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　　采用大容量EPROM来固化程序的专用系统，正在智能仪器和自动化等领域里 得到广泛应用。传统设计方法用汇编语言编写程序，这主要是从保证速度和节省存储 空间考虑，但编程费时，调试和排错很不容易。微电子技术的飞速发展，使高性能微 处理器和大容量存储器的价格变得十分便宜，速度和存储容量不再是困扰设计者的主 要问题。人们将ROMBIOS和CRT显示器等外设加进这类专用系统，并尝试用 高级语言来开发其软件，即把通用计算机上的软件和硬件“嵌入”专用系统，构成所 谓的嵌入式系统(EmbeddedSystem)。由于C语言容易编程、代码紧 凑、可移植性和可维护性好，因而被普遍用于嵌入式程序的设计。

　　大多数嵌入式系统无操作系统支持，要由设计者提供所有低级I/O功能。系统 I/O资源有限，程序必须固化在EPROM中，不能象在DOS下那样从磁盘装入 和由用户编程。设计者要编写一个定位程序(Locator)，把EXE格式的应 用程序转换成可固化进EPROM的二进制文件(ROM图)?；挂嘈匆桓銎舳? 序(runtimeStartupCode)，与ROM图一起嵌入EPROM， 先由它建立数据区和对系统硬件作必要初始化，然后调Main函数，执行应用程序。 若想发挥C语言之优势，使用一些标准I/O语句，如用printf驱动显示器等， 则要在嵌入式程序中加进经过修改的库函数。总之，C语言编程会使系统开发面临一 些新问题，要求设计人员具备软硬件方面的综合知识，才能正确进行系统调试和排错。

　　当然，如果拥有专用的嵌入式系统开发工具，设计工作便要省劲些。它们通常配 有定位程序和可供设计者修改的启动程序样板，有些还能通过串口或并口，在PC机 上联机调试程序，甚至有源级代码调试功能。利用工控机来设计系统，事情就更简单。 不过，专用开发工具和工控机价格昂贵，因此许多人在设计嵌入式系统时选择自己编 写定位程序和启动程序，甚至编写可嵌入的I/O库函数。本文就嵌入式系统的程序 设计方法及设计中可能遇到的问题作些讨论，供打算设计嵌入式程序的读者参考，有关编写定位程序和启动程序的具体方法将另文介绍。

　　2、嵌入式程序的定位

　　2.1　EXE文件格式和DOS重定位

　　DOS下的EXE文件是一种可重定位文件 (Re-locatableFile)，它由重定位标头和装入?？樽槌?。后者含 一段或几段程序代码，段数与类型取决于程序规模和编译时所用的内存模式，然后是 初始化与未初始化的数据及堆栈，还可能有程序排错信息。代码、数据和堆栈段地址 均是参考到程序开头的相对地址。标头放在装入?？橹?，含若干定位控制信息和一 张定位表?？刂菩畔‥XE文件大小、标头长度、需要重定位的项数和位置、装 入?？榈目泛投颜坏南喽缘刂返?。定位表是一组形式为段址：偏址的远指针，指示 装入?？橹幸囟ㄎ坏哪切┒沃废喽杂谀？榭反Φ奈恢?。装进RAM后，加载程序 建立起程序段前缀PSP，并根据系统当前可用RAM地址修改这些段址，对装入模 块重定位，使程序中所有参考绝对地址的量正确指向?？樽叭牒蟮钠鹗嫉刂?，然后执 行(图1)。因此它可在RAM中的任何位置上执行。图　DOS对EXE文件的定位过程

　　2.2 嵌入式程序的定位

　　嵌入式系统有ROM和RAM两类内存，程序被固化进ROM，而程序 变量和堆栈应设在RAM中。因此，对EXE文件的重定位过程与DOS下不一样。定位程序必须根据系统的ROM和RAM地址，对定位表中各远指针指向的字进行修改。定位程序最后以一种可加载进测试系统或

