一种面向AVR单片机的嵌入式虚拟机

论文摘要

随着电子技术和计算机技术的快速发展,嵌入式系统已经被广泛地应用于人类生活的方方面面。目前的嵌入式微处理器种类繁多,体系结构也各不相同,这降低了嵌入式软件的通用性,进而阻碍了嵌入式系统的发展与普及。如何能够合理重用现有的软件代码来提高软件开发的效率已经成为嵌入式软件开发中的一个主要研究方向。目前,广泛应用的方法是采用嵌入式虚拟机技术来解决不同嵌入式平台的软件重用问题。本文主要研究了一种基于ATmega128单片机的嵌入式虚拟机。其中研究了嵌入式硬件平台,包括原理图设计、PCB设计制作、硬件调试等;通过对JAVA虚拟机的深入分析后,借鉴其核心思想给出了基于AVR单片机的虚拟机规范定义;重点研究了虚拟机的设计与实现,且针对系统软件的高效性等特点,使用C语言和汇编语言混合编程的方法开发出了嵌入式堆栈虚拟机(ESVM)原型;研究了主机端开发环境的设计问题,开发了基于MFC应用程序框架的可视化主机端软件,该软件为用户提供了应用程序的编辑、编译等基本功能。另外,本文还开发了一个目标代码下载器,使用该下载器把编译生成的目标代码通过串口下载到目标机端。最后,本文对系统的运行效果进行了验证。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 研究内容
• 1.4 章节安排
• 第二章 系统体系结构及开发流程
• 2.1 系统结构
• 2.2 开发流程
• 2.2.1 硬件开发
• 2.2.2 虚拟机开发流程
• 2.2.3 主机端开发流程
• 2.3 本章小结
• 第三章 目标机硬件系统
• 3.1 AVR 单片机结构与特点
• 3.2 目标机硬件电路设计
• 3.2.1 硬件电路框图
• 3.2.2 人与目标机接口
• 3.2.3 主机与目标机接口
• 3.2.4 外部环境与目标机接口
• 3.2.5 电机控制电路
• 3.2.6 电源模块设计
• 3.3 本章小结
• 第四章 目标机软件系统
• 4.1 虚拟机的接口设计
• 4.1.1 系统模型
• 4.1.2 指令集的结构
• 4.1.3 调用接口
• 4.2 虚拟机的结构设计
• 4.2.1 虚拟机的结构
• 4.2.2 进程管理部件
• 4.2.3 解释执行部件
• 4.2.4 堆栈管理部件
• 4.2.5 算术逻辑单元
• 4.2.6 浮点运算单元
• 4.3 虚拟机的实现
• 4.3.1 开发环境与开发语言
• 4.3.2 内存分布详解
• 4.3.3 进程管理的实现
• 4.3.4 解释执行的实现
• 4.3.5 指令系统的实现
• 4.4 本章小结
• 第五章 主机端程序设计
• 5.1 C 语言编译器设计
• 5.1.1 词法分析
• 5.1.2 语法分析
• 5.1.3 语义分析和中间代码生成
• 5.1.4 中间代码优化
• 5.1.5 目标代码生成
• 5.2 用户支持库的设计
• 5.2.1 电机控制
• 5.2.2 红外控制
• 5.2.3 蜂鸣控制
• 5.3 本章小结
• 第六章 系统运行
• 6.1 目标文件格式
• 6.2 应用程序编程及运行效果
• 6.2.1 应用程序编程实例分析
• 6.2.2 ESVM 虚拟机系统的运行效果
• 6.3 本章小结
• 第七章 总结与展望
• 7.1 工作总结
• 7.2 工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 在校期间研究成果和发表学术论文
• 附录A 主要硬件原理图
• 附录B 指令集及其含义
• 附录C 相关核心代码