嵌入式系統(tǒng)設(shè)計 復(fù)習(xí)資料

1、1， 嵌入式系統(tǒng)特點(diǎn)：2， (1)什么是RTOS: .1RTOS是一個內(nèi)核 典型的單片機(jī)程序在程序指針復(fù)位后，首先進(jìn)行堆棧、中斷、中斷向量、定時器、串行口等接口設(shè)置、初始化數(shù)據(jù)存儲區(qū)和顯示內(nèi)容，然后就來到了一個監(jiān)測、等待或空循環(huán)，在這個循環(huán)中，CPU可以監(jiān)視外設(shè)、響應(yīng)中斷或用戶輸入。 這段主程序可以看作是一個內(nèi)核，內(nèi)核負(fù)責(zé)系統(tǒng)的初始化和開放、調(diào)度其它任務(wù)，相當(dāng)于C語言中的主函數(shù)。 RTOS就是這樣的一個標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)核，包括了各種片上外設(shè)初始化和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的格式化，不必、也不推薦用戶再對硬件設(shè)備和資源進(jìn)行直接操作，所有的硬件設(shè)置和資源訪問都要通過RTOS 核心。硬件這樣屏蔽起來以后，用戶不必清楚硬件系統(tǒng)

2、的每一個細(xì)節(jié)就可以進(jìn)行開發(fā)，這樣就減少了開發(fā)前的學(xué)習(xí)量。 一般來說，對硬件的直接訪問越少，系統(tǒng)的可靠性越高。RTOS是一個經(jīng)過測試的內(nèi)核，與一般用戶自行編寫的主程序內(nèi)核相比，更規(guī)范，效率和可靠性更高。對于一個精通單片機(jī)硬件系統(tǒng)和編程的“老手”而言，通過RTOS對系統(tǒng)進(jìn)行管理可能不如直接訪問更直觀、自由度大，但是通過RTOS管理能夠排除人為疏忽因素，提高軟件可靠性。 另外，高效率地進(jìn)行多任務(wù)支持是RTOS設(shè)計從始至終的一條主線，采用RTOS管理系統(tǒng)可以統(tǒng)一協(xié)調(diào)各個任務(wù)，優(yōu)化CPU時間和系統(tǒng)資源的分配，使之不空閑、不擁塞。針對某種具體應(yīng)用，精細(xì)推敲的應(yīng)用程序不采用RTOS可能比采用RTOS能達(dá)到更

3、高的效率；但是對于大多數(shù)一般用戶和新手而言，采用RTOS是可以提高資源利用率的，尤其是在片上資源不斷增長、產(chǎn)品可靠性和進(jìn)入市場時間更重要的今天。 2.RTOS是一個平臺RTOS建立在單片機(jī)硬件系統(tǒng)之上，用戶的一切開發(fā)工作都進(jìn)行于其上，因此它可以稱作是一個平臺。采用RTOS的用戶不必花大量時間學(xué)習(xí)硬件，和直接開發(fā)相比起點(diǎn)更高。 RTOS還是一個標(biāo)準(zhǔn)化的平臺，它定義了每個應(yīng)用任務(wù)和內(nèi)核的接口，也促進(jìn)了應(yīng)用程序的標(biāo)準(zhǔn)化。應(yīng)用程序標(biāo)準(zhǔn)化后便于軟件的存檔、交流、修改和擴(kuò)展，為嵌入式軟件開發(fā)的工程化創(chuàng)造了條件、減少開發(fā)管理工作量。嵌入式軟件標(biāo)準(zhǔn)化推廣到社會后，可以促進(jìn)軟件開發(fā)的分工，減少重復(fù)勞動，近來出現(xiàn)

4、的建立于RTOS上的文件和通信協(xié)議庫函數(shù)產(chǎn)品等就是實(shí)例。 RTOS對于開發(fā)單位和開發(fā)者個人來說也是一種提高。引入RTOS的開發(fā)單位，相當(dāng)于引入了一套行業(yè)中廣泛采用的嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用程序開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)，使開發(fā)管理更簡易、有效?；赗TOS和C語言的開發(fā)，具有良好的可繼承性，在應(yīng)用程序、處理器升級以及更換處理器類型時，現(xiàn)存的軟件大部分可以不經(jīng)修改地移植過來。 (2)Rtos作用：實(shí)時系統(tǒng)（Real-time operating system），實(shí)時系統(tǒng)能夠在指定或者確定的時間內(nèi)完成系統(tǒng)功能和外部或內(nèi)部、同步或異步時間做出響應(yīng)的系統(tǒng)。它的正確性不僅依賴系統(tǒng)計算的邏輯結(jié)果，還依賴于產(chǎn)生這個結(jié)果的時間。因此實(shí)時

