北京航空航天大學(xué)-嵌入式系統(tǒng)課件

嵌入式系統(tǒng)

—基于32位微處理器與實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)2006年春季北京航空航天大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院課程目的需要的根底知識(shí)先導(dǎo)課程計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)微機(jī)原理C＋＋語言需要了解的根底知識(shí)了解操作系統(tǒng)、單片機(jī)和微機(jī)原理的根本概念，能夠熟練使用C＋＋語言。學(xué)時(shí)分配課程屬性：專業(yè)根底課總學(xué)時(shí)數(shù)：48課內(nèi)學(xué)時(shí)：48講課學(xué)時(shí)數(shù)：30實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)數(shù)：18學(xué)分：3課程大綱〔約30學(xué)時(shí)〕課次學(xué)時(shí)形式內(nèi)容第2周3講課緒論第3周3講課嵌入式硬件基礎(chǔ)第4周3講課ARM微處理器體系結(jié)構(gòu)第5周3講課ARM指令集第6周3講課基于ARM的嵌入式硬件接口設(shè)計(jì)第8周3講課嵌入式硬件設(shè)計(jì)工具使用－－Cadence第10周3講課嵌入式操作系統(tǒng)概述第12周3講課嵌入式Linux第14周3講課嵌入式軟件開發(fā)方法概述第16周3講課嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例分析第19周2考試時(shí)間：周五晚8:00-11:00地點(diǎn)：4號(hào)樓315

專題實(shí)驗(yàn)內(nèi)容〔18學(xué)時(shí)〕地點(diǎn)：2號(hào)樓機(jī)房〔上午9:00－12:00〕課次學(xué)時(shí)形式內(nèi)賓第7周3實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)一：熟悉基本開發(fā)環(huán)境及軟硬件平臺(tái)C和ARM匯編程序混合設(shè)計(jì)（整數(shù)排序算法）第9周3實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)二：嵌入式Linux程序設(shè)計(jì)（串口通信程序）第11周3實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)三：嵌入式linux內(nèi)核第13周3實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)四：嵌入式Linux圖形程序設(shè)計(jì)第15周3實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)五：觸摸屏及LED驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)（大作業(yè)）第17周3實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)六：觸摸屏及LED驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)（大作業(yè)）注：1、實(shí)驗(yàn)1-6在實(shí)驗(yàn)室統(tǒng)一講解輔導(dǎo)，要求在課內(nèi)18個(gè)學(xué)時(shí)內(nèi)完成開放式工程實(shí)驗(yàn)〔約20學(xué)時(shí)〕地點(diǎn)：開放實(shí)驗(yàn)室內(nèi)容：學(xué)生可以單獨(dú)或者合作〔最多3人〕開發(fā)一個(gè)簡單的嵌入式系統(tǒng)設(shè)備，可從下面的命題中選取，也可自己設(shè)計(jì)題目。MP3播放器MP4播放器基于Linux的PDA〔記事本、通訊錄、備忘錄等功能〕基于Linux的可視便攜式旅游信息終端簡單Email編輯、收發(fā)器〔具有RJ45和Wi-fi接口〕簡單游戲〔游戲桿控制〕大家能夠期望的收獲您的期望合理嗎？通過本門課程的學(xué)習(xí)，你將獲得以下知識(shí)：了解嵌入式軟件開發(fā)流程〔期望值：★〕學(xué)會(huì)使用實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，了解多任務(wù)〔期望值：★★〕掌握根本嵌入式硬件知識(shí)〔期望值：★★〕提高C語言編程能力〔期望值：★★★〕獨(dú)立或合作開發(fā)出嵌入式應(yīng)用軟件〔期望值：★★★〕掌握嵌入式軟件編程〔期望值：★★★〕掌握硬件設(shè)計(jì)知識(shí)〔期望值：★★★★〕學(xué)會(huì)操作系統(tǒng)移植〔期望值：★★★★〕成為嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)高手〔期望值：★★★★★〕1.符意德編著.嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理與應(yīng)用.北京：清華大學(xué)出版社，20042.孫玉芳等譯.嵌入式計(jì)算系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理〔computersascomponents,principlesofembeddedcomputingsystemdesign,waynewolf〕.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002參考教材考核方式平時(shí)作業(yè)和表現(xiàn)〔占20%〕+大作業(yè)〔占30%〕+筆試〔50%〕考核方式和評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)1CHAPTER緒論主要內(nèi)容1324嵌入式系統(tǒng)簡介嵌入式處理器嵌入式操作系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)的典型應(yīng)用5嵌入式系統(tǒng)的根本設(shè)計(jì)過程嵌入式系統(tǒng)簡介計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的三大領(lǐng)域效勞器市場(chǎng)功能強(qiáng)利潤最大的市場(chǎng)可用性強(qiáng)可擴(kuò)展性桌面市場(chǎng)最廣闊的市場(chǎng)嵌入式市場(chǎng)潛力最大的市場(chǎng)嵌入式系統(tǒng)簡介以往計(jì)算機(jī)分類：大型計(jì)算機(jī)、中型機(jī)、小型機(jī)和微計(jì)算機(jī)目前計(jì)算機(jī)分類：超級(jí)計(jì)算機(jī)，大型計(jì)算機(jī)、工作站、微計(jì)算機(jī)、亞微計(jì)算機(jī)亞微計(jì)算機(jī)(嵌入式計(jì)算機(jī))是以嵌入式系統(tǒng)的形式隱藏在各種裝置、產(chǎn)品和系統(tǒng)中嵌入式系統(tǒng)簡介嵌入式系統(tǒng)簡介IEEE定義嵌入式系統(tǒng)是“用于控制、監(jiān)視或者輔助操作的機(jī)器、設(shè)備或裝置〞〔原文為devicesusedtocontrol,monitor,orassisttheoperationofequipment,machineryorplants〕。通常執(zhí)行特定功能嵌入式系統(tǒng)的核心----嵌入式微處理器嚴(yán)格的時(shí)序和穩(wěn)定性要求全自動(dòng)操作循環(huán)嵌入式系統(tǒng)簡介微機(jī)學(xué)會(huì)定義嵌入式系統(tǒng)是以嵌入式應(yīng)用為目的的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)?？煞譃橄到y(tǒng)級(jí)、板級(jí)、片級(jí)系統(tǒng)級(jí)：各種類型的工控機(jī)、PC104模塊板級(jí)：各種類型的帶CPU的主板及OEM產(chǎn)品片級(jí)：各種以單片機(jī)、DSP、微處理器為核心的產(chǎn)品嵌入式系統(tǒng)簡介嵌入式系統(tǒng)簡介廣義上講，但凡帶有微處理器的專用軟硬件系統(tǒng)都可稱為嵌入式系統(tǒng)。如各類單片機(jī)和DSP系統(tǒng)。這些系統(tǒng)在完成較為單一的專業(yè)功能時(shí)具有簡潔高效的特點(diǎn)。但由于他們沒有操作系統(tǒng)，管理系統(tǒng)硬件核軟件的能力有限，在實(shí)現(xiàn)復(fù)雜多任務(wù)功能時(shí)，往往困難重重，甚至無法實(shí)現(xiàn)。從狹義上講，我們更加強(qiáng)調(diào)那些使用嵌入式微處理器構(gòu)成獨(dú)立系統(tǒng)，具有自己操作系統(tǒng)，具有特定功能，用于特定場(chǎng)合的嵌入式系統(tǒng)。本課程中的嵌入式系統(tǒng)是指狹義上的嵌入式系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)簡介開展歷史 嵌入式系統(tǒng)本身是一個(gè)相對(duì)模糊的定義。一個(gè)手持的MP3和一個(gè)PC104的微型工業(yè)控制計(jì)算機(jī)都可以認(rèn)為是嵌入式系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)有了近30年的開展歷史，它是硬件和軟件交替開展的雙螺旋式開展。最早的單片機(jī)是Intel公司的8048，它出現(xiàn)在1976年Motorola同時(shí)推出了68HC05，Zilog公司推出了Z80系列，這些早期的單片機(jī)均含有256字節(jié)的RAM、4K的ROM、4個(gè)8位并口、1個(gè)全雙工串行口、兩個(gè)16位定時(shí)器。之后在80年代初，Intel又進(jìn)一步完善了8048，在它的根底上研制成功了8051。1981年ReadySystem開發(fā)了世界上第1個(gè)商業(yè)嵌入式實(shí)時(shí)內(nèi)核〔VTRX32〕，包含了許多傳統(tǒng)操作系統(tǒng)的特征，包括任務(wù)管理、任務(wù)間通訊、同步與相互排斥、中斷支持、內(nèi)存管理等功能。隨后，出現(xiàn)了如IntegratedSystemIncorporation(ISI)的PSOS、IMG的VxWorks、QNX公司的QNX

