关于ARM嵌入式系统相关问题的研究

杨子翼

【摘要】随着信息技术的快速发展，社会已步入了信息时代。在信息时代嵌入式系统得到广泛的应用，ARM作为嵌入式微处理器，无论其技术还是发展都日益成熟，在我们的生产生活中得以广泛的应用。文中从嵌入式系统入手，对ARM嵌入式系统进行了分析，并进一步对ARM技术的应用及产业化发展进行了具体的阐述。

【关键词】ARM;嵌入式系统;调试方法;应用;产业化

目前计算机技术、网络技术和微电子技术得以快速的发展，这也加快了嵌入式系统的应用，目前在国际上公认的业界领先的嵌入式系统是ARM，其作为32位嵌入式RISC微处理器，在我们生活的各个方面具有不可或缺性。ARM技术具有非常好的性能和功效，目前已发展成为一种新型的产业发展模式，而且在市场需求不断增加的情况下，ARM的市场潜力巨大。

1.嵌入式系统

1.1 嵌入式系统的概念

嵌入式系统作为一种计算机系统，包括硬件部分和软件部分，但其又与通用的计算机系统具有明显的不同之处，其是以应用为中心，以计算机技术作为基础，而且软硬件可以进行剪载，在一些对功能、可靠性、成本、体积和功耗有严格要求的专用计算机系统中更具有适用性。

嵌入式系统作为一种专用的微处理器，在功能上比通用计算机更专门化，可以实现对某个方面进行专门的运算，不仅可靠性较高，而且成本较低，作为专用计算机系统，具有非常高的运算速度。

1.2 嵌入式系统的架构

盡管嵌入式系统与通用计算机系统存在着一定的区别，但其作为一种特殊的计算机系统，不仅包括硬件环境、嵌入式操作系统，而且还包括嵌入式应用系统。

作为嵌入式系统的硬件部分，其为嵌入式操作系统和应用程序的运行提供了一个良好的硬件平台，主要由嵌入式处理器和外围设备组成，其处理器作为整个系统的核心部分，作为系统能够有效运行的硬件单元，对系统的运行具有控制和辅助的作用。

而嵌入式应用的任务调度和控制等核心功能则由嵌入式操作系统来完成，其不仅具有简单的内核，不仅可以进行配置，而且能够更好的与高层应用进行有效关联，具有相对不变性。

在操作系统之上，嵌入式应用程序可以进行有效的运行，使一些特定功能的嵌入式应用得以完成，而且根据系统的不同来采用不同的嵌入式应用程序。

2.ARM嵌入式系统

2.1 什么是ARM

ARM最早由微处理器行业的一家知名企业所设计，其所设计的RISC处理器具有较高的性能，较低的功耗和较好的经济性，所以ARM技术具有很好的性能和功效，世界许多顶级的半导体公司与其都有大量的合作。这些半导体公司与ARM签订了硬件技术使用许可协议，所以ARM从某种意义上来讲，其不仅代表一类微处理器和一种技术，而且代表着一种新型的产业发展模式。

2.2 ARM微处理器的特点

ARM微处理器，其是采用RISC体系架构而成的，其不仅体积较小，功耗较低，而且成本不高，具有非常好的性能。其不仅能够支持Thumb（16位）/ARM（32位）双指令集，而且对于8位/16位器件具有良好的兼容性。通过对寄存器的大量使用，有效的加快了指令执行的速度，而且在寄存器中大多数数据操作都能够得到有效的完成，不仅录址方式较为简单、灵活，而且具有较高的执行效率，指令长度固定。

2.3 ARM嵌入式系统调试方法

2.3.1 指令集模拟器

部分集成开发环境提供了指令集模拟器，可方便用户在PC机上完成一部分简单的调试工作，但是由于指令集模拟器与真实的硬件环境相差很大，因此即使用户使用指令集模拟器调试通过的程序也有可能无法在真实的硬件环境下运行，用户最终必须在硬件平台上完成整个应用的开发。

