嵌入式系統(tǒng)實習(xí)報告

PAGEPAGE162011年2011年08級自動化一班姓名：曾濤學(xué)號：33號2011-12-15 目錄1嵌入式系統(tǒng)簡介1.1嵌入式系統(tǒng)的概念在現(xiàn)在日益信息化的社會中，計算機和網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)全面滲透到日常生活的每一個角落。對于我們每個人，需要的已經(jīng)不再僅僅是那種放在桌上處理文檔，進行工作管理和生產(chǎn)控制的計算機；各種各樣的新型嵌入式系統(tǒng)設(shè)備在應(yīng)用數(shù)量上已經(jīng)遠遠超過通用算機，任何一個普通人可能擁有從大到小的各種使用嵌入式技術(shù)的電子產(chǎn)品，小到mp3，PDA等微型數(shù)字化產(chǎn)品，大到網(wǎng)絡(luò)家電，智能家電，車載電子設(shè)備。而在工業(yè)和服務(wù)領(lǐng)域中，使用嵌入式技術(shù)的數(shù)字機床，智能工具，工業(yè)機器人，服務(wù)機器人也將逐漸改變傳統(tǒng)的工業(yè)和服務(wù)方式。目前嵌入式系統(tǒng)技術(shù)已經(jīng)成為了最熱門的技術(shù)之一，吸引了大批的優(yōu)秀人才投入其中。但是對于何為嵌入式系統(tǒng)，什么樣的技術(shù)又可以稱之為嵌入式技術(shù)，仍在討論之中。

廣義上講，可以認為凡是帶有微處理器的專用軟硬件系統(tǒng)都可以稱為嵌入式系統(tǒng)。作為系統(tǒng)核心的微處理器又包括三類：微控制器(MCU)、數(shù)字信號處理器(DSP)、嵌入式微處理器(MPU)。所以有人簡單的說：“嵌入式系統(tǒng)是指操作系統(tǒng)和功能軟件集成于計算機硬件系統(tǒng)之中。”還有人認為嵌入式系統(tǒng)就是“以應(yīng)用為中心、以計算機技術(shù)為基礎(chǔ)、軟件硬件可裁剪、適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對功能、可*性、成本、體積、功耗嚴格要求的專用計算機系統(tǒng)”。應(yīng)該說后者從功能應(yīng)用特征上比較好的給出了嵌入式系統(tǒng)的定義，嵌入式的概念的分析根本上應(yīng)該從應(yīng)用上加以切入。

狹義上講，人們更加強調(diào)那些使用嵌入式微處理器構(gòu)成獨立系統(tǒng)，具有自己的操作系統(tǒng)并且具有某些特定功能的系統(tǒng)，這里的微處理器專指32位以上的微處理器。按照這種定義，典型的嵌入式系統(tǒng)有使用x86的小型嵌入式工控主板，在各種自動化設(shè)備，數(shù)字機械產(chǎn)品中有非常廣闊的應(yīng)用空間；另外一大類是使用Intel，Motorola等專用芯片構(gòu)成的小系統(tǒng)，它不僅僅在新興的消費電子和通訊儀表等方面獲得了巨大的發(fā)展應(yīng)用空間，而且甚至有趨勢取代傳統(tǒng)的工控機?，F(xiàn)在大家更加清楚的看到：嵌入式技術(shù)的春天已經(jīng)來了。所以也就難怪嵌入式系統(tǒng)成為當(dāng)前最熱門的技術(shù)之一。1.2嵌入式系統(tǒng)發(fā)展歷史

雖然嵌入式系統(tǒng)是近幾年才開始真正風(fēng)靡起來的，但事實上嵌入式這個概念卻很早就已經(jīng)存在了，從上個世紀(jì)70年代單片機的出現(xiàn)到今天各種嵌入式微處理器、微控制器的廣泛應(yīng)用，嵌入式系統(tǒng)少說也有了近30年的歷史?？v觀嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展歷程，大致經(jīng)歷了以下四個階段：

1.2.1無操作系統(tǒng)階段

嵌入式系統(tǒng)最初的應(yīng)用是基于單片機的，大多以可編程控制器的形式出現(xiàn)，具有監(jiān)測、伺服、設(shè)備指示等功能，通常應(yīng)用于各類工業(yè)控制和飛機、導(dǎo)彈等武器裝備中，一般沒有操作系統(tǒng)的支持，只能通過匯編語言對系統(tǒng)進行直接控制，運行結(jié)束后再清除內(nèi)存。這些裝置雖然已經(jīng)初步具備了嵌入式的應(yīng)用特點，但僅僅只是使用8位的CPU芯片來執(zhí)行一些單線程的程序，因此嚴格地說還談不上"系統(tǒng)"的概念。

