《嵌入式系統(tǒng)理論與技術(shù)》電信學(xué)院高學(xué)xuegao@Office:逸夫科學(xué)館303A1《嵌入式系統(tǒng)理論與技術(shù)》電信學(xué)院高學(xué)1第一講嵌入式系統(tǒng)綜述課程設(shè)置相關(guān)問(wèn)題課程主要內(nèi)容課程設(shè)置安排實(shí)驗(yàn)室環(huán)境嵌入式系統(tǒng)的基本概念嵌入式系統(tǒng)的定義嵌入式系統(tǒng)的構(gòu)成要素微處理器操作系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)的基本開(kāi)發(fā)流程開(kāi)發(fā)流程調(diào)試方法2第一講嵌入式系統(tǒng)綜述課程設(shè)置相關(guān)問(wèn)題2課程設(shè)置的必要性國(guó)家中長(zhǎng)期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要(2006━2020年):優(yōu)先支持主題之一：現(xiàn)代服務(wù)業(yè)信息支撐技術(shù)及大型應(yīng)用軟件重點(diǎn)研究開(kāi)發(fā)金融、物流、網(wǎng)絡(luò)教育、傳媒、醫(yī)療、旅游、電子政務(wù)和電子商務(wù)等現(xiàn)代服務(wù)業(yè)領(lǐng)域發(fā)展所需的高可信網(wǎng)絡(luò)軟件平臺(tái)及大型應(yīng)用支撐軟件、中間件、嵌入式軟件、網(wǎng)格計(jì)算平臺(tái)與基礎(chǔ)設(shè)施，軟件系統(tǒng)集成等關(guān)鍵技術(shù)，提供整體解決方案。3課程設(shè)置的必要性國(guó)家中長(zhǎng)期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要(2006廣東省科學(xué)和技術(shù)發(fā)展“十一五”規(guī)劃重點(diǎn)領(lǐng)域和優(yōu)先主題之一：信息與通信發(fā)展思路：一是以通信產(chǎn)業(yè)為重點(diǎn)，突破核心技術(shù)，獲得自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，…三是重視應(yīng)用軟件的研究，促進(jìn)軟硬件技術(shù)共同發(fā)展；四是加強(qiáng)社會(huì)各領(lǐng)域信息技術(shù)的研發(fā)，提高全社會(huì)信息化水平。優(yōu)先主題：新一代移動(dòng)通信技術(shù)、構(gòu)件化軟件生產(chǎn)技術(shù)、Linux軟件技術(shù)、嵌入式軟件新技術(shù)、數(shù)字音視頻技術(shù)、高速、大容量光纖傳輸技術(shù)、信息顯示材料及元器件、核心芯片設(shè)計(jì)與制造。4廣東省科學(xué)和技術(shù)發(fā)展“十一五”規(guī)劃4課程設(shè)置的必要性應(yīng)用需求日益復(fù)雜微處理器技術(shù)長(zhǎng)足發(fā)展社會(huì)對(duì)嵌入式技術(shù)人才的需求 據(jù)統(tǒng)計(jì)2002年16/32位嵌入式處理器的銷售額已接近70億美元嵌入式軟件技術(shù)成為核心5課程設(shè)置的必要性應(yīng)用需求日益復(fù)雜5嵌入式處理器快速成長(zhǎng)$70億6嵌入式處理器快速成長(zhǎng)$70億6了解嵌入式系統(tǒng)的概念和體系結(jié)構(gòu)掌握嵌入式系統(tǒng)的軟硬件開(kāi)發(fā)方法開(kāi)發(fā)和調(diào)試流程開(kāi)發(fā)工具培養(yǎng)能力培養(yǎng)快速、高效的英文專業(yè)資料閱讀能力培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)操作和解決問(wèn)題的能力培養(yǎng)細(xì)致、耐心、堅(jiān)持不懈的科研精神自主創(chuàng)新、團(tuán)結(jié)合作課程目的7了解嵌入式系統(tǒng)的概念和體系結(jié)構(gòu)課程目的7課程主要內(nèi)容嵌入式系統(tǒng)綜述ARM體系結(jié)構(gòu)與指令系統(tǒng)、編程模型PXA270處理器及ADS開(kāi)發(fā)硬件平臺(tái)介紹ADS1.2軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境及實(shí)驗(yàn)內(nèi)容介紹嵌入式Linux的開(kāi)發(fā)環(huán)境及工具介紹BootLoader與嵌入式LINUX內(nèi)核分析嵌入式LINUX的文件系統(tǒng)嵌入式Linux下設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序開(kāi)發(fā)應(yīng)用軟件及Qt開(kāi)發(fā)8課程主要內(nèi)容嵌入式系統(tǒng)綜述8課程安排（1）第一講嵌入式系統(tǒng)概述簡(jiǎn)要介紹嵌入式系統(tǒng)的基本概念、ARM微處理器的分類及特點(diǎn)、嵌入式操作系統(tǒng)的分類及其特點(diǎn)，以及嵌入式系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)過(guò)程。第二講ARM體系結(jié)構(gòu)與編程模型主要介紹ARM處理器核的結(jié)構(gòu)、存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)和JTAG接口，以及ARM處理器的編程模型。第三講ARM指令系統(tǒng)介紹ARM體系的指令系統(tǒng)和尋址方式，包括32位的ARM指令集和16位的Thumb指令集，以及ARM宏匯編與匯編程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)。9課程安排（1）第一講嵌入式系統(tǒng)概述9課程安排（2）第四講PXA270處理器及ADS開(kāi)發(fā)硬件平臺(tái)介紹PXA270的總體結(jié)構(gòu)、存儲(chǔ)器組織、系統(tǒng)控制模塊、外圍控制模塊，以及ADS開(kāi)發(fā)板的結(jié)構(gòu)、相關(guān)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。第五講嵌入式linux開(kāi)發(fā)基礎(chǔ)介紹基于PXA270的嵌入式Linux的交叉開(kāi)發(fā)環(huán)境的創(chuàng)建過(guò)程、基本開(kāi)發(fā)工具、以及進(jìn)行簡(jiǎn)單應(yīng)用程序設(shè)計(jì)的方法。10課程安排（2）第四講PXA270處理器及ADS開(kāi)發(fā)硬件平課程安排（3）第六講BootLoader與嵌入式LINUX引導(dǎo)分析介紹基于PXA270開(kāi)發(fā)系統(tǒng)的BootLoader的功能與結(jié)構(gòu)、以及嵌入式Linux的引導(dǎo)過(guò)程。第七講嵌入式LINUX的根文件系統(tǒng)介紹嵌入式linux的根文件系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)、文件系統(tǒng)類型的選擇以及創(chuàng)建過(guò)程。第八講嵌入式LINUX設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序介紹嵌入式linux的設(shè)備驅(qū)動(dòng)的基本概念、結(jié)構(gòu)框架與實(shí)現(xiàn)，以及幀緩沖顯示驅(qū)動(dòng)的使用方法。11課程安排（3）第六講BootLoader與嵌入式LINUX課程安排（4）第九講串口通訊與短信收發(fā)系統(tǒng)設(shè)計(jì)介紹基于GPRS硬件模塊和Qt編程環(huán)境的短信收發(fā)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法。12課程安排（4）12課程安排（5）實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)1.系統(tǒng)引導(dǎo)及LCD顯示實(shí)驗(yàn)