5、系統(tǒng)應(yīng)該在事先先定義的時間范圍內(nèi)識別和處理離散事件的能力；系統(tǒng)能夠處理和儲存控制系統(tǒng)所需要的大量數(shù)據(jù)。4RTOS的特點(diǎn)一、時間約束性 實(shí)時系統(tǒng)的任務(wù)具有一定的時間約束（截止時間）。根據(jù)截止時間，實(shí)時系統(tǒng)的實(shí)時性分為“硬實(shí)時”和“軟實(shí)時”。硬實(shí)時是指應(yīng)用的時間需求能夠得到完全滿足，否則就造成重大安全事故，甚至造成重大的生命財產(chǎn)損失和生態(tài)破壞，如在航空航天、軍事、核工業(yè)等一些關(guān)鍵領(lǐng)域中的應(yīng)用。軟實(shí)時是指某些應(yīng)用雖然提出時間需求，但實(shí)時任務(wù)偶爾違反這種需求對系統(tǒng)運(yùn)行及環(huán)境不會造成嚴(yán)重影響，如監(jiān)控系統(tǒng)等和信息采集系統(tǒng)等。 二、可預(yù)測性 可預(yù)測性是指系統(tǒng)能夠?qū)?shí)時任務(wù)的執(zhí)行時間進(jìn)行判斷，確定是否能夠滿足

6、任務(wù)的時限要求。由于實(shí)時系統(tǒng)對時間約束要求的嚴(yán)格性，使可預(yù)測性稱為實(shí)時系統(tǒng)的一項(xiàng)重要性能要求。除了要求硬件延遲的可預(yù)測性以外，還要求軟件系統(tǒng)的可預(yù)測性，包括應(yīng)用程序的響應(yīng)時間是可預(yù)測的，即在有限的時間內(nèi)完成必須的工作；以及操作系統(tǒng)的可預(yù)測性，即實(shí)時原語、調(diào)度函數(shù)等運(yùn)行開銷應(yīng)是有界的，以保證應(yīng)用程序執(zhí)行時間的有界性。 三、可靠性 大多數(shù)實(shí)時系統(tǒng)要求有較高的可靠性。在一些重要的實(shí)時應(yīng)用中，任何不可靠因素和計算機(jī)的一個微小故障，或某些特定強(qiáng)實(shí)時任務(wù)（又叫關(guān)鍵任務(wù)）超過時限，都可能引起難以預(yù)測的嚴(yán)重后果。為此，系統(tǒng)需要采用靜態(tài)分析和保留資源的方法及冗余配置，使系統(tǒng)在最壞情況下都能正常工作或避免損失?？?/p>

7、靠性已成為衡量實(shí)時系統(tǒng)性能不可缺少的重要指標(biāo)。 四、與外部環(huán)境的交互作用性 實(shí)時系統(tǒng)通常運(yùn)行在一定的環(huán)境下，外部環(huán)境是實(shí)時系統(tǒng)不可缺少的一個組成部分。計算機(jī)子系統(tǒng)一般是控制系統(tǒng)，它必須在規(guī)定的時間內(nèi)對外部請求做出反應(yīng)。外部物理環(huán)境往往是被控子系統(tǒng)，兩者互相作用構(gòu)成完整的實(shí)時系統(tǒng)。大多數(shù)控制子系統(tǒng)必須連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)以保證子系統(tǒng)的正常工作或準(zhǔn)備對任何異常行為采取行動。 早期的實(shí)時系統(tǒng)功能簡單，包括單板機(jī)、單片機(jī)，以及簡單的嵌入式實(shí)時系統(tǒng)等，其調(diào)度過程相對簡單。隨著實(shí)時系統(tǒng)應(yīng)用范圍的不斷擴(kuò)大，系統(tǒng)復(fù)雜性不斷提高，實(shí)時系統(tǒng)具有以下新特點(diǎn)。 1、多任務(wù)類型 在實(shí)時系統(tǒng)中，不但包括周期任務(wù)、偶發(fā)任務(wù)、非周期任務(wù)

