1、嵌入式實(shí)習(xí)報(bào)告總結(jié)隨著信息化技術(shù)的發(fā)展和數(shù)字化產(chǎn)品的普及，以計(jì)算機(jī)技術(shù)、芯片技術(shù)和軟件技術(shù)為核心的嵌入式系統(tǒng)再度成為當(dāng)前研究和應(yīng)用的熱點(diǎn)，通信、計(jì)算機(jī)、消費(fèi)電子技術(shù)(3C)合一的趨勢(shì)正在逐步形成，無所不在的網(wǎng)絡(luò)和無所不在的計(jì)算(everythingconnecting,everywherecomputing)正在將人類帶入一個(gè)嶄新的信息社會(huì)。二、實(shí)習(xí)目的學(xué)習(xí)和了解了嵌入式在生活中的重要作用和發(fā)展過程，熟練掌握ARM硬件體系結(jié)構(gòu)，熟悉linux下的嵌入式編程流程，積累自己的軟件編寫經(jīng)驗(yàn)，能夠參與并實(shí)現(xiàn)一個(gè)真實(shí)和完整的嵌入式項(xiàng)目，為今后的學(xué)習(xí)和將從事的技術(shù)工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)三、實(shí)習(xí)任務(wù)第一階段Li

2、nux操作和編程基礎(chǔ)主要介紹Linux的基本命令和基礎(chǔ)編程知識(shí)，包括Linux的文件操作和目錄操作命令,VI編輯器,GCC譯器,GD蹣試器和Make項(xiàng)目管理工具等知識(shí)。第二階段嵌入式C語言編程基礎(chǔ)主要介紹在嵌入式開發(fā)編程中C語言的重要概念和編程技巧中的重點(diǎn)難點(diǎn)，以復(fù)習(xí)串講和實(shí)例分析的形式，重點(diǎn)介紹包括函數(shù)與程序結(jié)構(gòu)，指針、數(shù)組和鏈表，庫函數(shù)的使用等知識(shí)。第三階段Linux上C強(qiáng)化編程訓(xùn)練主要包括整數(shù)算法訓(xùn)練，遞歸和棧編程訓(xùn)練，位操作訓(xùn)練，指針訓(xùn)練，字符串訓(xùn)練和常用C庫函數(shù)編程接口實(shí)踐，強(qiáng)化學(xué)員對(duì)Linux下基本編程開發(fā)的理解和編碼調(diào)試的能力。第四階段Linux環(huán)境高級(jí)編程及項(xiàng)目開發(fā)編程實(shí)踐主要

3、包括系統(tǒng)編程（信號(hào)/系統(tǒng)調(diào)用/管道/FIFO/消息隊(duì)列/共享內(nèi)存等），文件I/O編程（文件描述符/文件讀寫接口/原子操作/阻塞與非阻塞IO等，多任務(wù)和多線程編程（進(jìn)程標(biāo)識(shí)/用戶標(biāo)識(shí)/fork與vfork/多線程概念/線程同步等），網(wǎng)絡(luò)編程（網(wǎng)絡(luò)基本概念/套接口編程/網(wǎng)絡(luò)字節(jié)次序/Client/Server結(jié)構(gòu)/UDP編程）；掌握Linux下Socket編程的開發(fā)流程，熟悉網(wǎng)絡(luò)編程的調(diào)用接口函數(shù)和相關(guān)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，使學(xué)員初步具備在Linux上進(jìn)行系統(tǒng)編程開發(fā)的能力。同時(shí)綜合之前所學(xué)內(nèi)容和編程技術(shù)，以小組為單位進(jìn)行一個(gè)團(tuán)隊(duì)合作項(xiàng)目的開發(fā)，考核內(nèi)容包括文件I/O編程，多線程編程，網(wǎng)絡(luò)編程和項(xiàng)目文檔編寫。

