第1章嵌入式系統(tǒng)概述第1章目錄1.嵌入式系統(tǒng)2.嵌入式處理器3.嵌入式操作系統(tǒng)第1章目錄1.嵌入式系統(tǒng)2.嵌入式處理器3.嵌入式操作系統(tǒng)1.1嵌入式系統(tǒng)概述經(jīng)過幾十年的發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)在很大程度改變了人們的生活、工作和娛樂方式，而且這些改變還在加速。嵌入式系統(tǒng)具有無數(shù)的種類，每類都具有自己獨(dú)特的個(gè)性。例如，MP3、數(shù)碼相機(jī)與打印機(jī)就有很大的不同。汽車中更是具有多個(gè)嵌入式系統(tǒng)，使汽車更輕快、更干凈、更容易駕駛?，F(xiàn)實(shí)中的嵌入式系統(tǒng)即使不可見，嵌入式系統(tǒng)也無處不在。嵌入式系統(tǒng)在很多產(chǎn)業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用并逐步改變著這些產(chǎn)業(yè)，包括工業(yè)自動(dòng)化、國(guó)防、運(yùn)輸和航天領(lǐng)域。例如神州飛船和長(zhǎng)征火箭中肯定有很多嵌入式系統(tǒng)，導(dǎo)彈的制導(dǎo)系統(tǒng)也是嵌入式系統(tǒng)，高檔汽車中也有多達(dá)幾十個(gè)嵌入式系統(tǒng)。在日常生活中，人們使用各種嵌入式系統(tǒng)，但未必知道它們。事實(shí)上，幾乎所有帶有一點(diǎn)“智能”的家電（全自動(dòng)洗衣機(jī)、電腦電飯煲…）都是嵌入式系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)廣泛的適應(yīng)能力和多樣性，使得視聽、工作場(chǎng)所甚至健身設(shè)備中到處都有嵌入式系統(tǒng)。現(xiàn)實(shí)中的嵌入式系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)的概念目前，對(duì)嵌入式系統(tǒng)的定義多種多樣，但沒有一種定義是全面的。下面給出兩種比較合理定義：從技術(shù)的角度定義：以應(yīng)用為中心、以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)、軟件硬件可裁剪、適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。從系統(tǒng)的角度定義：嵌入式系統(tǒng)是設(shè)計(jì)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(jì)算機(jī)系統(tǒng)。術(shù)語嵌入式反映了這些系統(tǒng)通常是更大系統(tǒng)中的一個(gè)完整的部分，稱為嵌入的系統(tǒng)。嵌入的系統(tǒng)中可以共存多個(gè)嵌入式系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)示示例——汽車控制制系統(tǒng)馬達(dá)控制器車燈嵌入式系統(tǒng)示示例——汽車控制制系統(tǒng)尾燈控制系統(tǒng)統(tǒng)后車門控制系系統(tǒng)前車門控制系系統(tǒng)座椅控制系統(tǒng)統(tǒng)發(fā)動(dòng)器控制系系統(tǒng)所有的控制系系統(tǒng)都是一個(gè)個(gè)完整的嵌入入式系統(tǒng)美國(guó)風(fēng)河公司司W(wǎng)RS微軟軍工軍工女媧計(jì)劃電子科大中中國(guó)依靠自己己的技術(shù)和力力量自主開發(fā)發(fā)的最成熟的的嵌入式實(shí)時(shí)時(shí)操作系統(tǒng)浙大如今的智能手手機(jī)用戶很少少有人知道HOPEN。。這是一個(gè)完完全國(guó)產(chǎn)化的的嵌入式操作作系統(tǒng)，是當(dāng)當(dāng)年名噪一時(shí)時(shí)的女媧計(jì)劃劃的產(chǎn)物。這這款產(chǎn)品被應(yīng)應(yīng)用在很多手手機(jī)上，如熊熊貓EMOL98，CECT紫光920，聯(lián)想想G900及及NEC多款款機(jī)型上，不不過，HOPEN系統(tǒng)也也缺乏第三方方軟件支持。。作為國(guó)產(chǎn)智智能手機(jī)操作作系統(tǒng)的一面面旗幟，HOPEN代表表了國(guó)產(chǎn)操作作系統(tǒng)的希望望。不過由于于智能手機(jī)操操作系統(tǒng)現(xiàn)只只被幾大巨頭頭掌握，HOPEN要想想突圍尚需一一定時(shí)日。嵌入式系統(tǒng)的的未來早在1990年之前，嵌嵌入式系統(tǒng)通通常是很簡(jiǎn)單單的且具有很很長(zhǎng)的產(chǎn)品生生命周期的自自主設(shè)備。近近些年來，嵌嵌入式工業(yè)經(jīng)經(jīng)歷了巨大的的變革。產(chǎn)品市場(chǎng)窗口口現(xiàn)在預(yù)計(jì)翻翻番的周期狂狂熱到6～9個(gè)月。全球重新定義義市場(chǎng)的機(jī)會(huì)會(huì)和膨脹的應(yīng)應(yīng)用空間?；ヂ?lián)現(xiàn)在是一一個(gè)需求而不不是輔助性的的，包括用有有線和剛剛顯顯露頭角的無無線技術(shù)。