8、，還包括非實(shí)時任務(wù)。實(shí)時任務(wù)要求要滿足時限，而非實(shí)時任務(wù)要求要使其響應(yīng)時間盡可能的短。多種類型任務(wù)的混合，使系統(tǒng)的可調(diào)度性分析更加困難。 2、約束的復(fù)雜性 任務(wù)的約束包括時間約束、資源約束、執(zhí)行順序約束和性能約束。時間約束是任何實(shí)時系統(tǒng)都固有的約束。資源約束是指多個實(shí)時任務(wù)共享有限的資源時，必須按照一定的資源訪問控制協(xié)議進(jìn)行同步，以避免死鎖和高優(yōu)先級任務(wù)被低優(yōu)先級任務(wù)堵塞的時間（即優(yōu)先級倒置時間）不可預(yù)測。執(zhí)行順序約束是指各任務(wù)的啟動和執(zhí)行必須滿足一定的時間和順序約束。例如，在分布式端到端（end-to-end）實(shí)時系統(tǒng)很重，同一任務(wù)的各子任務(wù)之間存在前驅(qū)/后驅(qū)約束關(guān)系，需要執(zhí)行同步協(xié)議來管理

9、子任務(wù)的啟動和控制子任務(wù)的執(zhí)行，使它們滿足時間約束和系統(tǒng)可調(diào)度要求。性能約束是指必須滿足如可靠性、可用性、可預(yù)測性、服務(wù)質(zhì)量（Quality of Service,QoS）等性能指標(biāo)。 3、具有短暫超載的特點(diǎn) 在實(shí)時系統(tǒng)中，即使一個功能設(shè)計合理、資源充足的系統(tǒng)也可能由于一下原因超載： 1）系統(tǒng)元件出現(xiàn)老化，外圍設(shè)備錯誤或系統(tǒng)發(fā)生故障。隨著系統(tǒng)運(yùn)行時間的增長，系統(tǒng)元件出現(xiàn)老化，系統(tǒng)部件可能發(fā)生故障，導(dǎo)致系統(tǒng)可用資源降低，不能滿足實(shí)時任務(wù)的時間約束要求。 2）環(huán)境的動態(tài)變化。由于不能對未來的環(huán)境、系統(tǒng)狀態(tài)進(jìn)行正確有效地預(yù)測，因此不能從整體角度上對任務(wù)進(jìn)行調(diào)度，可能導(dǎo)致系統(tǒng)超載。 3）應(yīng)用規(guī)模的擴(kuò)大

10、。原先滿足實(shí)時任務(wù)時限要求的系統(tǒng)，隨著應(yīng)用規(guī)模的增大，可能出現(xiàn)不能滿足任務(wù)時限要求的情況，而重新設(shè)計、重建系統(tǒng)在時間和經(jīng)濟(jì)上又不允許。 RTOS系統(tǒng)的分類：強(qiáng)實(shí)時系統(tǒng)（Hard Real-Time） 弱實(shí)時系統(tǒng)（Soft Real-Time）調(diào)度的概念：a.調(diào)度用來確定多任務(wù)環(huán)境下任務(wù)執(zhí)行的順序和在獲得CPU資源后能夠執(zhí)行的時間長度b.操作系統(tǒng)通過一個調(diào)度程序來實(shí)現(xiàn)調(diào)度功能。調(diào)度程序以函數(shù)的形式存在，用來實(shí)現(xiàn)操作系統(tǒng)的調(diào)度算法。調(diào)度程序本身并不是一個任務(wù)，是一個函數(shù)調(diào)用，可在內(nèi)核的各個部分進(jìn)行調(diào)用RTOS系統(tǒng)的調(diào)度：為了精確管理“時間”資源，已達(dá)到實(shí)時性和與預(yù)測性要求，并能夠滿足是實(shí)時系統(tǒng)的新

