嵌入式系統(tǒng)2-嵌入式系統(tǒng)介紹軟件部分_圖文

1、嵌入式系統(tǒng)設(shè)計嵌入式系統(tǒng)軟件嵌入式系統(tǒng)軟件特征z軟件要求固態(tài)化存儲在ROM中z軟件代碼高質(zhì)量,高可靠性z高實時性是基本要求z需要特殊的開發(fā)工具和開發(fā)平臺z一般都需要實時操作系統(tǒng)的支持z開發(fā)人員以應(yīng)用專家為主嵌入式系統(tǒng)軟件要求Control on Memory Lock Time Process SecureMinimal use of Memory CPU Power Debuggable Testable ApplicationOrientedEfficient & Small Reusable Easy to develop Functionally correct O.O.Sof

2、tware Manage-ment什么樣的軟件才是實時軟件?z實時性z有處理異步并發(fā)事件的能力z快速啟動、出錯處理和自動復(fù)位功能z嵌入式實時軟件是應(yīng)用程序和操作系統(tǒng)兩種軟件的一體化程序。z嵌入式實時軟件的開發(fā)需要獨立的開發(fā)平臺嵌入式系統(tǒng)軟件包括那些?z BIOS(BootLoaderz 操作系統(tǒng)z 應(yīng)用硬件驅(qū)動Boot loader操作系統(tǒng)應(yīng)用實例-攝像機 嵌入式系統(tǒng)軟件對存儲器的需求z前后臺系統(tǒng)總代碼量= 應(yīng)用程序代碼z多任務(wù)系統(tǒng)總代碼量= 應(yīng)用程序代碼+ 內(nèi)核代碼內(nèi)核代碼大約1K到100K8位CPU用的最小內(nèi)核只提供任務(wù)調(diào)度、任務(wù)切換、信號量處理、延時及超時服務(wù)約需要1K到3K代碼空間嵌入

3、式系統(tǒng)軟件對存儲器的需求z多任務(wù)系統(tǒng)(內(nèi)核不支持單獨的任務(wù)中斷用棧RAM總需求= 應(yīng)用程序的RAM需求+ (任務(wù)棧需求+ 最大中斷嵌套棧需求 * 任務(wù)數(shù)z內(nèi)核支持中斷用棧分離RAM總需求= 應(yīng)用程序的RAM需求+ 內(nèi)核數(shù)據(jù)區(qū)的RAM需求+ 各任務(wù)棧需求之總和+ 最多中斷嵌套之棧需求嵌入式操作系統(tǒng) 第一階段z無操作系統(tǒng)的嵌入算法階段z以單芯片為核心的可編程控制器形式的系統(tǒng)。z具有與監(jiān)測、伺服、指示設(shè)備相配合的功能。z大部分應(yīng)用于一些專業(yè)性極強的工業(yè)控制系統(tǒng)中z一般沒有操作系統(tǒng)的支持,通過匯編語言編程對系統(tǒng)進行直接控制,運行結(jié)束后清除內(nèi)存。特點:z系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能都相對單一z處理效率較低z存儲容量較

4、小z幾乎沒有用戶接口。z使用簡便、價格很低第二階段z以嵌入式CPU為基礎(chǔ)、以簡單操作系統(tǒng)為核心的嵌入式系統(tǒng)。特點z CPU種類繁多z通用性比較差z系統(tǒng)開銷小z效率高z一般配備系統(tǒng)仿真器,操作系統(tǒng)具有一定的兼容性和擴展性z應(yīng)用軟件較專業(yè),用戶界面不夠友好z系統(tǒng)主要用來控制系統(tǒng)負載以及監(jiān)控應(yīng)用程序運行第三階段z通用的以嵌入式操作系統(tǒng)為核心的嵌入式實時系統(tǒng)階段特點z嵌入式操作系統(tǒng)能運行于各種不同類型的微處理器上,兼容性好;z操作系統(tǒng)內(nèi)核精小、效率高,并且具有高度的模塊化和擴展性z具備文件和目錄管理、設(shè)備支持、多任務(wù)、網(wǎng)絡(luò)支持、圖形窗口以及用戶界面等功能z具有大量的應(yīng)用程序接口(API,開發(fā)應(yīng)用程序簡