基于電子的產(chǎn)產(chǎn)品更復(fù)雜化化?；ヂ?lián)嵌入式系系統(tǒng)產(chǎn)生新的的依賴網(wǎng)絡(luò)基基礎(chǔ)設(shè)施的應(yīng)應(yīng)用。微處理器的處處理能力按莫莫爾定律（Moore’’sLaw）預(yù)計(jì)的的速度在增加加。該定律認(rèn)認(rèn)為集成電路路和晶體管個(gè)個(gè)數(shù)每18個(gè)個(gè)月翻一番。。第1章目目錄1.嵌入式式系統(tǒng)2.嵌入式式處理器3.嵌入式式操作系統(tǒng)1.2嵌嵌入式處理器器分類嵌入式處理器器可以分為以以下幾大類：：嵌入式微微處理器器；嵌入式微微控制器器；嵌入式DSP處處理器；；嵌入式片片上系統(tǒng)統(tǒng)（SOC）。。嵌入式處處理器早期的嵌嵌入式系系統(tǒng)通常常使用普普通個(gè)人人計(jì)算機(jī)機(jī)（PC）中的的通用處處理器。。近年來來，隨著著大量先先進(jìn)的微微處理器器制造技技術(shù)的發(fā)發(fā)展，越越來越多多的嵌入入式系統(tǒng)統(tǒng)用嵌入入式處理理器建造造，而不不是用通通用目的的的處理理器。這這些嵌嵌入式處處理器可可以大致致分為以以下幾類類：注重嵌入入式處理理器的尺尺寸、能能耗和價(jià)價(jià)格。應(yīng)應(yīng)用于PDA等等不注重重計(jì)算的的設(shè)備；；注重嵌入入式處理理器的性性能。應(yīng)應(yīng)用于路路由器等等計(jì)算密密集型的的設(shè)備；；注重嵌入入式處理理器的性性能、尺尺寸、能能耗和價(jià)價(jià)格。應(yīng)應(yīng)用于蜂蜂窩電話話等設(shè)備備；——概述述嵌入式處處理器嵌入式微微處理器器的基礎(chǔ)礎(chǔ)是通用用計(jì)算機(jī)機(jī)中的CPU。。在應(yīng)用用中，將將微處理理器裝配配在專門門設(shè)計(jì)的的電路板板上，只只保留和和嵌入式式應(yīng)用有有關(guān)的母母板功能能，這樣樣可以大大幅度減減小系統(tǒng)統(tǒng)體積和和功耗。。為了滿滿足嵌入入式應(yīng)用用的特殊殊要求，，嵌入式式微處理理器雖然然在功能能上和標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)微處處理器基基本是一一樣的，，但在工工作溫度度、抗電電磁干擾擾、可靠靠性等方方面一般般都做了了各種增增強(qiáng)。和工業(yè)控控制計(jì)算算機(jī)相比比，嵌入入式微處處理器具具有體積積小、重重量輕、、成本低低、可靠靠性高的的優(yōu)點(diǎn)，，但是在在電路板板上必須須包括ROM、、RAM、總線線接口、、各種外外設(shè)等器器件，從從而降低低了系統(tǒng)統(tǒng)的可靠靠性，技技術(shù)保密密性也較較差。嵌嵌入式微微處理器器及其存存儲(chǔ)器、、總線、、外設(shè)等等安裝在在一塊電電路板上上，稱為為單板計(jì)算算機(jī)。如STD-BUS、、PC104等等。——嵌入式微微處理器器CPUROMRAM外設(shè)1外設(shè)2單板計(jì)算機(jī)嵌入式處處理器嵌入式微微控制器器又稱單片機(jī)，它是將將整個(gè)計(jì)計(jì)算機(jī)系系統(tǒng)集成成到一塊塊芯片中中。嵌入入式微控控制器一一般以某某一種微微處理器器內(nèi)核為為核心，，芯片內(nèi)內(nèi)部集成成ROM/EPROM、RAM、總總線、總總線邏輯輯、定時(shí)時(shí)/計(jì)數(shù)數(shù)器、WatchDog、I/O、、串行口口、脈寬寬調(diào)制輸輸出、A/D、、D/A、FlashRAM、EEPROM等等各種必必要功能能和外設(shè)設(shè)。為適適應(yīng)不同同的應(yīng)用用需求，，一般一一個(gè)系列列的單片片機(jī)具有有多種衍衍生產(chǎn)品品，每種種衍生產(chǎn)產(chǎn)品的處處理器內(nèi)內(nèi)核都是是一樣的的，不同同的是存存儲(chǔ)器和和外設(shè)的的配置及及封裝。。這樣可可以使單單片機(jī)最最大限度度地和應(yīng)應(yīng)用需求求相匹配配，功能能不多不不少，從從而減少少功耗和和成本。。和嵌入式式微處理理器相比比，微控控制器的的最大特特點(diǎn)是單單片化，，體積大大大減小小，從而而使功耗耗和成本本下降、、可靠性性提高。。微控制制器是目目前嵌入入式系統(tǒng)統(tǒng)工業(yè)的的主流。。微控制制器的片片上外設(shè)設(shè)資源一一般比較較豐富，，適合于于控制，，因此稱稱微控制器器。嵌入式微微控制器器目前的的品種和和數(shù)量最最多，比比較有代代表性的的通用系系列包括括8051、P51XA、MCS-251、MCS-96/196/296、C166/167、MC68HC05/11/12/16、68300、數(shù)目目眾多ARM芯芯片等。。目前MCU占占嵌入式式系統(tǒng)約約70％％的市場(chǎng)場(chǎng)份額。?！度胧轿⒖乜刂破鲝?fù)位部件看門狗部件晶振部件I/O部件中斷部件ROM部件SRAM部件定時(shí)器部件CPU核嵌入式處理理器DSP處理理器對(duì)系統(tǒng)統(tǒng)結(jié)構(gòu)和指指令進(jìn)行了了特殊設(shè)計(jì)計(jì)，使其適適合于執(zhí)行行DSP算算法，編譯譯效率較高高，指令執(zhí)執(zhí)行速度也也較高。