14、嵌入式微处理器系统的软件设计与硬件考量

嵌入式微处理器系统的软件设计与硬件考量

1. 调试工具选择

在嵌入式系统开发中，调试是关键环节。很多小型微控制器都配备了模拟器，它是运行在 PC 上模拟微控制器的软件，让开发者能在办公桌前开发和测试代码。不过，模拟器有个严重缺陷，它无法预测真实世界的情况，只能依据用户提供的输入进行模拟。如果无法预测所有真实世界的时序，模拟器软件也做不到。但如果微控制器设计的操作是可预测且不依赖真实世界时序的，模拟器可能就是所需的唯一调试工具。

当进入有运动电机和电磁开关的真实环境时，这也是大多数嵌入式设计的最终归宿，模拟器的局限性就会显现出来。若模拟器不够用，又无法获取或使用仿真器，就需转向其他调试技术。

2. 微处理器硬件特性

2.1 栈的使用

栈几乎是所有微处理器都具备的，软件可临时存储值，直到需要时再取用。调用子程序时，处理器会将返回地址保存到栈中。栈是后进先出（LIFO）的缓冲区，就像餐厅自助餐线上的弹簧餐盘堆，最后放入栈的值会最先被取出。

多数微处理器有 PUSH 和 POP 指令（或等效指令）来向栈添加或移除值，这使程序员能在中断时保存寄存器，之后再恢复。PC 上的栈能容纳数百万字节的信息，但嵌入式设计中的栈并非如此灵活：
- 硬件限制 ：一些微控制器的栈有限。如 PIC17C42 只有 16 级栈，且没有 PUSH 和 POP 指令，栈仅用于存储返回地址。有硬连线栈（在微处理器集成电路中实现为固定寄存器）的处理器，无法支持多个级别的子程序，栈会溢出，也不能在栈上传递太多参数。
- 系统 RAM 限制 ：即便处理器的栈不受