1. 嵌入式软件系统的分类
- 嵌入式软件
- 系统软件
- 控制、管理计算机系统资源
- 支撑软件
- 辅助软硬件开发
- 应用软件
- 面向应用领域
- 系统软件
2. 嵌入式软件体系结构
- 板级初始化程序
- 与系统软件相关的驱动
-
2.2 操作系统层
嵌入式内核、嵌入式TCP/IP网络系统、嵌入式文件系统、嵌入式GUI系统，电源管理等
-
2.3 中间件层
-
2.4 应用层
多个独立的应用任务组成
- 由操作系统调度各个任务的运行
3. 嵌入式软件运行流程
- 上电复位
- 板级初始化
- 引导/升级系统
- 系统初始化
- 应用初始化
-
3.1 上电复位、板级初始化阶段
板级初始化程序具有完全的硬件特性，一般采用汇编语言实现
- CPU堆栈指针寄存器初始化
- BSS段（Block Storage Space未被初始化的数据）的初始化
-
3.2 系统引导/升级阶段
根据需要进入不同阶段
通过测试通信端口或特定开关判断
系统引导
- 系统软件从NOR Flash加载到RAM
- 直接在NOR Flash上运行
- 将软件从外存（NandFlash、CF卡等）读取加载到RAM
升级阶段
控制权给操作系统
- 操作系统系统软件各功能部分必需的初始化工作
-
3.4 应用初始化阶段
-
3.5 多任务应用运行阶段
操作系统按照已确定的算法进行任务的调度
4. 嵌入式操作系统
- 为应用程序提供服务的系统软件
-
4.1 操作系统的作用
让应用程序脱离硬件，提升应用程序的移植性
- 操作系统为复杂的系统提供管理机制
-
4.2 操作系统的功能需求
-
4.3 操作系统的特点
可固化
- 可配置、可剪裁
- 独立的板级支持包，可修改
- 需要集成的交叉开发工具
5. 交叉开发工具
5.1 交叉开发
- 宿主机：建立交叉开发工具
- 目标机：嵌入式程序运行的硬件平台
-
5.2 交叉开发原因
目标机本身待开发，不能使用或不稳定
- 目标机平台没有本地编译工具和环境
目标机性能不够，编译太慢
宿主机和目标机的区别
- 体系结构不同
- 指令集不同
-
5.3 构建交叉编译工具链
针对目标系统的编译器gcc
- GNU项目的C编译套件，最终输出的是汇编语言源程序
- 针对目标系统的二进制工具Binutils
- 与GCC紧密集成，包含汇编器（将汇编程序转成二进制形式），链接器（多个目标文件链接成可执行文件）
- 针对目标系统的标准c库glibc
- 提供系统调用和基本函数的C库
- 针对目标系统的Linux内核头文件
针对目标系统的交叉调试器gdb
串口
- 以太网
- USB接口
- JTAG接口
6.2 开发环境
6.2.1 GCC
- Linux下的编译器-GNU项目的C编译器
- 四个步骤
- 预处理 -E 指令
- 从源文件（.c）变为预处理过的C程序（.i）
- 编译 -S 指令
- 从预处理过的C程序（.i）变为汇编语言源程序（.s）
- 汇编 -c 指令
- 从汇编语言源程序（.s）变为目标文件（.o）
- 链接 -o 指令
- 从目标文件（.o）变为可执行的二进制文件
- 预处理 -E 指令
6.2.2 GDB、JTAG
- GDB本地调试
- 调试器和被调程序工作在同一计算机上
- 不适合嵌入式系统
- 嵌入式目标机缺乏程序运行条件
- 受主频和内存限制
GDB交叉调试
- 主机GDB调试器，目标机GDB Server
- 更适合嵌入式系统
- GDB Server很小，对运行环境要求不高
- 通过远程GDB协议通信
交叉调试软件调试
- 以某种通信方式控制被调程序
- 目标机有调试代理
- 远端调试 -target 命令
- 是建立在操作系统上调试，不能用来调试操作系统
- 必须使用 -g 指令编译调试信息
交叉调试硬件调试
- 调试能力更强，除了应用程序还可调试操作系统，引导程序
- ICD调试，JTAG调试
调试流程：
- 宿主机交叉编译目标机程序（-g），将目标机程序下载到目标机
- 建立调试器（本地gdb）与目标操作系统的通信连接（串口，网卡等）
- 目标机开启gdbserver进程，监听对应端口
- 主机运行gdb调试器寻找gbdserver进程
- 用户在宿主机上运行gdb下达调试命令，通过gbdserver对目标机上的程序发出控制命令
- gbdserver把应用程序的调试信息传递到主机的gdb并显示
6.2.3 MAKE
- 自动化工具
- 不需要手工编译每个程序文件
- 宗旨：让编译器知道编译一个文件需要依赖哪些文件，依赖文件改变时自动发现那些部分重新编译。
- 基本原理：如果某个源程序文件被修改，那么依赖这个源程序文件的所有目标文件都需要重新编译。
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