在在數(shù)字濾波波、FFT、譜分析析等方面DSP算法法正在大量量進(jìn)入嵌入入式領(lǐng)域，，DSP應(yīng)應(yīng)用正從在在通用單片片機(jī)中以普普通指令實(shí)實(shí)現(xiàn)DSP功能，過過渡到采用用嵌入式DSP處理理器。嵌入式DSP處理器比較較有代表性的的產(chǎn)品是TexasInstruments的TMS320系列和和Motorola的DSP56000系列列。TMS320系列處處理器包括用用于控制的C2000系列，移動(dòng)動(dòng)通信的C5000系列列，以及性能能更高的C6000和C8000系系列。DSP56000目前已經(jīng)發(fā)發(fā)展成為DSP56000，DSP56100，DSP56200和和DSP56300等幾幾個(gè)不同系列列的處理器。。另外PHILIPS公公司近年也推推出了基于可可重置嵌入式式DSP結(jié)構(gòu)構(gòu)低成本、低低功耗技術(shù)上上制造的R.E.A.LDSP處理器器，特點(diǎn)是具具備雙Harvard結(jié)結(jié)構(gòu)和雙乘/累加單元，，應(yīng)用目標(biāo)是是大批量消費(fèi)費(fèi)類產(chǎn)品。——嵌入式DSP處理器嵌入式處理器器隨著EDA的的推廣和VLSI設(shè)計(jì)的的普及化及半半導(dǎo)體工藝的的迅速發(fā)展，，在一個(gè)硅片片上實(shí)現(xiàn)一個(gè)個(gè)更為復(fù)雜的的系統(tǒng)的時(shí)代代已來臨，這這就是SystemOnChip(SOC)。各種通通用處理器內(nèi)內(nèi)核將作為SOC設(shè)計(jì)公公司的標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)庫(kù)，和許多其其它嵌入式系系統(tǒng)外設(shè)一樣樣，成為VLSI設(shè)計(jì)計(jì)中一種標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)的器件，用用標(biāo)準(zhǔn)的VHDL等語語言描述，存存儲(chǔ)在器件庫(kù)庫(kù)中。用戶只只需定義出其其整個(gè)應(yīng)用系系統(tǒng)，仿真通通過后就可以以將設(shè)計(jì)圖交交給半導(dǎo)體工工廠制作樣品品。這樣除個(gè)個(gè)別無法集成成的器件以外外，整個(gè)嵌入入式系統(tǒng)大部部分均可集成成到一塊或幾幾塊芯片中去去，應(yīng)用系統(tǒng)統(tǒng)電路板將變變得很簡(jiǎn)潔，，對(duì)于減小體體積和功耗、、提高可靠性性非常有利。。SoC可以分分為通用和專專用兩類。通通用系列包括括Infineon的TriCore、Motorola的M-Core、某些些ARM系列列器件、Echelon和Motorola聯(lián)聯(lián)合研制的Neuron芯片等。專專用SoC一一般專用于某某個(gè)或某類系系統(tǒng)中，不為為一般用戶所所知。一個(gè)有有代表性的產(chǎn)產(chǎn)品是Philips的的SmartXA，它它將XA單片片機(jī)內(nèi)核和支支持超過2048位復(fù)復(fù)雜RSA算算法的CCU單元制作在在一塊硅片上上，形成一個(gè)個(gè)可加載JAVA或C語語言的專用的的SOC，可可用于公眾互互聯(lián)網(wǎng)如Internet安全方面面?！度胧狡舷迪到y(tǒng)(SOC)第1章目目錄1.嵌入式式系統(tǒng)2.嵌入式式處理器3.嵌入式式操作系統(tǒng)1.3嵌嵌入式操作系系統(tǒng)概述計(jì)算機(jī)系統(tǒng)由由硬件和軟件件組成，在發(fā)發(fā)展初期沒有有操作系統(tǒng)這這個(gè)概念，用用戶使用監(jiān)控控程序來使用用計(jì)算機(jī)。隨隨著計(jì)算機(jī)技技術(shù)的發(fā)展，，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)統(tǒng)的硬件、軟軟件資源也愈愈來愈豐富，，監(jiān)控程序已已不能適應(yīng)計(jì)計(jì)算機(jī)應(yīng)用的的要求。于是是在六十年代代中期監(jiān)控程程序又進(jìn)一步步發(fā)展形成了了操作系統(tǒng)(OperatingSystem)。發(fā)展展到現(xiàn)在，廣廣泛使用的有有三種操作系系統(tǒng)即多道批批處理操作系系統(tǒng)、分時(shí)操操作系統(tǒng)以及及實(shí)時(shí)操作系系統(tǒng)。