4、第五階段嵌入式處理器體系結(jié)構(gòu)及編程實(shí)踐主要介紹AR咻系結(jié)構(gòu)及其基本編程知識(shí)，包括指令分類，尋址方式、指令集、存儲(chǔ)系統(tǒng)、異常中斷處理、匯編語言以及CC+和匯編語言的混合編程等知識(shí)。同時(shí)結(jié)合ARM嵌入式開發(fā)板硬件設(shè)計(jì)原理和基本硬件設(shè)計(jì)流程，分析各種外設(shè)的工作原理和驅(qū)動(dòng)機(jī)制，并自己動(dòng)手實(shí)踐完成一個(gè)ARM開發(fā)板上的編程大作業(yè)。第六階段嵌入式Linux開發(fā)基礎(chǔ)及高級(jí)應(yīng)用主要介紹嵌入式Linux開發(fā)應(yīng)用程序的基本流程和知識(shí)，包括嵌入式Linux基本概念和開發(fā)流程、Bootloader工作原理、內(nèi)核裁減配置和交叉編譯、根文件系統(tǒng)制作、網(wǎng)絡(luò)編程以及圖形界面和數(shù)據(jù)庫開發(fā)等知識(shí)。同時(shí)獨(dú)立完成一個(gè)基于嵌入式Linu

5、xGUI的應(yīng)用編程大作業(yè)。第七階段嵌入式Linux驅(qū)動(dòng)理論及驅(qū)動(dòng)程序開發(fā)實(shí)踐主要介紹嵌入式Linux上驅(qū)動(dòng)程序開發(fā)規(guī)范，包括設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序概念、字符設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序、塊設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)以及常用嵌入式設(shè)備驅(qū)動(dòng)開發(fā)等知識(shí)。同時(shí)獨(dú)立實(shí)現(xiàn)兩種嵌入式設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的編寫，包括驅(qū)動(dòng)模塊的調(diào)試和加載以及完整的項(xiàng)目開發(fā)文檔的編寫。第八階段嵌入式Linux項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)開發(fā)實(shí)踐鍛煉主要包括設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)一個(gè)真實(shí)和完整的嵌入式項(xiàng)目的開發(fā)流程，涉及到數(shù)據(jù)采集、網(wǎng)絡(luò)通訊、圖形用戶界面顯示以及嵌入式數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)系統(tǒng)等多種嵌入式Linux編程技術(shù)。要求學(xué)員建立起團(tuán)隊(duì)開發(fā)和協(xié)同工作的企業(yè)項(xiàng)目開發(fā)模式的概念和流程，強(qiáng)化學(xué)員對(duì)編寫項(xiàng)目概要

6、設(shè)計(jì)文檔和詳細(xì)設(shè)計(jì)文檔的理解，為就業(yè)前的職業(yè)技能和素質(zhì)訓(xùn)練做好充分準(zhǔn)備。四、實(shí)習(xí)內(nèi)容1.嵌入式的歷史與現(xiàn)狀雖然嵌入式系統(tǒng)是近幾年才開始真正風(fēng)靡起來的，但事實(shí)上嵌入式這個(gè)概念卻很早就已經(jīng)存在了，從上個(gè)世紀(jì)70年代單片機(jī)的生現(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。縱觀嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展歷程，大致經(jīng)歷了以下四個(gè)階段：?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(jī)的，大多以可編程控制器的形式由現(xiàn)，具有監(jiān)測(cè)、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(jī)、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(duì)系統(tǒng)進(jìn)行直接控制，運(yùn)行結(jié)束后再清除內(nèi)存。這

7、些裝置雖然已經(jīng)初步具備了嵌入式的應(yīng)用特點(diǎn)，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(yán)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(diǎn)是：系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能相對(duì)單一，處理效率較低，存儲(chǔ)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(jiǎn)便、價(jià)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(duì)執(zhí)行效率、存儲(chǔ)容量都有較高要求的信息家電等場(chǎng)合的需要。?簡(jiǎn)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RAMRO傳部件統(tǒng)統(tǒng)集成到一片VLSI中，制造由面向I/O設(shè)計(jì)的微控制器，并一舉

