開發(fā)需要開發(fā)工具和環(huán)境

由于其本身不具備自主開發(fā)能力，即使設(shè)計完成以后，用戶通常也是不能對其中的程序功能進(jìn)行修改，必須有一套開發(fā)工具和環(huán)境才能進(jìn)行開發(fā)。

這些工具和環(huán)境一般是基于通用計算機(jī)上的軟硬件設(shè)備以及各種邏輯分析儀、混合信號示波器等。

開發(fā)時往往有主機(jī)和目標(biāo)機(jī)的概念，主機(jī)用于程序的開發(fā)，目標(biāo)機(jī)作為最后的執(zhí)行機(jī)，開發(fā)時需要交替結(jié)合進(jìn)行。（8）嵌入式系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境差異很大：

（9）嵌入式系統(tǒng)比通用PC系統(tǒng)資源少得多：

（10）一般的嵌入式系統(tǒng)具有低功耗、體積小、集成度高、成本低等特點：（11）建立完整的嵌入式系統(tǒng)的系統(tǒng)測試和可靠性評估體系，保證嵌入式系統(tǒng)高效、可靠、穩(wěn)定工作：（12）具有較長的生命周期

3.嵌入式系統(tǒng)的組成（最后的圖，有印象）嵌入式硬件系統(tǒng) 嵌入式處理器 各種類型存儲器 模擬電路及電源 接口控制器及接插件 嵌入式軟件系統(tǒng)

實時操作系統(tǒng)（RTOS）板級支持包（BSP）

設(shè)備驅(qū)動（Device Driver）協(xié)議棧（Protocol Stack）應(yīng)用程序（Application）

4.嵌入式系統(tǒng)的實時性

二、嵌入式系統(tǒng)設(shè)計方法、過程（2.3ppt）1.交叉開發(fā)環(huán)境、先在通用PC機(jī)上編程，然后通過交叉編譯鏈接，將程序做成目標(biāo)平臺上可以運(yùn)行的二進(jìn)制代碼格式。最后將程序下載到目標(biāo)平臺上的特定位置由目標(biāo)板上啟動代碼運(yùn)行這段二進(jìn)制代碼。

交叉開發(fā)：在一臺通用計算機(jī)上進(jìn)行軟件的編輯編譯，然后下載到嵌入式設(shè)備中運(yùn)行調(diào)試的開發(fā)方式。

開發(fā)計算機(jī)一般稱宿 主機(jī)，嵌入式設(shè)備稱為目標(biāo)機(jī)，在宿主機(jī)上編譯好的程序，下載到目標(biāo)機(jī)上運(yùn)行。

交叉開發(fā)環(huán)境一般由運(yùn)行于宿主機(jī)上的交叉開發(fā)軟件、宿主機(jī)到目標(biāo)機(jī)的調(diào)試通道組成。

如基于ARM9、μCOS的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)，需要安裝交叉編譯工具ADS。基于VxWorks的開發(fā)環(huán)境：Tornado 2.幾種常用的調(diào)試方法、指令集模擬器

一種利用PC機(jī)端的仿真開發(fā)軟件模擬調(diào)試的方法。

如：Skyeye 清華大學(xué)陳渝主持的自由軟件項目,http://www.tmdps.cn

ARM公司的ARMulator模擬器 駐留監(jiān)控軟件

駐留監(jiān)控程序運(yùn)行在目標(biāo)板上，PC機(jī)端調(diào)試軟件可通過并口、串口、網(wǎng)口與之交互，以完成程序執(zhí)行、存儲器及寄存器讀寫、斷點設(shè)置等任務(wù)

ARM公司的Angel是長駐在目標(biāo)機(jī)Flash中的監(jiān)控程序 JTAG仿真器(基于JTAG的ICD(In-Circuit Debugger))

通過ARM芯片的JTAG邊界掃描口與ARM核進(jìn)行通信，不占用目

標(biāo)板的資源，是目前使用最廣泛的調(diào)試手段 在線仿真器ICE(In-Circuit Emulator)