1.3嵌嵌入式操作系系統(tǒng)概述監(jiān)控程序操作系統(tǒng)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)分時(shí)操作系統(tǒng)多道批處理操作系統(tǒng)時(shí)間先先后適用于多個(gè)用戶共享系統(tǒng)資源適用于計(jì)算中心等較大的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)適用于嵌入式設(shè)備和有實(shí)時(shí)性要求的系統(tǒng)中1.3嵌嵌入式操作系系統(tǒng)概述監(jiān)控程序操作系統(tǒng)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)統(tǒng)分時(shí)操作系統(tǒng)統(tǒng)多道批處理操操作系統(tǒng)時(shí)間先先后適用于多個(gè)用戶共享系統(tǒng)資源適用于計(jì)算中心等較大的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)適用于嵌入式設(shè)備和有實(shí)時(shí)性要求的系統(tǒng)中實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)統(tǒng)是我們介紹紹的重點(diǎn)1.3嵌嵌入式操作系系統(tǒng)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)統(tǒng)的特點(diǎn)IEEE的的實(shí)時(shí)UNIX分委會(huì)認(rèn)認(rèn)為實(shí)時(shí)操作作系統(tǒng)應(yīng)具備備以下的幾點(diǎn)點(diǎn):異步的事件響響應(yīng)切換時(shí)間和中中斷延遲時(shí)間間確定優(yōu)先級(jí)中斷和和調(diào)度搶占式調(diào)度內(nèi)存鎖定連續(xù)文件同步1.3嵌嵌入式操作系系統(tǒng)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)統(tǒng)的特點(diǎn)總的來說實(shí)時(shí)時(shí)操作系統(tǒng)是是事件驅(qū)動(dòng)的的，能對(duì)來自自外界的作用用和信號(hào)在限限定的時(shí)間范范圍內(nèi)作出響響應(yīng)。它強(qiáng)調(diào)調(diào)的是實(shí)時(shí)性、可靠性和靈活性,與實(shí)時(shí)應(yīng)應(yīng)用軟件相結(jié)結(jié)合成為有機(jī)機(jī)的整體起著著核心作用,由它來管管理和協(xié)調(diào)各各項(xiàng)工作,為為應(yīng)用軟件提提供良好的運(yùn)運(yùn)行軟件環(huán)境境及開發(fā)環(huán)境境。從實(shí)時(shí)系統(tǒng)的的應(yīng)用特點(diǎn)來來看實(shí)時(shí)操作作系統(tǒng)可以分分為兩種：一般實(shí)時(shí)操作作系統(tǒng)和嵌入式實(shí)時(shí)操操作系統(tǒng)。1.3嵌嵌入式操作系系統(tǒng)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)統(tǒng)的特點(diǎn)一般實(shí)時(shí)操作作系統(tǒng)應(yīng)用于實(shí)時(shí)處處理系統(tǒng)的上上位機(jī)和實(shí)時(shí)時(shí)查詢系統(tǒng)等等實(shí)時(shí)性較弱弱的實(shí)時(shí)系統(tǒng)統(tǒng)，并且提供供了開發(fā)、調(diào)調(diào)試、運(yùn)用一一致的環(huán)境。。嵌入式實(shí)時(shí)操操作系統(tǒng)應(yīng)用于實(shí)時(shí)性性要求高的實(shí)實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)統(tǒng)，而且應(yīng)用用程序的開發(fā)發(fā)過程是通過過交叉開發(fā)來來完成的，即即開發(fā)環(huán)境與與運(yùn)行環(huán)境是是不一致。嵌嵌入式實(shí)時(shí)操操作系統(tǒng)具有有規(guī)模小(一一般在幾K～～幾十K內(nèi)內(nèi))、可固化化使用實(shí)時(shí)性性強(qiáng)(在毫秒秒或微秒數(shù)量量級(jí)上)的特特點(diǎn)。1.3嵌嵌入式操作系系統(tǒng)基本概念對(duì)基于芯片的的開發(fā)來說，，應(yīng)用程序一一般是一個(gè)無無限的循環(huán)，，可稱為前后后臺(tái)系統(tǒng)或超超循環(huán)系統(tǒng)。。很多基于微微處理器的的產(chǎn)品采用用前后臺(tái)系系統(tǒng)設(shè)計(jì)，，例如微波波爐、電話話機(jī)、玩具具等。在另另外一些基基于微處理理器應(yīng)用中中，從省電電的角度出出發(fā)，平時(shí)時(shí)微處理器器處在停機(jī)機(jī)狀態(tài)，所所有事都靠靠中斷服務(wù)務(wù)來完成。?！昂笈_(tái)系統(tǒng)統(tǒng)基本概念中斷服務(wù)程程序處理異異步事件，，這部分可可以看成前臺(tái)行為，前臺(tái)也叫叫中斷級(jí)。。時(shí)間相關(guān)關(guān)性很強(qiáng)的的關(guān)鍵操作作一定是靠靠中斷服務(wù)務(wù)程序來保保證的。循環(huán)中調(diào)用用相應(yīng)的函函數(shù)完成相相應(yīng)的操作作，這部分分可以看成成后臺(tái)行為，后臺(tái)也可可以叫做任任務(wù)級(jí)。