8、成為嵌入式系統(tǒng)領(lǐng)域中異軍突起的新秀。與此同時(shí)，嵌入式系統(tǒng)的程序員也開始基于一些簡(jiǎn)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(diǎn)是：生現(xiàn)了大量高可靠、低功耗的嵌入式CPU依口PowerPC等），各種簡(jiǎn)單的嵌入式操作系統(tǒng)開始由現(xiàn)并得到迅速發(fā)展。此時(shí)的嵌入式操作系統(tǒng)雖然還比較簡(jiǎn)單，但已經(jīng)初步具有了一定的兼容性和擴(kuò)展性，內(nèi)核精巧且效率高，主要用來控制系統(tǒng)負(fù)載以及監(jiān)控應(yīng)用程序的運(yùn)行。?實(shí)時(shí)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(jìn)一步飛速發(fā)展，而面向?qū)崟r(shí)信號(hào)處理算法的DSP產(chǎn)品則向著高速度

9、、高精度、低功耗的方向發(fā)展。隨著硬件實(shí)時(shí)性要求的提高，嵌入式系統(tǒng)的軟件規(guī)模也不斷擴(kuò)大，逐漸形成了實(shí)時(shí)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(diǎn)是：操作系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性得到了很大改善，已經(jīng)能夠運(yùn)行在各種不同類型的微處理器上，具有高度的模塊化和擴(kuò)展性。此時(shí)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(jiǎn)單。?面向Internet階段21世紀(jì)無疑將是一個(gè)網(wǎng)絡(luò)的時(shí)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

10、于Internet之外，隨著Internet的進(jìn)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。信息時(shí)代和數(shù)字時(shí)代的到來，為嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展帶來了巨大的機(jī)遇，同時(shí)也對(duì)嵌入式系統(tǒng)廠商提由了新的挑戰(zhàn)。目前，嵌入式技術(shù)與Internet技術(shù)的結(jié)合正在推動(dòng)著嵌入式技術(shù)的飛速發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)的研究和應(yīng)用產(chǎn)生了如下新的顯著變化：1. 新的微處理器層由不窮，嵌入式操作系統(tǒng)自身結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)更加便于移植，能夠在短時(shí)間內(nèi)支持更多的微處理器。2. 嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)成了一項(xiàng)系統(tǒng)工程，開發(fā)廠商不僅要提供嵌入式軟硬件系統(tǒng)本身，同時(shí)還要提

11、供強(qiáng)大的硬件開發(fā)工具和軟件支持包。3. 通用計(jì)算機(jī)上使用的新技術(shù)、新觀念開始逐步移植到嵌入式系統(tǒng)中，如嵌入式數(shù)據(jù)庫、移動(dòng)代理、實(shí)時(shí)CORBA等，嵌入式軟件平臺(tái)得到進(jìn)一步完善。4. 各類嵌入式Linux操作系統(tǒng)迅速發(fā)展，由于具有源代碼開放、系統(tǒng)內(nèi)核小、執(zhí)行效率高、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)完整等特點(diǎn)，很適合信息家電等嵌入式系統(tǒng)的需要，目前已經(jīng)形成了能與WindowsCE、PalmOS等嵌入式操作系統(tǒng)進(jìn)行有力競(jìng)爭(zhēng)的局面。5. 網(wǎng)絡(luò)化、信息化的要求隨著Internet技術(shù)的成熟和帶寬的提高而日益突生，以往功能單一的設(shè)備如電話、手機(jī)、冰箱、微波爐等功能不再單一，結(jié)構(gòu)變得更加復(fù)雜，網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)成為必然趨勢(shì)。6. 精簡(jiǎn)系統(tǒng)內(nèi)核

12、，優(yōu)化關(guān)鍵算法，降低功耗和軟硬件成本。7. 提供更加友好的多媒體人機(jī)交互界面。2.體系結(jié)構(gòu)根據(jù)國(guó)際電氣和電子工程師協(xié)會(huì)（IEEE）的定義，嵌入式系統(tǒng)是控制、監(jiān)視或者輔助設(shè)備、機(jī)器和車間運(yùn)行的裝置”（devicesusedtocontrol,monitor,orassisttheoperationofequipment,machineryorplants)。一般而言，整個(gè)嵌入式系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)可以分成四個(gè)部分：嵌入式處理器、嵌入式外圍設(shè)備、嵌入式操作系統(tǒng)和嵌入式應(yīng)用軟件。嵌入式處理器嵌入式系統(tǒng)的核心是各種類型的嵌入式處理器，嵌入式處理器與通用處理器最大的不同點(diǎn)在于，嵌入式CP吠多工作在為特定用戶群