2.eLinux系統(tǒng)構(gòu)建實(shí)驗(yàn)

－VMWare＋linux的熟悉和使用

－Linux基本操作

－交叉編譯環(huán)境的創(chuàng)建

－MakeFile的編寫(xiě)和使用

－BootLoader的編譯、下載與使用

－內(nèi)核與文件系統(tǒng)編譯下載13課程安排（5）實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)13課程安排（5）3.嵌入式Linux設(shè)備驅(qū)動(dòng)實(shí)驗(yàn)－基本的編程實(shí)現(xiàn)－數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)與按鍵驅(qū)動(dòng)的結(jié)構(gòu)分析及使用方法4.串口通訊與短信收發(fā)系統(tǒng)綜合實(shí)驗(yàn)

－基于Qt的嵌入式GUI程序設(shè)計(jì)

－串口通訊程序設(shè)計(jì)

－短信收發(fā)程序設(shè)計(jì)

－程序編譯下載與運(yùn)行14課程安排（5）3.嵌入式Linux設(shè)備驅(qū)動(dòng)實(shí)驗(yàn)14評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)課堂表現(xiàn)與出勤率：20％實(shí)驗(yàn)表現(xiàn)：50％實(shí)驗(yàn)報(bào)告：30％15評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)課堂表現(xiàn)與出勤率：20％15課件資源ftp服務(wù)器：，port:21user:emb，pwd:embededIntelPXA270處理器參考手冊(cè)ADS開(kāi)發(fā)系統(tǒng)參考手冊(cè)嵌入式LinuxBSP開(kāi)發(fā)軟件包課程講義16課件資源ftp服務(wù)器：，port:ARM中文版圖書(shū)17ARM中文版圖書(shū)17參考書(shū)及資料（一）馬忠梅等，ARM&Linux嵌入式系統(tǒng)教程，北航出版社，2004陳文智等,嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)原理與實(shí)踐,清華大學(xué)出版社,2005馬忠梅，ARM嵌入式處理器結(jié)構(gòu)與應(yīng)用基礎(chǔ)，北航出版社，2002陳章龍，嵌入式系統(tǒng)—IntelStrongARM結(jié)構(gòu)與開(kāi)發(fā)，北航出版社，2002李駒光，ARM應(yīng)用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)詳解，清華大學(xué)出版社，200318參考書(shū)及資料（一）馬忠梅等，ARM&Linux嵌入式系統(tǒng)參考書(shū)及資料（二）ARMSystem-on-chipArchiteture(中文版)，北航出版社，2002CraigHollabansh，陳雷等譯，嵌入式linux—硬件、軟件與接口，電子工業(yè)出版社，2003AlessandroRubini，魏永明等譯，linux設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，第二版，電力出版社，2002MC9328MX1用戶手冊(cè)，Motorola，2002構(gòu)建嵌入式Linux系統(tǒng)，中文版，2005中國(guó)Linux論壇嵌入式世界19參考書(shū)及資料（二）ARMSystem-on-chipAr專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)（非PC智能電子設(shè)備）微處理器、定時(shí)器、存儲(chǔ)器、傳感器嵌入式的微型操作系統(tǒng)應(yīng)用軟件嵌入式系統(tǒng)的定義（1）以應(yīng)用為中心的定義

以應(yīng)用為中心以計(jì)算機(jī)技術(shù)和通訊技術(shù)為基礎(chǔ)軟件與硬件可剪裁滿足系統(tǒng)對(duì)功能、成本、體積和功耗等要求20專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)（非PC智能電子設(shè)備）嵌入式系統(tǒng)的定義（1）知識(shí)集成系統(tǒng)技術(shù)密集資金密集高度分散不可壟斷面向應(yīng)用不斷創(chuàng)新

