前言

嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用開發(fā)技術(shù)基本的知識點是什么？這是許多急切想進(jìn)入這一領(lǐng)域的初學(xué)者最想知道的問題，更是那些受有限課時數(shù)困擾的高校教師反復(fù)思考的問題。

嵌入式系統(tǒng)是后PC時代的概念，原則上將那些嵌入應(yīng)用對象內(nèi)的專用計算機(jī)系統(tǒng)統(tǒng)稱為嵌入式系統(tǒng)。由于嵌入式系統(tǒng)具有軟件與硬件緊密結(jié)合，應(yīng)用程序與操作系統(tǒng)緊密結(jié)合，硬件和軟件與應(yīng)用對象緊密結(jié)合等技術(shù)特點，使得該學(xué)科成為一門需要融合多門專業(yè)基礎(chǔ)課程的綜合應(yīng)用類課程，被業(yè)界公認(rèn)為是一類高門檻的技術(shù)。

一個合格的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)人員面對一個具體的應(yīng)用項目必須要顧及從系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)初始化、操作系統(tǒng)的構(gòu)建、驅(qū)動程序?qū)崿F(xiàn)、應(yīng)用程序開發(fā)，到各類輸入/輸出設(shè)備掛載的具體實現(xiàn)等方方面面。如果一定要將所有相關(guān)的知識和技能包納于一門課程中并且在有限的幾十個課時數(shù)內(nèi)了解掌握，并且達(dá)到一個合格嵌入式開發(fā)人員的基本要求，顯然是不現(xiàn)實的。這也是許多師生感嘆嵌入式系統(tǒng)開發(fā)技術(shù)門檻高的原因。

目前有許多高校教師致力于探討如何利用盡量少的課時傳授給學(xué)生賴以入門的嵌入式系統(tǒng)必備知識的教學(xué)內(nèi)容及教學(xué)方法，其核心問題是在幾十個有限的課時內(nèi)到底應(yīng)該教授給學(xué)生哪些知識和技能才能使他們順利地邁過可以自主學(xué)習(xí)更深入嵌入式系統(tǒng)開發(fā)技術(shù)這道門檻。盡管這道無形的門檻包納了諸多技術(shù)因素，但是通過與傳統(tǒng)的基于“Win/Tel”平臺的計算機(jī)應(yīng)用開發(fā)技術(shù)比較可以發(fā)現(xiàn)，“Win/Tel”平臺的應(yīng)用開發(fā)技術(shù)易于學(xué)習(xí)掌握的主要原因是其軟/硬件平臺技術(shù)的通用化、標(biāo)準(zhǔn)化，以及為這些規(guī)范化平臺所提供的各種易于學(xué)習(xí)掌握的應(yīng)用開發(fā)環(huán)境。這些規(guī)范化平臺及開發(fā)環(huán)境屏蔽了軟件開發(fā)人員對計算機(jī)硬件，甚至操作系統(tǒng)細(xì)節(jié)的理解，更不需要開發(fā)人員知道計算機(jī)硬件與軟件的互動過程及硬件的編程需求。但是嵌入式系統(tǒng)開發(fā)人員所必須要了解的卻恰恰是可以應(yīng)對千變?nèi)f化應(yīng)用需求的硬件資源及底層軟件。

