1、嵌入式系統(tǒng)概述,目錄,1. 嵌入式系統(tǒng) 2. 嵌入式處理器 3.嵌入式軟件 4. 嵌入式操作系統(tǒng),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),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。,現(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

2、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

3、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)示例,汽車控制系統(tǒng),嵌入式系統(tǒng)示例,汽車控制系統(tǒng),尾燈控制系統(tǒng),后車門控制系統(tǒng),前車門控制系統(tǒng),座椅控制系統(tǒng),發(fā)動(dòng)器控制系統(tǒng),所有的控制系統(tǒng)都是一個(gè)完整的嵌入式系統(tǒng),嵌入式系統(tǒng)的未來,早在1990年之前，嵌入式系統(tǒng)通常是很簡(jiǎn)單的且具有很長(zhǎng)的產(chǎn)品生命周期的自主設(shè)備。近些年來，嵌入式工業(yè)經(jīng)歷了巨大的變革。 產(chǎn)品市場(chǎng)窗口現(xiàn)在預(yù)計(jì)翻番的周期狂熱到69個(gè)月。 全球重新定義市場(chǎng)的機(jī)會(huì)和膨脹的應(yīng)用

4、空間。 互聯(lián)現(xiàn)在是一個(gè)需求而不是輔助性的，包括用有線和剛剛顯露頭角的無線技術(shù)。 基于電子的產(chǎn)品更復(fù)雜化。 互聯(lián)嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)生新的依賴網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的應(yīng)用。 微處理器的處理能力按莫爾定律（Moores L aw）預(yù)計(jì)的速度在增加。該定律認(rèn)為集成電路和晶體管個(gè)數(shù)每18個(gè)月翻一番。,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),嵌入式處理器,早期的嵌入式系統(tǒng)通常使用普通個(gè)人計(jì)算機(jī)（PC）中的通用處理器。近年來，隨著大量先進(jìn)的微處理器制造技術(shù)的發(fā)展，越來越多的嵌入式系統(tǒng)用嵌入式處理器建造，而不是用通用目的的處理器。 這些嵌入式處理器可以大致分為以下幾類： 注重嵌入式處理器的尺寸、能耗

5、和價(jià)格。應(yīng)用于PDA等不注重計(jì)算的設(shè)備； 注重嵌入式處理器的性能。應(yīng)用于路由器等計(jì)算密集型的設(shè)備； 注重嵌入式處理器的性能、尺寸、能耗和價(jià)格。應(yīng)用于蜂窩電話等設(shè)備；,概述,嵌入式處理器,分類,嵌入式處理器可以分為以下幾大類： 嵌入式微處理器； 嵌入式微控制器； 嵌入式DSP處理器； 嵌入式片上系統(tǒng)（SOC）。,嵌入式處理器,嵌入式微處理器的基礎(chǔ)是通用計(jì)算機(jī)中的CPU。在應(yīng)用中，將微處理器裝配在專門設(shè)計(jì)的電路板上，只保留和嵌入式應(yīng)用有關(guān)的母板功能，這樣可以大幅度減小系統(tǒng)體積和功耗。為了滿足嵌入式應(yīng)用的特殊要求，嵌入式微處理器雖然在功能上和標(biāo)準(zhǔn)微處理器基本是一樣的，但在工作溫度、抗電磁干擾、可靠性

6、等方面一般都做了各種增強(qiáng)。 和工業(yè)控制計(jì)算機(jī)相比，嵌入式微處理器具有體積小、重量輕、成本低、可靠性高的優(yōu)點(diǎn)，但是在電路板上必須包括ROM、RAM、總線接口、各種外設(shè)等器件，從而降低了系統(tǒng)的可靠性，技術(shù)保密性也較差。嵌入式微處理器及其存儲(chǔ)器、總線、外設(shè)等安裝在一塊電路板上，稱為單板計(jì)算機(jī)。如STD-BUS、PC104等。,嵌入式微處理器,嵌入式處理器,嵌入式微控制器又稱單片機(jī)，它是將整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)集成到一塊芯片中。嵌入式微控制器一般以某一種微處理器內(nèi)核為核心，芯片內(nèi)部集成ROM/EPROM、RAM、總線、總線邏輯、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、WatchDog、I/O、串行口、脈寬調(diào)制輸出、A/D、D/A、Fl