嵌入式系統(tǒng)的定義（2）嵌入式Internet技術(shù)是指設(shè)備通過(guò)嵌入式模塊而非PC系統(tǒng)直接接入Internet，以Internet為介質(zhì)實(shí)現(xiàn)信息交互的過(guò)程21知識(shí)集成系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)的定義（2）嵌入式Internet技術(shù)典型嵌入式系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)嵌入式處理器外圍設(shè)備嵌入式操作系統(tǒng)嵌入式應(yīng)用軟件軟件系統(tǒng)硬件系統(tǒng)22典型嵌入式系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)嵌入式處理器外圍設(shè)備嵌入式操作系統(tǒng)嵌嵌入式硬件系統(tǒng)嵌入式處理器各種存儲(chǔ)器電源部分接口控制器及外圍設(shè)備嵌入式硬件系統(tǒng)的基本構(gòu)成23嵌入式硬件系統(tǒng)嵌入式硬件系統(tǒng)的基本構(gòu)成23典型嵌入式硬件系統(tǒng)24典型嵌入式硬件系統(tǒng)24嵌入式軟件系統(tǒng)要素嵌入式軟件系統(tǒng)板級(jí)支持包(BSP)設(shè)備驅(qū)動(dòng)嵌入式操作系統(tǒng)協(xié)議棧應(yīng)用程序等嵌入式操作系統(tǒng)設(shè)備驅(qū)動(dòng)及一些中間件協(xié)議棧（JAVAVM/JITs)應(yīng)用軟件板級(jí)支持包（BSP）25嵌入式軟件系統(tǒng)要素嵌入式軟件系統(tǒng)嵌入式操作系統(tǒng)設(shè)備驅(qū)動(dòng)及一些嵌入式系統(tǒng)的幾個(gè)特征系統(tǒng)精簡(jiǎn)

可用資源有限，其硬件和軟件系統(tǒng)必須高率、量體裁衣。通常的原則：滿足功能，盡可能精簡(jiǎn)。專用性強(qiáng)硬件和軟件系統(tǒng)結(jié)合非常緊密。產(chǎn)品具有較長(zhǎng)的生命周期。26嵌入式系統(tǒng)的幾個(gè)特征系統(tǒng)精簡(jiǎn)26嵌入式系統(tǒng)的幾個(gè)特征高可靠性高可靠性是嵌入式應(yīng)用的基本要求。大多數(shù)應(yīng)用要求較強(qiáng)的實(shí)時(shí)性。專用開(kāi)發(fā)工具和環(huán)境嵌入式系統(tǒng)本身不具備自舉開(kāi)發(fā)能力，必須有一套專用開(kāi)發(fā)工具和環(huán)境。27嵌入式系統(tǒng)的幾個(gè)特征高可靠性27嵌入式處理器分類嵌入式微處理器（EMPU)例如：龍珠系列處理器，pxa270等。嵌入式微控制器(EMCU)例如：8051等嵌入式DSP處理器例如：TI公司的TMS320等嵌入式片上系統(tǒng)（SOC-SystemOnChip）28嵌入式處理器分類嵌入式微處理器（EMPU)28嵌入式微處理器（EMPU）由通用計(jì)算機(jī)的CPU發(fā)展而來(lái)與通用CPU區(qū)別：只保留和嵌入式應(yīng)用緊密相關(guān)的功能硬件，去除其他的冗余功能部分工作溫度、抗電磁干擾、可靠性等得到加強(qiáng)