盡管嵌入式系統(tǒng)開發(fā)技術(shù)是一門“軟硬兼施”的綜合應(yīng)用開發(fā)技術(shù)，但具體的市場需求仍存在偏硬件和偏軟件兩個方向。從目前的市場人才需求來看，市場對嵌入式軟件開發(fā)人才的需求量大于對硬件開發(fā)人才的需求，所以本教材的教學(xué)目標(biāo)主要針對的是嵌入式軟件開發(fā)人員。當(dāng)我們認(rèn)識到利用幾十個課時的教學(xué)內(nèi)容所能夠達(dá)到的目標(biāo)是引領(lǐng)嵌入式軟件開發(fā)人員入門后，接下來的問題是這些引領(lǐng)入門的知識應(yīng)該是什么。若以高校的計算機(jī)科學(xué)、計算機(jī)軟件、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、自動化、通信等信息類專業(yè)的學(xué)生為對象，以他們已選修數(shù)字電子技術(shù)（或數(shù)字邏輯）、計算機(jī)組成原理、C語言程序設(shè)計、微機(jī)原理與接口技術(shù)等傳統(tǒng)專業(yè)基礎(chǔ)課為前提，結(jié)合自己多年來主持參與工程項目開發(fā)的經(jīng)驗以及在教學(xué)中對學(xué)生理解力的了解，作者認(rèn)為無論是嵌入式軟件開發(fā)還是硬件開發(fā)，阻礙學(xué)生掌握嵌入式應(yīng)用開發(fā)技術(shù)的首要門檻是對嵌入式處理器編程結(jié)構(gòu)及應(yīng)用開發(fā)特征的理解和掌握。因為他們已學(xué)習(xí)過、實踐過的計算機(jī)有關(guān)內(nèi)容有意無意都夾雜著Win/Tel的開發(fā)模式，帶著這樣的知識烙印是難以進(jìn)入嵌入式開發(fā)知識殿堂的。所以需要以一種新的角度來認(rèn)識嵌入式處理器，這種新的角度就是計算機(jī)指令與計算機(jī)硬件動作的直接關(guān)聯(lián)性。那么應(yīng)該選擇學(xué)習(xí)哪款嵌入式處理器呢？目前國內(nèi)市場雖然已有多種公司和型號的嵌入式處理器在應(yīng)用，但最為廣泛的還是基于ARM內(nèi)核的嵌入式處理器。

ARM嵌入式處理器技術(shù)的快速發(fā)展已經(jīng)呈現(xiàn)了從Cortex M系列，ARM7、ARM9、ARM10、ARM11系列，到Cortex A8、A9系列產(chǎn)品在應(yīng)用市場全面開花的局面。作為入門學(xué)習(xí)，到底應(yīng)該選擇那款處理器也是需要探討的問題。從應(yīng)用的角度看似乎應(yīng)該選擇最新款的處理器，但其實不然。其道理如同這幾十年來對X86系列處理器的學(xué)習(xí)歷程。盡管X86系列處理器已進(jìn)化了三十幾年，但學(xué)習(xí)該系列處理器仍然需要尋根溯源地從8086 CPU開始。因為無論什么最新的處理器都繼承有其祖輩的許多基本特征，而后續(xù)衍生進(jìn)化的新技術(shù)又都建立在這些基本的技術(shù)屬性之上，是學(xué)習(xí)最新處理器必須首先掌握的內(nèi)容。另外，越新的處理器所包含的技術(shù)內(nèi)容越多，幾十個課時的學(xué)習(xí)只能對方方面面內(nèi)容進(jìn)行蜻蜓點水似的瀏覽，無法達(dá)到理解和掌握的目標(biāo)。

本教材根據(jù)每周3～5課時的教學(xué)安排，歸納出嵌入式軟件開發(fā)必須要掌握和理解的嵌入式處理器學(xué)習(xí)內(nèi)容，包括：嵌入式處理器的編程結(jié)構(gòu)，指令系統(tǒng)及匯編語言編程的基本要素，嵌入式系統(tǒng)中的存儲器，處理器存儲器空間分配，時鐘與功耗管理單元結(jié)構(gòu)與編程，GPIO結(jié)構(gòu)與編程，中斷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與編程，定時器/PWM單元結(jié)構(gòu)及編程，串行通信單元結(jié)構(gòu)與編程等最基礎(chǔ)的內(nèi)容。這些內(nèi)容是各型高低端嵌入式處理器基本都具有的功能，而且是進(jìn)一步學(xué)習(xí)其他功能的基礎(chǔ)。考慮到學(xué)習(xí)內(nèi)容的針對性和可實踐性，選擇了在國內(nèi)市場比較有代表性的三星公司嵌入式處理器S3C44B0作為教學(xué)模型。事實上，雖然S3C44B0為ARM7TDMI內(nèi)核，但三星公司后續(xù)的ARM9（如S3C2410和S3C2440等）和ARM11（如S3C6410）產(chǎn)品的許多基本功能都是由S3C44B0發(fā)展而來的。