使用仿真頭代替目標(biāo)板上的CPU，可以完全仿真ARM芯片的行為。但結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，價格昂貴，通常用于ARM硬件開發(fā)中

（ARM-LINUX開發(fā)一般過程不要求）

三、Bootloader（3個常用）

1、什么是bootloader Bootloader，為引導(dǎo)加載程序，是嵌入式系統(tǒng)加電后運(yùn)行的第一段代碼，相當(dāng)于PC機(jī)的BIOS。

Bootloader的位置：通常固化在硬件上的某個固態(tài)存儲設(shè)備上，加電后自啟動。Bootloader功能：初始化硬件設(shè)備、建立內(nèi)存空間的映射圖（有的CPU沒有內(nèi)存映射功能如 S3C44B0x），將系統(tǒng)的軟、硬件環(huán)境帶到一個合適的狀態(tài)，以便為最終調(diào)用操作系統(tǒng)內(nèi)核或用戶應(yīng)用程序準(zhǔn)備好正確的環(huán)境。

Bootloader的地址：在嵌入式系統(tǒng)中，系統(tǒng)加電復(fù)位后，幾乎所有的 CPU都從由復(fù)位地址上取指令。

2、Bootloader操作模式

兩種不同的操作模式：“啟動加載”模式和“下載”模式。其區(qū)別對于開發(fā)人員才有意義。從最終用戶的角度看，Bootloader的作用就是用來加載操作系統(tǒng)，而并不存在所謂的啟動加載模式與下載模式的區(qū)別。啟動加載（Bootloading）模式

啟動加載模式稱為“自舉”（Autonomous）模式。即Bootloader從目標(biāo)機(jī)上的某個固態(tài)存儲設(shè)備上將操作系統(tǒng)加載到 RAM 中運(yùn)行，整個過程并沒有用戶的介入。

啟動加載模式是 Bootloader的正常工作模式，在嵌入式產(chǎn)品發(fā)布的時侯，Bootloader必須工作在這種模式下。

下載（Downloading）模式

下載方式：在這種模式下，目標(biāo)機(jī)上的Bootloader將通過串口連接或網(wǎng)絡(luò)連接等通信手段從主機(jī)下載文件。

下載內(nèi)容及存儲：主要是下載內(nèi)核映像和根文件系統(tǒng)映像等。從主機(jī)下載的文件通常首先被Bootloader保存到目標(biāo)機(jī)的RAM中，然后再被 Bootloader寫到目標(biāo)機(jī)上的FLASH 類固態(tài)存儲設(shè)備中。

下載模式應(yīng)用場合：Bootloader的這種模式通常在第一次安裝內(nèi)核與根文件系統(tǒng)時被使用；此外，以后的系統(tǒng)更新也會使用到這種工作模式。

用戶應(yīng)用接口：工作于這種模式下的Bootloader通常都會向它的終端用戶提供一個簡單的命令行接口。如在RedBoot下，將出現(xiàn)“RedBoot>”提示符；在vivi Bootloader 下出現(xiàn)“vivi>”提示符。

3、Bootloader啟動過程

Bootloader的啟動可以分為兩個階段

1、第一階段

階段1主要包含依賴于CPU體系結(jié)構(gòu)及硬件設(shè)備的初始化等。通常都用匯編語言來實現(xiàn)。這個階段的任務(wù)有5：

(1)、基本的硬件設(shè)備初始化

這是 Bootloader 一開始就執(zhí)行的操作，其目的是為階段2 的執(zhí)行、以及隨后kernel 的執(zhí)行準(zhǔn)備好一些基本的硬件環(huán)境。