2.3.2 驻留监控软件

驻留监控软件是一段运行在目标板上的程序，集成开发环境中的调试软件通过以太网口、并行端口、串行端口等通讯端口与驻留监控软件进行交互，由调试软件发布命令通知驻留监控软件控制程序的执行、读写存储器、读写寄存器、设置断点等。驻留监控软件是一种比较低廉有效的调试方式，不需要任何其他的硬件调试和仿真设备。ARM公司的Angel就是该类软件，大部分嵌入式实时操作系统也是采用该类软件进行调试，驻留监控软件对硬件设备的要求比较高，一般在硬件稳定之后才能进行应用软件的开发，同时它占用目标板上的一部分资源，而且不能对程序的全速运行进行完全仿真，所以对一些要求严格的情况不是很适合。

2.3.3 JTAG仿真器

JTAG仿真器是通过ARM芯片的JTAG边界扫描口进行调试的设备。JTAG仿真器比较便宜，连接比较方便，通过现有的JTAG边界扫描口与ARMCPU核通信，属于完全非插入式（即不使用片上资源）调试，它无需目标存储器，不占用目标系统的任何端口，而这些是驻留监控软件所必需的。

另外，由于JTAG调试的目标程序是在目标板上执行，仿真更接近于目标硬件，因此，许多接口问题被最小化了。使用集成开发环境配合JTAG仿真器进行开发是目前采用最多的一种调试方式。

2.3.4 在线仿真器

在线仿真器使用仿真头完全取代目标板上的CPU，可以完全仿真ARM芯片的行为，提供更加深入的调试功能。

但这类仿真器为了能够全速仿真时钟速度高于100MHz的处理器，通常必须采用极其复杂的设计和工艺，因而其价格比较昂贵。在线仿真器通常用在ARM的硬件开发中，在软件的开发中较少使用，其价格高昂也是在线仿真器难以普及的因素。

3.ARM技术的应用及产业化发展

3.1 ARM技术的应用领域

工业控制领域：

作为32位的RISC架构，基于ARM核的微控制器芯片不但占据了高端微控制器市场的大部分市场份额，同时也逐渐向低端微控制器应用领域扩展，ARM控制器的低功耗、高性价比，向传统的8位/16位微控制器提出了挑战。

无线通讯领域：

目前已有超过85%的无线通讯设备采用了ARM技术，ARM以其高性能和低成本，在该领域的地位日益巩固。

网络应用：

随着宽带技术的推广，采用ARM技术的ADSL芯片正逐步获得竞争优势。此外，ARM在语音及视频处理上进行了优化，并获得广泛支持，也对DSP的应用领域提出了挑战。

消费类电子产品：

ARM技术在目前流行的数字音频播放器、数字机顶盒和游戏机中得到广泛应用。

成像和安全产品：

现在流行的数码相机和打印机中绝大部分采用ARM技术。手机中的32位SIM智能卡也采用了ARM技术。

3.2 嵌入式系统产业化发展

嵌入式系统的发展，在市场的需求下，为发展注入了巨大的推动力，从而加快了其向产业化发展的进程。由于嵌入式系统具有广阔的市场。目前台式和便携式电脑设计的计算机芯片多数是由嵌入式设备进行设计制造的，全球嵌入式系统产品的产值已十分巨大，而且还有巨大的潜力可以挖掘，在未来的发展中，嵌入式系统具有非常大的潜力可以挖掘，市场发展空间非常辽阔。

4.结束语

近年来，科技技术的快速发展，有效的提高了嵌入式系统的设计水平，再加之半导体工艺技术的快速发展，ARM技术取得了较快的发展和进步，其应用领域也更加的广泛。

由于ARM技术的快速发展，不仅其工业产值得到了大幅度的提升，而且其技术产品也具有了非常好的市场前景，可以说随着ARM技术的不断发展和创新，为我们当前的生活带来了非常大的改变，有效的加快了社会发展的步伐。

参考文献

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