嵌入式系統(tǒng)基本概念

1、嵌入式系統(tǒng)基本概念前后臺系統(tǒng) ( Foreground/Background Syste)m 2代碼的臨界段 2資源 2_共享資源 2任務 2_內核( Kernel) 3調度( Scheduler) 3_不可剝奪型內核( Non-Preemptive Kerne)l 3可重入性( Reentrancy) 4_時間片輪番調度法 4靜態(tài)優(yōu)先級 4動態(tài)優(yōu)先級 4TTL 和 CMOS 電平 4ISP (In System Programming,即在系統(tǒng)編程。 5IAP (In Application Programming,即在應用中程序。 5前后臺系統(tǒng) ( Foreground/Backgroun

2、d System)應用程序是一個無限的循環(huán)， 循環(huán)中調用相應的函數(shù)完成相應的操作， 這部分可 以看成后臺行為(background)。中斷服務程序處理異步事件，這部分可以看成前 臺行為(foreground)。后臺也可以叫做任務級。前臺也叫中斷級。代碼的臨界段代碼的臨界段也稱為臨界區(qū)， 指處理時不可分割的代碼。 一旦這部分代碼開始執(zhí) 行，則不允許任何中斷打入。 為確保臨界段代碼的執(zhí)行， 在進入臨界段之前要關 中斷，而臨界段代碼執(zhí)行完以后要立即開中斷。資源任何為任務所占用的實體都可稱為資源。 資源可以是輸入輸出設備， 例如打印機、 鍵盤、顯示器，資源也可以是一個變量，一個結構或一個數(shù)組等。共享資

3、源可以被一個以上任務使用的資源叫做共享資源。任務一個任務，也稱作一個線程，是一個簡單的程序，該程序可以認為CPU 完全只屬該程序自己。 實時應用程序的設計過程， 包括如何把問題分割成多個任務， 每 個任務都是整個應用的某一部分， 每個任務被賦予一定的優(yōu)先級， 有它自己的一 套CPU寄存器和自己的棧空間。每個任務都處在以下 5種狀態(tài)之一的狀態(tài)下， 這 5 種狀態(tài)是休眠態(tài)，就緒態(tài)、運行態(tài)、掛起態(tài) (等待某一事件發(fā)生 )和被中斷態(tài) 休眠態(tài)相當于該任務駐留在內存中， 但并不被多任務內核所調度。 就緒意味著該 任務已經準備好， 可以運行了， 但由于該任務的優(yōu)先級比正在運行的任務的優(yōu)先 級低，還暫時不能運

4、行。運行態(tài)的任務是指該任務掌握了 CPU 的控制權，正在 運行中。掛起狀態(tài)也可以叫做等待事件態(tài) WAITING ，指該任務在等待，等待某 一事件的發(fā)生發(fā)生中斷時， CPU 提供相應的中斷服務，原來正在運行的任務暫 不能運行，就進入了被中斷狀態(tài)。內核( Kernel)多任務系統(tǒng)中，內核負責管理各個任務，或者說為每個任務分配 CPU 時間，并 且負責任務之間的通訊。內核提供的基本服務是任務切換。調度( Scheduler)調度(Schedule)，英文還有一詞叫dispatcher,也是調度的意思。就是要決定該 輪到哪個任務運行了。 多數(shù)實時內核是基于優(yōu)先級調度法的。 每個任務根據(jù)其重 要程度的不

5、同被賦予一定的優(yōu)先級。基于優(yōu)先級的調度法指, CPU 總是讓處在 就緒態(tài)的優(yōu)先級最高的任務先運行。然而,究竟何時讓高優(yōu)先級任務掌握 CPU 的使用權, 有兩種不同的情況, 這要看用的是什么類型的內核, 是不可剝奪型的 還是可剝奪型內核。不可剝奪型內核( Non-Preemptive Kernel) 不可剝奪型內核允許每個任務運行,直到該任務自愿放棄 CPU 的控制權。中斷 可以打入運行著的任務。 中斷服務完成以后將 CPU 控制權還給被中斷了的任務。 任務級響應時間要大大好于前后系統(tǒng), 但仍是不可知的, 商業(yè)軟件幾乎沒有不可 剝奪型內核?？芍厝胄? Reentrancy)可重入型函數(shù)可以被一個

