嵌入式之智能手機論

1、. 嵌入式之智能手機 學(xué)號： 班級： 姓名：;1.嵌入式系統(tǒng)定義32.嵌入式系統(tǒng)的分層43.實時多任務(wù)操作系統(tǒng)54.智能手機定義65.實時進程調(diào)度66.智能手機的特點77.智能手機系統(tǒng)硬件設(shè)計88.智能手機系統(tǒng)軟件設(shè)計方法99.嵌入式系統(tǒng)智能手機的特點1010.總結(jié)11引言隨著計算機技術(shù)和微電子技術(shù)的迅速發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛。下面來介紹一下嵌入式系統(tǒng)知識及典型的嵌入式產(chǎn)品智能手機。1.嵌入式系統(tǒng)定義嵌入式系統(tǒng)一般指非PC系統(tǒng)，有計算機功能但又不稱之為計算機的設(shè)備或器材。它是以應(yīng)用為中心，軟硬件可裁減的，適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗等綜合性嚴(yán)格要求的專用計算機系統(tǒng)。

2、嵌入式系統(tǒng)主要由嵌入式微處理器、外圍硬件設(shè)備、嵌入式操作系統(tǒng)以及用戶的應(yīng)用程序等4個部分組成，它是集軟硬件于一體的可獨立工作的"器件"。嵌入式系統(tǒng)的軟件部分包括操作系統(tǒng)軟件(要求實時和多任務(wù)操作)和應(yīng)用程序編程。操作系統(tǒng)控制著應(yīng)用程序編程與硬件的交互作用，而應(yīng)用程序控制著系統(tǒng)的運作和行為。嵌入式操作系統(tǒng)是一種支持嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用的操作系統(tǒng)軟件，它是嵌入式系統(tǒng)(包括硬、軟件系統(tǒng))極為重要的組成部分，通常包括與硬件相關(guān)的底層驅(qū)動軟件、系統(tǒng)內(nèi)核、設(shè)備驅(qū)動接口、通信協(xié)議、圖形界面、標(biāo)準(zhǔn)化瀏覽器等Browser。嵌入式操作系統(tǒng)具有通用操作系統(tǒng)的基本特點，如能夠有效管理越來越復(fù)雜的系統(tǒng)資

3、源；能夠把硬件虛擬化，使得開發(fā)人員從繁忙的驅(qū)動程序移植和維護中解脫出來；能夠提供庫函數(shù)、驅(qū)動程序、工具集以及應(yīng)用程序。與通用操作系統(tǒng)相比較，嵌入式操作系統(tǒng)在系統(tǒng)實時高效性、硬件的相關(guān)依賴性、軟件固態(tài)化以及應(yīng)用的專用性等方面具有較為突出的特點。2.嵌入式系統(tǒng)的分層   嵌入式系統(tǒng)分為4層，硬件層、驅(qū)動層、操作系統(tǒng)層和應(yīng)用層。 1、硬件層，是整個嵌入式系統(tǒng)的根本，如果現(xiàn)在單片機及接口這塊很熟悉，并且能用C和匯編語言來編程的話，從嵌入式系統(tǒng)的硬件層走起來相對容易，硬件層也是驅(qū)動層的基礎(chǔ)，一個優(yōu)秀的驅(qū)動工程師是要能夠看懂硬件的電路圖和自行完成CPLD的邏輯設(shè)計的，同時還要對操作系統(tǒng)