這這種系統(tǒng)在在處理的及及時(shí)性上比比實(shí)際可以以做到的要要差。ISRISRISRISR后臺(tái)前臺(tái)中斷服務(wù)程序時(shí)間——前后臺(tái)系統(tǒng)統(tǒng)ISR:中中斷服務(wù)程程序InterruptServiceRoutines1.3嵌嵌入式操操作系統(tǒng)基本概念操作系統(tǒng)是是計(jì)算機(jī)中中最基本的的程序。操操作系統(tǒng)負(fù)負(fù)責(zé)計(jì)算機(jī)機(jī)系統(tǒng)中全全部軟硬資資源的分配配與回收、、控制與協(xié)協(xié)調(diào)等并發(fā)發(fā)的活動(dòng)；；操作系統(tǒng)統(tǒng)提供用戶戶接口，使使用戶獲得得良好的工工作環(huán)境；；操作系統(tǒng)統(tǒng)為用戶擴(kuò)擴(kuò)展新的系系統(tǒng)功能提提供軟件平平臺(tái)。——操作系統(tǒng)硬件硬件驅(qū)動(dòng)操作系統(tǒng)用戶程序1.3嵌嵌入式操操作系統(tǒng)基本概念實(shí)時(shí)操作系系統(tǒng)是一段段在嵌入式式系統(tǒng)啟動(dòng)動(dòng)后首先執(zhí)執(zhí)行的背景景程序，用用戶的應(yīng)用用程序是運(yùn)運(yùn)行于RTOS之上上的各個(gè)任任務(wù)，RTOS根據(jù)據(jù)各個(gè)任務(wù)務(wù)的要求，，進(jìn)行資源源(包括存存儲(chǔ)器、外外設(shè)等)管管理、消息息管理、任任務(wù)調(diào)度、、異常處理理等工作。。在RTOS支持的的系統(tǒng)中，，每個(gè)任任務(wù)均有一一個(gè)優(yōu)先級(jí)級(jí)，RTOS根據(jù)各各個(gè)任務(wù)的的優(yōu)先級(jí)，，動(dòng)態(tài)地切切換各個(gè)任任務(wù)，保證證對(duì)實(shí)時(shí)性性的要求。?！獙?shí)時(shí)操作系系統(tǒng)（RTOS）RealTimeOperatingSystem1.3嵌嵌入式操操作系統(tǒng)基本概念代碼的臨界界區(qū)也稱為為臨界區(qū)，，指處理時(shí)時(shí)不可分割割的代碼，，運(yùn)行這些些代碼不允允許被打斷斷。一旦這這部分代碼碼開始執(zhí)行行，則不允允許任何中中斷打入（（這不是絕絕對(duì)的，如如果中斷不不調(diào)用任何何包含臨界界區(qū)的代碼碼，也不訪訪問任何臨臨界區(qū)使用用的共享資資源，這個(gè)個(gè)中斷可能能可以執(zhí)行行）。為確確保臨界區(qū)區(qū)代碼的執(zhí)執(zhí)行，在進(jìn)進(jìn)入臨界區(qū)區(qū)之前要關(guān)關(guān)中斷，而而臨界區(qū)代代碼執(zhí)行完完成以后要要立即開中中斷?！a的臨界界區(qū)1.3嵌嵌入式操操作系統(tǒng)基本概念程序運(yùn)行時(shí)時(shí)可使用的的軟、硬件件環(huán)境統(tǒng)稱稱為資源。。資源可以以是輸入輸輸出設(shè)備，，例如打印印機(jī)、鍵盤盤、顯示器器。資源也也可以是一一個(gè)變量、、一個(gè)結(jié)構(gòu)構(gòu)或一個(gè)數(shù)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1.3嵌嵌入式操操作系統(tǒng)基本概念可以被一個(gè)個(gè)以上任務(wù)務(wù)使用的資資源叫做共享資源。為了防止止數(shù)據(jù)被破破壞，每個(gè)個(gè)任務(wù)在與與共享資源源打交道時(shí)時(shí)，必須獨(dú)獨(dú)占該資源源，這叫做做互斥。——共享資源訪問共享資資源之前申申請(qǐng)信號(hào)量量其它任務(wù)訪訪問受阻而不能使用用共享資源源得到允許后后，才能使使用共享資資源1.3嵌嵌入式操操作系統(tǒng)基本概念一個(gè)任務(wù)，，也稱作一一個(gè)線程，，是一個(gè)簡(jiǎn)簡(jiǎn)單的程序序，該程序序可以認(rèn)為為CPU完完全屬于該該程序自己己。實(shí)時(shí)應(yīng)應(yīng)用程序的的設(shè)計(jì)過程程，包括如如何把問題題分割成多多個(gè)任務(wù)，，每個(gè)任務(wù)務(wù)都是整個(gè)個(gè)應(yīng)用的某某一部分，，每個(gè)任務(wù)務(wù)被賦予一一定的優(yōu)先先級(jí)，有它它自己的一一套CPU寄存器和和自己的棧棧空間?！蝿?wù)務(wù)1.3嵌嵌入入式式操操作作系系統(tǒng)統(tǒng)基本本概概念念當(dāng)多多任任務(wù)務(wù)內(nèi)內(nèi)核核決決定定運(yùn)運(yùn)行行另另外外的的任任務(wù)務(wù)時(shí)時(shí)，，它它保保存存正正在在運(yùn)運(yùn)行行任任務(wù)務(wù)的的當(dāng)當(dāng)前前狀狀態(tài)態(tài)，，即即CPU寄寄存存器器中中的的全全部部?jī)?nèi)內(nèi)容容。。這這些些內(nèi)內(nèi)容容保保存存在在任任務(wù)務(wù)的的當(dāng)當(dāng)前前狀狀態(tài)態(tài)保保存存區(qū)區(qū)，，也也就就是是任任務(wù)務(wù)自自已已的的棧棧區(qū)區(qū)之之中中。。