13、所專門設(shè)計(jì)的系統(tǒng)中，它將通用CPU中許多由板卡完成的任務(wù)集成到芯片內(nèi)部，從而有利于嵌入式系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)趨于小型化，同時(shí)還具有很高的效率和可靠性。嵌入式處理器的體系結(jié)構(gòu)經(jīng)歷了從CISC(復(fù)雜指令集)至RISC(精簡(jiǎn)指令集)和CompactRISC的轉(zhuǎn)變，位數(shù)則由4位、8位、16位、32位逐步發(fā)展到64位。目前常用的嵌入式處理器可分為低端的嵌入式微控制器(MicroControllerUnit,MCU)中高端的嵌入式微處理器(EmbeddedMicroProcessorUnit,EMPU)用于計(jì)算機(jī)通信領(lǐng)域的嵌入式DSP處理器(EmbeddedDigitalSignalProcessor,EDSP和

14、高度集成的嵌入式片上系統(tǒng)(SystemOnChip,SOC目前幾乎每個(gè)半導(dǎo)體制造商都生產(chǎn)嵌入式處理器，并且越來越多的公司開始擁有自主的處理器設(shè)計(jì)部門，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，全世界嵌入式處理器已經(jīng)超過1000多種，流行的體系結(jié)構(gòu)有30多個(gè)系列，其中以ARMPowerPCMC68000、MIPS等使用得最為廣泛?嵌入式外圍設(shè)備在嵌入系統(tǒng)硬件系統(tǒng)中，除了中心控制部件（MCUDSPEMPUSOC以外，用于完成存儲(chǔ)、通信、調(diào)試、顯示等輔助功能的其他部件，事實(shí)上都可以算作嵌入式外圍設(shè)備。目前常用的嵌入式外圍設(shè)備按功能可以分為存儲(chǔ)設(shè)備、通信設(shè)備和顯示設(shè)備三類。存儲(chǔ)設(shè)備主要用于各類數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，常用的有靜態(tài)易失型存儲(chǔ)器

15、（RAMSRAM）動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器（DRAM和非易失型存儲(chǔ)器（ROMEPROMEEPROMIFLASH種，其中FLASH憑借其可擦寫次數(shù)多、存儲(chǔ)速度快、存儲(chǔ)容量大、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)，在嵌入式領(lǐng)域內(nèi)得到了廣泛應(yīng)用。目前存在的絕大多數(shù)通信設(shè)備都可以直接在嵌入式系統(tǒng)中應(yīng)用，包括RS-232接口（串行通信接口）、SPI（串行外圍設(shè)備接口）、IrDA（紅外線接口）、I2C（現(xiàn)場(chǎng)總線）、USB（通用串行總線接口）、Ethernet（以太網(wǎng)接口）等。由于嵌入式應(yīng)用場(chǎng)合的特殊性，通常使用的是陰極射線管（CRT）、液晶顯示器（LCD）和觸摸板（TouchPanel）等外圍顯示設(shè)備。?嵌入式操作系統(tǒng)為了使嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)

16、更加方便和快捷，需要有專門負(fù)責(zé)管理存儲(chǔ)器分配、中斷處理、任務(wù)調(diào)度等功能的軟件模塊，這就是嵌入式操作系統(tǒng)。嵌入式操作系統(tǒng)是用來支持嵌入式應(yīng)用的系統(tǒng)軟件，是嵌入式系統(tǒng)極為重要的組成部分，通常包括與硬件相關(guān)的底層驅(qū)動(dòng)程序、系統(tǒng)內(nèi)核、設(shè)備驅(qū)動(dòng)接口、通信協(xié)議、圖形用戶界面(GUI)等。嵌入式操作系統(tǒng)具有通用操作系統(tǒng)的基本特點(diǎn)，如能夠有效管理復(fù)雜的系統(tǒng)資源，能夠?qū)τ布M(jìn)行抽象，能夠提供庫函數(shù)、驅(qū)動(dòng)程序、開發(fā)工具集等。但與通用操作系統(tǒng)相比較，嵌入式操作系統(tǒng)在系統(tǒng)實(shí)時(shí)性、硬件依賴性、軟件固化性以及應(yīng)用專用性等方面，具有更加鮮明的特點(diǎn)。嵌入式操作系統(tǒng)根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)合可以分為兩大類：一類是面向消費(fèi)電子產(chǎn)品的非實(shí)時(shí)系統(tǒng)