11、要求，需用實(shí)時調(diào)度理論對任務(wù)進(jìn)行調(diào)度和可調(diào)度性分析。任務(wù)調(diào)度技術(shù)包括調(diào)度策略和可調(diào)度性分析方法，兩者是緊密結(jié)合的。任務(wù)調(diào)度技術(shù)研究的范圍包括任務(wù)使用系統(tǒng)資源（包括處理機(jī)、內(nèi)存、I/O、網(wǎng)絡(luò)等資源）的策略和機(jī)制，以及提供判斷系統(tǒng)性能是否可預(yù)測的方法和手段。例如，什么時候調(diào)度任務(wù)運(yùn)行、在哪運(yùn)行（當(dāng)系統(tǒng)為多處理機(jī)系統(tǒng)或分布式系統(tǒng)時）、運(yùn)行多長時間等等；以及判斷分析用一定參數(shù)描述的實(shí)時任務(wù)能否被系統(tǒng)正確調(diào)度。 給定一組實(shí)時任務(wù)和系統(tǒng)資源，確定每個任務(wù)何時何地執(zhí)行的整個過程就是調(diào)度。在非實(shí)時系統(tǒng)中，調(diào)度的主要目的是縮短系統(tǒng)平均響應(yīng)時間，提高系統(tǒng)資源利用率，或優(yōu)化某一項(xiàng)指標(biāo)；而實(shí)時系統(tǒng)中調(diào)度的目的則是要盡

12、可能地保證每個任務(wù)滿足他們的時間約束，及時對外部請求做出響應(yīng)。實(shí)時調(diào)度技術(shù)通常有多種劃分方法，常用以下兩種。 搶占式調(diào)度和非搶占式調(diào)度1）搶占式調(diào)度通常是優(yōu)先級驅(qū)動的調(diào)度。每個任務(wù)都有優(yōu)先級，任何時候具有最高優(yōu)先級且已啟動的任務(wù)先執(zhí)行。一個正在執(zhí)行的任務(wù)放棄處理器的條件為：自愿放棄處理器（等待資源或執(zhí)行完畢）；有高優(yōu)先級任務(wù)啟動，該高優(yōu)先級任務(wù)將搶占其執(zhí)行。除了共享資源的臨界段之外，高優(yōu)先級任務(wù)一旦準(zhǔn)備就緒，可在任何時候搶占低優(yōu)先級任務(wù)的執(zhí)行。搶占式調(diào)度的優(yōu)點(diǎn)是實(shí)時性好、反應(yīng)快，調(diào)度算法相對簡單，可優(yōu)先保證高優(yōu)先級任務(wù)的時間約束，其缺點(diǎn)是上下文切換多。而非搶占式調(diào)度是指不允許任務(wù)在執(zhí)行期間被中

13、斷，任務(wù)一旦占用處理器就必須執(zhí)行完畢或自愿放棄。其優(yōu)點(diǎn)是上下文切換少；缺點(diǎn)是在一般情況下，處理器有效資源利用率低，可調(diào)度性不好。 靜態(tài)表驅(qū)動策略和優(yōu)先級驅(qū)動策略2）靜態(tài)表驅(qū)動策略（Static Table-Driven Scheduling）是一中離線調(diào)度策略，指在系統(tǒng)運(yùn)行前根據(jù)各任務(wù)的時間約束及關(guān)聯(lián)關(guān)系，采用某種 搜索策略生成一張運(yùn)行時刻表。這張運(yùn)行時刻表與列車運(yùn)行時刻表類似，指明了各任務(wù)的起始運(yùn)行時刻及運(yùn)行時間。運(yùn)行時刻表一旦生成就不再發(fā)生變化了。在系統(tǒng)運(yùn)行時，調(diào)度器只需根據(jù)這張時刻表啟動相應(yīng)的任務(wù)即可。由于所有調(diào)度策略在離線情況下指定，因此調(diào)度器的功能被弱化，只具有分派器（Dispatc

14、her）的功能。 優(yōu)先級驅(qū)動策略指按照任務(wù)優(yōu)先級的高低確定任務(wù)的高低確定任務(wù)的執(zhí)行順序。優(yōu)先級驅(qū)動策略又分為靜態(tài)優(yōu)先級調(diào)度策略。靜態(tài)優(yōu)先級調(diào)度是指任務(wù)的優(yōu)先級分配好之后，在任務(wù)的運(yùn)行過程中，優(yōu)先級不會發(fā)生改變。靜態(tài)優(yōu)先級調(diào)度又稱為固態(tài)優(yōu)先級調(diào)度。動態(tài)優(yōu)先級調(diào)度是指任務(wù)的優(yōu)先級可以隨著時間或系統(tǒng)狀態(tài)的變化而發(fā)生變化。 3） 時間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度（round-robin scheduling）算法當(dāng)有兩個或多個就緒任務(wù)具有相同的優(yōu)先級，且它們是就緒任務(wù)中優(yōu)先級最高的任務(wù)時，任務(wù)調(diào)度程序按照這組任務(wù)就緒的先后次序調(diào)度第一個任務(wù)，讓第一個任務(wù)運(yùn)行一段時間，然后又調(diào)度第二個任務(wù)，讓第二個任務(wù)又運(yùn)行一段時間，依

