嵌入式系统的定义应当是以应用為中心、以计算机技术为基础、软件硬件可裁剪、适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统 比如现茬ATM取款机就是一个典型RTOS,embedded 　　除了大家熟知的Linux操作系统外，GNU的软件还包括编译器(gccg++)、二进制转换工具(objdump，objcopy)、调试工具(gdbgdbserver，kgdb)和基于不同硬件平台嘚开发库GNU开发工具的主要缺点是采用命令行方式，用户掌握和使用比较困难不如基于 Windows系统的开发工具好用。但是GNU工具的复杂性是由於它更贴近编译器和操作系统的底层，并提供了更大的灵活性一旦学习和掌握了相关工具，也就了解了系统设计的基础知识为今后的開发工作打下基础。GNU的开发工具都是免费的遵循GPL协议，任何人都可以从网上获取笔者参与了一个基于 ARM平台的嵌入式Linux系统开发，采用的昰摩托罗拉龙珠系列的MC928MX1从测试代码、引导程序、嵌入式Linux移植、应用程序、图形界面都可以用GNU工具进行开发，不需要在开发工具上做额外嘚投入本文所介绍的开发方法同样适用于其它公司的基于ARM的产品。 1 硬件平台 　　MC928MX1(以下简称MX1)是摩托罗拉公司基于ARM核心的第一款MCU主要面向高端嵌入式应用。内部采用ARM920T内核并集成了 SDRAM/Flash、LCD、USB、蓝牙(bluetooth)、多媒体闪存卡(MMC)、CMOS摄像头等控制器。关于MX1的详细资料感兴趣的读者可以参考.cn/semiconductors/。作為应用开发的最小系统必须包括RAM(程序运行空间)、Flash(存放目标代码)和串行接口(用于调试和下载程序)MX1提供了6个片选端(CS0"CS5)，内置了SDRAM控制器数据宽喥 32位。在笔者的系统中采用了2片8M%26;#215;16位的SDRAM和2片4M%26;#215;16位的同步Flash存储器分别接入数据线的低16位和高16位，如图1所示 　　图1中SDRAM接片选端CS2，Flash接片选端CS3其餘为SDRAM/Flash的控制信号。最小系统还包括至少1个串行接口可以采用 MX1内置的UART控制器，图略 2 自举模式 　　目前，许多嵌入式处理器都提供了自举模式(Bootstrap)供用户写入引导代码。自举模式利用了固化在芯片内部的一段引导程序当处理器复位时，如果在特定引脚上加信号则处理器将茬复位后执行固化ROM中的程序。例如MX1提供了4条复位引脚，复位时引脚不同的电平组合可以从不同的片选端启动系统自举ROM中的程序完成串ロ的初始化，然后等待用户从串口写入用户代码自举模式所能接受的是一种专门格式的文本文件，包括数据和要写入/读出的地址关于洎举模式的代码格式，可参考相关芯片的手册在摩托罗拉的网站还提供了许多小工具，帮助开发者将其它格式的文件转换成为自举模式格式通过自举模式下载的通常是一段和上位机软件(如超级终端)通信的程序，完成接收数据并写入Flash的操作写入的数据可以是用户自己的應用程序、数据或者操作系统的内核。通过自举模式下载的引导程序同样可以用GNU工具开发 和arm-linux-objcopy。GNU的所有开发工具都可以从上获取最新信息Linux移植过程中和处理器相关的代码都放在arch/arm目录下。对于内核用户需要做的是设定自己系统的内存映像，RAM起始地址I/O地址空间和虚拟I/O地址涳间，参看arch/arm/mach-integrator//projects/kgdb/上了解具体的使用方法 结束语 　　本文以一个具体的实例为例，对GNU工具中的常用功能作了介绍其实GNU工具的功能还远不止这些，更进一步的操作有：针对不同处理器不同算法的软件优化、高效的内嵌汇编、大型项目管理功能等。相信GNU能成为越来越多开发人员嘚选择[!--empirenews.page--]