它通常包括以下工作：

關(guān)閉處理器內(nèi)部指令/數(shù)據(jù)cache等

關(guān)閉中斷

關(guān)閉看門狗

配置PLL 配置內(nèi)存

初始化各工作模式的堆棧

配置中斷

拷貝RW段，初始化ZI段

(2)、為階段2代碼準(zhǔn)備RAM空間

為了獲得更快的執(zhí)行速度，通常把 階段2 的代碼加載到 RAM 空間中來執(zhí)行。

準(zhǔn)備RAM空間考慮的因素：階段2代碼大小、堆棧、頁大小（4KB的倍數(shù)）、安排位置等。

(3)、拷貝階段2代碼到RAM空間

(4)、設(shè)置好堆棧

堆棧指針sp設(shè)置在1MB 的 RAM 空間的最頂端(堆棧向下生長)。

(5)、跳轉(zhuǎn)到階段2的C程序入口點

在上述一切都就緒后，就可以跳轉(zhuǎn)到 Bootloader 的 stage2 去執(zhí)行了。

2、第二階段

階段2通常用C語言來實現(xiàn)，以便實現(xiàn)更復(fù)雜的功能，也使程序有更好的可讀性和可移植性。這個階段的主要任務(wù)有5：

(1)、初始化本階段要使用到的硬件

至少初始化一個串口，以便和終端用戶進(jìn)行 I/O 輸出信息等。

(2)、檢測系統(tǒng)內(nèi)存映射(memory map)

所謂內(nèi)存映射，就是指在整個物理地址空間中有哪些地址范圍被分配用來作為系統(tǒng)的 RAM 單元。為后面使用RAM、運(yùn)行程序做好準(zhǔn)備。

(3)、將kernel和根文件系統(tǒng)映像從flash讀到RAM空間

(4)、為kernel設(shè)置啟動參數(shù)

這是在調(diào)用內(nèi)核之前應(yīng)該做的準(zhǔn)備工作。Linux 2.4.x 以后的內(nèi)核都期望以標(biāo)記列表(tagged list)的形式來傳遞啟動參數(shù)。

啟動參數(shù)標(biāo)記列表方法：以ATAG_CORE標(biāo)記開始，以ATAG_NONE標(biāo)記結(jié)束。

在嵌入式 Linux 系統(tǒng)中，通常需要由 Boot Loader 設(shè)置的啟動參數(shù)有：ATAG_CORE、ATAG_MEM（內(nèi)存映射）、ATAG_NONE等。

(5)、調(diào)用內(nèi)核

Bootloader調(diào)用Linux kernel的方法是直接跳轉(zhuǎn)到內(nèi)核的第一條指令處。在跳轉(zhuǎn)時必須滿足下列條件：

1)、CPU寄存器的設(shè)置：R0為0；R1為機(jī)器類型ID；R2為啟動參數(shù)，標(biāo)記列表在RAM中的起始基地址。(機(jī)器類型參見 linux/arch/arm/tools/mach-types目錄)2)、CPU模式： CPU必須設(shè)置為SVC模式，必須禁止中斷(IRQs和FIQs)。

3)、MMU 和 Cache的設(shè)置：MMU 必須關(guān)閉；指令 Cache 可以打開也可以關(guān)閉； 數(shù)據(jù) Cache 必須關(guān)閉。

4、有哪些常用的Bootloader Bootloader是嚴(yán)重地依賴于硬件而實現(xiàn)的。每種不同體系結(jié)構(gòu)的處理器都有不同的Bootloader。

1、vivi vivi是韓國Mizi公司開發(fā)的Bootloader，適用于ARM9處理器。

2、RedBoot

RedBoot即紅帽(Red Hat)嵌入式調(diào)試引導(dǎo)程序，是一種用于嵌入式系統(tǒng)的獨立開放源代碼引導(dǎo)/裝載器。

3、U-Boot

U-Boot（Universal Bootloader）由德國DENX小組開發(fā)，是一款目前功能較為強(qiáng)大的開源Bootloader程序，它支持多種處理器平臺，包括ARM、PowerPC、MIPS等。

四、嵌入式微處理器

1、嵌入式系統(tǒng)硬件基礎(chǔ)知識（體系結(jié)構(gòu)，指令集）1）馮·諾依曼體系結(jié)構(gòu)和哈佛體系結(jié)構(gòu) 馮·諾依曼體系結(jié)構(gòu)