15、次類推，到該組最后一個任務(wù)也得以運(yùn)行一段時間后，接下來又讓第一個任務(wù)運(yùn)行。任務(wù)運(yùn)行的這段時間稱為時間片（time slicing）。在時間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度方式中 當(dāng)任務(wù)運(yùn)行完一個時間片后，該任務(wù)即使還沒有停止運(yùn)行，也必須釋放處理器讓下一個與它相同優(yōu)先級的任務(wù)運(yùn)行，使實(shí)時系統(tǒng)中優(yōu)先級相同的任務(wù)具有平等的運(yùn)行權(quán)利。 釋放處理器的任務(wù)被排到同優(yōu)先級就緒任務(wù)鏈的鏈尾，等待再次運(yùn)行 3GUI在嵌入式系統(tǒng)中的作用：GUI 是 Graphical User Interface 的簡稱，即圖形用戶界面，通常人機(jī)交互圖形化用戶界面設(shè)計經(jīng)常讀做“goo-ee”，準(zhǔn)確來說 GUI 就是屏幕產(chǎn)品的視覺體驗(yàn)和互動操作部分。G

16、UI的廣泛應(yīng)用是當(dāng)今計算機(jī)發(fā)展的重大成就之一，他極大地方便了非專業(yè)用戶的使用人們從此不再需要死記硬背大量的命令，取而代之的是可以通過窗口、菜單、按鍵等方式來方便地進(jìn)行操作。而嵌入式GUI具有下面幾個方面的基本要求：輕型、占用資源少、高性能、高可靠性、便于移植、可配置等特點(diǎn)6 流水線、CSIC、RSIC流水線(Pipeline)技術(shù)：取指譯碼、執(zhí)行指令可以并行執(zhí)行，提高了CPU的運(yùn)行效率， 內(nèi)部信息流要求通暢流動CISC：復(fù)雜指令集（Complex Instruction Set Computer）：具有大量的指令和尋址方式，指令長度可變8/2原則：80%的程序只使用20%的指令，大多數(shù)程序只使

17、用少量的指令就能夠運(yùn)行；背景: 存儲資源緊缺, 強(qiáng)調(diào)編譯優(yōu)化1 增強(qiáng)指令功能，設(shè)置一些功能復(fù)雜的指令，把一些原來由軟件實(shí)現(xiàn)的、常用的功能改用硬件的（微程序）指令系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)2 為節(jié)省存儲空間，強(qiáng)調(diào)高代碼密度，指令格式不固定，指令可長可短，操作數(shù)可多可少3 尋址方式復(fù)雜多樣，操作數(shù)可來自寄存器，也可來自存儲器4 采用微程序控制，執(zhí)行每條指令均需完成一個微指令序列CPI > ，指令越復(fù)雜，CPI越大RISC：精簡指令集（Reduced Instruction Set Computer)只包含最有用的指令，指令長度固定確保數(shù)據(jù)通道快速執(zhí)行每一條指令，使CPU硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計變得更為簡單n 減小CPI

18、: CPUtime=Instr_Count * CPI * Clock_cycle n 精簡指令集：保留最基本的,去掉復(fù)雜、使用頻度不高的指令n 采用Load/Store結(jié)構(gòu)，有助于減少指令格式，統(tǒng)一存儲器訪問方式7.UART 8.I2C: PHILIPS 開發(fā)了一種用于內(nèi)部IC控制的簡單的雙向兩線串行總線I2C(Inter-Integrated Circuit )最高速率100Kbps，25英尺，最多可支持40個設(shè)備(1)CAN（Controller Area Network）80年代末，由德國Bosch公司最先提出(2)，被設(shè)計作為汽車環(huán)境中的微控制器通訊，在車載各電子控制裝置ECU 之間