需要配備ROM、RAM、FLASH等外設(shè)，可靠性與技術(shù)保密性降低。

29嵌入式微處理器（EMPU）由通用計(jì)算機(jī)的CPU發(fā)展而來(lái)29典型的嵌入式微處理器MIPSX86系列Am186/188、386EX開(kāi)發(fā)方便，移植容易體積大、功耗高、實(shí)時(shí)性差A(yù)RM系列小體積、低功耗、低成本、高性能支持16/32位雙指令集全球眾多的合作伙伴PowerPC系列Motorola和IBM聯(lián)合開(kāi)發(fā)的微處理器核另外還有SPARC、68000,SC-400等30典型的嵌入式微處理器MIPS30典型的嵌入式微處理器－MIPSMIPS公司是一家設(shè)計(jì)制造高性能、高檔次及嵌入式32位和64位處理器的廠商，在RISC處理器方面占有重要地位MIPS于80年代處開(kāi)始RISC處理器設(shè)計(jì)，90年代中后期開(kāi)始將戰(zhàn)略重點(diǎn)放在嵌入式處理器設(shè)計(jì)1999年，MIPS發(fā)布了MIPS32和MIPS64架構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)，為MIPS處理器的開(kāi)發(fā)奠定了基礎(chǔ)MIPS公司開(kāi)發(fā)了32位高性能，低功耗的處理器內(nèi)核MIPS324Kc和64位的處理器內(nèi)核MIPS645Kc應(yīng)用范圍：機(jī)頂盒、視頻游戲機(jī)、Cisco路由器、激光打印機(jī)31典型的嵌入式微處理器－MIPSMIPS公司是一家設(shè)計(jì)制造高性典型的嵌入式微處理器－PowerPCPowerPC架構(gòu)特點(diǎn)：可伸縮性好，方便靈活既有通用處理器，也有嵌入式微控制器和內(nèi)核，應(yīng)用范圍非常廣泛，從高端服務(wù)器、工作站到PC，從消費(fèi)類電子到通信設(shè)備基于PowerPC架構(gòu)的處理器有：IBM開(kāi)發(fā)的PowerPC405GP，集成了10/100M以太網(wǎng)控制器、串行和并行接口、內(nèi)存控制器及其他外設(shè)的高性能嵌入式處理器MPC823e是一款高度綜合的片上系統(tǒng)（SOC）32典型的嵌入式微處理器－PowerPCPowerPC架構(gòu)特點(diǎn)：典型的嵌入式微處理器－x86由8086系列處理器發(fā)展而來(lái)最早的嵌入式處理器，目前在網(wǎng)卡、終端設(shè)備、工控等仍有不少應(yīng)用。典型產(chǎn)品Am186/188,386EXNSGeodeGX1300MHZ主要特點(diǎn)開(kāi)發(fā)容易方便移植體積大，功耗高，實(shí)時(shí)性差33典型的嵌入式微處理器－x86由8086系列處理器發(fā)展而來(lái)33嵌入式微控制器（EMCU）主要是指單片機(jī)片內(nèi)集成ROM/EPROM、RAM、FLASH/EEPROM、總線、定時(shí)器、計(jì)算器、看門狗、I/O、串行口、PWM（脈寬調(diào)制輸出）、A/D、D/A、等各種必要功能和外設(shè)特點(diǎn)單片化，體積小，功耗低，可靠性強(qiáng)。仍是嵌入式處理器的主流，占70％左右34嵌入式微控制器（EMCU）主要是指單片機(jī)34典型的嵌入式微控制器典型器件：通用系列：8051、P51XA、MCS-251、MCS-96/196/296、C166/167、MC68HC05/11/12/16、68300等半通用系列：支持USB接口的MCU8XC930/931、C540、C541；支持I2C、CAN-Bus、LCD的眾多專用MCU和兼容系列35典型的嵌入式微控制器典型器件：35嵌入式DSP（EDSP）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和指令算法經(jīng)過(guò)特殊設(shè)計(jì)，增強(qiáng)了數(shù)字信號(hào)處理能力（數(shù)字濾波、FFT、譜分析等）適于運(yùn)算量大，特別是向量運(yùn)算、指針線性尋址較多的智能算法實(shí)現(xiàn)主要應(yīng)用于帶有智能邏輯的消費(fèi)類產(chǎn)品，生物信息識(shí)別終端，帶有加解密算法的鍵盤(pán)，ADSL接入、實(shí)時(shí)語(yǔ)音壓解系統(tǒng)，虛擬現(xiàn)實(shí)顯示等代表產(chǎn)品有TI的TMS320C2000/C5000和Motorola的DSP5600036嵌入式DSP（EDSP）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和指令算法經(jīng)過(guò)特殊設(shè)計(jì)，增強(qiáng)嵌入式SOCSystemOnChip,片上系統(tǒng)/系統(tǒng)芯片將很多功能模塊集成到單個(gè)芯片上各種通用處理器內(nèi)核作為SOC設(shè)計(jì)公司的標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)，用VHDL等語(yǔ)言描述除個(gè)別無(wú)法集成外，嵌入式系統(tǒng)的大部分集成到一或幾片芯片中優(yōu)點(diǎn)可利用降低片內(nèi)工作電壓，減少功耗減少芯片對(duì)外引腳數(shù)，使系統(tǒng)板簡(jiǎn)潔，減小體積減少原來(lái)芯片間的信號(hào)傳遞，提高了處理速度；減少信號(hào)傳遞過(guò)程中可能造成的干擾，提高了可靠性軟硬件無(wú)縫結(jié)合，可直接片內(nèi)嵌入操作系統(tǒng)代碼模塊37嵌入式SOCSystemOnChip,片上系統(tǒng)/系統(tǒng)芯片不同體系結(jié)構(gòu)嵌入式CPU銷售量對(duì)比38不同體系結(jié)構(gòu)嵌入式CPU銷售量對(duì)比38關(guān)于ARMARM=AdvancedRISCMachineRISC的典型代表32位處理器技術(shù)嵌入式領(lǐng)域的主力軍ARM的產(chǎn)品ARM處理器內(nèi)核，以IP形式提供給IC生產(chǎn)廠家硬核：有和特定工藝相連系的物理版圖。軟核：用硬件描述語(yǔ)言或C語(yǔ)言寫(xiě)成，用于功能仿真ARM開(kāi)發(fā)工具、SOC開(kāi)發(fā)工具、評(píng)估板等ARM公司不生產(chǎn)芯片39關(guān)于ARMARM=AdvancedRISCMachineARM是AdvancedRISCMachines的縮寫(xiě)，ARM處理器采用RISC（ReducedInstructionSetComputer）技術(shù)，即采用精簡(jiǎn)指令集體系結(jié)構(gòu)。RISC相對(duì)于CISC體系結(jié)構(gòu)，其設(shè)計(jì)思路是如何使計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單合理地提高運(yùn)行速度。目前它還沒(méi)有嚴(yán)格的定義。據(jù)統(tǒng)計(jì),CISC的指令集中，約20％的指令使用頻率占80％，而80％指令的使用頻率僅占20％。ARM處理器(1)40ARM是AdvancedRISCMachines的縮寫(xiě)，CISC與RISCCISC——ComplexInstructionSetComputer,復(fù)雜指令集Intel,IA(IntelArchitecture)32架構(gòu)AMDRISC——ReducedInstructionSetComputer，精簡(jiǎn)指令集SPARC,Sun與TI開(kāi)發(fā)PA-RISC,HP開(kāi)發(fā)Alpha,Compaq開(kāi)發(fā)PowerPC，IBM與Motorola開(kāi)發(fā)MIPSARM二者在軟件和硬件上都不兼容41CISC與RISCCISC——ComplexInstrucRISC體系結(jié)構(gòu)特點(diǎn)采用固定長(zhǎng)度的指令格式，指令規(guī)整、簡(jiǎn)單（ARM指令為32位）。使用單周期指令，便于流水線操作。大量使用寄存器（ARM共有37個(gè)寄存器），數(shù)據(jù)處理指令只對(duì)寄存器操作，訪問(wèn)存儲(chǔ)器只使用Load/Store指令。ARM處理器(2)42RISC體系結(jié)構(gòu)特點(diǎn)ARM處理器(2)42ARM處理器的特點(diǎn)小體積、低功耗、低成本、高性能支持Thumb(16位)/ARM（32位）雙指令集，提高指令密度大量使用寄存器大多數(shù)數(shù)據(jù)操作都在寄存器中完成。尋址方式簡(jiǎn)單靈活指令長(zhǎng)度固定（16/32位）ARM處理器(3)43ARM處理器的特點(diǎn)ARM處理器(3)43典型的ARM微處理器（一）Intel公司的StrongARM系列：SA-110/1100/1101/1110/1111,用于PalmPocketPC等Intel公司的XScale系列：PXA210/220/250/255CirrusLogic公司的ARM系列：EP7209/7211/7212/7312/9312,PS7500FE，用于MP3Samsung公司的ARM系列：S3C44B0,S3C2400,S3C4510，用于ADSL和PDAFreeScale半導(dǎo)體的DragonBallMX系列，用于PDA等44典型的ARM微處理器（一）Intel公司的StrongARM典型的ARM微處理器（二）Qualcomm公司的MSP1000、MSM3000、MSM5000、MSM6000，用于CDMAPhilips公司的SAA7750、VWS22100、VCS94250、VWS26001，用于MP3,GSM,3G,BTTriscend公司的ARM產(chǎn)品：A745典型的ARM微處理器（二）Qualcomm公司的MSP10ARM的廣泛應(yīng)用46ARM的廣泛應(yīng)用46嵌入式操作系統(tǒng)47嵌入式操作系統(tǒng)47操作系統(tǒng)簡(jiǎn)述操作系統(tǒng)：能夠在核心態(tài)運(yùn)行，并能夠根據(jù)程序要求對(duì)硬件資源和軟件資源進(jìn)行直接控制管理的、有著一定復(fù)雜邏輯算法關(guān)系的一組程序的集合。操作系統(tǒng)的發(fā)展簡(jiǎn)單批處理多道程序設(shè)計(jì)的批處理分時(shí)操作系統(tǒng)使用操作系統(tǒng)的好處和壞處底層硬件抽象化，多任務(wù)，在比較復(fù)雜的應(yīng)用情況下優(yōu)勢(shì)明顯占用系統(tǒng)資源，簡(jiǎn)單應(yīng)用情況下增加開(kāi)發(fā)難度48操作系統(tǒng)簡(jiǎn)述操作系統(tǒng)：48嵌入式操作系統(tǒng)簡(jiǎn)介嵌入式操作系統(tǒng)，負(fù)責(zé)嵌入式系統(tǒng)的全部軟、硬件資源的分配、調(diào)度，控制、協(xié)調(diào)并發(fā)活動(dòng)嵌入式系統(tǒng)有多種操作系統(tǒng)可供選擇VxWorks,PalmOS,pSOS,OS-9,QNX,uCOS-IIWindowsCE,NT，XP（如WindowsEmbeddedStandard2009

