文档介绍：嵌入式系统设计要点
嵌入式系统
采用大容量EPROM来固化程序的专用系统,正在智能仪器和自动化等领域里得到广泛应用。传统设计方法用汇编语言编写程序,这主要是从保证速度和节省存储空间考虑,但编程费时,调试和排错很不容易。微电子技术的飞速发展,使高性能微处理器和大容量存储器的价格变得十分便宜,速度和存储容量不再是困扰设计者的主要问题。人们将ROMBIOS和CRT显示器等外设加进这类专用系统,并尝试用高级语言来开发其软件,即把通用计算机上的软件和硬件“嵌入”专用系统,构成所谓的嵌入式系统(EmbeddedSystem)。由于C语言容易编程、代码紧凑、可移植性和可维护性好,因而被普遍用于嵌入式程序的设计。
大多数嵌入式系统无操作系统支持,要由设计者提供所有低级I/O功能。系统 I/O资源有限,程序必须固化在EPROM中,不能象在DOS下那样从磁盘装入和由用户编程。设计者要编写一个定位程序(Locator),把EXE格式的应用程序转换成可固化进EPROM的二进制文件(ROM图)。还要编写一个启动程序(runtimeStartupCode),与ROM图一起嵌入EPROM, 先由它建立数据区和对系统硬件作必要初始化,然后调Main函数,执行应用程序。若想发挥C语言之优势,使用一些标准I/O语句,如用printf驱动显示器等, 则要在嵌入式程序中加进经过修改的库函数。总之,C语言编程会使系统开发面临一些新问题,要求设计人员具备软硬件方面的综合知识,才能正确进行系统调试和排错。
当然,如果拥有专用的嵌入式系统开发工具,设计工作便要省劲些。它们通常配有定位程序和可供设计者修改的启动程序样板,有些还能通过串口或并口,在PC机上联机调试程序,甚至有源级代码调试功能。利用工控机来设计系统,事情就更简单。不过,专用开发工具和工控机价格昂贵,因此许多人在设计嵌入式系统时选择自己编写定位程序和启动程序,甚至编写可嵌入的I/O库函数。本文就嵌入式系统的程序设计方法及设计中可能遇到的问题作些讨论,供打算设计嵌入式程序的读者参考,有关编写定位程序和启动程序的具体方法将另文介绍。
2 嵌入式程序的定位
EXE文件格式和DOS重定位
DOS下的EXE文件是一种可重定位文件(Re-locatableFile),它由重定位标头和装入模块组成。后者含一段或几段程序代码,段数与类型取决于程序规模和编译时所用的内存模式,然后是初始化与未初始化的数据及堆栈,还可能有程序排错信息。代码、数据和堆栈段地址均是参考到程序开头的相对地址。标头放在装入模块之前,含若干定位控制信息和一张定位表。控制信息包括EXE文件大小、标头长度、需要重定位的项数和位置
、装入模块的开头和堆栈的相对地址等。定位表是一组形式为段址:偏址的远指针,指示装入模块中要重定位的那些段址相对于模块开头处的位置。装进RAM后,加载程序建立起程序段前缀PSP,并根据系统当前可用RAM地址修改这些段址,对装入模块重定位,使程序中所有参考绝对地址的量正确指向模块装入后的起始地址,然后执行(图1)。因此它可在RAM中的任何位置上执行。图 DOS对EXE文件的定位过程
嵌入式程序的定位
嵌入式系统有ROM和RAM两类内存,程序被固化进ROM,而程序变量和堆栈应设在RAM中。因此,对EXE文件的重定位过程与DOS下不一样