等，PalmOS，WinCE，嵌入式Linux，Lynx，uCOS、Nucleux，以及國內(nèi)的Hopen、DeltaOS等嵌入式操作系統(tǒng)也相繼出現(xiàn)。嵌入式系統(tǒng)簡介嵌入式系統(tǒng)簡介嵌入式系統(tǒng)簡介典型的8位微處理系統(tǒng)MCS-51系列的單片機(jī)是低端嵌入式系統(tǒng)中用得最多的微處理器。嵌入式系統(tǒng)簡介典型的16位微處理系統(tǒng)MCS-96系列單片機(jī)和16位DSP芯片嵌入式系統(tǒng)簡介典型的32位微處理系統(tǒng)ARM系列是應(yīng)用較廣泛的32位微處理器。實(shí)際上該系列的MCU芯片很多，但大都是已ARM微內(nèi)核為核心的。32位的DSP應(yīng)用的也很廣泛。特點(diǎn)功耗限制嵌入式系統(tǒng)中，尤其是在用電池供電的嵌入式系統(tǒng)中，這是一個(gè)主要考慮的因素。大耗電量直接影響到硬件費(fèi)用，并影響電源壽命以及帶來散熱問題。低本錢包含硬件本錢和軟件本錢。硬件本錢主要決定于所使用的微處理器、所需的內(nèi)存及相應(yīng)的外圍芯片；軟件本錢通常難于預(yù)測(cè)，但一個(gè)好的設(shè)計(jì)方法有利于降低軟件本錢。多速率系統(tǒng)同時(shí)運(yùn)行多個(gè)實(shí)時(shí)性任務(wù)，系統(tǒng)必須同時(shí)控制這些動(dòng)作，但這些動(dòng)作有些速度慢，有些速度快。環(huán)境相關(guān)性嵌入式系統(tǒng)不是獨(dú)立的，而是與其被嵌入的設(shè)備緊密相關(guān)聯(lián)。嵌入式系統(tǒng)簡介嵌入式系統(tǒng)簡介特點(diǎn)系統(tǒng)內(nèi)核小由于嵌入式系統(tǒng)一般是應(yīng)用于小型電子裝置的，系統(tǒng)資源相對(duì)有限，所以內(nèi)核較之傳統(tǒng)的操作系統(tǒng)要小得多。比方ENEA公司的OSE實(shí)時(shí)OS，內(nèi)核只有5K，而Windows的內(nèi)核那么要大得多。專用性強(qiáng)嵌入式系統(tǒng)的個(gè)性化很強(qiáng)，其中的軟件系統(tǒng)和硬件的結(jié)合非常緊密，一般要針對(duì)硬件進(jìn)行系統(tǒng)的移植。同時(shí)針對(duì)不同的任務(wù)，往往需要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行較大更改，程序的編譯下載要和系統(tǒng)相結(jié)合，這種修改和通用軟件的“升級(jí)〞是完全不同的概念。嵌入式系統(tǒng)簡介特點(diǎn)不可壟斷性PC有WinTel壟斷嵌入式系統(tǒng)工業(yè)的根底是以應(yīng)用為中心的“芯片〞設(shè)計(jì)和面向應(yīng)用的軟件產(chǎn)品開發(fā)。產(chǎn)品相對(duì)穩(wěn)定性普通處理器18月嵌入式處理器8－10年嵌入式系統(tǒng)簡介實(shí)時(shí)性實(shí)時(shí)性的本質(zhì)是任務(wù)處理所化費(fèi)時(shí)間的可預(yù)測(cè)性，即任務(wù)需要在規(guī)定的時(shí)限內(nèi)完成。任務(wù)執(zhí)行的時(shí)間可以根據(jù)系統(tǒng)的軟硬件的信息而進(jìn)行確定性的預(yù)測(cè)。也就是說，如果硬件可以做這件工作，那么基于實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的軟件將可以確定性的做這件工作。實(shí)時(shí)系統(tǒng)實(shí)時(shí)系統(tǒng)的正確性依賴于運(yùn)行結(jié)果的邏輯正確性和運(yùn)行結(jié)果產(chǎn)生的時(shí)間正確性，即實(shí)時(shí)系統(tǒng)必須在規(guī)定的時(shí)間范圍內(nèi)正確地響應(yīng)外部物理過程的變化。嵌入式系統(tǒng)≠實(shí)時(shí)系統(tǒng)有些嵌入式系統(tǒng)沒有實(shí)時(shí)性要求嵌入式系統(tǒng)簡介硬實(shí)時(shí)軟實(shí)時(shí)“軟〞意味著如果沒有滿足指定的時(shí)間約束并不會(huì)導(dǎo)致災(zāi)難性的后果，而對(duì)于硬實(shí)時(shí)系統(tǒng)來說卻是災(zāi)難性的從實(shí)踐上說，軟實(shí)時(shí)和硬實(shí)時(shí)之間的區(qū)別通?！搽[含的和錯(cuò)誤的〕與系統(tǒng)的時(shí)間精度有關(guān)：由于這個(gè)原因，典型的，軟實(shí)時(shí)任務(wù)的調(diào)度精度必須大于千分之一秒，而硬實(shí)時(shí)任務(wù)為微秒級(jí)。嵌入式系統(tǒng)簡介實(shí)時(shí)頻譜圖嵌入式系統(tǒng)簡介市場(chǎng)2001年嵌入式系統(tǒng)國際會(huì)議年會(huì)JimTurley的報(bào)告中，統(tǒng)計(jì)得到PC的數(shù)量只占CPU總耗量的0.1%。