）Linux,uCLinuxAndroid49嵌入式操作系統(tǒng)簡(jiǎn)介嵌入式操作系統(tǒng)，負(fù)責(zé)嵌入式系統(tǒng)的全部軟、硬除具有普通操作系統(tǒng)的功能如任務(wù)調(diào)度、中斷處理等外，嵌入式操作系統(tǒng)還有以下特點(diǎn)：編碼體積小，適合有限的存儲(chǔ)空間面向應(yīng)用，可裁減和移植實(shí)時(shí)性強(qiáng)，又稱實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)?？煽啃愿咭约拜^強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)功能。價(jià)格便宜嵌入式操作系統(tǒng)的特點(diǎn)50除具有普通操作系統(tǒng)的功能如任務(wù)調(diào)度、中斷處理等外，嵌入式操作嵌入式操作系統(tǒng)的分類（1）按體系的分類Windows兼容系列WindowsCE/NT/XPLinux類eLinux,uCLinux,RTLinux,Android通信領(lǐng)域嵌入式操作系統(tǒng)VxWorks,VRTX,QNS,pSOS單片機(jī)類iRMX,CMX,uC/OS面向Internet類：PalmOS,Visor,Hopen等51嵌入式操作系統(tǒng)的分類（1）按體系的分類51嵌入式操作系統(tǒng)的分類（2）按商用和免費(fèi)分類：免費(fèi)型Linux：開(kāi)放源碼；內(nèi)核小，效率高；易裁減；支持多種CPU和硬件平臺(tái)；眾多的開(kāi)發(fā)工具；強(qiáng)大的技術(shù)支持；強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)功能；圖像處理、文件管理、多任務(wù)支持UC/OS：源碼公開(kāi)；可移植，C+匯編；可固化，成為產(chǎn)品的一部分；可剪裁；占先式，總是運(yùn)行就緒條件下優(yōu)先級(jí)最高的任務(wù)；多任務(wù)，8+56；可確定性，執(zhí)行時(shí)間可知；任務(wù)棧；系統(tǒng)服務(wù)；中斷管理，255層嵌套；穩(wěn)定性與可靠性。52嵌入式操作系統(tǒng)的分類（2）按商用和免費(fèi)分類：52嵌入式操作系統(tǒng)的分類（3）Android：2007年11月5日，Google(谷歌)收購(gòu)由Motorola幾個(gè)工程師創(chuàng)業(yè)研發(fā)的基于Linux的手機(jī)操作平臺(tái)后，成立基于該平臺(tái)的開(kāi)源手機(jī)操作系統(tǒng)開(kāi)發(fā)聯(lián)盟，并命名為“Android”。Android平臺(tái)由操作系統(tǒng)、中間件、用戶界面和應(yīng)用軟件組成，為移動(dòng)終端打造的真正開(kāi)放和完整的移動(dòng)軟件。53嵌入式操作系統(tǒng)的分類（3）Android：2007年11月5嵌入式操作系統(tǒng)的分類（4）商用型VxWorks：支持多種處理器，使用最廣泛。WindowsCE：掌上設(shè)備、無(wú)線設(shè)備?；赪indows背景，界面美觀。內(nèi)核需要至少200K的ROM。PalmOS：3COM，PalmComputing掌上電腦公司；PDA。pSOS：WindRiver公司。OS-9：Microwave公司；靈活性和可升級(jí)性突出。54嵌入式操作系統(tǒng)的分類（4）商用型54嵌入式操作系統(tǒng)的分類（5）按實(shí)時(shí)/非實(shí)時(shí)來(lái)分類實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)：VxWorks,RTLinux弱實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)：WindowsCE/NT/XP非實(shí)時(shí)操作系統(tǒng):Linux,uClinux55嵌入式操作系統(tǒng)的分類（5）按實(shí)時(shí)/非實(shí)時(shí)來(lái)分類55實(shí)時(shí)系統(tǒng)是指能夠在指定或者確定的時(shí)間內(nèi)，完成系統(tǒng)功能，及對(duì)外部或者內(nèi)部事件在同步或者異步時(shí)間內(nèi)作出響應(yīng)的系統(tǒng)。