入入棧棧工工作作完完成成以以后后，，就就把把下下一一個(gè)個(gè)將將要要運(yùn)運(yùn)行行的的任任務(wù)務(wù)的的當(dāng)當(dāng)前前狀狀態(tài)態(tài)從從任任務(wù)務(wù)的的棧棧中中重重新新裝裝入入CPU的的寄寄予予存存器器，，并并開開始始下下一一個(gè)個(gè)任任務(wù)務(wù)的的運(yùn)運(yùn)行行。。這這個(gè)個(gè)過過程程就就稱稱為為任任務(wù)務(wù)切切換換。。這這個(gè)個(gè)過過程程增增加加了了應(yīng)應(yīng)用用程程序序的的額額外外負(fù)負(fù)荷荷。。CPU的的內(nèi)內(nèi)部部寄寄存存器器越越多多，，額額外外負(fù)負(fù)荷荷就就越越重重。。做做任任務(wù)務(wù)切切換換所所需需要要的的時(shí)時(shí)間間取取決決于于CPU有有多多少少寄寄存存器器要要入入棧棧。。——任務(wù)切換換1.3嵌嵌入入式操作作系統(tǒng)基本概念念多任務(wù)系系統(tǒng)中，，內(nèi)核負(fù)負(fù)責(zé)管理理各個(gè)任任務(wù)，或或者說為為每個(gè)任任務(wù)分配配CPU時(shí)間，，并且負(fù)負(fù)責(zé)任務(wù)務(wù)之間的的通信。。內(nèi)核提提供的基基本服務(wù)務(wù)是任務(wù)務(wù)切換。。使用實(shí)實(shí)時(shí)內(nèi)核核可以大大大簡(jiǎn)化化應(yīng)用系系統(tǒng)的設(shè)設(shè)計(jì)，是是因?yàn)閷?shí)實(shí)時(shí)內(nèi)核核允許將將應(yīng)用分分成若干干個(gè)任務(wù)務(wù)，由實(shí)實(shí)時(shí)內(nèi)核核來管理理它們。。內(nèi)核需需要消耗耗一定的的系統(tǒng)資資源，比比如2％％～5％％的CPU運(yùn)行行時(shí)間、、RAM和ROM等。。內(nèi)核提供供必不可可少的系系統(tǒng)服務(wù)務(wù)，如信信號(hào)量、、消息隊(duì)隊(duì)列、延延時(shí)等。。——內(nèi)核1.3嵌嵌入入式操作作系統(tǒng)基本概念念調(diào)度是內(nèi)內(nèi)核的主主要職責(zé)責(zé)之一。。調(diào)度就是是決定該該輪到哪哪個(gè)任務(wù)務(wù)運(yùn)行了了。多數(shù)實(shí)時(shí)時(shí)內(nèi)核是是基于優(yōu)優(yōu)先級(jí)調(diào)調(diào)度法的的。每個(gè)個(gè)任務(wù)根根據(jù)其重重要程序序的不同同被賦予予一定的的優(yōu)先級(jí)級(jí)?；谟趦?yōu)先級(jí)級(jí)的調(diào)度度法指CPU總總是讓處處在就緒緒態(tài)的優(yōu)優(yōu)先級(jí)最最高的任任務(wù)先運(yùn)運(yùn)行。然然而究竟竟何時(shí)讓讓高優(yōu)先先級(jí)任務(wù)務(wù)掌握CPU的的使用權(quán)權(quán)，有兩兩種不同同的情況況，這要要看用的的是什么么類型的的內(nèi)核，，是非占占先式的的還是占占先式的的內(nèi)核。?！{(diào)度1.3嵌嵌入入式操作作系統(tǒng)基本概念念非占先式式內(nèi)核要要求每個(gè)個(gè)任務(wù)自自我放棄棄CPU的所所有權(quán)。。非占先先式調(diào)度度法也稱稱作合作作型多任任務(wù)，各各個(gè)任務(wù)務(wù)彼此合合作共享享一個(gè)CPU。。異步事事件還是是由中斷斷服務(wù)來來處理。。中斷服服務(wù)可以以使一個(gè)個(gè)高優(yōu)先先級(jí)的任任務(wù)由掛掛起狀態(tài)態(tài)變?yōu)榫途途w狀態(tài)態(tài)。但中中斷服務(wù)務(wù)以后控控制權(quán)還還是回到到原來被被中斷了了的那個(gè)個(gè)任務(wù)，，直到該該任務(wù)主主動(dòng)放棄棄CPU的使用用權(quán)時(shí)，，那個(gè)高高優(yōu)先級(jí)級(jí)的任務(wù)務(wù)才能獲獲得CPU的使使用權(quán)。?！钦枷认仁絻?nèi)內(nèi)核1.3嵌嵌入入式操操作系系統(tǒng)基本概概念當(dāng)系統(tǒng)統(tǒng)響應(yīng)應(yīng)時(shí)間間很重重要時(shí)時(shí)，要要使用用占先先式內(nèi)內(nèi)核。。因此此絕大大多數(shù)數(shù)商業(yè)業(yè)上銷銷售的的實(shí)時(shí)時(shí)內(nèi)核核都是是占先先式內(nèi)內(nèi)核。。最高高優(yōu)先先級(jí)的的任務(wù)務(wù)一旦旦就緒緒，總總能得得到CPU的控控制權(quán)權(quán)。當(dāng)當(dāng)一個(gè)個(gè)運(yùn)行行著的的任務(wù)務(wù)使一一個(gè)比比它優(yōu)優(yōu)先級(jí)級(jí)高的的任務(wù)務(wù)進(jìn)入入了就就緒狀狀態(tài)，，當(dāng)前前任務(wù)務(wù)的CPU使用用權(quán)就就被剝剝奪了了，或或者說說被掛掛起了了，那那個(gè)高高優(yōu)先先級(jí)的的任務(wù)務(wù)立刻刻得到到了CPU的控控制權(quán)權(quán)。