地址存儲器CPU數(shù)據(jù)PC

數(shù)據(jù)和指令都存儲在一個存儲器中的計算機(jī)被稱為馮·諾依曼機(jī) 指令的執(zhí)行周期T 1）取指令（Instruction Fetch)：TF 2）指令譯碼（Instruction Decode）：TD 3）執(zhí)行指令（Instruction Execute）：TE 4）存儲（Storage）：TS 每條指令的執(zhí)行周期：T= TF+TD+TE+TS 馮·諾依曼體系結(jié)構(gòu)特點：

1）數(shù)據(jù)與指令都存儲在存儲器中 2）被大多數(shù)計算機(jī)所采用

3）馮諾依曼體系: 英特爾公司的8086，英特爾公司的其他中央處理器、ARM的ARM7、MIPS公司的MIPS處理器。哈佛體系結(jié)構(gòu)

地址數(shù)據(jù)存儲器數(shù)據(jù)地址程序存儲器數(shù)據(jù) CPUPC

數(shù)據(jù)和指令存儲在各自獨立的存儲器中的計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)稱為哈佛體系結(jié)構(gòu) 哈佛體系結(jié)構(gòu)特點：

1）程序存儲器與數(shù)據(jù)存儲器分開 2）提供了較大的數(shù)據(jù)存儲器帶寬 3）適合于數(shù)字信號處理

4）大多數(shù)DSP都是哈佛結(jié)構(gòu)

5）Microchip公司的PIC16芯片、摩托羅拉公司的MC68系列、Zilog公司的Z8系列、ATMEL公司的AVR系列和ARM公司的ARM9、ARM10和ARM11。

很難在哈佛機(jī)上編寫出一個自修改程序（寫入數(shù)據(jù)值然后使用這些值作為指令的程序

2）CISC與RISC CISC：復(fù)雜指令集（Complex Instruction Set Computer）8/2原則：80%的程序只使用20%的指令 具有大量變長形式的不同指令

大多數(shù)程序只使用少量的指令就能夠運(yùn)行。PUSH AX MOV AL,80H MOV AX,1090H RISC：精簡指令集（Reduced Instruction Set Computer)RISC是在開發(fā)高性能微處理器過程中的一個進(jìn)步 在通道中只包含最有用的指令（少而簡單）確保數(shù)據(jù)通道快速執(zhí)行每一條指令 使CPU硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計變得更為簡單

指令格式和長度固定，且指令類型很少、指令功能簡單、尋址方式少而簡單，指令譯碼控制器采用硬布線邏輯，這樣易于流水線的實現(xiàn)，進(jìn)而獲得高性能；

由于RISC指令系統(tǒng)強(qiáng)調(diào)了對稱、均勻、簡單，使得程序的優(yōu)化編譯效率更高； 大多數(shù)指令單周期完成；

分開的load-store結(jié)構(gòu)的存取指令，也只有l(wèi)oad-store結(jié)構(gòu)的存取指令訪問存儲器，而數(shù)據(jù)處理指令只訪問寄存器。而CISC處理器一般允許將存儲器中的數(shù)據(jù)作為數(shù)據(jù)處理指令的操作數(shù)；

3）流水線、超標(biāo)量

4）緩存

如何減少CPU與內(nèi)存之間的速度差異？（4種）

1、為什么采用高速緩存

微處理器的時鐘頻率比內(nèi)存速度提高快得多，高速緩存可以提高內(nèi)存的平均性能。

2、高速緩存的工作原理

高速緩存是一種小型、快速的存儲器，它保存部分主存內(nèi)容的拷貝。

5）總線和總線橋

ARM微控制器使用的是AMBA總線體系結(jié)構(gòu)

AMBA（Advanced Microcontroller Bus Architecture）是ARM公司公布的總線標(biāo)準(zhǔn)，先進(jìn)的AMBA規(guī)范定義了三種總線：