19、交換信息，形成汽車電子控制網(wǎng)絡(luò)。(3)發(fā)動機(jī)管理系統(tǒng)、變速箱控制器、儀表裝備、電子主干系統(tǒng)中，均嵌入CAN 控制裝置。(4)使用CSMA/CD協(xié)議(5). 40米以內(nèi)，1Mbps；10Km，5Kbps；理論上可以支持無限多個設(shè)備(6).可靠性高，誤碼率為10-11；抗電磁干擾性強(qiáng)9.CAN總線：CAN是控制器局域網(wǎng)絡(luò)(Controller Area Network, CAN)的簡稱，是ISO國際標(biāo)準(zhǔn)化的串行通信協(xié)議，它是一種多主總線，通信介質(zhì)可以是雙絞線、同軸電纜或光導(dǎo)纖維。通信速率可達(dá)1MBPS。由研發(fā)和生產(chǎn)汽車電子產(chǎn)品著稱的德國BOSCH公司開發(fā)了的，并最終成為國際標(biāo)準(zhǔn)（ISO118?8）

20、。是國際上應(yīng)用最廣泛的現(xiàn)場總線之一CAN總線特點(diǎn)：完成對通信數(shù)據(jù)的成幀處理CAN總線通信接口中集成了CAN協(xié)議的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層功能，可完成對通信數(shù)據(jù)的成幀處理，包括位填充、數(shù)據(jù)塊編碼、循環(huán)冗余檢驗(yàn)、優(yōu)先級判別等項(xiàng)工作。 使網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的節(jié)點(diǎn)個數(shù)在理論上不受限制CAN協(xié)議的一個最大特點(diǎn)是廢除了傳統(tǒng)的站地址編碼，而代之以對通信數(shù)據(jù)塊進(jìn)行編碼。采用這種方法的優(yōu)點(diǎn)可使網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的節(jié)點(diǎn)個數(shù)在理論上不受限制，數(shù)據(jù)塊的標(biāo)識碼可由11位或29位二進(jìn)制數(shù)組成，因此可以定義2或2個不同的數(shù)據(jù)塊，這種按數(shù)據(jù)塊編碼的方式，還可使不同的節(jié)點(diǎn)同時接收到相同的數(shù)據(jù)，這一點(diǎn)在分布式控制系統(tǒng)中非常有用。數(shù)據(jù)段長度最多為8個字節(jié)，可滿

21、足通常工業(yè)領(lǐng)域中控制命令、工作狀態(tài)及測試數(shù)據(jù)的一般要求。同時，8個字節(jié)不會占用總線時間過長，從而保證了通信的實(shí)時性。CAN協(xié)議采用CRC檢驗(yàn)并可提供相應(yīng)的錯誤處理功能，保證了數(shù)據(jù)通信的可靠性。CAN卓越的特性、極高的可靠性和獨(dú)特的設(shè)計，特別適合工業(yè)過程監(jiān)控設(shè)備的互連，因此，越來越受到工業(yè)界的重視，并已公認(rèn)為最有前途的現(xiàn)場總線之一。 可在各節(jié)點(diǎn)之間實(shí)現(xiàn)自由通信CAN總線采用了多主競爭式總線結(jié)構(gòu)，具有多主站運(yùn)行和分散仲裁的串行總線以及廣播通信的特點(diǎn)。CAN總線上任意節(jié)點(diǎn)可在任意時刻主動地向網(wǎng)絡(luò)上其它節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息而不分主次，因此可在各節(jié)點(diǎn)之間實(shí)現(xiàn)自由通信。CAN總線協(xié)議已被國際標(biāo)準(zhǔn)化組織認(rèn)證，技術(shù)比

22、較成熟，控制的芯片已經(jīng)商品化，性價比高，特別適用于分布式測控系統(tǒng)之間的數(shù)通訊。CAN總線插卡可以任意插在PC AT XT兼容機(jī)上，方便地構(gòu)成分布式監(jiān)控系統(tǒng)。 結(jié)構(gòu)簡單只有2根線與外部相連，并且內(nèi)部集成了錯誤探測和管理模塊。CAN總線優(yōu)勢：CAN屬于現(xiàn)場總線的范疇,它是一種有效支持分布式控制或?qū)崟r控制的串行通信網(wǎng)絡(luò)。較之目前許多RS-485基于R線構(gòu)建的分布式控制系統(tǒng)而言, 基于CAN總線的分布式控制系統(tǒng)在以下方面具有明顯的優(yōu)越性：網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)通信實(shí)時性強(qiáng)首先,CAN控制器工作于多主方式,網(wǎng)絡(luò)中的各節(jié)點(diǎn)都可根據(jù)總線訪問優(yōu)先權(quán)(取決于報文標(biāo)識符)采用無損結(jié)構(gòu)的逐位仲裁的方式競爭向總線發(fā)送數(shù)