如如果是是中斷斷服務(wù)務(wù)子程程序使使一個(gè)個(gè)高優(yōu)優(yōu)先級(jí)級(jí)的任任務(wù)進(jìn)進(jìn)入就就緒態(tài)態(tài)，中中斷完完成時(shí)時(shí)，中中斷了了的任任務(wù)被被掛起起，優(yōu)優(yōu)先級(jí)級(jí)高的的那個(gè)個(gè)任務(wù)務(wù)開始始運(yùn)行行。——占先式內(nèi)核核1.3嵌嵌入式操作系系統(tǒng)基本概念任務(wù)的優(yōu)先級(jí)級(jí)是表示任務(wù)務(wù)被調(diào)度的優(yōu)優(yōu)先程度。每每個(gè)任務(wù)都具具有優(yōu)先級(jí)。。任務(wù)越重要要，賦予的優(yōu)優(yōu)先級(jí)應(yīng)越高高，越容易被被調(diào)度而進(jìn)入入運(yùn)行態(tài)?！蝿?wù)優(yōu)先級(jí)1.3嵌嵌入式操作系系統(tǒng)基本概念中斷是一種硬硬件機(jī)制，用用于通知CPU有個(gè)異步步事件發(fā)生了了。中斷一旦旦被識(shí)別，CPU保存部部分（或全部部）上下文即即部分或全部部寄存器的值值，跳轉(zhuǎn)到專專門的子程序序，稱為中斷斷服務(wù)子程序序（ISR））。中斷服務(wù)務(wù)子程序做事事件處理，處處理完成后，，程序回到：：1.在前后臺(tái)臺(tái)系統(tǒng)中，程程序回到后臺(tái)臺(tái)程序；2.對(duì)非占先先式內(nèi)核而言言，程序回到到被中斷了的的任務(wù)；3.對(duì)占先式式內(nèi)核而言，，讓進(jìn)入就緒緒態(tài)的優(yōu)先級(jí)級(jí)最高的任務(wù)務(wù)開始運(yùn)行。?！袛嗲昂笈_(tái)系統(tǒng)1.3嵌嵌入式操作系系統(tǒng)基本概念——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)C1.3嵌嵌入式操作系系統(tǒng)基本概念時(shí)鐘節(jié)拍是特特定的周期性性中斷。這個(gè)個(gè)中斷可以看看作是系統(tǒng)心心臟的脈動(dòng)。。中斷之間的的時(shí)間間隔取取決于不同應(yīng)應(yīng)用，一般在在10ms到到200ms之間。時(shí)鐘鐘的節(jié)拍式中中斷使得內(nèi)核核可以將任務(wù)務(wù)延時(shí)若干個(gè)個(gè)整數(shù)時(shí)鐘節(jié)節(jié)拍，以及當(dāng)當(dāng)任務(wù)等待事事件發(fā)生時(shí)，，提供等待超超時(shí)的依據(jù)。。時(shí)鐘節(jié)拍率率越快，系統(tǒng)統(tǒng)的額外開銷銷就越大。——時(shí)鐘節(jié)拍1.3嵌嵌入式操作系系統(tǒng)使用實(shí)時(shí)操作作系統(tǒng)的必要要性嵌入式實(shí)時(shí)操操作系統(tǒng)在目目前的嵌入式式應(yīng)用中用得得越來越廣泛泛，尤其在功功能復(fù)雜、系系統(tǒng)龐大的應(yīng)應(yīng)用中顯得愈愈來愈重要。。在嵌入式應(yīng)應(yīng)用中，只有有把CPU嵌嵌入到系統(tǒng)中中，同時(shí)又把把操作系統(tǒng)嵌嵌入進(jìn)去，才才是真正的計(jì)計(jì)算機(jī)嵌入式式應(yīng)用。使用用實(shí)時(shí)操作系系統(tǒng)主要有以以下幾個(gè)因素素：嵌入式實(shí)時(shí)操操作系統(tǒng)提高高了系統(tǒng)的可可靠性。提高了開發(fā)效效率，縮短了了開發(fā)周期。。嵌入式實(shí)時(shí)操操作系統(tǒng)充分分發(fā)揮了32位CPU的的多任務(wù)潛力力。1.3嵌嵌入式操作系系統(tǒng)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：在嵌入式實(shí)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)統(tǒng)環(huán)境下開發(fā)發(fā)實(shí)時(shí)應(yīng)用程程序使程序的的設(shè)計(jì)和擴(kuò)展展變得容易，，不需要大的的改動(dòng)就可以以增加新的功功能。通過將將應(yīng)用程序分分割成若干獨(dú)獨(dú)立的任務(wù)模模塊，使應(yīng)用用程序的設(shè)計(jì)計(jì)過程大為簡(jiǎn)簡(jiǎn)化；而且對(duì)對(duì)實(shí)時(shí)性要求求苛刻的事件件都得到了快快速、可靠的的處理。通過過有效的系統(tǒng)統(tǒng)服務(wù)，嵌入入式實(shí)時(shí)操作作系統(tǒng)使得系系統(tǒng)資源得到到更好的利用用。缺點(diǎn)：但是，使用用嵌入式實(shí)時(shí)時(shí)操作系統(tǒng)還還需要額外的的ROM/RAM開銷，，2~5%的的CPU額外外負(fù)荷，以及及內(nèi)核的費(fèi)用用。uClinux是一個(gè)完完全符合GNU/GPL公約的操作作系統(tǒng)，完全全開放代碼。。uClinux從Linux2.0/2.4內(nèi)核派生生而來，沿襲襲了主流Linux的絕絕大部分特性性。