5、單z嵌入式應(yīng)用軟件豐富。第四階段z基于Internet為標志的嵌入式系統(tǒng)正在迅速發(fā)展的階段。目前大多數(shù)嵌入式系統(tǒng)還孤立于Internet之外,但隨著Internet的發(fā)展以及Internet技術(shù)與信息家電、工業(yè)控制技術(shù)等結(jié)合日益密切,嵌入式設(shè)備與Internet的結(jié)合將代表著嵌入式技術(shù)的真正未來。依賴于相關(guān)技術(shù)的發(fā)展 實時操作系統(tǒng)組成 最簡內(nèi)核-納核z實時操作系統(tǒng)內(nèi)核代碼大約1K到100K z用戶可裁減掉程序員認為沒有使用到的功能,直到只剩下最簡內(nèi)核(任務(wù)的管理與調(diào)度,稱其為納核,可以只有8k z如何得到最簡內(nèi)核是嵌入式系統(tǒng)開發(fā)中非常重要的一環(huán)!什么樣的OS才是實時OS呢?z實時操作系統(tǒng)IEE

6、E實時UNIX分委會要求異步的事件響應(yīng)切換時間和中斷延遲時間確定優(yōu)先級中斷和調(diào)度搶占式調(diào)度內(nèi)存鎖定連續(xù)文件同步移植而來的嵌入式實時操作系統(tǒng)z通用操作系統(tǒng)移植到嵌入式系統(tǒng)中,形成的嵌入式操作系統(tǒng)。嵌入式Windows NT/XPSUN Java 操作系統(tǒng)朗訊科技公司Inferno嵌入式Linux 等實時操作系統(tǒng)z實時操作系統(tǒng)WindRiver公司的VxWorksISI 的pSOSQNX 系統(tǒng)軟件公司的QNXATI 的Nucleus中國科學(xué)院凱思集團的Hopen嵌入式操作系統(tǒng)等等專用實時操作系統(tǒng)z辦公設(shè)備WinCE,Palmz手機Nokia、Motorala的EPOCz等等 軟實時操作系統(tǒng)z優(yōu)先級

7、分配, 沒有優(yōu)先級逆轉(zhuǎn)z響應(yīng)時間快z搶占式系統(tǒng)調(diào)用z無虛擬內(nèi)存(或支持頁級鎖操作系統(tǒng)分類z按照操作系統(tǒng)的架構(gòu)可以分為:整體OS分層OS客戶機/服務(wù)器OS整體式操作系統(tǒng)z整體式操作系統(tǒng)Monolithic OS操作系統(tǒng)是包含了不同模塊的一整塊代碼集z難于調(diào)試z任何一處修改都可能影響其他模塊z Bug的修正可能帶來其他Bug的出現(xiàn)z任何過程可以調(diào)用其它任何過程,沒有考慮過程相互之間的依賴性和互操作性 分層操作系統(tǒng)z分層操作系統(tǒng)Layered OS比Monolithic OS好,如OSI Layer 缺點z有時操作系統(tǒng)很難按照OSI進行分層 客戶機/服務(wù)器操作系統(tǒng)z客戶機/服務(wù)器操作系統(tǒng)Client