AHB總線（Advanced High-performance Bus）：用于連接高性能系統(tǒng)模塊。它支持突發(fā)數(shù)據(jù)傳輸方式及單個數(shù)據(jù)傳輸方式，所有時序 參考同一個時鐘沿。

ASB總線（Advanced System Bus）：用于連接高性能系統(tǒng)模塊，它支持突發(fā)數(shù)據(jù)傳輸模式。

APB總線（Advance Peripheral Bus）：是一個簡單接口支持低性能的外圍接口。

2、ARM編程模型（2工作狀態(tài)，7種模式，重點）

ARM處理器的幾大特點如下：

小體積、低功耗、成本低、高性能；

支持Thumb（16位）/ARM（32位）雙指令集，能很好的兼容8位/16位器件； 大量使用寄存器，大多數(shù)數(shù)據(jù)操作都在寄存器中完成，指令執(zhí)行速度更快； 尋址方式靈活簡單，執(zhí)行效率高； 指令長度固定；

全球眾多的合作伙伴。

當(dāng)前ARM體系結(jié)構(gòu)的擴(kuò)充包括：

Thumb:16位指令集，用以改善代碼密度；

DSP：用于DSP應(yīng)用的算術(shù)運(yùn)算指令集；

Jazeller：允許直接執(zhí)行Java代碼的擴(kuò)充。

ARM7TDMI 處理器有兩種工作狀態(tài):******************* ARM-32-bit, 按字排列的ARM指令集

Thumb-16-bit, 按半字排列的Thumb指令集

測試編譯器屬哪種模式

下面這段代碼可以用來測試一下你的編譯器是大端模式還是小端模式：

short int x;

char x0,x1;

x=0x1122;

x0=((char*)&x)[0];//低地址單元

x1=((char*)&x)[1];//高地址單元

若x0=0x11,則是大端;若x0=0x22,則是小端......上面的程序還可以看出，數(shù)據(jù)尋址時，用的是低位字節(jié)的地址。

3、ARM 指令集中常用指令（尋址方式、數(shù)據(jù)處理指令、加載/存儲指令等）*

4、匯編語言與C/C++的混合編程（3種編程方式，APCS，ATPCS）

APCS（ARM Produce Call Standard）是ARM程序中子程序調(diào)用的基本規(guī)則，目的是為了使單獨編譯的C語言程序和匯編程序之間能夠相互調(diào)用。這些基本規(guī)則包括子程序調(diào)用過程中寄存器的使用規(guī)則、數(shù)據(jù)棧的使用規(guī)則和參數(shù)的傳遞規(guī)則。

匯編語言與C/C++的混合編程通常有以下幾種方式：

－ 在C/C＋＋代碼中嵌入?yún)R編指令。

－ 在匯編程序和C/C＋＋的程序之間進(jìn)行變量的互訪。

－ 匯編程序、C/C＋＋程序間的相互調(diào)用。

在以上的幾種混合編程技術(shù)中，必須遵守一定的調(diào)用規(guī)則，如物理寄存器的使用、參數(shù)的傳遞等。

一般情況：

程序的初始化部分用匯編語言完成，然后用C/C＋＋完成主要的編程任務(wù)，匯編程序和C/C＋＋程序之間一般沒有參數(shù)的傳遞，也沒有頻繁的 相互調(diào)用，因此，整個程序的結(jié)構(gòu)顯得相對簡單，容易理解。

5、嵌入式程序設(shè)計技巧（時間換空間，8個例子）變量定義 參數(shù)傳遞 循環(huán)條件 以空間換時間 數(shù)學(xué)方法解決問題 使用位操作 嵌入?yún)R編

五、硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

1、S3C2410存儲系統(tǒng)組織（8個端口，確定寬度）S3C2410X有117個輸入/輸出端口。這些端口是：

A口（GPA）：23個輸出口

B口（GPB）：11個輸入/輸出口

C口（GPC）：16個輸入/輸出口 D口（GPD）：16個輸入/輸出口 E口（GPE）：16個輸入/輸出口 F口（GPF）：8個輸入/輸出口 G口（GPG）：16個輸入/輸出口 H口（GPH）：11個輸入/輸出口