據(jù)CCID2003年的數(shù)據(jù)顯示，2000年嵌入式軟件市場(chǎng)規(guī)模為70.33億元，2001年為95.43億元，2002年118.56億元，三年平均增長38.85%。2002年中國軟件市場(chǎng)為345.0億元，嵌入式軟件約占軟件總市場(chǎng)的34.37％。嵌入式系統(tǒng)簡介市場(chǎng)2004年，軟件統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)為：套裝軟件共計(jì)478億元，為具有獨(dú)立產(chǎn)品形態(tài)的軟件。其中包括系統(tǒng)軟件89億元〔操作系統(tǒng)44.19億元、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)20.06億元、支撐軟件25.71億元〕、中間件軟件6.98億元、應(yīng)用軟件304.53億元〔包括通用應(yīng)用軟件〔平安軟件、辦公軟件、管理軟件、游戲軟件、教育軟件等〕與行業(yè)應(yīng)用軟件〔金融、電信、政府等〕〕、嵌入式軟件〔673.62億元〕相關(guān)軟件效勞〔937.48億元〕：除生產(chǎn)產(chǎn)品化軟件之外的所有的軟件研發(fā)及相關(guān)活動(dòng)，包括系統(tǒng)集成、軟件外包、咨詢、數(shù)據(jù)加工和處理等。嵌入式系統(tǒng)簡介處理器存儲(chǔ)器輸入接口操作系統(tǒng)(協(xié)議棧)應(yīng)用程序軟件子系統(tǒng)硬件子系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)組成輸出接口外圍設(shè)備嵌入式系統(tǒng)的軟/硬件框架嵌入式系統(tǒng)簡介硬件子系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)簡介嵌入式外圍設(shè)備在嵌入式硬件系統(tǒng)中，除了嵌入式處理器之外的完成存儲(chǔ)、通信、I/O、調(diào)試等功能的其它部件。分類存儲(chǔ)器類型：靜態(tài)易失型存儲(chǔ)器(RAM/SRAM)，動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器(DRAM)，非易失型存儲(chǔ)器(ROM、EPROM、EEPROM、FLASH)。其中，F(xiàn)LASH(閃存)以可擦寫次數(shù)多，存儲(chǔ)速度快，容量大及價(jià)格廉價(jià)等有點(diǎn)在嵌入式領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。接口類型：目前存在的所有接口在嵌入式系統(tǒng)中都有其廣泛的應(yīng)用，但是以下幾種接口的應(yīng)用最為廣泛，包括RS-232接口(串口)、IrDA(紅外)、SPI(串行設(shè)備接口)、I2C、USB、Ethernet和普通并口。顯示類型：CRT、LCD和觸摸屏等外圍顯示設(shè)備。嵌入式系統(tǒng)簡介最小硬件系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)簡介嵌入式軟件子系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)與單片機(jī)、PC相比的優(yōu)勢(shì)采用32位RISC嵌入式微處理器和實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)組成的嵌入式控制系統(tǒng)，與傳統(tǒng)基于單片機(jī)的控制系統(tǒng)和基于PC的控制方式相比，具有以下突出優(yōu)點(diǎn)：性能方面：采用32位RISC結(jié)構(gòu)微處理器，主頻從30MHz到624MHz以上，處理能力大大超出單片機(jī)系統(tǒng)，接近PC機(jī)的水平，但體積更小，能夠真正地“嵌入〞到設(shè)備中；實(shí)性性方面：嵌入式機(jī)控制器內(nèi)嵌實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)〔RTOS〕，能夠完全保證控制系統(tǒng)的強(qiáng)實(shí)時(shí)性；人機(jī)交互方面：嵌入式控制器可支持大屏幕的液晶顯示器，提供功能強(qiáng)大的圖形用戶界面；輸入方法多種多樣；系統(tǒng)升級(jí)方面：嵌入式控制器可為控制系統(tǒng)專門設(shè)計(jì)，其功能專一，本錢較低，而且開放的用戶程序接口〔API〕保證了系統(tǒng)能夠快速升級(jí)和更新。主要內(nèi)容1324嵌入式系統(tǒng)簡介嵌入式處理器嵌入式操作系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)典型應(yīng)用5嵌入式系統(tǒng)的根本設(shè)計(jì)過程嵌入式處理器分類微處理器(MicroprocessorUnit,MPU)

