1、第一章嵌入式系統(tǒng)概述嵌入式系統(tǒng)：從技術(shù)的角度定義：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，適用應(yīng)用系統(tǒng)對功能、可靠性、 成本、體積、功耗嚴(yán)格要求的通用計算機系統(tǒng)。從系統(tǒng)的角度定義：嵌入式系統(tǒng)是設(shè)計完成復(fù)雜功能的硬件 和軟件，并使其緊密耦合在一起的計算機系統(tǒng)。術(shù)語嵌入式反應(yīng) 了這些系統(tǒng)通常是更大系統(tǒng)中的一個完整的部分。稱為嵌入的系統(tǒng)。嵌入式處理器：嵌入式系統(tǒng)的核心，是控制，輔助系統(tǒng)運行 的硬件單元。嵌入式系統(tǒng)的定義及特點可以將嵌入式系統(tǒng)定義成“嵌入到對象體系中得專用計算機 應(yīng)用系統(tǒng)”。工嵌入式系統(tǒng)的特點按照嵌入式系統(tǒng)的定義，嵌入式系統(tǒng)有3個基本特點，即“嵌入性”、“內(nèi)含計算機”與“專

2、用性”。嵌入式系統(tǒng)的未來微處理器的處理能力按 莫爾定律預(yù)計的速度在增加。該定律認為集成電路和晶體管個數(shù)每 18個月翻一番1.2嵌入式處理器（與系統(tǒng)之間的關(guān)系）一類嵌入式處理器注重尺寸、能耗和價格。另一類嵌入式處理器更關(guān)注性能。還有一類嵌入式處理器關(guān)注全部 4個需求一一性能、尺寸、 功耗和價格。122嵌入式系統(tǒng)的分類1.嵌入式微處理器（EMPU）嵌入式微處理器的基礎(chǔ)是通用計算機中的CPU2. 微控制器（MCU （包括嵌入式微處理器）微控制器又稱單片機，就是將整個計算機系統(tǒng)集成到一塊 芯片中。3. DSP處理器（DSP （哈佛結(jié)構(gòu)）在數(shù)字濾波、FFT、頻譜分析等方面，DSP算法正在大量 進入嵌入式

3、領(lǐng)域。4. 片上系統(tǒng)（SoC）SoC可以分為通用和專用兩類。1.3嵌入式操作系統(tǒng)嵌入式操作系統(tǒng)簡介分時操作系統(tǒng)的主要目的是讓多個計算機用戶能共享系統(tǒng)的資源，能及時地響應(yīng)和服務(wù)于聯(lián)機用戶， 只具有很弱的實時 功能，但與真正的實時操作系統(tǒng)仍然有明顯的區(qū)別。實時操作系統(tǒng)應(yīng)具備以下特點：1. 異地的時間響應(yīng)。2. 切換時間和中斷延遲時間確定。3. 優(yōu)先級中斷和調(diào)度。4. 搶占式調(diào)度。5. 內(nèi)存鎖定6. 連續(xù)文件。7. 同步實時操作系統(tǒng)是事件驅(qū)動的，能對來自外界的作用和信號在 限定的時間范圍內(nèi)作出響應(yīng)。實時操作系統(tǒng)可以分為一般實時操作系統(tǒng)和嵌入式實時操 作系統(tǒng)兩種。一般實時操作系統(tǒng)與嵌入式實時操作系統(tǒng)的

4、主要區(qū)別在于應(yīng)用場合和開發(fā)過程。一般實時操作系統(tǒng) 應(yīng)用于實時處理系統(tǒng)的上位機和實時查詢系統(tǒng)等實時性較弱的實時系統(tǒng)中，并且提供了開發(fā)、調(diào)試、運用一致的環(huán)境。嵌入式實時操作系統(tǒng) 應(yīng)用于實時性要求的實時控制系統(tǒng)中，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)境與運行環(huán)境不一致。嵌入式操作系統(tǒng)基本概念1前后臺系統(tǒng)對于基于芯片開發(fā)來說，應(yīng)用程序一般是一個無限的循環(huán)， 可稱為前后臺系統(tǒng)或超循環(huán)系統(tǒng)。 循環(huán)中調(diào)用響應(yīng)的函數(shù)完成響 應(yīng)的操作，這部分可以看成后臺行為； 中斷服務(wù)程序處理異步事 件，這部分可以看成前臺行為。 后臺可可以叫做任務(wù)級， 前臺也 可以叫做中斷級。2操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)是計算機中最基