4、內(nèi)核及其調(diào)度性相當(dāng)?shù)氖煜さ?。但硬件平臺是基礎(chǔ)，增值還要靠軟件。  2、驅(qū)動層，這部分比較難，驅(qū)動工程師不僅要能看懂電路圖還要能對操作系統(tǒng)內(nèi)核十分的精通，以便其所寫的驅(qū)動程序在系統(tǒng)調(diào)用時，不會獨占操作系統(tǒng)時間片，而導(dǎo)至其它任務(wù)不能動行，不懂操作系統(tǒng)內(nèi)核架構(gòu)和實時調(diào)度性，沒有良好的驅(qū)動編寫風(fēng)格，按大多數(shù)書上所說添加的驅(qū)動的方式，很多人都能做到，但可能連個初級的驅(qū)動工程師的水平都達不到，這樣所寫的驅(qū)動在應(yīng)用調(diào)用時就如同windows下我們打開一個程序運行后，再打開一個程序時，要不就是中斷以前的程序，要不就是等上一會才能運行后來打開的程序。想做個好的驅(qū)動人員沒有三、四年功底，操作系

5、統(tǒng)內(nèi)核不研究上幾編，不是太容易成功的，但其工資在嵌入式系統(tǒng)四層中可是最高的。  3、 操作系統(tǒng)層，對于操作系統(tǒng)層目前可能只能說是簡單的移植，而很少有人來自已寫操作系統(tǒng)，或者寫出缺胳膊少腿的操作系統(tǒng)來，這部分工作大都由驅(qū)動工程師來完成。操作系統(tǒng)是負責(zé)系統(tǒng)任務(wù)的調(diào)試、磁盤和文件的管理，而嵌入式系統(tǒng)的實時性十分重要。據(jù)說，XP操作系統(tǒng)是微軟投入300人用兩年時間才搞定的，總時工時是600人年，中科院軟件所自己的女媧Hopen操作系統(tǒng)估計也得花遇幾百人年才能搞定。因此這部分工作相對來講沒有太大意義。  4、應(yīng)用層，相對來講較為容易的，如果會在windows下如何進行編程接口函數(shù)調(diào)用

6、，到操作系統(tǒng)下只是編譯和開發(fā)環(huán)境有相應(yīng)的變化而已。如果涉及 Jave方面的編程也是如此的。嵌入式系統(tǒng)中涉及算法的由專業(yè)算法的人來處理的，不必歸結(jié)到嵌入式系統(tǒng)范疇內(nèi)。但如果涉及嵌入式系統(tǒng)下面嵌入式數(shù)據(jù)庫、基于嵌入式系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)編程和基于某此應(yīng)用層面的協(xié)議應(yīng)用開發(fā)（比如基于SIP、H.323、Astrisk）方面又較為復(fù)雜，并且有難度了。3.實時多任務(wù)操作系統(tǒng)RTOS(Real Time multi-tasking Operation System),即實時多任務(wù)操作系統(tǒng)是嵌入式應(yīng)用軟件的基礎(chǔ)和開發(fā)平臺。目前在中國大多數(shù)嵌入式軟件開發(fā)還是基于處理器直接編寫，沒有采用商品化的RTOS，不能將系統(tǒng)軟件和

7、應(yīng)用軟件分開處理。RTOS是一段嵌入在目標(biāo)代碼中的軟件，用戶的其它應(yīng)用程序都建立在RTOS之上。不但如此，RTOS還是一個可靠性和可信性很高的實時內(nèi)核，將CPU時間、中斷、I/O、定時器等資源都包裝起來，留給用戶一個標(biāo)準(zhǔn)的API，并根據(jù)各個任務(wù)的優(yōu)先級，合理地在不同任務(wù)之間分配CPU時間。 RTOS是針對不同處理器優(yōu)化設(shè)計的高效率實時多任務(wù)內(nèi)核，優(yōu)秀商品化的RTOS可以面對幾十個系列的嵌入式處理器MPU、MCU、DSP、SOC等提供類同的API接口，這是RTOS基于設(shè)備獨立的應(yīng)用程序開發(fā)基礎(chǔ)。因此基于RTOS上的C語言程序具有極大的可移植性。據(jù)專家測算，優(yōu)秀RTOS上跨處理器平臺的程序移植只需