微控制器(MicrocontrollerUnit,MCU)

嵌入式DSP(EmbeddedDigitalSignalProcessor,EDSP)

片上系統(tǒng)(SystemOnChip)

嵌入式微處理器目前主要的嵌入式處理器類型有Am186/88、386EX、SC-400、PowerPC、68000、MIPS、ARM/StrongARM系列等嵌入式微處理器嵌入式微控制器又稱單片機(jī)，這種８位的電子器件目前在嵌入式設(shè)備中仍然有著極其廣泛的應(yīng)用。單片機(jī)芯片內(nèi)部集成ROM/EPROM、RAM、總線、總線邏輯、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、看門狗、I/O、串行口、脈寬調(diào)制輸出、A/D、D/A、FlashRAM、EEPROM等各種必要功能和外設(shè)。代表性的通用系列包括8051、P51XA、MCS-251、MCS-96/196/296、C166/167、MC68HC05/11/12/16、68300等。另外還有許多半通用系列如：支持USB接口的MCU8XC930/931、C540、C541；支持I2C、CAN-Bus、LCD及眾多專用MCU和兼容系列。目前MCU占嵌入式系統(tǒng)約70％的市場(chǎng)份額。嵌入式微控制器微控制器的最大特點(diǎn)是單片化，體積大大減小，從而使功耗和本錢下降、可靠性提高。微控制器是目前嵌入式系統(tǒng)工業(yè)的主流。微控制器的片上外設(shè)資源一般比較豐富，適合于控制，因此稱為微控制器。嵌入式DSP處理器DSP處理器是專門用于信號(hào)處理方面的處理器，其在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和指令算法方面進(jìn)行了特殊設(shè)計(jì)，在數(shù)字濾波、FFT、譜分析等各種儀器上DSP獲得了大規(guī)模的應(yīng)用。DSP處理器對(duì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和指令進(jìn)行了特殊設(shè)計(jì)，使其適合于執(zhí)行DSP算法，編譯效率較高，指令執(zhí)行速度也較高。DSP的理論算法在70年代就已經(jīng)出現(xiàn)，但是由于專門的DSP處理器還未出現(xiàn)，所以這種理論算法只能通過MPU等由分立元件實(shí)現(xiàn)。1982年世界上誕生了首枚DSP芯片。在語音合成和編碼解碼器中得到了廣泛應(yīng)用。DSP的運(yùn)算速度進(jìn)一步提高，應(yīng)用領(lǐng)域也從上述范圍擴(kuò)大到了通信和計(jì)算機(jī)方面。嵌入式DSP處理器嵌入式片上系統(tǒng)(SoC)SOC體系結(jié)構(gòu)ASICCoreMemoryEmbeddedProcessorCoreAnalogFunctionsCommunicationSensorInterface知識(shí)產(chǎn)權(quán)主要內(nèi)容1324嵌入式系統(tǒng)簡介嵌入式處理器嵌入式操作系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)典型應(yīng)用5嵌入式系統(tǒng)的根本設(shè)計(jì)過程操作系統(tǒng)的開展嵌入式操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)操作系統(tǒng)分類微內(nèi)核〔micro-kernel〕單晶內(nèi)核〔monolithickernel〕混合內(nèi)核〔hybridkernel〕嵌入式操作系統(tǒng)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的特點(diǎn)IEEE的實(shí)時(shí)UNIX分委會(huì)認(rèn)為實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)應(yīng)具備以下的幾點(diǎn):異步的事件響應(yīng)切換時(shí)間和中斷延遲時(shí)間確定優(yōu)先級(jí)中斷和調(diào)度搶占式調(diào)度內(nèi)存鎖定連續(xù)文件同步嵌入式操作系統(tǒng)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的特點(diǎn)總的來說實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)是事件驅(qū)動(dòng)的，能對(duì)來自外界的作用和信號(hào)在限定的時(shí)間范圍內(nèi)作出響應(yīng)。它強(qiáng)調(diào)的是實(shí)時(shí)性、可靠性和靈活性,與實(shí)時(shí)應(yīng)用軟件相結(jié)合成為有機(jī)的整體起著核心作用,由它來管理和協(xié)調(diào)各項(xiàng)工作,為應(yīng)用軟件提供良好的運(yùn)行軟件環(huán)境及開發(fā)環(huán)境。從實(shí)時(shí)系統(tǒng)的應(yīng)用特點(diǎn)來看實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)可以分為兩種：一般實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)和嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。嵌入式操作系統(tǒng)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的特點(diǎn)一般實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)應(yīng)用于實(shí)時(shí)處理系統(tǒng)的上位機(jī)和實(shí)時(shí)查詢系統(tǒng)等實(shí)時(shí)性較弱的實(shí)時(shí)系統(tǒng)，并且提供了開發(fā)、調(diào)試、運(yùn)用一致的環(huán)境。

嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)應(yīng)用于實(shí)時(shí)性要求高的實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)，而且應(yīng)用程序的開發(fā)過程是通過交叉開發(fā)來完成的，即開發(fā)環(huán)境與運(yùn)行環(huán)境是不一致。嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)具有規(guī)模小(一般在幾K～幾十K內(nèi))、可固化使用實(shí)時(shí)性強(qiáng)(在毫秒或微秒數(shù)量級(jí)上)的特點(diǎn)

。嵌入式操作系統(tǒng)根本概念對(duì)基于芯片的開發(fā)來說，應(yīng)用程序一般是一個(gè)無限的循環(huán)，可稱為前后臺(tái)系統(tǒng)或超循環(huán)系統(tǒng)。很多基于微處理器的產(chǎn)品采用前后臺(tái)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，例如微波爐、機(jī)、玩具等。在另外一些基于微處理器應(yīng)用中，從省電的角度出發(fā)，平時(shí)微處理器處在停機(jī)狀態(tài)，所有事都靠中斷效勞來完成?！昂笈_(tái)系統(tǒng)根本概念中斷效勞程序處理異步事件，這局部可以看成前臺(tái)行為，前臺(tái)也叫中斷級(jí)。時(shí)間相關(guān)性很強(qiáng)的關(guān)鍵操作一定是靠中斷效勞程序來保證的。循環(huán)中調(diào)用相應(yīng)的函數(shù)完成相應(yīng)的操作，這局部可以看成后臺(tái)行為，后臺(tái)也可以叫做任務(wù)級(jí)。這種系統(tǒng)在處理的及時(shí)性上比實(shí)際可以做到的要差。ISRISRISRISR后臺(tái)前臺(tái)中斷服務(wù)程序時(shí)間——前后臺(tái)系統(tǒng)嵌入式操作系統(tǒng)嵌入式操作系統(tǒng)根本概念操作系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)中最根本的程序。操作系統(tǒng)負(fù)責(zé)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中全部軟硬資源的分配與回收、控制與協(xié)調(diào)等并發(fā)的活動(dòng)；操作系統(tǒng)提供用戶接口，使用戶獲得良好的工作環(huán)境；操作系統(tǒng)為用戶擴(kuò)展新的系統(tǒng)功能提供軟件平臺(tái)。——操作系統(tǒng)硬件硬件驅(qū)動(dòng)操作系統(tǒng)用戶程序嵌入式操作系統(tǒng)根本概念

實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)是一段在嵌入式系統(tǒng)啟動(dòng)后首先執(zhí)行的背景程序，用戶的應(yīng)用程序是運(yùn)行于RTOS之上的各個(gè)任務(wù)，RTOS根據(jù)各個(gè)任務(wù)的要求，進(jìn)行資源(包括存儲(chǔ)器、外設(shè)等)管理、消息管理、任務(wù)調(diào)度、異常處理等工作。在RTOS支持的系統(tǒng)中，每個(gè)任務(wù)均有一個(gè)優(yōu)先級(jí)，RTOS根據(jù)各個(gè)任務(wù)的優(yōu)先級(jí)，動(dòng)態(tài)地切換各個(gè)任務(wù)，保證對(duì)實(shí)時(shí)性的要求?！獙?shí)時(shí)操作系統(tǒng)〔RTOS〕嵌入式操作系統(tǒng)根本概念代碼的臨界區(qū)也稱為臨界區(qū)，指處理時(shí)不可分割的代碼，運(yùn)行這些代碼不允許被打斷。一旦這局部代碼開始執(zhí)行，那么不允許任何中斷打入〔這不是絕對(duì)的，如果中斷不調(diào)用任何包含臨界區(qū)的代碼，也不訪問任何臨界區(qū)使用的共享資源，這個(gè)中斷可能可以執(zhí)行〕。為確保臨界區(qū)代碼的執(zhí)行，在進(jìn)入臨界區(qū)之前要關(guān)中斷，而臨界區(qū)代碼執(zhí)行完成以后要立即開中斷?！a的臨界區(qū)嵌入式操作系統(tǒng)根本概念

程序運(yùn)行時(shí)可使用的軟、硬件環(huán)境統(tǒng)稱為資源。資源可以是輸入輸出設(shè)備，例如打印機(jī)、鍵盤、顯示器。資源也可以是一個(gè)變量、一個(gè)結(jié)構(gòu)或一個(gè)數(shù)組等?！Y源任務(wù)A共享資源任務(wù)B任務(wù)C信號(hào)量嵌入式操作系統(tǒng)根本概念

可以被一個(gè)以上任務(wù)使用的資源叫做共享資源。為了防止數(shù)據(jù)被破壞，每個(gè)任務(wù)在與共享資源打交道時(shí)，必須獨(dú)占該資源，這叫做互斥?！蚕碣Y源訪問共享資源之前申請(qǐng)信號(hào)量其它任務(wù)訪問受阻而不能使用共享資源得到允許后，才能使用共享資源嵌入式操作系統(tǒng)根本概念一個(gè)任務(wù)，也稱作一個(gè)線程，是一個(gè)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(shí)應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)過程，包括如何把問題分割成多個(gè)任務(wù)，每個(gè)任務(wù)都是整個(gè)應(yīng)用的某一局部，每個(gè)任務(wù)被賦予一定的優(yōu)先級(jí)，有它自己的一套CPU存放器和自己的?？臻g。——任務(wù)嵌入式操作系統(tǒng)根本概念當(dāng)多任務(wù)內(nèi)核決定運(yùn)行另外的任務(wù)時(shí)，它保存正在運(yùn)行任務(wù)的當(dāng)前狀態(tài)，即CPU存放器中的全部內(nèi)容。這些內(nèi)容保存在任務(wù)的當(dāng)前狀態(tài)保存區(qū)，也就是任務(wù)自已的棧區(qū)之中。入棧工作完成以后，就把下一個(gè)將要運(yùn)行的任務(wù)的當(dāng)前狀態(tài)從任務(wù)的棧中重新裝入CPU的寄予存器，并開始下一個(gè)任務(wù)的運(yùn)行。這個(gè)過程就稱為任務(wù)切換。這個(gè)過程增加了應(yīng)用程序的額外負(fù)荷。CPU的內(nèi)部存放器越多，額外負(fù)荷就越重。做任務(wù)切換所需要的時(shí)間取決于CPU有多少存放器要入棧。——任務(wù)切換嵌入式操作系統(tǒng)根本概念多任務(wù)系統(tǒng)中，內(nèi)核負(fù)責(zé)管理各個(gè)任務(wù)，或者說為每個(gè)任務(wù)分配CPU時(shí)間，并且負(fù)責(zé)任務(wù)之間的通信。內(nèi)核提供的根本效勞是任務(wù)切換。使用實(shí)時(shí)內(nèi)核可以大大簡化應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，是因?yàn)閷?shí)時(shí)內(nèi)核允許將應(yīng)用分成假設(shè)干個(gè)任務(wù)，由實(shí)時(shí)內(nèi)核來管理它們。內(nèi)核需要消耗一定的系統(tǒng)資源，比方2％～5％的CPU運(yùn)行時(shí)間、RAM和ROM等。內(nèi)核提供必不可少的系統(tǒng)效勞，如信號(hào)量、消息隊(duì)列、延時(shí)等?！獌?nèi)核嵌入式操作系統(tǒng)根本概念