17、，這類設(shè)備包括個(gè)人數(shù)字助理(PDA)、移動(dòng)電話、機(jī)頂盒(STB)等；另一類則是面向控制、通信、醫(yī)療等領(lǐng)域的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，如WindRiver公司的VxWorks、QNXC統(tǒng)軟件公司的QN將。實(shí)時(shí)系統(tǒng)(RealTimeSystem)是一種能夠在指定或者確定時(shí)間內(nèi)完成系統(tǒng)功能，并且對(duì)外部和內(nèi)部事件在同步或者異步時(shí)間內(nèi)能做由及時(shí)響應(yīng)的系統(tǒng)。在實(shí)時(shí)系第11/14頁統(tǒng)中，操作的正確性不僅依賴于邏輯設(shè)計(jì)的正確程度，而且與這些操作進(jìn)行的時(shí)間有關(guān)，也就是說，實(shí)時(shí)系統(tǒng)對(duì)邏輯和時(shí)序的要求非常嚴(yán)格，如果邏輯和時(shí)序控制由現(xiàn)偏差將會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重后果。實(shí)時(shí)系統(tǒng)主要通過三個(gè)性能指標(biāo)來衡量系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性，即響應(yīng)時(shí)間(Respons

18、eTime)、生存時(shí)間(SurvivalTime)和吞吐量(Throughput):o響應(yīng)時(shí)間是實(shí)時(shí)系統(tǒng)從識(shí)別由一個(gè)外部事件到做由響應(yīng)的時(shí)間；o生存時(shí)間是數(shù)據(jù)的有效等待時(shí)間，數(shù)據(jù)只有在這段時(shí)間內(nèi)才是有效的；o吞吐量是在給定的時(shí)間內(nèi)系統(tǒng)能夠處理的事件總數(shù)，吞吐量通常比平均響應(yīng)時(shí)間的倒數(shù)要小一點(diǎn)。實(shí)時(shí)系統(tǒng)根據(jù)響應(yīng)時(shí)間可以分為弱實(shí)時(shí)系統(tǒng)、一般實(shí)時(shí)系統(tǒng)和強(qiáng)實(shí)時(shí)系統(tǒng)三種。弱實(shí)時(shí)系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)的宗旨是使各個(gè)任務(wù)運(yùn)行得越快越好，但沒有嚴(yán)格限定莫一任務(wù)必須在多長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)完成，弱實(shí)時(shí)系統(tǒng)更多關(guān)注的是程序運(yùn)行結(jié)果的正確與否，以及系統(tǒng)安全性能等其他方面，對(duì)任務(wù)執(zhí)行時(shí)間的要求相對(duì)來講較為寬松，一般響應(yīng)時(shí)間可以是數(shù)十秒或者更長(zhǎng)。一般實(shí)時(shí)系統(tǒng)是弱實(shí)時(shí)系統(tǒng)和強(qiáng)實(shí)時(shí)系統(tǒng)的一種折衷，它的響應(yīng)時(shí)間可以在秒的數(shù)量級(jí)上，廣泛應(yīng)用于消費(fèi)電子設(shè)備中。強(qiáng)實(shí)時(shí)系統(tǒng)則要求各個(gè)任務(wù)不僅要保證執(zhí)行過程和結(jié)果的正確性，同時(shí)還要保證在限定的時(shí)間內(nèi)完成任務(wù)，響應(yīng)時(shí)間通常要求在毫秒甚至微秒的數(shù)量級(jí)上，這對(duì)涉及到醫(yī)療、安全、軍事的軟硬件系統(tǒng)來說是至關(guān)重要的。時(shí)限(deadline)是實(shí)時(shí)系統(tǒng)中的一個(gè)重要概念，指的是對(duì)任務(wù)截止時(shí)間的要求，根據(jù)時(shí)限對(duì)系統(tǒng)性能的影響程度，實(shí)時(shí)系統(tǒng)又可以分為軟實(shí)時(shí)系統(tǒng)(softreal-time-system)和硬實(shí)時(shí)系統(tǒng)(hardreal-time-system)。