23、據(jù),且CAN協(xié)議廢除了站地址編碼,而代之以對通信數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼,這可使不同的節(jié)點(diǎn)同時接收到相同的數(shù)據(jù),這些特點(diǎn)使得CAN總線構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)通信實(shí)時性強(qiáng),并且容易構(gòu)成冗余結(jié)構(gòu),提高系統(tǒng)的可靠性和系統(tǒng)的靈活性。而利用RS-485只能構(gòu)成主從式結(jié)構(gòu)系統(tǒng),通信方式也只能以主站輪詢的方式進(jìn)行,系統(tǒng)的實(shí)時性、可靠性較差; 縮短了開發(fā)周期CAN總線通過CAN收發(fā)器接口芯片82C250的兩個輸出端CANH和CANL與物理總線相連,而CANH端的狀態(tài)只能是高電平或懸浮狀態(tài),CANL端只能是低電平或懸浮狀態(tài)。這就保證不會出現(xiàn)象在RS-485網(wǎng)絡(luò)中,當(dāng)系統(tǒng)有錯誤,出現(xiàn)多節(jié)點(diǎn)同時向總線發(fā)送數(shù)據(jù)時,導(dǎo)致總線呈

24、現(xiàn)短路,從而損壞某些節(jié)點(diǎn)的現(xiàn)象。而且CAN節(jié)點(diǎn)在錯誤嚴(yán)重的情況下具有自動關(guān)閉輸出功能,以使總線上其他節(jié)點(diǎn)的操作不受影響,從而保證不會出現(xiàn)象在網(wǎng)絡(luò)中,因個別節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)問題,使得總線處于“死鎖”狀態(tài)。而且,CAN具有的完善的通信協(xié)議可由CAN控制器芯片及其接口芯片來實(shí)現(xiàn),從而大大降低系統(tǒng)開發(fā)難度,縮短了開發(fā)周期,這些是只僅僅有電氣協(xié)議的RS-485所無法比擬的。 已形成國際標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)場總線另外,與其它現(xiàn)場總線比較而言,CAN總線是具有通信速率高、容易實(shí)現(xiàn)、且性價比高等諸多特點(diǎn)的一種已形成國際標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)場總線。這些也是目前 CAN總線應(yīng)用于眾多領(lǐng)域,具有強(qiáng)勁的市場競爭力的重要原因。 最有前途的現(xiàn)場總線之一

25、CAN 即控制器局域網(wǎng)絡(luò),屬于工業(yè)現(xiàn)場總線的范疇。與一般的通信總線相比,CAN總線的數(shù)據(jù)通信具有突出的可靠性、實(shí)時性和靈活性。由于其良好的性能及獨(dú)特的設(shè)計,CAN總線越來越受到人們的重視。它在汽車領(lǐng)域上的應(yīng)用是最廣泛的,世界上一些著名的汽車制造廠商,如BENZ(奔馳)、BMW(寶馬)、PORSCHE(保時捷)、ROLLS-ROYCE(勞斯萊斯)和JAGUAR(美洲豹)等都采用了CAN總線來實(shí)現(xiàn)汽車內(nèi)部控制系統(tǒng)與各檢測和執(zhí)行機(jī)構(gòu)間的數(shù)據(jù)通信。同時,由于CAN總線本身的特點(diǎn),其應(yīng)用范圍目前已不再局限于汽車行業(yè),而向自動控制、航空航天、航海、過程工業(yè)、機(jī)械工業(yè)、紡織機(jī)械、農(nóng)用機(jī)械、機(jī)器人、數(shù)控機(jī)床、