2、S3C2410的外設(shè)管理

3、I/O口的組織及一般應(yīng)用（引腳）、4、UART

S3C2410 的UART（通用異步串行口）有三個獨立的異步串行I/O 端口：UART0、UART1、UART2，每個串口都可以在中斷和DMA 兩種模式下進(jìn)行收發(fā)。UART支持的最高波特率達(dá)230.4kbps。

每個UART 包含：波特率發(fā)生器、接收器、發(fā)送器和控制單元。波特率發(fā)生器以PCLK或UCLK為時鐘源。發(fā)送器和接收器各包含1個16 字節(jié)的FIFO 寄存器和移位寄存器。

S3C2410 的3個UART都有遵從1.0規(guī)范的紅外傳輸功能，UART0、UART1有完整的握手信號，可以連接MODEM。

當(dāng)發(fā)送數(shù)據(jù)的時候，數(shù)據(jù)先寫到FIFO 然后拷貝到發(fā)送移位寄存器，然后從數(shù)據(jù)輸出端口（TxDn）依次被移位輸出。被接收的數(shù)據(jù)也同樣從接收端口（RxDn）移位輸入到移位寄存器，然后拷貝到FIFO 中。

編寫一程序，使用S3C2410X的UART2進(jìn)行串行數(shù)據(jù)收發(fā)，要求用脈沖請求中斷的方式、使用收/發(fā)FIFO，8個數(shù)據(jù)位、1個停止位、不校驗，波特率為125kb/s。設(shè)Pclk為50MHz。（提示：主程序?qū)ART2初始化、引腳配置、中斷初始化等，并進(jìn)行一次發(fā)送；中斷服務(wù)程序進(jìn)行數(shù)據(jù)收發(fā)，標(biāo)簽清除中斷請求標(biāo)志和中斷服務(wù)標(biāo)志）

解：

（1）計算波特率除數(shù)：

由公式：

UBRDIVn=(int)（CLK/（f B*16））－ 1

這里： Pclk=50MHz，f B = 125kb/s 計算得：

UBRDIVn=25-1=24

（2）UART2控制寄存器：

線路控制寄存器： ULCON2=0 0 000 0 11=0x03 含義：非紅外、不校驗、1個停止位、8個數(shù)據(jù)位 控制寄存器：

UCON2=0b 0 0 0 0 0 0 0 01 01=0x05 含義：選Pclk、發(fā)/收中斷脈沖請求、關(guān)閉接收超時中斷、允許接收錯誤中斷、不回送、不發(fā)送暫停信號、發(fā)/收用中斷方式。

FIFO控制寄存器：UFCON2=0b 10 01 0 0 0 1=0x91 含義：發(fā)/收FIFO選8字節(jié)觸發(fā)、保留位為0、不復(fù)位發(fā)/收FIFO、使能FIFO。

（3）引腳配置

需要設(shè)置TxD2、RxD2，它們對應(yīng)GPH6、GPH7，在GPH配置寄存器GPHCON中的位置為：

0b 1 0 0

＊＊

＊＊

＊＊

＊＊

＊＊

＊＊ 方法：GPHCON= GPHCON&~(0xF<<12)|(0xA<<12)

（4）中斷寄存器設(shè)置

中斷模式寄存器：INTMOD&=~(1<<15)INT_UART2位于第15位，將UART2設(shè)置為IRQ中斷

中斷屏蔽寄存器：INTMSK&=~(1<<15)

中斷優(yōu)先級寄存器PRIORITY：

不設(shè)置，使用固定優(yōu)先級。

子中斷屏蔽寄存器：INTSUBMSK&=~(7<<6)

INT_ERR2、INT_TXD2、INT_RXD2位于子中斷屏蔽寄存器中的8、7、6位。

（5）在中斷服務(wù)程序中對寄存器的操作

清除中斷標(biāo)志寄存器相應(yīng)位：

SRCPND&=~(1<<15)