調(diào)度是內(nèi)核的主要職責(zé)之一。調(diào)度就是決定該輪到哪個(gè)任務(wù)運(yùn)行了。多數(shù)實(shí)時(shí)內(nèi)核是基于優(yōu)先級(jí)調(diào)度法的。每個(gè)任務(wù)根據(jù)其重要程序的不同被賦予一定的優(yōu)先級(jí)?；趦?yōu)先級(jí)的調(diào)度法指CPU總是讓處在就緒態(tài)的優(yōu)先級(jí)最高的任務(wù)先運(yùn)行。然而究竟何時(shí)讓高優(yōu)先級(jí)任務(wù)掌握CPU的使用權(quán)，有兩種不同的情況，這要看用的是什么類型的內(nèi)核，是非占先式的還是占先式的內(nèi)核?！{(diào)度嵌入式操作系統(tǒng)根本概念非占先式內(nèi)核要求每個(gè)任務(wù)自我放棄CPU的所有權(quán)。非占先式調(diào)度法也稱作合作型多任務(wù)，各個(gè)任務(wù)彼此合作共享一個(gè)CPU。異步事件還是由中斷效勞來處理。中斷效勞可以使一個(gè)高優(yōu)先級(jí)的任務(wù)由掛起狀態(tài)變?yōu)榫途w狀態(tài)。但中斷效勞以后控制權(quán)還是回到原來被中斷了的那個(gè)任務(wù)，直到該任務(wù)主動(dòng)放棄CPU的使用權(quán)時(shí)，那個(gè)高優(yōu)先級(jí)的任務(wù)才能獲得CPU的使用權(quán)?！钦枷仁絻?nèi)核嵌入式操作系統(tǒng)根本概念當(dāng)系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間很重要時(shí)，要使用占先式內(nèi)核。因此絕大多數(shù)商業(yè)上銷售的實(shí)時(shí)內(nèi)核都是占先式內(nèi)核。最高優(yōu)先級(jí)的任務(wù)一旦就緒，總能得到CPU的控制權(quán)。當(dāng)一個(gè)運(yùn)行著的任務(wù)使一個(gè)比它優(yōu)先級(jí)高的任務(wù)進(jìn)入了就緒狀態(tài)，當(dāng)前任務(wù)的CPU使用權(quán)就被剝奪了，或者說被掛起了，那個(gè)高優(yōu)先級(jí)的任務(wù)立刻得到了CPU的控制權(quán)。如果是中斷效勞子程序使一個(gè)高優(yōu)先級(jí)的任務(wù)進(jìn)入就緒態(tài)，中斷完成時(shí)，中斷了的任務(wù)被掛起，優(yōu)先級(jí)高的那個(gè)任務(wù)開始運(yùn)行。——占先式內(nèi)核嵌入式操作系統(tǒng)根本概念

任務(wù)的優(yōu)先級(jí)是表示任務(wù)被調(diào)度的優(yōu)先程度。每個(gè)任務(wù)都具有優(yōu)先級(jí)。任務(wù)越重要，賦予的優(yōu)先級(jí)應(yīng)越高，越容易被調(diào)度而進(jìn)入運(yùn)行態(tài)。——任務(wù)優(yōu)先級(jí)嵌入式操作系統(tǒng)根本概念中斷是一種硬件機(jī)制，用于通知CPU有個(gè)異步事件發(fā)生了。中斷一旦被識(shí)別，CPU保存局部〔或全部〕上下文即局部或全部存放器的值，跳轉(zhuǎn)到專門的子程序，稱為中斷效勞子程序〔ISR〕。中斷效勞子程序做事件處理，處理完成后，程序回到：1.在前后臺(tái)系統(tǒng)中，程序回到后臺(tái)程序；2.對(duì)非占先式內(nèi)核而言，程序回到被中斷了的任務(wù)；3.對(duì)占先式內(nèi)核而言，讓進(jìn)入就緒態(tài)的優(yōu)先級(jí)最高的任務(wù)開始運(yùn)行?！袛嗲昂笈_(tái)系統(tǒng)嵌入式操作系統(tǒng)根本概念——中斷ISR任務(wù)ISR非占先操作系統(tǒng)任務(wù)A任務(wù)B任務(wù)CISR占先操作系統(tǒng)任務(wù)A任務(wù)B任務(wù)C嵌入式操作系統(tǒng)根本概念時(shí)鐘節(jié)拍是特定的周期性中斷。這個(gè)中斷可以看作是系統(tǒng)心臟的脈動(dòng)。中斷之間的時(shí)間間隔取決于不同應(yīng)用，一般在10ms到200ms之間。時(shí)鐘的節(jié)拍式中斷使得內(nèi)核可以將任務(wù)延時(shí)假設(shè)干個(gè)整數(shù)時(shí)鐘節(jié)拍，以及當(dāng)任務(wù)等待事件發(fā)生時(shí)，提供等待超時(shí)的依據(jù)。時(shí)鐘節(jié)拍率越快，系統(tǒng)的額外開銷就越大?！獣r(shí)鐘節(jié)拍使用嵌入式操作系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)使程序的設(shè)計(jì)和擴(kuò)展變得容易，大大提高了開發(fā)效率。充分發(fā)揮32位CPU多任務(wù)的潛力，實(shí)現(xiàn)多任務(wù)設(shè)計(jì)，能夠充分利用硬件資源和實(shí)現(xiàn)資源共享。實(shí)時(shí)性和健壯性能夠得到更好的保證。缺點(diǎn)嵌入式操作系統(tǒng)增加ROM/RAM等額外開銷，5～10％的CPU額外負(fù)荷。嵌入式操作系統(tǒng)分類按收費(fèi)模式劃分商用型Vxworks,Nucleux，PlamOS,Symbian,WinCE,QNX,pSOS,VRTX,LynxOS,Hopen,DeltaOS免費(fèi)型Linux,μCLinux,μC/OS-Ⅱ,eCos,uITRON按實(shí)時(shí)性劃分硬實(shí)時(shí)Vxworks軟實(shí)時(shí)WinCE,RTLinux無實(shí)時(shí)EmbeddedLinux