7、ash RAM、EEPROM等各種必要功能和外設(shè)。為適應(yīng)不同的應(yīng)用需求，一般一個(gè)系列的單片機(jī)具有多種衍生產(chǎn)品，每種衍生產(chǎn)品的處理器內(nèi)核都是一樣的，不同的是存儲(chǔ)器和外設(shè)的配置及封裝。這樣可以使單片機(jī)最大限度地和應(yīng)用需求相匹配，功能不多不少，從而減少功耗和成本。 和嵌入式微處理器相比，微控制器的最大特點(diǎn)是單片化，體積大大減小，從而使功耗和成本下降、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，因此稱微控制器。 嵌入式微控制器目前的品種和數(shù)量最多，比較有代表性的通用系列包括8051、P51XA、MCS-251、MCS-96/196/296、C166/

8、167、MC68HC05/11/12/16、68300、數(shù)目眾多ARM芯片等。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,嵌入式處理器,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。在數(shù)字濾波、FFT、譜分析等方面DSP算法正在大量進(jìn)入嵌入式領(lǐng)域，DSP應(yīng)用正從在通用單片機(jī)中以普通指令實(shí)現(xiàn)DSP功能，過渡到采用嵌入式DSP處理器。 嵌入式DSP處理器比較有代表性的產(chǎn)品是Texas Instruments的TMS320系列和Motorola的DSP56000 系列。TMS320系列處理器包括用于控制的 C2000系列，移動(dòng)通

9、信的C5000系列，以及性能更高的C6000和C8000系列。DSP56000目前已經(jīng)發(fā)展成為DSP56000，DSP56100，DSP56200和DSP56300等幾個(gè)不同系列的處理器。另外PHILIPS公司近年也推出了基于可重置嵌入式DSP結(jié)構(gòu)低成本、低功耗技術(shù)上制造的R. E. A. L DSP處理器，特點(diǎn)是具備雙Harvard結(jié)構(gòu)和雙乘/累加單元，應(yīng)用目標(biāo)是大批量消費(fèi)類產(chǎn)品。,嵌入式DSP處理器,嵌入式處理器,隨著EDA的推廣和VLSI設(shè)計(jì)的普及化及半導(dǎo)體工藝的迅速發(fā)展，在一個(gè)硅片上實(shí)現(xiàn)一個(gè)更為復(fù)雜的系統(tǒng)的時(shí)代已來臨，這就是System On Chip(SOC)。各種通用處理器內(nèi)核將作

10、為SOC設(shè)計(jì)公司的標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)，和許多其它嵌入式系統(tǒng)外設(shè)一樣，成為 VLSI設(shè)計(jì)中一種標(biāo)準(zhǔn)的器件，用標(biāo)準(zhǔn)的 VHDL等語言描述，存儲(chǔ)在器件庫(kù)中。用戶只需定義出其整個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)，仿真通過后就可以將設(shè)計(jì)圖交給半導(dǎo)體工廠制作樣品。這樣除個(gè)別無法集成的器件以外，整個(gè)嵌入式系統(tǒng)大部分均可集成到一塊或幾塊芯片中去，應(yīng)用系統(tǒng)電路板將變得很簡(jiǎn)潔，對(duì)于減小體積和功耗、提高可靠性非常有利。 SoC可以分為通用和專用兩類。通用系列包括Infineon的TriCore、Motorola的M-Core、某些ARM系列器件、Echelon和Motorola聯(lián)合研制的Neuron芯片等。專用SoC一般專用于某個(gè)或某類系統(tǒng)中，不為一

11、般用戶所知。一個(gè)有代表性的產(chǎn)品是Philips的Smart XA，它將XA單片機(jī)內(nèi)核和支持超過2048 位復(fù)雜RSA算法的CCU單元制作在一塊硅片上，形成一個(gè)可加載JAVA或C語言的專用的SOC，可用于公眾互聯(lián)網(wǎng)如Internet安全方面。,嵌入式片上系統(tǒng)(SOC),目錄,1. 嵌入式系統(tǒng) 2. 嵌入式處理器 3.嵌入式軟件 4. 嵌入式操作系統(tǒng),軟件系統(tǒng),軟件(software)是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中與硬件(hardware)相互依存的另一部分，它包括程序(program)、相關(guān)數(shù)據(jù)(data)及其說明文檔(document)。 其中： 程序是按照事先設(shè)計(jì)的功能和性能要求執(zhí)行的指令序列； 數(shù)據(jù)是程序