實(shí)時(shí)性的衡量指標(biāo)響應(yīng)時(shí)間：對(duì)外部事件做出響應(yīng)的時(shí)間。生存時(shí)間：數(shù)據(jù)的有效等待時(shí)間。吞吐量：一定時(shí)間內(nèi)，處理事件的總數(shù)。實(shí)時(shí)系統(tǒng)的概念（1）56實(shí)時(shí)系統(tǒng)是指能夠在指定或者確定的時(shí)間內(nèi)，完成系統(tǒng)功能，及對(duì)外實(shí)時(shí)系統(tǒng)的分類根據(jù)響應(yīng)時(shí)間分：弱實(shí)時(shí)系統(tǒng)：要求各任務(wù)運(yùn)行越快越好，但并不嚴(yán)格限定在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成，如手機(jī)、銀行計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。強(qiáng)實(shí)時(shí)系統(tǒng)：要求系統(tǒng)能夠在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成任務(wù)，如航天控制系統(tǒng)，通常在毫秒或微妙級(jí)。實(shí)時(shí)系統(tǒng)的概念（2）57實(shí)時(shí)系統(tǒng)的分類實(shí)時(shí)系統(tǒng)的概念（2）57實(shí)時(shí)系統(tǒng)的分類根據(jù)確定性分類：硬實(shí)時(shí)系統(tǒng)：對(duì)系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間有嚴(yán)格要求，如果不能滿足，就會(huì)引起系統(tǒng)崩潰或致命錯(cuò)誤。軟實(shí)時(shí)系統(tǒng)：對(duì)系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間有要求，但是，如果響應(yīng)時(shí)間不能滿足，不會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰或出現(xiàn)致命錯(cuò)誤。實(shí)時(shí)系統(tǒng)的概念（3）58實(shí)時(shí)系統(tǒng)的分類實(shí)時(shí)系統(tǒng)的概念（3）58IEEE的UNIX委員會(huì)規(guī)定了實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)需要具有的特點(diǎn)：支持異步的事件響應(yīng)

中斷和調(diào)度任務(wù)的優(yōu)先級(jí)機(jī)制支持搶占式調(diào)度確定的任務(wù)切換時(shí)間和中斷延遲時(shí)間內(nèi)存鎖定功能連續(xù)文件支持支持同步實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的特點(diǎn)59IEEE的UNIX委員會(huì)規(guī)定了實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)需要具有的特點(diǎn)：實(shí)時(shí)內(nèi)核主要實(shí)現(xiàn)任務(wù)管理、定時(shí)器管理、存儲(chǔ)管理、任務(wù)間通信與同步，中斷管理等。

實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)組件內(nèi)核的一個(gè)上層功能組件，為應(yīng)用程序提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的組成（1）60實(shí)時(shí)內(nèi)核實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的組成（1）60文件系統(tǒng)負(fù)責(zé)存取和管理文件信息，包括文件的建立、撤銷、組織、讀寫(xiě)、修改、復(fù)制及對(duì)文件管理所需要的資源實(shí)施管理等較為復(fù)雜的應(yīng)用一般需要文件系統(tǒng)。

圖形接口提供用戶界面開(kāi)發(fā)能力，可裁剪。實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的組成（2）61文件系統(tǒng)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的組成（2）61管理內(nèi)容：建立任務(wù)刪除任務(wù)掛起任務(wù)恢復(fù)任務(wù)對(duì)任務(wù)的響應(yīng)、切換任務(wù)調(diào)度實(shí)時(shí)性的關(guān)鍵：調(diào)度算法基于優(yōu)先級(jí)的搶占式調(diào)度算法同一優(yōu)先級(jí)的時(shí)間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度算法單調(diào)速率調(diào)度算法。

