嵌入式系统基础-设备管理与IP核

"设备管理基础-checkpoint r80" 在IT领域，设备管理是操作系统的核心功能之一，特别是对于嵌入式系统而言，理解设备管理和硬件架构至关重要。设备管理基础涉及到I/O单元的组成以及硬件寄存器的编址方式。I/O单元由机械部分（如I/O设备本身）和电子部分（设备控制器或设备适配器）构成。硬件寄存器的编址方式有两种主要形式： 1. I/O独立编址：这种方法为每个设备控制器的寄存器分配唯一的I/O端口编号，这些端口地址与内存地址空间独立，使得操作系统能够清晰地区分内存访问和I/O访问，避免冲突。 2. 内存映象编址：这种编址方式将设备控制器的寄存器映射到内存空间中，简化了对设备的访问，但可能会占用内存地址空间。 嵌入式系统是本主题的一个重要分支，它们是以特定应用为中心，基于计算机技术设计的专用系统，强调软硬件的可裁剪性，以满足对功能、可靠性、成本、体积和功耗的严格要求。嵌入式系统的发展经历了四个阶段： 1. 无操作系统阶段：早期的嵌入式系统没有操作系统，直接控制硬件。 2. 简单操作系统阶段：引入了简单的操作系统，以提高效率和可维护性。 3. 实时操作系统阶段：引入实时操作系统，保证了任务的实时响应。 4. 面向Internet阶段：随着网络技术的发展，嵌入式系统开始具备联网能力。 在嵌入式系统中，IP核是关键组成部分，它是一种可重用的功能模块，具有知识产权保护，常用于构建系统芯片（SOC）。IP核根据设计深度分为软核、固核和硬核，分别对应行为、结构和物理层面的设计。 嵌入式系统的层次结构包括硬件层、中间层、系统软件层和应用软件层。硬件层包括微处理器、存储器、通用设备接口和I/O接口。其中，Cache缓存用于减少主存访问延迟；主存包括ROM（如NOR Flash、EPROM和PROM）和RAM（如SRAM、DRAM和SDRAM），以及辅助存储器（如硬盘、CF卡、SD卡和NAND Flash）。中间层，即硬件抽象层（HAL）或板级支持包（BSP），起到隔离硬件和软件的作用，提供了设备驱动的接口。系统软件层主要由RTOS（实时操作系统）组成，负责多任务调度和资源管理。应用软件层则根据需求开发特定的应用程序。 设计BSP时，需要完成硬件初始化（包括片级、板级和系统级初始化）和设备驱动设计。初始化确保了硬件处于正确的工作状态，而设备驱动则是操作系统与硬件设备通信的桥梁，使得上层软件无需关心硬件细节，专注于功能实现。 设备管理基础和嵌入式系统知识涵盖从硬件架构到软件设计的多个层面，是理解和开发高效、可靠嵌入式系统的基础。在实际工作中，这些知识对于系统设计、优化和故障排查都极其重要。