8、-Server OS 最新的模型z最小的有限的操作系統(tǒng)功能(scheduler andsynchronization primitivez其他所有功能當做系統(tǒng)任務(wù)運行z應(yīng)用軟件作為客戶機通過系統(tǒng)調(diào)用要求服務(wù)器服務(wù)軟件提供服務(wù)?？蛻魴C/服務(wù)器操作系統(tǒng)z優(yōu)點易于調(diào)試將任務(wù)分配多個微處理器上非常簡單?？梢詣討B(tài)裝載或卸載各種模塊。z缺點由于內(nèi)存保護,系統(tǒng)消耗較大z必須保護系統(tǒng)進程當應(yīng)用軟件切換到服務(wù)器內(nèi)存空間時需要消耗時間。 你聽說過哪些實時操作系統(tǒng)?ucOSz特點uc/os采用可剝奪型實時多任務(wù)內(nèi)核uc/os適合小型控制系統(tǒng),具有執(zhí)行效率高、占用空間小、實時性能優(yōu)良和可擴展性強等特點,最小內(nèi)核可編譯

9、至2kz不足沒有網(wǎng)絡(luò)和文件系統(tǒng)支持應(yīng)用軟件少WinCEz優(yōu)點:具有和Windows兼容的GUI開發(fā)工具友好z缺點非實時,目前已經(jīng)向硬實時發(fā)展$pSOSz十分優(yōu)秀的RTOSz目前已被WindRiver收購z高實時性(任務(wù)切換、中斷響應(yīng) z在國內(nèi)的使用逐年減少VRTX z全球最早推出的RTOS z實時性、高可靠較好z開發(fā)工具功能弱z目前已很少使用vxWorksz目前全球使用最廣泛的RTOSz高實時性z高可靠(火星探路者Pathfinder使用的就是該系統(tǒng)z微內(nèi)核結(jié)構(gòu)z面向?qū)ο蠓椒▃開發(fā)工具功能強大z缺點:$開源嵌入式Linuxz優(yōu)點源碼公開,可控,可裁減,可修改應(yīng)用軟件豐富支持CPU類型多z缺點實

10、時性差(非搶占式調(diào)度調(diào)度算法主要考慮效率和公平性開發(fā)工具支持少一體化內(nèi)核結(jié)構(gòu),不易維護z適用領(lǐng)域低成本、實時性要求不高、應(yīng)用軟件復(fù)雜的系統(tǒng)ucLinuxz為什么需要ucLinux(micro-conrol-linux z Linux需要硬件支持虛擬內(nèi)存,即CPU具有MMUz在簡單CPU中,不支持MMU,如ARM7TDMIz ucLinux就是沒有虛擬內(nèi)存的Linuxz ucLinux支持和Linux同樣的接口,已有很多軟件移植到ucLinux;z具有和Linux一樣強大的網(wǎng)絡(luò)功能和出色的文件系統(tǒng)z ucLinux源碼公開z注意事項z在ucLinux中,所有進程共享一個地址空間z沒有隔離保護RT

11、Linuxz在Linux內(nèi)核與硬件層之間插入了一層z最壞的情況下在Intel x86處理器上響應(yīng)時間: 15 s 實時操作系統(tǒng)特點z確定性(Determinismz響應(yīng)性(Responsivenessz用戶控制(User controlz可靠性(Reliabilityz軟失敗操作(Fail-soft operation 響應(yīng)性z響應(yīng)性是在應(yīng)答中斷后,操作系統(tǒng)服務(wù)中斷時間。初始化中斷處理和開始執(zhí)行中斷服務(wù)程序(ISR需要的時間。如果是要求一個進程切換的ISR執(zhí)行,那么比在當前進程上下文中的ISR執(zhí)行延遲更長時間。執(zhí)行ISR需要的時間。這通常依賴于硬件平臺。中斷嵌套的作用。如果一個ISR可能被另一個中斷的到達而中斷,那么它的服務(wù)將被延遲。響應(yīng)時間z確定性和響應(yīng)性共同構(gòu)成了對于外部事件的響應(yīng)時間。z響應(yīng)時間對于RTOS是至關(guān)重要的,由于系統(tǒng)必須滿足系統(tǒng)外部個人、設(shè)備或者數(shù)據(jù)流的定時要求。 用戶控制z在一個典型的非實時操作系統(tǒng)中,用戶或者不