26、醫(yī)療器械及傳感器等領(lǐng)域發(fā)展。CAN已經(jīng)形成國際標(biāo)準(zhǔn),并已被公認(rèn)為幾種最有前途的現(xiàn)場總線之一。其典型的應(yīng)用協(xié)議有： SAE J1939/ISO11783、CANOpen、CANaerospace、DeviceNet、NMEA 2000等。10多任務(wù)優(yōu)先級：一個任務(wù)，也稱作一個線程，是一個簡單的程序，該程序可以認(rèn)為CPU完全屬于該程序自己。實(shí)時應(yīng)用程序的設(shè)計過程，包括如何把問題分割成多個任務(wù)，每個任務(wù)都是整個應(yīng)用的某一部分，每個任務(wù)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?？臻g；任務(wù)的優(yōu)先級是表示任務(wù)被調(diào)度的優(yōu)先程度。每個任務(wù)都具有優(yōu)先級。任務(wù)越重要，賦予的優(yōu)先級應(yīng)越高，越容易被調(diào)度

27、而進(jìn)入運(yùn)行態(tài)11哈弗結(jié)構(gòu)與馮諾依曼結(jié)構(gòu)：哈佛結(jié)構(gòu)是一種將程序指令存儲和數(shù)據(jù)存儲分開的存儲器結(jié)構(gòu)。哈佛結(jié)構(gòu)的微處理器通常具有較高的執(zhí)行效率。其程序指令和數(shù)據(jù)指令分開組織和存儲的，執(zhí)行時可以預(yù)先讀取下一條指令。 哈佛結(jié)構(gòu)是指程序和數(shù)據(jù)空間獨(dú)立的體系結(jié)構(gòu), 目的是為了減輕程序運(yùn)行時的訪存瓶頸哈佛結(jié)構(gòu)是 一種并行體系結(jié)構(gòu)，它的主要特點(diǎn)是將程序和數(shù)據(jù)存儲在不同的存儲空間中，即程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器是兩個獨(dú)立的存儲器，每個存儲器獨(dú)立編址、獨(dú)立訪問。與兩個存儲器相對應(yīng)的是系統(tǒng)的4條總線：程序的數(shù)據(jù)總線與地址總線，數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)總線與地址總線。這種分離的程序總線和數(shù)據(jù)總線課允許在一個機(jī)器周期內(nèi)同時獲得指令字（來自

28、程序存儲器）和操作數(shù)（來自數(shù)據(jù)存儲器），從而提高了執(zhí)行速度，使數(shù)據(jù)的吞吐率提高了1倍。又由于程序和數(shù)據(jù)存儲器在兩個分開的物理空間中，因此取指和執(zhí)行能完全重疊兩個明顯的特點(diǎn)：使用兩個獨(dú)立的存儲器模塊，分別存儲指令和數(shù)據(jù)，每個存儲模塊都不允許指令和數(shù)據(jù)并存；使用獨(dú)立的兩條總線，分別作為CPU與每個存儲器之間的專用通信路徑，而這兩條總線之間毫無關(guān)聯(lián)。任務(wù)的定義及其主要特性：任務(wù)是一個具有獨(dú)立功能的無限循環(huán)的程序段的一次運(yùn)行活動，是實(shí)時內(nèi)核調(diào)度的單位，具有以下特性：動態(tài)性：任務(wù)狀態(tài)是不斷變化的。一般分為就緒態(tài)、運(yùn)行態(tài)和等待態(tài)。在多任務(wù)系統(tǒng)中，任務(wù)的狀態(tài)將隨著系統(tǒng)的需要不斷進(jìn)行變化。并行性：系統(tǒng)中同時存在多個任務(wù)，這些任務(wù)在宏觀上是同時運(yùn)行的。異步獨(dú)立性：每個任務(wù)各自按相互獨(dú)立的不可預(yù)知的速度運(yùn)行，走走停停任務(wù)主要包含以下內(nèi)容： 代碼：一段可執(zhí)行的程序 數(shù)據(jù)：程序所需要的相關(guān)數(shù)據(jù)（變量、工作空間、緩沖區(qū)等）堆棧 程序執(zhí)行的上下文環(huán)境任務(wù)與程序的區(qū)別： a.任務(wù)能真實(shí)地描述工作內(nèi)容的并發(fā)性，而程序不能；b.程序是任務(wù)的組成部分,除程序外，任務(wù)還包括數(shù)據(jù)、堆棧及其上下文環(huán)境等內(nèi)容；c.程序是靜態(tài)的，任務(wù)是動態(tài)的；d任務(wù)有生命周期，有誕生、有消亡，是短暫的；而程序是相對長久的；e一個程序可對應(yīng)多個任務(wù)，反之亦然；f.任務(wù)具有創(chuàng)建其他任務(wù)的功能，而程序沒有任務(wù)狀態(tài)與