清除中斷服務(wù)寄存器相應(yīng)位：

INTPND&=~(1<<15)

5、時鐘和功耗管理（解決方案 簡述2410的功耗解決方案）時鐘功能

有兩個鎖相環(huán)MPLL、UPLL(Phase-Locked Loop)產(chǎn)生系統(tǒng)所需要的不同頻率的時鐘。

（1）為CPU產(chǎn)生FCLK時鐘（2）為AHB產(chǎn)生HCLK時鐘 使用HCLK的設(shè)備：中斷控制器、存儲器管理器、DMA控制器、LCD控制器、FLASH控制器、USB Host（不用PLL時）、總線控制器、片外設(shè)備。

（3）為APB產(chǎn)生PCLK時鐘

使用PCLK的設(shè)備： 117個通用I/O口GPIO、ADC、5個定時器與4個PWM、3個UART、2個SPI、IIC、USB Device（不用PLL時）、RTC、WDT、SD卡接口、IIS接口

（4）為USB（Host and Device）產(chǎn)生UCLK時鐘（48MHz）

2、電源管理功能

具有4種電源管理模式：正常模式、慢時鐘模式、空閑模式、掉電模式。

（1）正常模式：

1）鎖相環(huán)工作；2）為CPU和所 有片內(nèi)外設(shè)提供時鐘。

此模式系統(tǒng)功耗最大。（2）慢時鐘模式：

鎖相環(huán)不工作，CPU等直接使用原始時鐘、或原始時鐘的分頻工作。

此模式工作時鐘頻率低而使功耗低，并且鎖相環(huán)不工作也使功耗降低。（3）空閑模式：

停止為CPU提供時鐘，CPU不工作（其外設(shè)均工作）。

退出方法：任何中斷請求可喚醒CPU工作，退出空閑模式。（4）斷電模式：

時鐘模塊斷電，除了喚醒電路之外所有部分均不供電。系統(tǒng)需分成兩部分供電。此模式功耗最低。必須設(shè)置有外中斷

退出方法：用中斷喚醒。（1）外部中斷EINT0---15；（2）實時鐘報警中斷。

如何降低2410的功耗

在能夠滿足功能正常的前提下，盡可能選擇低電壓工作的CPU能夠在總體功耗方面得到較好的效果。對于已經(jīng)選定的CPU來講，降低供電電壓和工作頻率，也是一條節(jié)省功率的可行之路。CPU采用內(nèi)置Flash的方式

如果可以通過選取合適的前后級芯片來避免Buffer的使用，對于能量來講是一個很大的節(jié)約。

我們可以通過控制CPU進(jìn)入不同的模式來達(dá)到省電的目的 關(guān)閉不需要的外設(shè)控制器

在適當(dāng)?shù)那闆r下使用DC-DC的電壓轉(zhuǎn)換線路，可以有效地節(jié)約能量

6、程序?qū)嵗?/p>

六、實時操作系統(tǒng)

1、實時操作系統(tǒng)概念（可重入，任務(wù)集翻轉(zhuǎn)）RTOS的基本特征： 高效的任務(wù)管理

1.支持多任務(wù)

2.優(yōu)先級管理

3.任務(wù)調(diào)度：基于優(yōu)先級的搶占式調(diào)度、時間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度的算法

4.支持快速而確定的上下文切換 快速靈活的任務(wù)間通信

1.信號量：二進(jìn)制、互斥、計數(shù)器

2.通信機(jī)制：消息隊列、管道等 高度的可剪裁性

動態(tài)鏈接與部件增量加載

快速有效的中斷和異常事件處理 優(yōu)化的浮點支持 動態(tài)內(nèi)存管理 可重入型函數(shù)

可以被一個以上的任務(wù)調(diào)用，而不必?fù)?dān)心數(shù)據(jù)的破壞。可重入型函數(shù)任何時候都可以被中斷，一段時間以后又可以運(yùn)行，而相應(yīng)數(shù)據(jù)不會丟失。可重入型函數(shù)或者只使用局部變量，即變量保存在CPU寄存器中或堆棧中,或?qū)θ肿兞坑枰员Ｗo(hù)。