8、要修改15%的內(nèi)容。在RTOS基礎(chǔ)上可以編寫出各種硬件驅(qū)動程序、專家?guī)旌瘮?shù)、行業(yè)庫函數(shù)、產(chǎn)品庫函數(shù)，和通用性的應(yīng)用程序一起，可以作為產(chǎn)品銷售，促進行業(yè)內(nèi)的知識產(chǎn)權(quán)交流，因此RTOS又是一個軟件開發(fā)平臺。 RTOS是嵌入式系統(tǒng)的軟件開發(fā)平臺。RTOS最關(guān)鍵的部分是實時多任務(wù)內(nèi)核，它的基本功能包括任務(wù)管理、定時器管理、存儲器管理、資源管理、事件管理、系統(tǒng)管理、消息管理、隊列管理、旗語管理等, 這些管理功能是通過內(nèi)核服務(wù)函數(shù)形式交給用戶調(diào)用的，也就是RTOS的API。 RTOS的引入，解決了嵌入式軟件開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)化的難題。隨著嵌入式系統(tǒng)中軟件比重不斷上升、應(yīng)用程序越來越大，對開發(fā)人員、應(yīng)用程序接口、程序

9、檔案的組織管理成為一個大的課題。引入RTOS相當(dāng)于引入了一種新的管理模式，對于開發(fā)單位和開發(fā)人員都是一個提高。 基于RTOS開發(fā)出的程序，具有較高的可移植性，實現(xiàn)90%以上設(shè)備獨立，一些成熟的通用程序可以作為專家?guī)旌瘮?shù)產(chǎn)品推向社會。嵌入式軟件的函數(shù)化、產(chǎn)品化能夠促進行業(yè)交流以及社會分工專業(yè)化，減少重復(fù)勞動，提高知識創(chuàng)新的效率。 嵌入式工業(yè)的基礎(chǔ)是以應(yīng)用為中心的芯片設(shè)計和面向應(yīng)用的軟件開發(fā)。實時多任務(wù)操作系統(tǒng)(RTOS)進入嵌入式工業(yè)的意義不亞于歷史上機械工業(yè)采用三視圖的貢獻，對嵌入式軟件的標(biāo)準(zhǔn)化和加速知識創(chuàng)新是一個里程碑。 目前，商品化的RTOS可支持從8BIT的8051到32BIT的Powe

10、rPC及DSP等幾十個系列的嵌入式處理器。提供高質(zhì)量源代碼RTOS的著名公司主要集中在美4.智能手機定義所謂的智能手機是指像個人電腦一樣，具有獨立的操作系統(tǒng)，可以由用戶自行安裝軟件、游戲等第三方服務(wù)商提供的程序，通過此類程序來不斷對手機的功能進行擴充，并可以通過移動通訊網(wǎng)絡(luò)來實現(xiàn)無線網(wǎng)絡(luò)接入的這樣一類手機的總稱。智能手機是掌上電腦和移動電話的結(jié)合品，使移動電話具有電腦的功能同樣是掌上電腦獲得通話功能，操作更為方便快捷。智能手機是針對功能手機而言，就是簡單像電腦一樣可以隨意的卸載安裝所需的軟件并不是說手機本身能夠有多智能化。實現(xiàn)智能手機的智能化是因為在手機內(nèi)安裝了相應(yīng)開放式操作系統(tǒng)，而無論是何種

11、智能化手機，嵌入式系統(tǒng)的身影都無處不在。常見的智能手機有三星、蘋果、安卓等。5.實時進程調(diào)度 內(nèi)核的基本功能是提供實時進程調(diào)度、中斷處理等操作，在手機應(yīng)用上，滿足客戶的需要，通過實時進程調(diào)度為程序提供一個運行平臺，將電源的管理實現(xiàn)動態(tài)化，在低耗能的情況下將啟動速度進一步的提高。 智能手機的核心可以說是進程，所有的操作系統(tǒng)，說到底就是為編輯好的程序提供一個運行的平臺。在這個平臺上，多項程序可以有序的運行，不會出現(xiàn)程序沖突導(dǎo)致智能手機出現(xiàn)功能障礙，減少了使用時出現(xiàn)的死機、程序未響應(yīng)等情況。嵌入式實時操作系統(tǒng)是一個可以多項操作系統(tǒng)，使多個進程同時進行工作。當(dāng)系統(tǒng)在運行多個進程時，進程調(diào)度會做出以下選