實(shí)時(shí)內(nèi)核的任務(wù)管理62管理內(nèi)容：實(shí)時(shí)內(nèi)核的任務(wù)管理62就緒態(tài)任務(wù)就緒后進(jìn)入等待隊(duì)列，等待調(diào)度。運(yùn)行態(tài)獲得CPU和資源使用權(quán)。掛起態(tài)運(yùn)行的任務(wù)時(shí)因申請(qǐng)資源等原因而被掛起，等待運(yùn)行條件的滿足。休眠態(tài)在內(nèi)存中但不被調(diào)度的任務(wù)狀態(tài)。中斷狀態(tài)：被中斷任務(wù)的狀態(tài)。實(shí)時(shí)內(nèi)核中任務(wù)的狀態(tài)63就緒態(tài)實(shí)時(shí)內(nèi)核中任務(wù)的狀態(tài)63基于優(yōu)先級(jí)的搶占式調(diào)度算法優(yōu)先級(jí)調(diào)度原則高優(yōu)先級(jí)任務(wù)優(yōu)先得到系統(tǒng)資源搶占式調(diào)度原則高優(yōu)先級(jí)任務(wù)能夠搶占低優(yōu)先級(jí)任務(wù)的CPU控制權(quán)。特點(diǎn)：任務(wù)級(jí)響應(yīng)時(shí)間最優(yōu)化，且是確定的。非搶占式調(diào)度原則只允許中斷搶占運(yùn)行中任務(wù)的CPU控制權(quán)。特點(diǎn)：任務(wù)級(jí)響應(yīng)時(shí)間不確定，但對(duì)中斷響應(yīng)快。64基于優(yōu)先級(jí)的搶占式調(diào)度算法優(yōu)先級(jí)調(diào)度原則64同一優(yōu)先級(jí)的時(shí)間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度算法就緒隊(duì)列中存在2個(gè)以上相同優(yōu)先級(jí)任務(wù)；各任務(wù)均執(zhí)行一段特定的時(shí)間片；超時(shí)的任務(wù)放到就緒隊(duì)列中。單調(diào)速率調(diào)度算法一種優(yōu)先級(jí)確定算法任務(wù)的執(zhí)行頻率越高，優(yōu)先級(jí)就越高。65同一優(yōu)先級(jí)的時(shí)間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度算法就緒隊(duì)列中存在2個(gè)以上相同優(yōu)目的：內(nèi)存資源的合理分配和存儲(chǔ)保護(hù)功能。方法：大多數(shù)嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)內(nèi)核不采用虛擬內(nèi)存管理；內(nèi)存分成若干大小不等的區(qū)和塊的分配方法。實(shí)時(shí)內(nèi)核的內(nèi)存管理66目的：內(nèi)存資源的合理分配和存儲(chǔ)保護(hù)功能。實(shí)時(shí)內(nèi)核的內(nèi)存管理6任務(wù)間通信方式：共享數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和消息機(jī)制共享數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的互斥方法：開(kāi)/關(guān)中斷設(shè)置標(biāo)志位（全局變量）信號(hào)量（二進(jìn)制信號(hào)量和計(jì)數(shù)型信號(hào)量）消息機(jī)制消息通常是一個(gè)指針變量，指向內(nèi)容為消息。郵箱方式消息隊(duì)列方式（允許存放多個(gè)消息）任務(wù)間同步：信號(hào)量信號(hào)量：代表某個(gè)事件是否發(fā)生任務(wù)間通信與同步67任務(wù)間通信方式：共享數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和消息機(jī)制任務(wù)間通信與同步67內(nèi)核的定時(shí)器管理根據(jù)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)時(shí)鐘完成與延時(shí)、定時(shí)、超時(shí)等相關(guān)的操作。中斷管理中斷初始化現(xiàn)場(chǎng)保存和恢復(fù)中斷嵌套管理等。定時(shí)器管理與中斷管理68內(nèi)核的定時(shí)器管理定時(shí)器管理與中斷管理68微軟公司的一款小規(guī)模而又高度可定制的操作系統(tǒng)1996年發(fā)布WindowsCE1.02004年7月發(fā)布了WindowsCE.NET5.0。主要應(yīng)用領(lǐng)域有：PDA、PocketPC、Smartphone、工業(yè)控制、醫(yī)療等。

豐富開(kāi)發(fā)工具：EmbeddedVisualC++、EmbeddedVisualBasic、VisualStudio.NET實(shí)時(shí)性：弱實(shí)時(shí)WindowsCE69微軟公司的一款小規(guī)模而又高度可定制的操作系統(tǒng)WindowsWindRiver公司的一種嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)持續(xù)發(fā)展能力、高性能的內(nèi)核以及友好的用戶開(kāi)發(fā)環(huán)境應(yīng)用領(lǐng)域：通信、軍事、航空航天等實(shí)時(shí)性要求很高的場(chǎng)合實(shí)時(shí)性：強(qiáng)實(shí)時(shí)