這一階段嵌入式系統(tǒng)的主要特點是：系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能相對單一，處理效率較低，存儲容量較小，幾乎沒有用戶接口。由于這種嵌入式系統(tǒng)使用簡便、價格低廉，因而曾經(jīng)在工業(yè)控制領(lǐng)域中得到了非常廣泛的應(yīng)用，但卻無法滿足現(xiàn)今對執(zhí)行效率、存儲容量都有較高要求的信息家電等場合的需要。1.2.2簡單操作系統(tǒng)階段

20世紀(jì)80年代，隨著微電子工藝水平的提高，IC制造商開始把嵌入式應(yīng)用中所需要的微處理器、I/O接口、串行接口以及RAM、ROM等部件統(tǒng)統(tǒng)集成到一片VLSI中，制造出面向I/O設(shè)計的微控制器，并一舉成為嵌入式系統(tǒng)領(lǐng)域中異軍突起的新秀。與此同時，嵌入式系統(tǒng)的程序員也開始基于一些簡單的"操作系統(tǒng)"開發(fā)嵌入式應(yīng)用軟件，大大縮短了開發(fā)周期、提高了開發(fā)效率。

這一階段嵌入式系統(tǒng)的主要特點是：出現(xiàn)了大量高可*、低功耗的嵌入式CPU（如PowerPC等），各種簡單的嵌入式操作系統(tǒng)開始出現(xiàn)并得到迅速發(fā)展。此時的嵌入式操作系統(tǒng)雖然還比較簡單，但已經(jīng)初步具有了一定的兼容性和擴展性，內(nèi)核精巧且效率高，主要用來控制系統(tǒng)負載以及監(jiān)控應(yīng)用程序的運行。1.2.3實時操作系統(tǒng)階段

20世紀(jì)90年代，在分布控制、柔性制造、數(shù)字化通信和信息家電等巨大需求的牽引下，嵌入式系統(tǒng)進一步飛速發(fā)展，而面向?qū)崟r信號處理算法的DSP產(chǎn)品則向著高速度、高精度、低功耗的方向發(fā)展。隨著硬件實時性要求的提高，嵌入式系統(tǒng)的軟件規(guī)模也不斷擴大，逐漸形成了實時多任務(wù)操作系統(tǒng)（RTOS），并開始成為嵌入式系統(tǒng)的主流。

這一階段嵌入式系統(tǒng)的主要特點是：操作系統(tǒng)的實時性得到了很大改善，已經(jīng)能夠運行在各種不同類型的微處理器上，具有高度的模塊化和擴展性。此時的嵌入式操作系統(tǒng)已經(jīng)具備了文件和目錄管理、設(shè)備管理、多任務(wù)、網(wǎng)絡(luò)、圖形用戶界面（GUI）等功能，并提供了大量的應(yīng)用程序接口（API），從而使得應(yīng)用軟件的開發(fā)變得更加簡單。1.2.4面向Internet階段

21世紀(jì)無疑將是一個網(wǎng)絡(luò)的時代，將嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用到各種網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中去的呼聲自然也越來越高。目前大多數(shù)嵌入式系統(tǒng)還孤立于Internet之外，隨著Internet的進一步發(fā)展，以及Internet技術(shù)與信息家電、工業(yè)控制技術(shù)等的結(jié)合日益緊密，嵌入式設(shè)備與Internet的結(jié)合才是嵌入式技術(shù)的真正未來。1.3嵌入式系統(tǒng)的特點

用于嵌入式設(shè)備的計算機幾乎和計算機本身的歷史一樣長久，并且隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)已成為計算機領(lǐng)域的一個重要組成部分。嵌入式設(shè)備幾乎包括了我們周圍的所有電器設(shè)備：小至掌上PDA、電視機頂盒，大至汽車、電梯，安全系統(tǒng)等等。據(jù)統(tǒng)計，每年只有10%-20%的計算機芯片是為臺式或便攜式電腦而設(shè)計的，這也意味著每年有10至20億個CPU是為嵌入式設(shè)備而設(shè)計制造的。嵌入式計算機系統(tǒng)同通用型計算機系統(tǒng)相比具有以下特點：嵌入式系統(tǒng)通常是面向特定應(yīng)用的。嵌入式CPU與通用型的最大不同就是嵌入式CPU大多工作在為特定用戶群設(shè)計的系統(tǒng)中，它通常都具有低功耗、體積小、集成度高等特點，能夠把通用CPU中許多由板卡完成的任務(wù)集成在芯片內(nèi)部，從而有利于嵌入式系統(tǒng)設(shè)計趨于小型化，移動能力大大增強，跟網(wǎng)絡(luò)的耦合也越來越緊密。