12、能正常操縱信息的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)； 文檔是與程序開發(fā)維護(hù)和使用有關(guān)的各種圖文資料。,嵌入式軟件系統(tǒng)的分類,嵌入式軟件,系統(tǒng)軟件,支撐軟件,應(yīng)用軟件,控制、管理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的資源,嵌入式操作系統(tǒng) 嵌入式中間件（CORBA、 Java） 等等,輔助軟件開發(fā)的工具,系統(tǒng)分析設(shè)計(jì)工具 仿真開發(fā)工具 交叉開發(fā)工具 測(cè)試工具 配置管理工具 維護(hù)工具等,面向應(yīng)用領(lǐng)域,手機(jī)軟件 路由器軟件 交換機(jī)軟件 飛控軟件等,嵌入式軟件系統(tǒng)的分類,從運(yùn)行平臺(tái)來分，嵌入式軟件可以分為 運(yùn)行在開發(fā)平臺(tái)上的軟件：設(shè)計(jì)、開發(fā)、測(cè)試工具等。 運(yùn)行在嵌入式系統(tǒng)上的軟件：嵌入式操作系統(tǒng)、應(yīng)用程序、驅(qū)動(dòng)程序及部分開發(fā)工具。,嵌入式軟件系統(tǒng)的體系結(jié)

13、構(gòu),硬件,應(yīng)用層,驅(qū)動(dòng)層,操作系統(tǒng)層,中間件層,嵌入式軟件運(yùn)行流程,上電復(fù)位,系統(tǒng)升級(jí),引導(dǎo)/升級(jí)系統(tǒng),系統(tǒng)初始化,應(yīng)用初始化,多任務(wù)應(yīng)用,板級(jí)初始化,遠(yuǎn)程升級(jí),本地升級(jí),基于多任務(wù)操作系統(tǒng)的嵌入式軟件的主要運(yùn)行流程 該運(yùn)行流程主要分為5個(gè)階段,嵌入式操作系統(tǒng),概述 嵌入式操作系統(tǒng)的演變 嵌入式操作系統(tǒng)分類 嵌入式操作系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu) 嵌入式操作系統(tǒng)的組成,概述,嵌入式操作系統(tǒng)可以統(tǒng)稱為應(yīng)用在嵌入式系統(tǒng)的操作系統(tǒng)，它具有一般操作系統(tǒng)的功能，同時(shí)具有嵌入式軟件的特點(diǎn)，主要有： 可固化 可配置、可剪裁 獨(dú)立的板級(jí)支持包，可修改 不同的CPU有不同的版本 應(yīng)用的開發(fā)需要有集成的交叉開發(fā)工具,概述,近十年

14、來，嵌入式操作系統(tǒng)得到飛速的發(fā)展 從支持8位微處理器到16位、32位甚至64位微處理器； 從支持單一品種的微處理器芯片到支持多品種微處理器芯片； 從只有內(nèi)核到除了內(nèi)核外還提供其他功能模塊，如文件系統(tǒng)，TCP/IP網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，窗口圖形系統(tǒng)等。 隨著嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)展，目前嵌入式操作系統(tǒng)的市場(chǎng)在不斷細(xì)分，出現(xiàn)了針對(duì)不同領(lǐng)域的產(chǎn)品，這些產(chǎn)品按領(lǐng)域的要求和標(biāo)準(zhǔn)提供特定的功能。,嵌入式操作系統(tǒng)的演變,*Percent of total software supplied by RTOS vendor in a typical embedded device,Application,Applicati

15、on,Application,Application,嵌入式操作系統(tǒng)的演變,在嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展過程中，從操作系統(tǒng)的角度來看，大致經(jīng)歷了以下幾個(gè)階段： 無操作系統(tǒng)階段 簡(jiǎn)單操作系統(tǒng)階段 實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)階段 面向Internet的階段,嵌入式操作系統(tǒng)的演變,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出現(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