6、以上的任務調用， 而不必擔心數(shù)據(jù)的破壞。 可重入型函 數(shù)任何時候都可以被中斷， 一段時間以后又可以運行， 而相應數(shù)據(jù)不會丟失。 可 重入型函數(shù)或者只使用局部變量，即變量保存在 CPU 寄存器中或堆棧中。如果 使用全局變量，則要對全局變量予以保護。時間片輪番調度法當兩個或兩個以上任務有同樣優(yōu)先級， 內核允許一個任務運行事先確定的一段時間，叫做時間額度(quantum),然后切換給另一個任務。也叫做時間片調度。內核在滿足以下條件時，把CPU控制權交給下一個任務就緒態(tài)的任務：I當前任務 已無事可做2當前任務在時間片還沒結束時已經完成了。 目前，pC/OS-H不支持 時間片輪番調度法。應用程序中各任務

7、的優(yōu)先級必須互不相同靜態(tài)優(yōu)先級應用程序執(zhí)行過程中諸任務優(yōu)先級不變，則稱之為靜態(tài)優(yōu)先級動態(tài)優(yōu)先級應用程序執(zhí)行過程中，任務的優(yōu)先級是可變的，則稱之為動態(tài)優(yōu)先級。TTL 和 CMOS 電平1、TTL電平：=2.0V，輸入低電平=0.8V，噪聲容限是0.4V。2、CMOS電平：1邏輯電平電壓接近于電源電壓，0邏輯電平接近于0V。而且 具有很寬的噪聲容限。3、TTL 和 COMS 電路比較：1) TTL電路是電流控制器件，而coms電路是電壓控制器件。2) TTL電路的速度快，傳輸延遲時間短(5-10ns),但是功耗大。COMS電路的速 度慢，傳輸延遲時間長(25-50ns)但功耗低。COMS電路本身的

8、功耗與輸入信號 的脈沖頻率有關，頻率越高，芯片集越熱，這是正?，F(xiàn)象。ISP (In System Programming)，即在系統(tǒng)編程。它允許 MCU 還在產品電路板上時，對其下載新的程序。這種技術的一個明 顯優(yōu)點是，不需要把 MCU 芯片從你的電路板上拆下來，再裝到傳統(tǒng)的編程器上 來寫入新的程序。你盡可以把具有ISP功能的MCU芯片焊接在電路板上，應用 更加可靠、方便。IAP ( In Application Programming)，即在應用中程序。就是說， MCU 自己可以獲取新的代碼并對自己重新編程。這是一個極為有 用的技術，比如可以通過In ternet、程控電話網等給你的產品遠程

9、升級，就像常 見的殺毒軟件可以自動升級一樣。 有了這項技術， 你就可以利用現(xiàn)在的程控電話 網、互聯(lián)網等實現(xiàn)你的嵌入式系統(tǒng)遠程自動升級， 而無須傳統(tǒng)的那種給客戶郵寄 芯片而帶來的不便。ISP和IAP的核心技術是相同的，都是調用內部的標準程序 對Flash存儲器進行擦除和重新編程。區(qū)別在于：ISP由片內固化的一個默認的 串行加載程序(Boot Loader)來完成這一動作；而IAP則由用戶在自己的程序中 完成這一調用，這就為產品的遠程升級提供了可能，甚至可以說是 MCU 應用技 術的一個里程碑。先進微控制器總線架構 AMBA 是 ARM 公司為高性能片上微 控制器定義的一套總線標準， 是一種中央多路選擇器互連方案， 它讀數(shù)據(jù)和寫數(shù) 據(jù)的總線分開，完成片上數(shù)據(jù)傳送。AMBA包括先進高性能總線(AHB )、先進 系統(tǒng)總線(ASB)和先進外設總線(APB)。A