　　可烧入EPROM的形式输出程序，即ROM图，它可以是二进制或Intel的HEX格式，根据EPROM编程器、仿真器或调试程序的要求而定。

　　可用两种方法把EXE文件转换为ROM图：

　　一是使用EXE2BIN命令。若EXE文件定位表中不含有定位远指针，EXE2BIN便将它转换成COM文件，它是可固化进EPROM的二进制文件，否则便放弃转换。这仅适用于较小的单段程序。较新版本的EXE2BIN在发现EXE文件中含重定位项时，会提示用户提供一个基地址，进行重定位。若选用适当的内存模式，并限制使用远指针，它也可能用一个基地址进行定位。但对于规模较大的程序，EXE2BIN无能为力。

　　二是根据标头和MAP文件所提供的信息进行定位，适用于所有的EXE文件(图2)。若在连接时进行限定，可生成只含内存分配段表的简单MAP文件。段表的每行描述一个段，按代码段、数据段和堆栈段的次序排列。MicrosoftC和BorlandC的MAP文件每行长度略有区别，但行上各参数(段始址、段末址、段长、段名、段类)的位置是固定的。 定位程序根据第一个RAM段的段名，从MAP文件中抽取出它的起始地址，它就是数据区的相对始址。再从标头内容计算出装入?？榇笮?，即要占用的ROM容量。将系统ROM始址加上代码段在装入?？橹械?/p>

　　相对地址，便得到程序开始执行的地址。然后，对定位指针进行自小到大排序。根据各段的始末地址逐段析出段址，并从装入?？橹卸寥敫枚未牖蚴?。接着按定位指针顺序考察待定位的段址，若它落在该段范围内，便进行定位操作，即把此段址修改成实际的ROM或RAM地址。直到将属于这个段的定位指针全部处理好后，便把这段内容写到输出文件。对所有段都进行定位后，便获得ROM图。 图2　80x86系统上嵌入式程序的定位过程

　　3、启动程序

　　ROM中程序执行前，先要在RAM中建立堆栈和数据区。串数据等常数与程序一起固化在ROM中，程序可以访问它们，但RAM的存取速度比E-PROM高，因此也被复制进RAM，以提高读出速度?；剐枰程序运行的环境，如对段寄存器和堆栈指针初始化、对静态变量和RAM区清零、建立堆(heap)等。程序运行前还应设置必要的中断矢量，并让各未用中断指向一个只含RET指令的哑函数，以防止错误中断引起系统的混乱。此外，还要对系统硬件进行初始化，并根据具体的系统，加入出错时中止程序或重启动的程序段等。这些工作都由用汇编语言编写的启动程序完成。启动程序是嵌入式程序的开头部分，应与应用程序一起固化在EPROM 中，并首先在系统上运行(图2)。它应包含进各?？橹锌赡艹鱿值乃卸卫?，并合理安排它们的次序。当它作为第一个?？楹陀τ贸绦虻纫黄鹆邮?，LINK将按照该次序归并类名相同的段。

　　写好启动程序是设计好嵌入式程序的关键。各类C编译均提供自己的启动程序?？?C0.ASM)，可以此为样板，经简化和修改形成适用本系统的启动程序，也可以先搭一个启动程序骨架，再逐步完善。

　　4　嵌入式程序的运行

　　嵌入式系统大多不能从键盘接受命令，而要在系统通电或复位时，自动执行ROM中的程序。各系统的复位地址不尽相同，以工作在实模式的80x86嵌入式系统为例，CPU复位后将执行F000：FFF0H处的代码。这是系统ROM的高址端，仅有16字节空间，设计者可用DEBUG命令在ROM图的这个位置上，放一条无条件远跳转指令JMPFARPTRstart，转到ROM开头，从那里执行启动程序(见图2)。启动程序完成上述的初始化后调main函数，执行应用程序。 80286以上的CPU复位时，CS：IP初值仍是F000：FFF0H。但

　　A20以上地址线在CS寄存器被第一次装进新的内容前，一直保持高电平，即开始地址指向最高地址端。如只要求系统工作在实模式，可由译码电路将开始的高地址反射到低端的1MB空间，复位矢量仍是F000：FFF0H。当上述JMP指令一 执行，CS被改写，A20以上地址线将变低而进入实模式。要是希望启动后进入?；つＪ?，就不需要进行地址反射，但是相应的复位地址上只能放一条近跳转指令，保证不改变CS值。然后进行必要的初始化，尽快进入?；つＪ?。