它是專門門針對(duì)沒有內(nèi)存管理單元元MMU的CPU，并且為為嵌入式系統(tǒng)統(tǒng)做了許多小小型化的工作作。適用于沒沒有虛擬內(nèi)存存或內(nèi)存管理理單元(MMU)的處理理器，例如ARM7TDMI。它通通常用于具有有很少內(nèi)存或或Flash的嵌入式系系統(tǒng)。它保留留了Linux的大部分分優(yōu)點(diǎn)：穩(wěn)定、良好的的移植性、優(yōu)優(yōu)秀的網(wǎng)絡(luò)功功能、完備的的對(duì)各種文件件系統(tǒng)的支持持、以及標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)豐富的API等。1.3嵌嵌入式操作系系統(tǒng)常見的嵌入式式操作系統(tǒng)——嵌入式Linux1.3嵌嵌入式操作系系統(tǒng)常見的嵌入式式操作系統(tǒng)WindowsCE是微軟開發(fā)的的一個(gè)開放的的、可升級(jí)的的32位嵌入入式操作系統(tǒng)統(tǒng)，是基于掌掌上型電腦類類的電子設(shè)備備操作，它是是精簡(jiǎn)的Windows95。WindowsCE的的圖形用戶界界面相當(dāng)出色色。WinCE具有模模塊化、結(jié)構(gòu)構(gòu)化和基于Win32應(yīng)應(yīng)用程序接口口以及與處理理器無關(guān)等特特點(diǎn)。WinCE不僅僅繼承了傳統(tǒng)統(tǒng)的Windows圖形形界面，并且且在WinCE平臺(tái)上上可以使用Windows95/98上的編編程工具（如如VisualBasic、VisualC++等））、使絕大多數(shù)的的應(yīng)用軟件只只需簡(jiǎn)單的修修改和移植就就可以在WindowsCE平臺(tái)臺(tái)上繼續(xù)使用用?！猈inCE1.3嵌嵌入式操作系系統(tǒng)常見的嵌入式式操作系統(tǒng)——VxWorksVxWorks操作系統(tǒng)是美國(guó)公司于1983年設(shè)計(jì)開發(fā)的一種嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)（RTOS），是嵌入式開發(fā)環(huán)境的關(guān)鍵組成部分。良好的持續(xù)發(fā)展能力、高性能的內(nèi)核以及友好的用戶開發(fā)環(huán)境，在嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)領(lǐng)域占據(jù)一席之地。它以其良好的可靠性和卓越的實(shí)時(shí)性被廣泛地應(yīng)用在通信、軍事、航空、航天等高精尖技術(shù)及實(shí)時(shí)性要求極高的領(lǐng)域中，如衛(wèi)星通訊、軍事演習(xí)、彈道制導(dǎo)、飛機(jī)導(dǎo)航等，甚至在1997年4月登陸火星表面的火星探測(cè)器上也使用到了VxWorks。1.3嵌嵌入式操作系系統(tǒng)常見的嵌入式式操作系統(tǒng)OSE主要是是由ENEADataAB（瑞典典ENEA嵌入入式技技術(shù)有有限公公司））下屬的的ENEAOSESystemsAB負(fù)負(fù)責(zé)開開發(fā)和和技術(shù)術(shù)服務(wù)務(wù)的，，一直直以來來都充充當(dāng)著著實(shí)時(shí)時(shí)操作作系統(tǒng)統(tǒng)以及及分布布式和和容錯(cuò)錯(cuò)性應(yīng)應(yīng)用的的先鋒鋒，并并保持持良好好的發(fā)發(fā)展態(tài)態(tài)勢(shì)。。OSE的客戶戶深入入到電電信，，數(shù)據(jù)據(jù)，工工控，，航空空等領(lǐng)領(lǐng)域，，尤其其在電電信方方面，，該公公司已已經(jīng)有有了十十余年年的開開發(fā)經(jīng)經(jīng)驗(yàn)，，同諸諸如愛愛立信信，諾諾基亞亞，西西門子子等知知名公公司確確定了了良好好的關(guān)關(guān)系。?！狾SE1.3嵌嵌入入式操操作系系統(tǒng)常見的的嵌入入式操操作系系統(tǒng)NucleusPLUS是為實(shí)實(shí)時(shí)嵌嵌入式式應(yīng)用用而設(shè)設(shè)計(jì)的的一個(gè)個(gè)搶先先式多多任務(wù)務(wù)操作作系統(tǒng)統(tǒng)內(nèi)核核，其其95％的的代碼碼是用用ANSIC寫寫成的的，因因此非非常便便于移移植并并能夠夠支持持大多多數(shù)類類型的的處理理器。。從實(shí)實(shí)現(xiàn)角角度來來看，，NucleusPLUS是是一組組C函函數(shù)庫(kù)庫(kù)，應(yīng)應(yīng)用程程序代代碼與與核心心函數(shù)數(shù)庫(kù)連連接在在一起起，生生成一一個(gè)目目標(biāo)代代碼，，下載載到目目標(biāo)板板的RAM中或或直接接燒錄錄到目目標(biāo)板板的ROM中執(zhí)執(zhí)行。。NucleusPLUS采用了軟軟件組件件的方法法。每個(gè)個(gè)組件具具有單一一而明確確的目的的，通常常由幾個(gè)個(gè)C及匯匯編語言言模塊構(gòu)構(gòu)成，提提供清晰晰的外部部接口，，對(duì)組件件的引用用就是通通過這些些接口完完成的。。由于采采用了軟軟