嵌入式系统设计：硬件、软件与实时调度解析

"《人月神话》第二版中关于寄存器组织的描述以及嵌入式系统设计师应知的知识点" 在《人月神话》第二版中，提及了寄存器组织，特别是针对ARM处理器的架构。ARM处理器拥有37种寄存器，其中包括31个通用寄存器，其中R15用作程序计数器（PC），而CPSR（Current Program Status Register）则是当前程序状态寄存器。通用寄存器R7到R0被设计为公用，所有这些通用寄存器都是32位的结构。寄存器R15作为PC，始终指向即将执行的下一条指令的地址。CPSR则存储着运行时的各种状态信息，例如条件码标志。 程序状态寄存器CPSR的格式包含32位，其中31至28位未在描述中详细说明，但27至0位有特定用途。N位代表符号标志位，当其值为1时，表示数值为负数；若为0，则表示数值为正数。Z位是全零标志位，如果运算结果为0，Z位被置1，反之则为0，这有助于判断算术或逻辑运算的结果是否为零。 嵌入式系统设计师需要理解的不仅仅是处理器的寄存器组织，还包括嵌入式系统的整体架构。一个典型的嵌入式系统由硬件层、中间层（硬件抽象层HAL或板级支持包BSP）、系统软件层以及应用软件层构成。硬件层包括嵌入式微处理器、存储器、通用设备接口和I/O接口。其中，嵌入式核心模块由微处理器、电源电路、时钟电路和存储器组成，而Cache用于加速处理器对数据的访问。中间层负责将系统软件与底层硬件隔离，提供统一的接口，使得上层软件开发人员无需关心硬件细节。BSP的初始化包括片级、板级和系统级，同时需要设计硬件相关的设备驱动。 系统软件层通常包括实时操作系统（RTOS）、文件系统、图形用户界面（GUI）和网络系统等，RTOS是进行嵌入式开发的基础。应用软件层则是根据实际需求定制的应用程序。 嵌入式系统的定义强调其以应用为中心，可裁剪的软硬件特性，适用于对功能、可靠性和资源有严格要求的场合。其发展经历了从无操作系统到实时操作系统，再到面向Internet的阶段。知识产权核（IP核）在系统芯片（SoC）设计中扮演重要角色，IP核根据设计程度的不同分为软核、固核和硬核。 实时系统的调度是决定任务执行时间和地点的关键过程，可以分为抢占式和非抢占式调度。抢占式调度能够确保高优先级任务的时间约束，但上下文切换频繁；而非抢占式调度则按照时间片分配，避免了频繁的上下文切换，但可能牺牲一定的实时性。