嵌入式系統(tǒng)是將先進的計算機技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)和電子技術(shù)與各個行業(yè)的具體應(yīng)用相結(jié)合后的產(chǎn)物。這一點就決定了它必然是一個技術(shù)密集、資金密集、高度分散、不斷創(chuàng)新的知識集成系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)的硬件和軟件都必須高效率地設(shè)計，量體裁衣、去除冗余，力爭在同樣的硅片面積上實現(xiàn)更高的性能，這樣才能在具體應(yīng)用中對處理器的選擇更具有競爭力。

嵌入式系統(tǒng)和具體應(yīng)用有機地結(jié)合在一起，它的升級換代也是和具體產(chǎn)品同步進行，因此嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)品一旦進入市場，具有較長的生命周期。

為了提高執(zhí)行速度和系統(tǒng)可*性，嵌入式系統(tǒng)中的軟件一般都固化在存儲器芯片或單片機本身中，而不是存貯于磁盤等載體中。

嵌入式系統(tǒng)本身不具備自舉開發(fā)能力，即使設(shè)計完成以后用戶通常也是不能對其中的程序功能進行修改的，必須有一套開發(fā)工具和環(huán)境才能進行開發(fā)。

1.4嵌入式操作系統(tǒng)比較

隨著Internet技術(shù)的發(fā)展、信息家電的普及應(yīng)用及嵌入式操作系統(tǒng)EOS（EmbeddedOperatingSystem）的微型化和專業(yè)化，EOS開始從單一的弱功能向高專業(yè)化的強功能方向發(fā)展。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、軟件固化以及應(yīng)用的專用性等方面具有較為突出的特點。EOS是相對于一般操作系統(tǒng)而方的，它除具備了一般操作系統(tǒng)最基本的功能，如任務(wù)調(diào)度、同步機制、中斷處理、文件處理等外，還有以下特點：

1．可裝卸性。開放性、可伸縮性的體系結(jié)構(gòu)。

2．強實時性。EOS實時性一般較強，可用于各種設(shè)備控制當(dāng)中。

3．統(tǒng)一的接口。提供各種設(shè)備驅(qū)動接口。

4．操作方便、簡單、提供友好的圖形GUI，圖形界面，追求易學(xué)易用。

5．提供強大的網(wǎng)絡(luò)功能，支持TCP/IP協(xié)議及其它協(xié)議

6．更好的硬件適應(yīng)性，也就是良好的移植性。

國際上用于信息電器的嵌入式操作系統(tǒng)有40種左右?，F(xiàn)在，市場上非常流行的EOS產(chǎn)品，包括3Com公司下屬子公司的PalmOS，Microsoft公司的WindowsCE、開放源代碼的Linux。三種常用的嵌入式操作系統(tǒng)

1．PalmOS

Palm是3Com公司的產(chǎn)品，其操作系統(tǒng)為PalmOS。PalmOS是一種32位的嵌入式操作系統(tǒng)。Palm提供了串行通信接口和紅外線傳輸接口，利用它可以方便地與其它外部設(shè)備通信、傳輸數(shù)據(jù)；擁有開放的OS應(yīng)用程序接口，開發(fā)商可根據(jù)需要自行開發(fā)所需的應(yīng)用程序。PalmOS是一套具有很強開放性的系統(tǒng)，現(xiàn)在有大約數(shù)千種專用為PalmOS編寫的應(yīng)用程序，從程序內(nèi)容上看，小到個人管理、游戲，大到行業(yè)解決方案，PalmOS無所不包。在豐富的軟件支持下，基于PalmOS的掌上電腦功能得以不斷擴展。

PalmOS是一套專門為掌上電腦開發(fā)的OS。在編寫程序時，PalmOS充分考慮了掌上電腦內(nèi)存相對較小的情況，因此它只占有非常小的內(nèi)存。由于基于PalmOS編寫的應(yīng)用程序占用的空間也非常?。ㄍǔＶ挥袔资甂B），所以，基于PalmOS的掌上電腦（雖然只有幾MB的RAM）可以運行眾多應(yīng)用程序。2．WindowsCE

WindowsCE是微軟開發(fā)的一個開放的、可升級的32位嵌入式操作系統(tǒng)，是基于掌上型電腦類的電子設(shè)備操作。它是精簡的Windows95。WindowsCE的圖形用戶界面相當(dāng)出色。其中CE中的C代表袖珍（Compact）、消費（Consumer）、通信能力（Connectivity）和伴侶（Companion）；E代表電子產(chǎn)品（Electronics）。與Windows95/98、WindowsNT不同的是，WindowsCE是所有源代碼全部由微軟自行開發(fā)的嵌入式新型操作系統(tǒng)，其操作界面雖來源于Windows95/98，但WindowsCE是基于Win32API重新開發(fā)的、新型的信息設(shè)備平臺。WindowsCE具有模塊化、結(jié)構(gòu)化和基于Win32應(yīng)用程序接口以及與處理器無關(guān)等特點。WindowsCE不僅繼承了傳統(tǒng)的Windows圖形界面，并且在WindowsCE平臺上可以使用Windows95/98上的編程工具（如VisualBasic、VisualC++等）、使用同樣的函數(shù)、使用同樣的界面網(wǎng)格，使絕大多數(shù)的應(yīng)用軟件只需簡單的修改和移植就可以在WindowsCE平臺上繼續(xù)使用。