嵌入式Linux及應(yīng)用μcLinuxWindowsEmbeddedWindowsCE：一種針對(duì)小容量、移動(dòng)式、智能化、32位、連接設(shè)備的模塊化實(shí)時(shí)嵌入式操作系統(tǒng)〔縮減的Win95〕。針對(duì)掌上設(shè)備、無線設(shè)備的動(dòng)態(tài)應(yīng)用程序和效勞提供了一種功能豐富的操作系統(tǒng)平臺(tái)，屬于軟實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，由于其Windows背景，界面比較統(tǒng)一認(rèn)可。可以使用大多數(shù)Windows開發(fā)工具〔如VB，VC等〕，大多數(shù)Windows應(yīng)用程序經(jīng)過移植后就可以運(yùn)行在WinCE平臺(tái)上。操作系統(tǒng)的根本內(nèi)核需要至少200K的ROM。VxWorksSymbianOSSymbian由諾基亞、西門子、索尼愛立信等幾家大型移動(dòng)通訊設(shè)備商共同出資組建的一個(gè)合資公司，專門研發(fā)操作系統(tǒng)。Symbian操作系統(tǒng)的前身是EPOC。針對(duì)PDA及智能的，能夠提供良好的軟實(shí)時(shí)的操作系統(tǒng)，目前占有60％的智能市場(chǎng)與之競(jìng)爭的有WindowsMobile、PalmOS以及Linux主要版本Series60/90/80/40UIQPalmOSPalmOS是著名的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備制造商3COM旗下的PalmComputing掌上電腦公司的產(chǎn)品。PalmOS是一套專門為掌上電腦編寫的操作系統(tǒng)，充分考慮到了掌上電腦內(nèi)存相對(duì)較小的情況，所以Palm操作系統(tǒng)本身所占的內(nèi)存很小，基于Palm操作系統(tǒng)編寫的應(yīng)用程序所占的空間也很小，通常只有幾十KB，因此基于Palm操作系統(tǒng)的掌上電腦雖然只有幾兆內(nèi)存卻可以運(yùn)行眾多的應(yīng)用程序。PalmOS在PDA市場(chǎng)上占有很大的市場(chǎng)份額，PalmOS的市場(chǎng)份額占到將近90%，最近下降70％，目前主要與WINCE進(jìn)行劇烈競(jìng)爭。代表性的產(chǎn)品有Palmm505、Palmm500、PalmIII等。QNX加拿大QNX公司的產(chǎn)品。QNX是在X86體系上面開發(fā)出來的，這和別的RTOS不一樣，別的好多RTOS都是從68K的CPU上面開發(fā)成熟，然后再移植到X86體系上面來的。QNX是一個(gè)實(shí)時(shí)的、可擴(kuò)充的操作系統(tǒng)，它局部遵循POSIX相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，由于QNX具有強(qiáng)大的圖形界面功能，因此很適合作為機(jī)頂盒、手持設(shè)備〔手掌電腦、〕、GPS設(shè)備的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)使用。C/OS及C/OS-IIC/OS—MicroControllerOSC/OS簡介美國人JeanLabrosse1992年完成，已應(yīng)用于數(shù)百種產(chǎn)品中。應(yīng)用面覆蓋了諸多領(lǐng)域，如照相機(jī)、醫(yī)療器械、音響設(shè)備、發(fā)動(dòng)機(jī)控制、高速公路系統(tǒng)、自動(dòng)提款機(jī)等1998年C/OS-II，目前的版本C/OS-IIV2.722000年，得到美國航空管理局〔FAA〕的認(rèn)證，可以用于飛行器中是一個(gè)源碼公開、可移植、可裁減、占用資源少、搶先式的實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)。其絕大局部源碼采用ANSIC寫的，移植性好。高校教學(xué)可免費(fèi)使用。網(wǎng)站〔)OSENucleusPLUSNucleus主要應(yīng)用:網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，例如，路由器，機(jī)頂盒等主要內(nèi)容1324嵌入式系統(tǒng)簡介嵌入式處理器嵌入式操作系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)的典型應(yīng)用5嵌入式系統(tǒng)的根本設(shè)計(jì)過程嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域嵌入式應(yīng)用信息家電智能玩具軍事電子通信設(shè)備移動(dòng)存貯工控設(shè)備智能儀表汽車電子網(wǎng)絡(luò)設(shè)備消費(fèi)電子軍事國防電子商務(wù)網(wǎng)絡(luò)工業(yè)控制goReaderInterneteBookSamsungAnyWebInternetScreenPhoneeRemoteIntelligentHomeControllerTektronixTDS7000DigitalOscilloscopesNixvueDigitalAlbumDigitalPhotoAlbum一些典型的嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用家用方面：數(shù)字電視、信息家電、智能玩具、手持通訊、存儲(chǔ)設(shè)備的核心。嵌入式視頻效勞器現(xiàn)代化家庭嵌入式Internet應(yīng)用嵌入式系統(tǒng)在信息家電中的應(yīng)用信息家電(InformationAppliance〕一般可認(rèn)為，那些低單價(jià)、操作簡單、可通過因特網(wǎng)發(fā)送或獲取信息，將逐步分割或替代PC的某些功能，并能與其它信息產(chǎn)品交換資料或訊息的產(chǎn)品可統(tǒng)稱為信息家電。信息家電的分類及特點(diǎn)典型的信息家電產(chǎn)品信息家電定義代表性產(chǎn)品網(wǎng)絡(luò)電視具有機(jī)頂盒或內(nèi)建網(wǎng)絡(luò)連接的電視MicrosoftWebTV網(wǎng)絡(luò)可視電話具有集成網(wǎng)絡(luò)接入的屏幕電話InfoGeariPhone網(wǎng)絡(luò)游戲機(jī)具有集成網(wǎng)絡(luò)接入的游戲操縱臺(tái)SegaDreamcast網(wǎng)絡(luò)智能手持器件蜂窩電話、個(gè)人數(shù)據(jù)助理（PDA）和其它集成網(wǎng)絡(luò)接入的便攜式器件3ComPalmAT&TPocketNetPhoneNokia9000,9000I,9110,7110NC委托（clients）提供網(wǎng)絡(luò)接入以及能下載應(yīng)用軟件的器件IBMNetStationPC-中間器件通過PC接入網(wǎng)絡(luò)以下載內(nèi)容的器件DIAMONMultimediaRioPlayerNuvomediaRockete-BookAudibleMobilePlayerSource:IDC,Hambrecht&Quist信息家電——數(shù)字機(jī)頂盒汽車電子產(chǎn)品〔18個(gè)嵌入式控制模塊〕——CAN總線網(wǎng)絡(luò)VOLVOS80汽車的CAN總線網(wǎng)絡(luò)