16、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。,嵌入式操作系統(tǒng)的演變,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RAM、ROM等部件統(tǒng)統(tǒng)集成到一片VLSI中，制造出面向I/O設(shè)計(jì)的微控制器，并一舉成為嵌入式系統(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

17、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：出現(xiàn)了大量高可靠、低功耗的嵌入式CPU（如Power PC等），各種簡(jiǎn)單的嵌入式操作系統(tǒng)開始出現(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。,嵌入式操作系統(tǒng)的演變,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、高精度、低功耗的方向發(fā)展。隨著硬件實(shí)時(shí)性要求的

18、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。,嵌入式操作系統(tǒng)的演變,面向Internet的階段 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)還孤立于Internet之

19、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)廠商提出了新的挑戰(zhàn)。,嵌入式操作系統(tǒng)的演變,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Windows CE、Symbian等嵌入式操作系統(tǒng)進(jìn)行有力競(jìng)爭(zhēng)的局面。 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出，以往功能

20、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)。 精簡(jiǎn)系統(tǒng)內(nèi)核，優(yōu)化關(guān)鍵算法，降低功耗和軟硬件成本。 提供更加友好的多媒體人機(jī)交互界面。,嵌入式操作系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu),體系結(jié)構(gòu)是操作系統(tǒng)的基礎(chǔ)，它定義了硬件與軟件的界限、內(nèi)核與操作系統(tǒng)其它組件（文件、網(wǎng)絡(luò)、GUI等）的組織關(guān)系、系統(tǒng)與應(yīng)用的接口。 體系結(jié)構(gòu)是確保系統(tǒng)的性能、可靠性、靈活性、可移植性、可擴(kuò)展性的關(guān)鍵，就好比房子的梁架，只有梁架搭牢固了才提得上房子的質(zhì)量，再做一些錦上添花的工作才有意義。 目前操作系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)可分為：?jiǎn)螇K結(jié)構(gòu)、層次結(jié)構(gòu)和客戶/服務(wù)器（微內(nèi)核）結(jié)構(gòu)。,嵌入式操作系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu),硬

21、件,系統(tǒng)服務(wù),用戶態(tài),核心態(tài),應(yīng)用程序,應(yīng)用程序,單塊結(jié)構(gòu),嵌入式操作系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu),層次結(jié)構(gòu),嵌入式操作系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu),硬 件,進(jìn)程服務(wù),用戶態(tài),核心態(tài),應(yīng)用程序客戶,內(nèi)存服務(wù),微內(nèi)核,文件服務(wù),網(wǎng)絡(luò)服務(wù),顯示服務(wù),發(fā)送,應(yīng)答,客戶/服務(wù)器結(jié)構(gòu)（微內(nèi)核結(jié)構(gòu)）,嵌入式操作系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu),微內(nèi)核結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn) 提供一致的接口 可擴(kuò)展性：擴(kuò)展對(duì)新的軟件/硬件支持 靈活性：可伸縮 可移植性 分布式系統(tǒng)支持 適用于面向?qū)ο蟛僮飨到y(tǒng)環(huán)境 性能問題： 通過微內(nèi)核構(gòu)造和發(fā)送信息、接受應(yīng)答并解碼所花費(fèi)的時(shí)間比進(jìn)行一次系統(tǒng)調(diào)用的時(shí)間多 很大程度取決于微內(nèi)核的大小和功能,嵌入式操作系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu),目前嵌入式操作系統(tǒng)主要采用分

22、層和模塊化相結(jié)合的結(jié)構(gòu)或微內(nèi)核結(jié)構(gòu)。 分層和模塊化結(jié)合的結(jié)構(gòu)將操作系統(tǒng)分為硬件無關(guān)層、硬件抽象層和硬件相關(guān)層，每層再劃分功能模塊。 這樣移植工作便集中在硬件相關(guān)層，與其余兩層無關(guān)，功能的伸縮則集中在模塊上，從而確保其具有良好的可移植性和可伸縮性。 而采用微內(nèi)核結(jié)構(gòu)，則可利用其可伸縮的特點(diǎn)適應(yīng)硬件的發(fā)展，便于擴(kuò)展。,嵌入式操作系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu),應(yīng)用程序,任務(wù)管理,硬 件,用戶擴(kuò)展處理,調(diào)度管理,硬件抽象層,應(yīng)用編程接口,內(nèi)存管理,中斷管理,時(shí)鐘/定時(shí)器管理,I/O管理,出錯(cuò)處理,同步、通信管理（消息隊(duì)列，信號(hào)量，事件，異步信號(hào))）,DeltaCORE的體系結(jié)構(gòu)：層次模塊結(jié)構(gòu),分層次,模塊化,嵌入式操