12、擇：一直占有CPU，正在運行的進程一直運行，使得其他的程序沒有辦法進行工作，這是在缺省狀態(tài)下的選擇；通過時間片，確保相同等級的進程有相同的時間進行處理，這是內(nèi)核將CPU在任務(wù)管理上的作用。6.智能手機的特點 具備無線接入互聯(lián)網(wǎng)的能力 即需要支持GSM網(wǎng)絡(luò)下的GPRS或者CDMA網(wǎng)絡(luò)的CDMA1X或3G（WCDMA、CDMA-2000、TD-CDMA）網(wǎng)絡(luò)，甚至4G（HSPA+、FDD-LTE、TDD-LTE），可以隨時隨地的連接無線網(wǎng)絡(luò)，這些網(wǎng)絡(luò)端口，滿足現(xiàn)在生活的需要； 具有PDA的功能 PDA可以理解為個人數(shù)字助理，這是一種可以隨身攜帶的設(shè)備，具有電腦的許多功能。不僅可以管理個人的信息界面

13、，還可以瀏覽網(wǎng)頁、收發(fā)郵件、短訊、甚至還可以當(dāng)做普通的手機使用，都是通過無線電來連接，不需要其他設(shè)備輔助。這種功能包括可以進行個人的信息管理，日程記事、播放音樂視頻，上網(wǎng)等； 更加人性化 這是交互界面要求得一種，使功能的執(zhí)行更符合人的需求。智能手機可以根據(jù)使用者的需求對其軟件進行更改、替換，軟件的升級與軟件市場同步，隨時提供市場軟件信息，使使用者能夠及時獲取信息并對自己的設(shè)備進行更新。 更加強大功能隨著智能機的普及，社交、購物、旅游等事件均可以通過智能機來完成。旅游可以隨時獲取資訊，閱讀可以足不出戶便知天下事，隨時隨地有朋友進行交流。 需求分析 嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用，使手機的掌上電腦功能越來越齊全

14、，3G在智能手機的應(yīng)用，為智能手機許多新的功能提供保證，使得在運行程序時更加流暢、穩(wěn)定。清晰的顯示畫面、各種播放器播放流暢，雖已取得如此可喜的成果，但是存在的缺點還是要繼續(xù)改進，逐漸完善。 7.智能手機系統(tǒng)硬件設(shè)計智能手機系統(tǒng)硬件設(shè)計如圖1所示。聽筒/喇叭SIM卡無線通信模塊 UART音頻轉(zhuǎn)換器 微處理器 ARM FlashSDRAM JTAG顯示模塊時鐘模塊鍵盤觸摸屏電源模塊 圖1智能手機系統(tǒng)的硬件組成框圖微處理器：采用ARM處理器，內(nèi)部帶有高性能MMU(內(nèi)存處理單元)，速度快，適用于手持移動設(shè)備，具有高性能、低功耗、集成有LCD控制器，一個SD主機端控制器，并提供SRAM、USB等多種功能

15、接口資源。通信模塊：具有數(shù)據(jù)、傳真、短消息和語音傳輸?shù)裙δ?。支持AT指令集，通過RS232與ARM處理器通信，可實現(xiàn)智能手機的GSM通語、GPRS上網(wǎng)及其它PDA應(yīng)用等功能。8.智能手機系統(tǒng)軟件設(shè)計方法 智能手機系統(tǒng)軟件設(shè)計如圖2所示。 手機應(yīng)用軟件（電話，短信，游戲，音樂，辦公） 嵌入式GUI 經(jīng)過裁剪的嵌入式Linux操作系統(tǒng)（ARM核） 內(nèi)存管理 進程調(diào)度 文件系統(tǒng) 各種硬件驅(qū)動軟件 基于已設(shè)計的手機硬件平臺 圖2智能手機系統(tǒng)的軟件組成框圖系統(tǒng)層軟件：完成對ARM-Linux操作系統(tǒng)的定制、裁剪、編譯和移植。編寫硬件設(shè)備驅(qū)動程序，如鍵盤、LCD、flash、RTC、串口、USB、SIM卡