 公司的未来发展取决于知识产权(IP)的开发与保护。知识产权(IP) 在维基百科中被定义为法律概念指的是被赋予专有权的智力创作。尽管该定义只涉及法律含义但IP其实是组织或个人开展创新和努力工作的成果。IP是公司创新的制胜法则相对于竞争对手能够为产品带来优勢。对于生产嵌入式系统的企业来说知识产权可能是： · 系统的固件实现方案 · 硬件实现方案;例如利用创新方法实现信号链或输出控制，从而让产品脱颖而出 · 任何解决系统中特殊问题的创新方法 例如采用尽可能少的硬件资源的嵌入式系统实现方案就是一个很好的例证。这种实现方案可以降低产品制造成本使产品在竞争激烈的市场中更加畅销。 知识产权 (IP) 安全问题公司任何成功所面临的主要挑战每种產品都需要经过大量的研发和创新才能够成功推出。嵌入式系统制造商向市场推出产品后始终要关注的是逆向工程攻击这在当今的市场Φ是个棘手的现实问题。如果竞争对手窃取IP并复制设计那么您的产品销售收入将会受到极大影响。 通常在谈到嵌入式系统的IP安全性时囚们首先想到的是与微控制器或微处理器配合使用的固件。当说到MCU时一些系统设计人员会戛然而止而硬件会怎样?是的，有些人很重视硬件并通过多种方法设法隐藏硬件实现方法。任何完整的嵌入式系统的组成部分不仅仅包含固件还涉及大量硬件(图1)。 图1：嵌入式系统 其Φ的硬件负责与外设进行交互用以感应输入，生成输出以及进行信号调节。让我们以电动自行车的控制系统为例图2给出了这种系统嘚一种可能的实现方案。 图2：电动自行车控制系统 如图2所示为MCU编写的固件通常用来接收总线(电源)电压、速度命令等输入内容，执行信号調节并将信号转换为数字，然后进行各种计算并根据为MCU编写的固件制定决策，例如控制电机和LED输出 嵌入式系统的IP安全性可分为两部汾。 · 防止发生未经授权的固件访问 · 隐藏模拟与数字资源及其互连情况 防止发生未经授权的固件访问 不同微控制器采用不同方法来防止閃存中的代码遭到未授权访问而有的微控制器根本不采取任何保护措施。进一步说所有解决方案都采用禁止从闪存存储区域读取数据來解决安全问题。有些设备会禁用整个闪存存储系统的读/写访问这种解决方案无法在终端系统中添加引导加载程序。如果需要在系统中實现引导加载程序且IP安全性同样重要那么系统设计人员就需要选择合适的微控制器。 有些微控制器将闪存分为多个模块并对每个模块采取不同的安全等级保护。对于这种器件我们可以在实现引导加载程序的同时获得同样高的保护等级。让我们看一下赛普拉斯半导体的PSoC 1器件所提供的闪存保护功能这些器件支持各种闪存保护模式： · 无保护模式 · 工厂升级模式 · 现场升级模式 · 完全保护模式 所选的保护模式只能在编程时载入NVL(非易失性)位，不能在运行时间更改以免保护等级发生意外更改，也是为了防止攻击者通过在闪存无保护区域写入特定代码试图修改固件 无保护模式：这种模式下允许执行所有外部和内部写入/读取操作。该保护模式适合在开发阶段使用因为此时无需将器件提供给第三方。该模式不应用于生产阶段 工厂升级模式：这种保护模式适用于需要由外部程序员对各个闪存模块进行升级的系統。这种保护模式不允许外部读取但允许外部写入、内部读取和内部写入。如果某个特定模块需要在不擦除整个存储器的前提下由外部程序员进行升级那么可以使用这种模式。例如对于需要由客户或安装团队校正系统并将校正数据存储在闪存中的这种情况这种模式就佷有用。尽管在系统中进行的这种升级非常有用但在能够使用安全性更高的模式的情况下必须避免使用该模式。原因在于该模式缺乏对外部写入的保护如果有人在可升级区域插入用以读取闪存内容的代码，那么IP就会失去保护然而对于这些器件，为特定模块只能设定此類安全级别其他模块则可以设定更高的安全等级。因此必须确保将非关键代码存储在这些特定模块中 现场升级模式：这种保护模式禁鼡外部写入和读取操作，只允许内部写入和读取因此无法通过程序员接口读/写闪存。该模式最适合支持引导加载支持的系统在采用引導加载程序的嵌入式系统中，引导加载程序通过通信协议接收需要写入的闪存数据然后使用内部程序将数据写入闪存。类似地也是使鼡内部命令来执行读取操作。因此引导加载程序可以使闪存成为只读状态。引导加载程序可存储在具有更高安全等级(完全保护模式)的模塊中因此引导加载程序本身不会被修改。额外对引导加载程序的通信进行加密还能进一步降低闪存读取可能性 完全保护模式：如果无需对闪存模块进行现场或使用外部程序进行升级，那么这种保护模式理想适用于生产阶段这种模式禁止以任何形式访问闪存，并禁用内/外部读/写操作 在生成十六进制文件(将在生产就绪型系统编程)的同时，系统设计人员必须设定合适的保护等级想方设法实现最高IP安全性。 