嵌入式應(yīng)用——汽車電子智能玩具與機(jī)器人阿富汗參加反恐作戰(zhàn)的“赫耳墨斯〞價(jià)值4萬美元，可攜帶2架攝像機(jī)，發(fā)揮了很好作用。軍事偵察2002年11月28日，以色列一選舉投票點(diǎn)，發(fā)生槍擊事件，造成至少7人死亡，數(shù)十人受傷。以警方用機(jī)器人在檢查一具巴勒斯坦槍手的尸體。反恐防暴微型飛行器---“黑寡婦〞空中飛行器基于WinCE的移動(dòng)機(jī)器人平臺(tái)基于RTLinux的仿人機(jī)器人高48cm

重:6kg

靈活性：20DOF操作系統(tǒng):RT-Linux

接口形式:USB1.0(12Mbps)響應(yīng)周期:1ms

能源：DC24Vx6.2A(150W)制造：富士通主要內(nèi)容1324嵌入式系統(tǒng)簡介嵌入式處理器嵌入式操作系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用及開展趨勢(shì)5嵌入式系統(tǒng)的根本設(shè)計(jì)過程嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要步驟以自頂向下的角度來看，系統(tǒng)設(shè)計(jì)從系統(tǒng)需求分析開始；第二步是規(guī)格說明，在這一步我們對(duì)需設(shè)計(jì)的系統(tǒng)功能進(jìn)行更細(xì)致地描述，這些描述并不涉及系統(tǒng)的組成；第三步是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在這一階段以大的構(gòu)件為單位設(shè)計(jì)系統(tǒng)內(nèi)部詳細(xì)構(gòu)造，明確軟、硬件功能的劃分；第四步是構(gòu)件設(shè)計(jì)，它包括系統(tǒng)程序模塊設(shè)計(jì)、專用硬件芯片選擇及硬件電路設(shè)計(jì)；第五步是系統(tǒng)集成，在完成了所有構(gòu)件設(shè)計(jì)的根底上進(jìn)行系統(tǒng)集成，構(gòu)造出所需的完整系統(tǒng)。需求分析規(guī)格說明體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)構(gòu)件設(shè)計(jì)系統(tǒng)調(diào)試與集成需求分析與規(guī)格說明用戶需求的格式用戶需求通常包括功能局部和非功能局部。非功能局部需求主要指：性能、價(jià)格、尺寸和重量、功耗等。右邊表是一個(gè)在系統(tǒng)設(shè)計(jì)的初始階段使用的需求說明表格樣本，該表格用簡練、清晰的語句描述系統(tǒng)的根本需求。項(xiàng)目說明名稱目的輸入輸出功能性能生產(chǎn)成本功耗尺寸和重量GPS移動(dòng)地圖系統(tǒng):例如項(xiàng)目說明名稱GPS移動(dòng)地圖目的為司機(jī)等用戶提供圖形狀的移動(dòng)地圖輸入一個(gè)電源開關(guān)、兩個(gè)操作按鈕、GPS信號(hào)輸入輸出LCD顯示器，分辨率為400×600功能可接5種GPS接收器；三種用戶可選的地圖比例；總是顯示當(dāng)前經(jīng)緯度性能0.25秒內(nèi)即可更新一次屏幕，常溫下工作生產(chǎn)成本1500元（人民幣）功耗四節(jié)電池供電應(yīng)連續(xù)工作8小時(shí)，功耗約100mW尺寸和重量尺寸不大于20cm×30cm，重量不大于