WindowsCE的設(shè)計目標(biāo)是：模塊化及可伸縮性、實時性能好，通信能力強大，支持多種CPU。它的設(shè)計可以滿足多種設(shè)備的需要，這些設(shè)備包括了工業(yè)控制器、通信集線器以及銷售終端之類的企業(yè)設(shè)備，還有像照相機、電話和家用娛樂器材之類的消費產(chǎn)品。一個典型的基于WindowsCE的嵌入系統(tǒng)通常為某個特定用途而設(shè)計，并在不聯(lián)機的情況下工作。它要求所使用的操作系統(tǒng)體積較小，內(nèi)建有對中斷的響應(yīng)功能。3．Linux

Linux是一個類似于Unix的操作系統(tǒng)。它起源于芬蘭一個名為LinusTorvalds的業(yè)余愛好，但是現(xiàn)在已經(jīng)是最為流行的一款開放源代碼的操作系統(tǒng)。Linux從1991年問世到現(xiàn)在，短短10年的時間內(nèi)已發(fā)展成為一個功能強大、設(shè)計完善的操作系統(tǒng)，伴隨網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進步而發(fā)展起來的LinuxOS已成為Microsoft公司的DOS和Windows95/98的強勁對手。Linux系統(tǒng)不僅能夠運行于PC平臺，還在嵌入式系統(tǒng)方面大放光芒，在各種嵌入式LinuxOS迅速發(fā)展的狀況下，LinuxOS逐漸形成了可與WindowsCE等EOS進行抗衡的局面。目前正在開發(fā)的嵌入式系統(tǒng)中，49%的項目選擇Linux作為嵌入式操作系統(tǒng)。Linux現(xiàn)已成為嵌入式操作的理想選擇。2嵌入式系統(tǒng)實習(xí)的目的1. 了解嵌入式操作系統(tǒng)2. 學(xué)會用uc/os-Ⅱ級編寫調(diào)試3嵌入式系統(tǒng)實習(xí)的內(nèi)容a.建立三個任務(wù)：其中任務(wù)一和任務(wù)二分別顯示專業(yè)、班級、姓名和學(xué)號等信息b.專業(yè)班級和姓名學(xué)號顯示切換時間間隔0.5sc.任務(wù)三統(tǒng)計其他兩個任務(wù)的運行次數(shù)并顯示d.任務(wù)一和任務(wù)二不得同時顯示4嵌入式系統(tǒng)的實習(xí)程序4.1實習(xí)程序 /***********************************************************************************************************uC/OS-II*TheReal-TimeKernel**(c)Copyright1992-2002,JeanJ.Labrosse,Weston*AllRightsReserved**EXAMPLE#1**********************************************************************************************************///#include"includes.h"#include<stdio.h>#include<string.h>#include<ctype.h>#include<stdlib.h>#include<conio.h>#include<dos.h>#include<setjmp.h>#include<\SOFTWARE\uCOS-II\ix86l\bc45\os_cpu.h>#include"\SOFTWARE\uCOS-II\EX1_x86L\BC45\SOURCE\OS_CFG.H"#include"\SOFTWARE\uCOS-II\source\ucos_ii.h"#include"\SOFTWARE\blocks\pc\bc45\pc.h"/***********************************************************************************************************CONSTANTS**********************************************************************************************************/#defineTASK_STK_SIZE512/*Sizeofeachtask'sstacks(#ofWORDs)*/#defineN_TASKS10/*Numberofidenticaltasks*//***********************************************************************************************************VARIABLES**********************************************************************************************************/OS_STKTaskStk[N_TASKS][TASK_STK_SIZE];/*Tasksstacks*/////OS_STKTaskStartStk[TASK_STK_SIZE];charTaskData[N_TASKS];/*Parameterstopasstoeachtask*/OS_STKTaskStartStk3[TASK_STK_SIZE];OS_STKTaskStartStk1[TASK_STK_SIZE];OS_STKTaskStartStk2[TASK_STK_SIZE];voidTaskStart3(void*data);voidTaskStart1(void*data);voidTaskStart2(void*data);longinthold1=0,//任務(wù)一次數(shù) hold2=0;//任務(wù)二次數(shù)//OS_EVENT*SEMpevent;//*********************************************************************************************************//主函數(shù)//*********************************************************************************************************voidmain(void){ PC_DispClrScr(DISP_FGND_WHITE+DISP_BGND_BLACK);/*Clearthescreen*/OS_ENTER_CRITICAL(); 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