对于需要为不同闪存区域设定不同保护等级的系统而言最好检查一下闪存粒度保护的设定情况。有些微控制器只允许为闪存赋予一个保护等级有些器件允许将闪存分为容量为数kB的块，有的闪存块甚至低至64字节应使用可将闪存分为小块的器件，这样能最大程度地缩小處于较低保护等级的闪存区域否则会造成闪存浪费或使更多闪存内容面临安全威胁。 隐藏模拟与数字资源及其互联方式 目前我们已经讨論了系统固件部分的IP保护问题一些OEM厂商为了防止竞争对手读取部件编号，会在PCB板上涂焦油或环氧树脂对于大批量系统还可以在IC器件上茚刷定制部件编号。定制部件编号同样可以使实际部件编号难以识别然而，这些方法都无法做到万无一失竞争对手可以跟踪各种连接，观察各种引脚上的信号并找出设计中所使用的部件，而且找到各种模块在PCB板上的连接方式也并非难事因此，隐藏各种外设及其互连方式的唯一办法就是使用物理隐藏例如，如果所有连接都能隐藏到单个芯片内部那么要弄懂信号链并确定系统使用的外设就变得更加困难。将各种外设集成到单个芯片中有助于隐藏硬件相关信息考虑到这一事实，因此在防止受逆向工程攻击时片上系统(SoC)器件应该是最佳选择。然而有些SoC的专用引脚存在逆向工程漏洞，例如当器件为外设提供专用引脚时就很容易判断出所使用的外设类型。因此那些具有灵活布线功能、可以让任意外设连接任意引脚的SoC能够更好地防止受逆向工程攻击。 图3(a)、3(b)和3(c)分别给出了电动自行车控制系统的三个高端實现实例(为了简便只给出了比较抽象的方框图，并未包含PCB上的各种其它组件)这些实现方案包括： · 使用焊接在印刷电路板上的各个模塊 · 使用带专用外设引脚的SoC · 使用带灵活I/O布线功能的SoC 图3(a)：基于单个组件的实现方案 图3(b)：带专用外设引脚的SoC 图3(c)：采用带灵活I/O布线功能的SoC 如果讓工程师对以不同方式实现同一系统的这三种PCB板进行逆向工程设计，哪种更容易被还原工程?答案很明显应该是图3(a)中的实现方案因为一切嘟清晰暴露在PCB板上。要对3(b)中的方案进行反逆向工程设计就需要更长的时间但仍可获得基本的实现方法。那么图3(c)方案会怎样?可以说很难甚臸不可能摸清这种实现方案因为它更像是一个只有输出和输出的黑盒子。工程师根本无法找到该系统中实现的模拟信号链因为SoC可以让所有外设连接任何一个引脚，而且这些外设在内部的互连无需借助任何物理引脚此外，由于可编程逻辑没有使用专用引脚因此无法找箌保护逻辑。 对这种方案进行逆向工程设计的唯一可能方法是读取决定外设与引脚连接的寄存器但是竞争对手必须首先解决闪存读取这個难题。如果有人能破解闪存的安全机制或者系统设计人员忘了设置必要的闪存保护功能，那么如果外设与大部分MCU一样有固定地址这種情况下信号链才可能被破解。 赛普拉斯半导体公司的PSoC 1器件在这方面能提供最佳的安全功能这些器件采用通用模拟和数字模块以及可编程布线方式。同一通用模块可实现任意外设例如，可编程模拟模块可用于实现可编程增益放大器 (PGA)、模数转换器(ADC)、比较器、滤波器甚至电嫆式感应模块可编程数字模块可配置成定时器、计数器、UART、PRS生成器或SPI。这些模块都可以连接到任意引脚这一切都由一些寄存器位来确萣。这些寄存器值存储在闪存中并在启动过程中加载寄存器值在闪存中的存储位置并不固定，而是由程序来决定系统设计人员可在编譯过程中改变寄存器值的存储位置。此外还可以在运行过程中修改这些寄存器值，以便重新配置模块从而实现不同外设例如，在启动階段配置成可编程增益放大器的模块可重新配置成比较器或ADC因此，几乎不可能对包含这类器件的设计中的硬件资源进行逆向工程设计 洳今的产品要想取得成功必须面对逆向工程设计这一残酷现实，为此应在系统中添加IP安全功能用以避免IP遭到未授权访问其中很重要的一點就是要隐藏硬件与固件实现方案，从而实现最高安全等级不同的MCU制造商提供不同的方法来防止闪存遭到非法读/写，因此选择系统器件の前必须评估该产品的安全技术与效果采用可编程资源和可编程布线技术的SoC对系统中所有底层实现方案都进行了抽象化，留给竞争对手嘚只是一个无法实现逆向工程的黑盒子