嵌入式系统知识复习：处理器、寄存器与操作系统

"嵌入式习题集" 嵌入式系统是计算机科学中的一个重要领域，它涉及到硬件和软件的紧密集成，以实现特定的功能。在设计嵌入式系统时，核心原则是面向应用、量体裁衣、够用为度，这意味着系统设计必须紧密围绕其预期用途，定制硬件和软件以满足特定需求，并且资源使用应尽可能高效。 嵌入式处理器是系统的心脏，负责执行指令和控制系统的运行。常见的通用处理器家族包括ARM（如ARM7、ARM9、Cortex系列）、MIPS、PowerPC、X86（适用于x86架构设备）以及68K/Coldfire系列。这些处理器在不同的应用中有着广泛的应用，例如移动设备、工业控制、汽车电子等。 ARM处理器以其低功耗和高性能而闻名，具有多种工作模式，如用户模式、系统模式、中断模式等。它拥有37个寄存器，其中包括31个通用寄存器（R0-R14）和6个状态寄存器。在不同模式下，有特定的寄存器可供使用。例如，R13通常作为堆栈指针，R14（LR）作为子程序链接寄存器，用于保存返回地址，尤其是在中断和异常处理中。R15则是程序计数器（PC），它的位宽决定了处理器在ARM或Thumb模式下的寻址能力。 ARM架构支持两种指令集：32位的ARM指令集和16位的Thumb指令集。Thumb指令集使得代码更加紧凑，适合内存有限的设备。寄存器R15的特殊性在于，它既是程序计数器，也在不同模式下有专门的版本，如CPSR（当前程序状态寄存器）和SPSR（备份的程序状态寄存器），用于存储运行状态。 在函数调用时，参数可以通过寄存器R0到R3传递，也可以通过堆栈进行传递。处理器的地址空间分为五类：寄存器地址空间、程序存储器地址空间、内部数据存储器地址空间、外部数据存储器地址空间以及IO地址空间。这些空间定义了处理器如何访问和操作数据及指令。 嵌入式操作系统（RTOS）是嵌入式系统的重要组成部分，常见的RTOS有Xinu、uC/OS-II、eCos、LynxOS、pSOS+、QNX以及VRT等。这些操作系统提供了任务调度、内存管理、中断处理等功能，使得开发者能够更高效地编写和管理嵌入式应用程序。 嵌入式系统设计涵盖了处理器选择、指令集理解、操作系统应用以及系统级优化等多个方面，是工程实践中不可或缺的知识体系。通过学习和掌握这些知识，工程师能够设计出更符合应用需求、性能优异的嵌入式产品。