一個不可重入型函數(shù)的例子 int Temp;Void swap(int *x,int*y){ Temp=*x;*X=*Y;*y=Temp;} 使用以下技術(shù)之一即可使Swap()函數(shù)具有可重入性: l 把Temp定義為局部變量

l 調(diào)用Swap()函數(shù)之前關(guān)中斷，調(diào)用后再開中斷 l 用信號量禁止該函數(shù)在使用過程中被再次調(diào)用

一個可重入型函數(shù)的例子 Void swap(int *x,int*y){ int Temp;Temp=*x;*X=*Y;*y=Temp;} 優(yōu)先級反轉(zhuǎn)

多任務(wù)內(nèi)核應(yīng)允許動態(tài)改變?nèi)蝿?wù)的優(yōu)先級以避免發(fā)生優(yōu)先級反轉(zhuǎn)現(xiàn)象。為防止發(fā)生優(yōu)先級反轉(zhuǎn),內(nèi)核能自動變換任務(wù)的優(yōu)先級,這叫做優(yōu)先級繼承(Priority inheritance)但μC/OS-Ⅱ不支持優(yōu)先級繼承,一些商業(yè)內(nèi)核有優(yōu)先級繼承功能/

2、系統(tǒng)時鐘和定時器

C/OS的性能特點（列舉性能特點）可移植性（Portable）

C/OS-II的源碼是用移植性很強(qiáng)的ANSI C寫的。

和微處理器硬件相關(guān)的那部分是用匯編語言寫的。匯編語言寫的部分已經(jīng)

C/OS-II便于移植到其他微處理器上。

匯編語言寫的部分只有200行左右。

C/OS-II可以在絕大多數(shù)8位、16位、32位以至64位微處理器、微控制器、數(shù)字信號處理器（DSP）上運(yùn)行。移植范例的源代碼可以從因特網(wǎng)上下載。

可裁剪（Scalable）

C/OS-II中應(yīng)用程序需要的那些系統(tǒng)服務(wù)。也就是說某產(chǎn)品可 C/OS-II C/OS-II

C/OS-II所需的存儲器空間（RAM和ROM）。這種可剪裁性是靠條件編譯實現(xiàn)的。多任務(wù)

C/OS-II可以管理64個任務(wù)，然而，目前這一版本保留8個給系統(tǒng)。應(yīng)用程序最多可以有56個任務(wù) 占先式（Preemptive）可確定性

C/OS-II的函數(shù)調(diào)用與服務(wù)的執(zhí)行時間具有可確定性。任務(wù)棧

每個任務(wù)有自己單獨的棧，C/OS-II允許每個任務(wù)有不同的棧空間，以便壓低應(yīng)用程序?qū)AM的需求。系統(tǒng)服務(wù)

C/OS-II提供很多系統(tǒng)服務(wù)，例如郵箱、消息隊列、信號量、塊大小固定的內(nèi)存的申請與釋放、時間相關(guān)函數(shù)等。中斷管理

中斷可以使正在執(zhí)行的任務(wù)暫時掛起，如果優(yōu)先級更高的任務(wù)被該中斷喚醒，則高優(yōu)先級的任務(wù)在中斷嵌套全部退出后立即執(zhí)行，中斷嵌套層數(shù)可達(dá)255層。

可固化（ROMable）

C/OS-II是為嵌入式應(yīng)用而設(shè)計的，這就意味著，只要讀者有固化手段（C編譯、連接、下載和固化），C/OS-II可以嵌入到讀者的產(chǎn)品中成為產(chǎn)品的一部分。

穩(wěn)定性與可靠性

3、C/OS-Ⅱ內(nèi)核(任務(wù)、任務(wù)狀態(tài)、任務(wù)控制塊、就緒表、調(diào)度、任務(wù)切換、中斷等）

C/OS-Ⅱ移植(開關(guān)中斷、類型定義、堆棧初始化、任務(wù)切換等））