23、作系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu),用戶模式,應(yīng)用,應(yīng)用,應(yīng)用,網(wǎng)絡(luò)管理器,圖形管理器,設(shè)備管理器,文件系統(tǒng)管理器,網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng),圖形驅(qū)動(dòng),設(shè)備驅(qū)動(dòng),文件系統(tǒng)驅(qū)動(dòng),硬 件,內(nèi)核模式 內(nèi)核（微內(nèi)核）,QNX4.25的體系結(jié)構(gòu)：客戶/服務(wù)器結(jié)構(gòu),嵌入式操作系統(tǒng)的組成,嵌入式內(nèi)核,內(nèi)核是嵌入式操作系統(tǒng)的基礎(chǔ)，也是必備的部分。 內(nèi)核還提供特定的應(yīng)用編程接口，但目前沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。,任務(wù)管理,內(nèi)存管理,通信同步與互斥機(jī)制,中斷管理,時(shí)間管理,任務(wù)擴(kuò)展, ,返回,嵌入式內(nèi)核,任務(wù)管理 內(nèi)核的核心部分，具有任務(wù)調(diào)度、創(chuàng)建任務(wù)、刪除任務(wù)、掛起任務(wù)、解掛任務(wù)、設(shè)置任務(wù)優(yōu)先級(jí)等功能。 通用計(jì)算機(jī)的操作系統(tǒng)追求的是最大的吞吐率，為了達(dá)到最

24、佳整體性能，其調(diào)度原則是公平，采用Round-Robin或可變優(yōu)先級(jí)調(diào)度算法，調(diào)度時(shí)機(jī)主要以時(shí)間片為主驅(qū)動(dòng)。 而嵌入式操作系統(tǒng)多采用基于靜態(tài)優(yōu)先級(jí)的可搶占的調(diào)度，任務(wù)優(yōu)先級(jí)是在運(yùn)行前通過某種策略靜態(tài)分配好的，一旦有優(yōu)先級(jí)更高的任務(wù)就緒就馬上進(jìn)行調(diào)度。,返回,嵌入式內(nèi)核,內(nèi)存管理 嵌入式操作系統(tǒng)的內(nèi)存管理比較簡(jiǎn)單。 通常不采用虛擬存儲(chǔ)管理，而采用靜態(tài)內(nèi)存分配和動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配（固定大小內(nèi)存分配和可變大小內(nèi)存分配）相結(jié)合的管理方式。 有些內(nèi)核利用MMU機(jī)制提供內(nèi)存保護(hù)功能。 通用操作系統(tǒng)廣泛使用了虛擬內(nèi)存的技術(shù)，為用戶提供一個(gè)功能強(qiáng)大的虛存管理機(jī)制。,返回,嵌入式內(nèi)核,通信、同步和互斥機(jī)制 這些機(jī)制提

25、供任務(wù)間、任務(wù)與中斷處理程序間的通信、同步和互斥功能。 一般包括信號(hào)量、消息、事件、管道、異步信號(hào)和共享內(nèi)存等功能。 與通用操作系統(tǒng)不同的是，嵌入式操作系統(tǒng)需要解決在這些機(jī)制的使用中出現(xiàn)的優(yōu)先級(jí)反轉(zhuǎn)問題。,返回,嵌入式內(nèi)核,中斷管理，一般具有以下功能： 安裝中斷服務(wù)程序 中斷發(fā)生時(shí)，對(duì)中斷現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行保存，并且轉(zhuǎn)到相應(yīng)的服務(wù)程序上執(zhí)行 中斷退出前，對(duì)中斷現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行恢復(fù) 中斷棧切換 中斷退出時(shí)的任務(wù)調(diào)度,返回,嵌入式內(nèi)核,時(shí)間管理 提供高精度、應(yīng)用可設(shè)置的系統(tǒng)時(shí)鐘，該時(shí)鐘是嵌入式系統(tǒng)的時(shí)基，可設(shè)置為十毫秒以下。 提供日歷時(shí)間，負(fù)責(zé)與時(shí)間相關(guān)的任務(wù)管理工作如任務(wù)對(duì)資源有限等待的計(jì)時(shí)、時(shí)間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度等，提