16、或UIM卡、射頻模塊等。服務(wù)層程序：主要包含圖形用戶界面平臺以及基頻處理器平臺通信服務(wù)程序，它們是上層應(yīng)用賴以實現(xiàn)的基礎(chǔ)。應(yīng)用層客戶程序：智能手機系統(tǒng)中應(yīng)用程序設(shè)計。利用圖形用戶平臺和通信服務(wù)平臺提供的接口進行用戶程序開發(fā)和移植。在手機軟件整體解決方案中，操作系統(tǒng)負責(zé)提供多任務(wù)調(diào)度、動態(tài)內(nèi)存分配、數(shù)據(jù)通信機制的管理等。前些年市場上主流智能手機所采用的操作系統(tǒng)主要有Windows Mobile、Symbian 、Palm、Android、Linux等。目前Android系統(tǒng)的手機風(fēng)靡一時，而Symbian 、Palm系統(tǒng)已經(jīng)湮滅在歷史的長河中了。手機更新?lián)Q代非常的快，不知道以后操作系統(tǒng)的歷史會怎

17、樣的發(fā)展。Linux手機操作系統(tǒng)是由計算機Linux操作系統(tǒng)變化而來，支持32位和64位處理器。Linux最初是由Linux Torvalds編寫及發(fā)布的，源代碼公開、可免費使用的操作系統(tǒng)。后來，又通過Intemet上成百上千的程序員加入，使Linux成為一個幾乎支持所有主流32位CPU的操作系統(tǒng)。其特點有：內(nèi)核高效穩(wěn)定、公開源代碼、可移植性、可裁減、支持多任務(wù)等，有強大的網(wǎng)絡(luò)功能。在相關(guān)軟件的支持下，可實現(xiàn)WWW、FTP、DNS、DHCP、E-mail等服務(wù)。9.嵌入式系統(tǒng)智能手機的特點1.實時約束與功能約束大家都知道智能手機的缺點是耗電量大，待機時間短。所以對功耗有嚴(yán)格地要求，一般情況下智

18、能手機待機一周，良好的電源管理系統(tǒng)，就是嵌入式實時操作系統(tǒng)的特點之一?，F(xiàn)在的智能手機，在電源管理能力上得到了很大的改善。 2.可靠性能高 高可靠性的智能手機操作系統(tǒng)，有助于開發(fā)出高性能的應(yīng)用程序。這是所有智能機必須要考慮到的問題之一，好的操作系統(tǒng)所占的空間很小，在一定程度上占有優(yōu)勢，但是應(yīng)用程序的可靠性對于用戶來說是最關(guān)心，性能穩(wěn)定，運行可靠的應(yīng)用程序才能得到大家的信賴。3.對第三方提供平臺 智能手機原有的系統(tǒng)不一定都能滿足用戶的需求，在某些時候需要更換應(yīng)用程序軟件，在這種情況下，智能手機操作系統(tǒng)就需要為第三方的用戶提供平臺，是開發(fā)這迅速的進入手機軟件的開發(fā)，加速智能手機功能的改革。10.總結(jié) 隨著科技的不斷進步，對于芯片的生產(chǎn)技術(shù)不斷進步，使智能手機的原件逐漸的縮小，系統(tǒng)功能越來越強，為智能手機嵌入式實時操作系統(tǒng)的進一步開發(fā)提供強大支撐，智能手機系統(tǒng)與無線網(wǎng)絡(luò)的鏈接天衣無縫，開放式的系統(tǒng)將會融合更多的第三方軟件，使智能手機的功能更加完善，逐漸成為生活、工作的必備