嵌入式操作系统内核原理和开发（地址空间）

不管是什么样的嵌入式cpu，它必然有自己的访问地址空间。至于这个具体的访问空间是什么，那cpu就不知道了。它可以是ram，当然也可以是flash、uart、ide、i2c等。当然cpu不仅需要地址总线，它还需要数据总线和控制总线。这三个总线的目的都非常明确，控制总线主要是为了实现cpu对外设接口的控制，地址总线是为了实现地址的输出，数据总线则是为了实现数据内容的获取或者设置。所以，对于一般的嵌入式cpu来说，它的基本架构应该是这样的，

在x86的cpu上，很多对外设的操作是需要通过北桥或者通过南桥芯片完成的。而在嵌入式硬件中，我们就把经常使用到的接口芯片集成到了cpu里面。所以在嵌入式cpu功能上面，你除了看到cpu的字长、时钟、指令集、运算速率这些通常的数据之外，你还会看到很多的接口控制寄存器，比如说定时器寄存器，lcd寄存器，uart寄存器，i2c寄存器。这些都表明了此时的cpu完成的不仅仅是简单的计算功能，它还需要完成对外设接口的设置。通过对应的寄存器设置，我们就可以对外设的接口状态进行控制。

说了这么多，我们接下来要看看嵌入式系统在地址空间里面是怎么设计的啊？其实一个完整的嵌入式软件系统并不复杂。一般来说，一个完整的系统需要有boot、kernel、文件系统三部分。其中boot主要放在norflash里面，而kernel和文件系统是存放在nandflash里面。在系统上电之后，cpu会有一个初始地址，这个地址要么是0x00000001，或者是0xFFFF0000。通常这个地址会指向Norflash，下面开始执行的代码当然就是boot代码。因为Norflash的访问速度要比Ram速度慢很多，所以boot代码很快会把自己拷贝到Ram中，然后跳到Ram中继续运行。boot的功能比较简单，主要就是为了获取芯片参数，设置芯片属性，设置堆栈空间，加载操作系统内核等。在boot完成自己的功能之后，它会把系统内核加载到Ram中，然后jump到系统的运行首地址处运行。系统内核主要完成整个系统的初始化工作，比如说内存分配，信号量初始化，net初始化，驱动结构初始化等工作。在内核即将完成初始化的时候，它会进行最后一步操作，mount一个文件系统，加载文件系统的脚本数据，开启相关的系统进程，最后一步就是开启shell进程，接受用户的命令输入。至此，一个系统算是真正跑起来了。

前面，我们说过cpu需要数据总线、地址总线和控制总线才能与外设接口打交道。既然cpu是通过状态寄存器设置外设接口的状态的，那么cpu是如何通过地址总线与外界联系的呢？这里面就涉及到片选信号的问题。我们知道，一个32位的cpu有32条地址线和外界相连，那么也就是说如果没有其他的方法，它只能外设32个接口。那么有没有什么办法可以扩大外设接口呢？说到这里，你应该知道了，它就是解码器和片选信号了。比如说，现在有4个外设接口，我们可以怎么从地址总线中挑出两条线，00表示外设1，01表示外设2，10表示外设3，11表示外设4。这样有了解码器的帮助，我们就可以用两个地址线实现对4个外设接口的控制了。

有了cpu状态寄存器，我们可以设置当前外设接口的执行状态。如果是读命令，首先设置外设接口的状态模式为读状态，然后发送地址，此时片选信号选中的芯片就会处于使能状态，一会cpu就可以从数据总线上获得数据，存储在寄存器或者是内存当中；如果是写命令，那么cpu首先设置外设接口为写模式，然后在地址总线上输出地址，在收到芯片ready信号后，cpu再将数据从寄存器上传输到数据总线上，在等到外设芯片的ack信号后，整个数据的传输过程才算完成。我们看到，一个汇编指令的操作竟然涉及到这么多信号的操作，可见cpu的处理过程还是很复杂的。有的时候，中间还会涉及到信号完整性或者是时序的问题，那么这时候逻辑分析仪就可以派上用场了。

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