5、本的程序，操作系統(tǒng)的作用：負責(zé)計算機系統(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；提供用戶接口，使用戶獲得良好的工作環(huán)境； 為用戶擴展 新的系統(tǒng)功能提供軟件平臺。3實時操作系統(tǒng)實時操作系統(tǒng)是一段在嵌入式系統(tǒng)啟動后首先執(zhí)行的背景 程序，用戶的應(yīng)用程序是運行于 RTOS上的各個任務(wù)，RTOS艮據(jù)各個任務(wù)的要求，進行資源（包括儲存器、外設(shè)等）管理、消 息管理、任務(wù)調(diào)度及異常處理等工作。時間分片方式和協(xié)作方式的RTOS并不是真正的“實時”。4代碼的臨界區(qū)5資源6共享資源7任務(wù)8任務(wù)切換9內(nèi)核多任務(wù)系統(tǒng)中，內(nèi)核負責(zé)管理各個任務(wù)，或者說為每個任務(wù)分配CPU時間，并且負責(zé)任務(wù)之間的通信。指標(biāo)1調(diào)度

6、實時強弱2占用CPU的時間10調(diào)度調(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任務(wù)運行了。多數(shù)實時內(nèi)核是基于優(yōu)先級調(diào)度法的， 每個任務(wù)根據(jù) 其重要程序的不同被賦予一定的 優(yōu)先級。基于優(yōu)先級的調(diào)度法指 CPU總是讓就緒態(tài)的優(yōu)先級最高的任務(wù)先運行。然后究竟何時讓 高優(yōu)先級任務(wù)掌握 CPU的使用權(quán)，有兩種不同的情況，這要看用 的什么類型的內(nèi)核，是 非占先式的還是占先式的內(nèi)核。非占先式：執(zhí)行完成正在執(zhí)行的任務(wù)再執(zhí)行下一個任務(wù)。占先式：中斷正在執(zhí)行的任務(wù)，執(zhí)行任務(wù)11 非占先式內(nèi)核12 占先式內(nèi)核 當(dāng)系統(tǒng)響應(yīng)時間很重要時，要使用占先式內(nèi)核，因此絕大 多數(shù)商業(yè)上銷售的實時內(nèi)核都是占先式內(nèi)核。13 任務(wù)

7、優(yōu)先級 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， 被賦予的優(yōu)先級應(yīng)該越高， 越容易被 調(diào)度而進入運行態(tài)。14 中斷中斷是一種硬件機制，用于通知 CPU有個異步事件發(fā)生 了。中斷一旦被識別，CPU保存部分（或全部）上下文，即部分 （或全部） 寄存器的值， 跳轉(zhuǎn)到專門的子程序， 稱為中斷服務(wù)子 程序（ISR）。中斷服務(wù)子程序做時間處理，處理完成后，則1 在前后臺系統(tǒng)中，程序回到后臺程序； （主程序）2 對非占先式內(nèi)核而言，程序回到被中斷了的任務(wù)；3 對占先式內(nèi)核而言，讓進入就緒態(tài)的優(yōu)先級最高的任 務(wù)開始運行。15 時鐘節(jié)拍（作用：節(jié)拍產(chǎn)生的時候，進行調(diào)度）時鐘

8、節(jié)拍是特定的周期性中斷，這個中斷可以看做是系 統(tǒng)心臟的脈動。 時鐘的節(jié)拍式中斷使得內(nèi)核可以將任務(wù)延時若干 個整數(shù)時鐘節(jié)拍， 以及當(dāng)任務(wù)等待事件發(fā)生時， 提供等待超時的 依據(jù)。時鐘節(jié)拍率越快，系統(tǒng)的額外開銷就越大。1.3.3 使用嵌入式實時操作系統(tǒng)的必要性首先，嵌入式實時操作系統(tǒng)提高了系統(tǒng)的可靠性。 其次，嵌入式實時操作系統(tǒng)提高了開發(fā)效率，縮短了開發(fā) 周期。第三，嵌入式實時操作系統(tǒng)充分發(fā)揮了 32位CPU勺多任務(wù)潛力。1.3.4 嵌入式實時操作系統(tǒng)勺優(yōu)缺點 優(yōu)點：在嵌入式實時操作系統(tǒng)環(huán)境下開發(fā)實時應(yīng)用程序，使程序勺設(shè)計和擴展變得容易， 不需要大勺改動就可以增加新勺 功能。缺點：使用嵌入式實時操作系統(tǒng)還需要額外的ROM/RA開銷、2%5的CPU額外負荷以及內(nèi)核的費用。1.3.5 常見的嵌入式實時操作系統(tǒng)1 卩 Clinuxa Clinux即“微控制領(lǐng)域中的 Linux系統(tǒng)”a Clinux 仍然保留了 Linux 的大多數(shù)優(yōu)點：穩(wěn)定、良好的 移植性、優(yōu)秀的網(wǎng)絡(luò)功能、 晚輩的對種文件系統(tǒng)的支持以及標(biāo)準(zhǔn) 豐富的 API 等。2Windows CEWindows CE是精簡的Windows95。其中CE中的C代表袖珍、 消費、通信能力和伴侶； E 代表電子產(chǎn)品。絕大多數(shù)的應(yīng)用軟件只需要簡單地修改和移植就可以在Win dows CE平臺上繼續(xù)使用。3 VxW