詳細解析32位嵌入式處理器與8位處理器應用開發的不同之處

ARM處理器在全球范圍的流行，32位的RISC嵌入式處理器已經成為嵌入式應用和設計的主流。與國內大量應用的8位單片機相比，32位的嵌入式CPU有著非常大的優勢，它為嵌入式設計帶來豐富的硬件功能和額外的性能，使得整個嵌入式系統的升級只需通過軟件的升級即可實現。而8位處理器通常受到的64K軟件限制也不存在了，設計者幾乎可以任意選擇多任務操作系統，并將應用軟件設計得復雜龐大，真正體現“硬件軟件化”的設計思想。

什么發生了改變？

目前，國內熟悉8位處理器開發的工程師非常多，開發工具和手段也很豐富，并且價格較低。而32位處理器的開發與8位處理器的開發則有著許多明顯的不同。

第一，實時多任務操作系統(RTOS)引入32位嵌入式系統。

由于32位CPU的資源豐富，指令集相對龐大，而且，系統軟件比較復雜，所以，通常在開發時要選用相應的RTOS來對應用軟件中的各個任務進行調度。軟件設計工程師需要學習全新的RTOS技術，掌握底層軟件、系統軟件和應用軟件的設計和調試方法。這對于開發者來說是一個新的挑戰。

當然，RTOS的引入，也將給嵌入式開發商帶來軟件的模塊化和可移植化等好處，為軟件的工程化管理做好準備。

第二，調試的硬件接口發生改變。

在開發8位處理器時，通常采用在線仿真器ICE(In-Circuit-Emulator)，ICE通過插座或者相應的夾具替代CPU來進行仿真和開發 工作。而對于32位嵌入式處理器來說，因其過高的時鐘頻率(50MHZ 至400MHZ以上)和復雜的封裝形式(如BGA)導致ICE很難勝任開發工具的 工作。CPU廠商借助于邊界掃描接口(JTAG口)來提供調試信息，供開發者進行開發。

JTAG口通常是一個14Pin或20Pin的插座，JTAG調試器(或稱JTAG仿真器)因為可直接從CPU獲取調試信息而使得該產品的設計簡化，從而使得價格要低于ICE。

第三，系統的開發方式產生變化。

對于一個8位的系統開發來說，設計者只需按照硬件設計及調試、軟件(匯編或C語言)編程、定位引導、軟件調試、系統聯調等過程來進行即可，應用軟件的開發通常在硬件之后，且應用軟件包是不能通用的。

對于一個32位的嵌入式系統則不同。在硬件設計開發的同時，需要有實時多任務操作系統環境，軟件工程師可以同時進行應用軟件包的開發和調試。在硬件調試 結束時，應進行BSP(板級支持包)的設計和調試。在BSP調試通過后，方可進行系統軟件和應用軟件的聯調。通常應用軟件的開發可以單獨進行。更換 CPU 或硬件平臺后，應用軟件包是通用的(要基于同樣的RTOS)。

那么，開發一個32位的嵌入式系統需要哪些工具和環境呢?

首先需要選擇一個合適的多任務操作系統。

目前，商用的RTOS比較多，如Linux、Nucleus、WinCE、VxWorkx等。用戶可根據系統的技術要求和商業要求，選擇合適的一種。

另外，要選擇相應的編譯工具和調試環境。

根據所選用的RTOS和編程語言(C或C++)來確定要使用的編譯器。對于ARM系列CPU來說，比較常見的有arm公司的SDT和ADS，以及免費的GNU等。

許多廠商將編譯器(Compiler)、連接器(Linker)、定位器(Locater)、模擬器(Simulator)和監控調試器 (Monitor Debugger)作為一個整體提供給用戶。這通常稱為集成開發環境 IDE(Integrated Development Environment)。選用IDE將給調試帶來許多方便。

再者，要選擇合適的JTAG仿真器。

JTAG仿真器的一端通過JTAG連接電纜與目標板相連，另一端則與主機的調試環境相連。與主機的連接方式通常有三種。一是并口方 式，一是USB口方式，另一種是網口方式。這三種方式在代碼下載速度、連接方便性、調試資源共享性等方面均有所不同，用戶可以根據經費、技術方案要求、主 機環境等實際情況來選擇。另外，JTAG的主頻也是影響 JTAG仿真器速度的重要技術指標，越快速的JTAG仿真器，其JTAG主頻也越高。

與ICE開發方式相似，JTAG仿真器也提供邏輯追蹤功能，以確保硬件調試和軟硬件聯調的順利進行。該功能需要增加額外的費用，因而建議只在進行復雜的系統級開發項目中選購。

好的JTAG仿真器還應該支持任務級調試。其調試環境除具有豐富的調試功能，良好的調試界面外，還應該能夠“認識”各種不同類型的RTOS。這樣，用戶 在進行基于RTOS的軟件調試時，能夠直接對各種任務進行操作。如果JTAG仿真器不能支持任務的調試，那么，將給軟件開發工程師帶來諸多不便，影響開發 進度。

32位嵌入式系統的開發過程中存在其特有的技術難點，因此開發者對其要有充分的心理準備并做出相應的對策。

BSP的開發和調試 在硬件調試完成后，就需要進行實時操作系統(RTOS)的移植。其中最主要的就是BSP的開發和調試。在整個嵌入式系統中，應用軟 件通過對系統軟件的調用來完成各種應用功能。而系統軟件則是通過BSP來完成與硬件設備的握手連接。所以，BSP的性能將影響整個系統的可靠性。

由于操作系統(RTOS)廠商提供的開發環境的建立，是基于BSP的正常工作，只有在BSP工作正常后，用戶才能“看到”整個系統硬件資源。因此，在此之前，用戶對BSP的調試幾乎是在“盲目”中進行的。BSP的開發調試有時要花費一至兩個月甚至更長的時間。

解決的辦法似乎不多。一是提高工程師的水平，在CPU的掌握、目標板硬件及周邊驅動設備的熟悉、深入了解操作系統(RTOS)的工作機制、系統的資源配置等方面加強學習;另外，要選用好的JTAG仿真器或其它工具。

應用軟件的并行開發 由于越來越強烈的快速上市要求，嵌入式系統的開發周期越來越短。這就必然要求在硬件開發的同時，能夠進行軟件的開發。一方面，用戶 可以在一塊標準的評估板上來開發一部分軟件，待實際目標板硬件和BSP完成后，再進行系統級的調試和開發。另一方面，用戶可以借助實時操作系統 (RTOS)廠商提供的虛擬環境來進行軟件開發調試，要開發和調試的軟件幾乎不受任何限制。待實際硬件平臺完成后，只須重新編譯連接，即可下載到目標上運 行。注意在選用RTOS時，增加該工具環境。