　　5、嵌入式程序的编译和连接

　　综上所述，设计嵌入式系统时要在PC机上编写三个程序：应用程序MYPROG.C;定位程序LO-CATOR.C;启动程序STARTUP.ASM。然后按以下步骤进行编译和连接，生成可编程的ROM图：

　　?将应用程序编译成MYPROG.OBJ。

　　?将定位程序编译和连接成可执行程序LO-CATOR.EXE。

　　?将启动程序编译成STARTUP.OBJ。

　　?对STARTUP.OBJ、MYPROG.OBJ及必要的库函数进行连接，生成EMBED.EXE和简化的MAP文件EMBED.MAP。STARTUP 必须是LINK行上的第一个?？?，保证它先执行。

　　?执行LOCATOR.EXE，以EMBED.EXE、EMBED.MAP、第一个RAM段的段类名、RAM和ROM始址为输入参数，实现定位，输出ROM图EMBED.BIN。

　　?用DEBUG命令在EMBED.BIN的F000：FFF0H位置上加进指令JMPFARPTRstart，形成最终的ROM图。

　　6、其它几个问题

　　6.1 系统内存考虑

　　为确保正确复位，设计硬件时要让ROM地址空间覆盖复位矢量。例如8086系统的最高地址为F000：FFFFH，若采用128KB的ROM，其地址范围应取E000：0000-F000：FFFFH。 RAM地址则应从0开始，由于开头1KB字节RAM要保留给中断矢量表，通常如图2那样将RAM数据区设在地址0040：0000H处。

　　常数先固化在ROM中，然后被复制进RAM，因此占用的存储器空间是DOS下的两倍?？稍诔绦蛏杓浦猩璺ㄏ拗埔粗平鳵AM的常数数量。例如，系统若支持CRT显示器，可能需要在屏幕上显示各种消息和菜单提示。这时，可把所有显示函数和有关文本串放进一个?？?，再用指针来存取它们。比如，本来可用下面语句打印提示：

　　printf("PressStoStart");

　　printf("PerssQtoQuit");

　　若程序中有许多类似的语句，便可能存在较多重复串。要是对各子串都用指针访问，编译就会把其中重复的串(如Press，to等)合并，省下不少内存空间。即把上面语句改为：

　　printf("%s%s%s%s"，"Press"，"S"，"to"，"Start") ;

　　printf("%s%s%s%s"，"Perss"，"Q"，"to"，"Quit");

　　6.2 标准I/O函数的使用

　　用C语言编写嵌入式程序的过程与DOS下一样，只是要避免使用不能被固化到 ROM中的库函数。在DOS下，许多低级I/O函数(如putch，getch) 均通过DOS中断21与硬件接口，高级函数printf，scanf等也使用该中断。若希望在无ROMBIOS的系统上使用这些函数，应编写一个模仿 DOSINT21的函数，这样便能使用除磁盘I/O函之外的大多数标准I/O 函数，缩短程序开发时间，并保证较好的可移植性。当然，如果使用的是现成的嵌入式系统开发软件包，厂商将告知哪些函数可被固化进ROM，不必自己编写INT21函数。

　　编写嵌入式支持函数时要防止使用与DOS有关的库函数。比较起来，BC提供 的库比MSC的更独立于DOS。例如，MSC的printf函数要依赖几个低级 的DOS函数。所以在仿真INT21的控制台I/O函数时，建议用BC的 printf函数。

　　6.3 配置参数的?；?/p>

　　断电时，嵌入式系统应能保持那些用于系统恢复或外设配置的数据，可用电池供 电的RAM或EEPROM来存放它们。但在复位时，启动程序要把有初值的变量复 制进RAM，并对其余RAM区清0，结果会清除应保持的数据。为此，可把这类数据归入一个专门段，不包括在初始化和未初始化数据区中，不让启动程序修改它们。