VxWorks70WindRiver公司的一種嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)VxWork標(biāo)準(zhǔn)linux經(jīng)過(guò)裁剪后，能夠固化在幾百k或者幾MB存儲(chǔ)芯片中，適用于特定應(yīng)用場(chǎng)合的專用linux操作系統(tǒng)。不同實(shí)時(shí)等級(jí)的版本強(qiáng)實(shí)時(shí)：RTLinux弱實(shí)時(shí)：普通linux，ucLinux。（分時(shí),核心不可搶占）嵌入式linux71標(biāo)準(zhǔn)linux經(jīng)過(guò)裁剪后，能夠固化在幾百k或者幾MB存儲(chǔ)芯片源碼開(kāi)放，軟件豐富linux是內(nèi)核代碼完全開(kāi)放的自由操作系統(tǒng)Linux的軟件資源十分豐富，其應(yīng)用軟件開(kāi)發(fā)一般不需要從頭做起，可以找到類似功能的自由軟件為原型，進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)。嵌入式Linux的特點(diǎn)（1）72源碼開(kāi)放，軟件豐富嵌入式Linux的特點(diǎn)（1）72強(qiáng)大的網(wǎng)格功能支持支持所有標(biāo)準(zhǔn)的Internet網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，并且可以很容易的移植到嵌入式系統(tǒng)中。完備的工具鏈完整的工具鏈，包括GNU的gcc、gdb、kgdb、xgdb等。嵌入式Linux的特點(diǎn)（2）73強(qiáng)大的網(wǎng)格功能支持嵌入式Linux的特點(diǎn)（2）73廣泛的硬件支持能夠支持x86、ARM、MIPS、PowerPC等多種體系結(jié)構(gòu)。豐富的驅(qū)動(dòng)程序資源，支持各種主流硬件設(shè)備和最新硬件技術(shù)。嵌入式Linux的特點(diǎn)（3）74廣泛的硬件支持嵌入式Linux的特點(diǎn)（3）74幾種嵌入式Linux（1）uCLinux：為支持沒(méi)有MMU的處理器而對(duì)標(biāo)準(zhǔn)Linux作出的修正，它不支持實(shí)時(shí)性。沒(méi)有內(nèi)存管理單元不支持虛擬內(nèi)存管理技術(shù)，而是采用實(shí)存儲(chǔ)管理策略。普通嵌入式Linux通過(guò)普通Linux的裁剪可得到。支持MMU，非實(shí)時(shí)性。75幾種嵌入式Linux（1）uCLinux：75幾種嵌入式Linux（2）RTLinux與RTAI RTLinux支持實(shí)時(shí)性，它通過(guò)在普通Linux內(nèi)核下層增加一個(gè)實(shí)時(shí)內(nèi)核實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)性。 RTAI(Real-timeApplicationInterface)通過(guò)在Linux上定義一個(gè)實(shí)時(shí)硬件抽象層（RTHAL），為普通Linux的實(shí)時(shí)性提供了解決方案。

76幾種嵌入式Linux（2）RTLinux與RTAI76RTLinux的雙內(nèi)核結(jié)構(gòu)硬件RTLinux內(nèi)核實(shí)時(shí)調(diào)度器Linux內(nèi)核ACBAB實(shí)時(shí)任務(wù)用戶進(jìn)程軟件中斷硬件中斷77RTLinux的雙內(nèi)核結(jié)構(gòu)硬件RTLinux內(nèi)核實(shí)時(shí)調(diào)度器SymbianOS是由愛(ài)立信、諾基亞、摩托羅拉和Psion共同出資開(kāi)發(fā)的手機(jī)操作系統(tǒng)，在智能手機(jī)領(lǐng)域占有優(yōu)勢(shì)。SymbianOS78SymbianOS是由愛(ài)立信、諾基亞、摩托羅拉和PsioAndroid采用了分層的系統(tǒng)架構(gòu)：應(yīng)用層、應(yīng)用框架層、系統(tǒng)運(yùn)行庫(kù)層、linux核心層應(yīng)用層：包括預(yù)置的一些核心應(yīng)用程序，如email客戶端、短消息程序、地圖、瀏覽器等。使用Java開(kāi)發(fā)完成。應(yīng)用程序框架層：開(kāi)發(fā)程序時(shí)可以調(diào)用的一些API接口系統(tǒng)運(yùn)行庫(kù)層：提供了Java語(yǔ)言核心庫(kù)的大多數(shù)功能。LINUX核心層：Android依賴于linux內(nèi)核版本2.6的核心系統(tǒng)服務(wù)，例如安全、內(nèi)存管理、進(jìn)程管理、網(wǎng)絡(luò)棧、驅(qū)動(dòng)模塊。最新版本為3.0Honeycomb(蜂巢)，專為平板電腦設(shè)計(jì)，增強(qiáng)了3D特性，改善了視覺(jué)體驗(yàn)Android79Android采用了分層的系統(tǒng)架構(gòu)：應(yīng)用層、應(yīng)用框架層、系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用實(shí)例goReaderInterneteBookSamsungAnyWebInternetScreenPhoneeRemoteIntelligentHomeControllerTektronixTDS7000DigitalOscilloscopesNixvueDigitalAlbumDigitalPhotoAlbum80嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用實(shí)例goReaderInternete嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域網(wǎng)絡(luò)家電多媒體通信個(gè)人數(shù)據(jù)處理國(guó)防工業(yè)智能交通微電子機(jī)械(MEMS)中的應(yīng)用工業(yè)控制

生物微電子技術(shù)中的應(yīng)用81嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域網(wǎng)絡(luò)家電81嵌入式系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)流程確定產(chǎn)品需求選擇主要芯片確定編程語(yǔ)言選擇開(kāi)發(fā)環(huán)境RTOS的使用選擇開(kāi)發(fā)方案設(shè)計(jì)與調(diào)試測(cè)試測(cè)試工具與其他輔助設(shè)備產(chǎn)品82嵌入式系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)流程確定產(chǎn)品需求選擇主要芯片確定編程語(yǔ)言選擇開(kāi)發(fā)環(huán)境什么是嵌入式開(kāi)發(fā)