26、供軟定時(shí)器的管理功能等。 通用操作系統(tǒng)的系統(tǒng)時(shí)鐘的精度由操作系統(tǒng)確定，應(yīng)用不可調(diào)，且一般是幾十個(gè)毫秒。,返回,嵌入式內(nèi)核,任務(wù)擴(kuò)展功能 任務(wù)擴(kuò)展功能就是在內(nèi)核中設(shè)置一些Hook的調(diào)用點(diǎn)，在這些調(diào)用點(diǎn)上內(nèi)核調(diào)用應(yīng)用設(shè)置的、應(yīng)用自己編寫的擴(kuò)展處理程序，以擴(kuò)展內(nèi)核的有關(guān)功能。 Hook調(diào)用點(diǎn)有任務(wù)創(chuàng)建、任務(wù)切換、任務(wù)刪除、出錯(cuò)處理等。,返回,嵌入式TCP/IP,TCP/IP協(xié)議已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)中 嵌入式TCP/IP網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)提供符合TCP/IP協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)議棧，提供Socket編程接口。,Socket 接 口,物 理 設(shè) 備,應(yīng)用程序/應(yīng)用協(xié)議,嵌入式TCP/IP,嵌入式TCP/IP網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

27、具有以下的特點(diǎn)： 可剪裁： 能根據(jù)嵌入式系統(tǒng)的功能的要求選擇所需的協(xié)議，對(duì)完整的TCP/IP協(xié)議簇進(jìn)行剪裁，以滿足用戶的需要。 采用“零拷貝”（Zero Copy）技術(shù)，提高實(shí)時(shí)性 所謂“零拷貝”技術(shù)，是指TCP/IP協(xié)議棧沒有用于各層間數(shù)據(jù)傳遞的緩沖區(qū)，協(xié)議棧各層間傳遞的都是數(shù)據(jù)指針，只有當(dāng)數(shù)據(jù)最終要被驅(qū)動(dòng)程序發(fā)送出去或是被應(yīng)用程序取走時(shí)，才進(jìn)行真正的數(shù)據(jù)搬移。,嵌入式TCP/IP,采用靜態(tài)分配技術(shù) 在網(wǎng)絡(luò)初始化時(shí)就靜態(tài)分配通信緩沖區(qū)，設(shè)置了專門的發(fā)送和接收緩沖（其大小一般小于或等于物理網(wǎng)絡(luò)上的MTU值），從而確保了每次發(fā)送或接收時(shí)處理的數(shù)據(jù)不會(huì)超過MTU值，也就避免了數(shù)據(jù)處理任務(wù)的阻塞等待

28、。,返回,嵌入式文件系統(tǒng),通用操作系統(tǒng)的文件系統(tǒng)通常具有以下功能： 提供用戶對(duì)文件操作的命令 提供用戶共享文件的機(jī)制 管理文件的存儲(chǔ)介質(zhì) 提供文件的存取控制機(jī)制，保障文件及文件系統(tǒng)的安全性 提供文件及文件系統(tǒng)的備份和恢復(fù)功能 提供對(duì)文件的加密和解密功能,嵌入式文件系統(tǒng),嵌入式文件系統(tǒng)相比之下較為簡(jiǎn)單，主要具有文件的存儲(chǔ)、檢索、更新等功能，一般不提供保護(hù)和加密等安全機(jī)制。 它以系統(tǒng)調(diào)用和命令方式提供對(duì)文件的各種操作，主要有： 設(shè)置和修改對(duì)文件和目錄的存取權(quán)限 提供建立、修改、改變、刪除目錄等服務(wù) 提供創(chuàng)建、打開、讀、寫、關(guān)閉、撤消文件等服務(wù),嵌入式操作系統(tǒng),使用實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的必要性,嵌入式實(shí)時(shí)操

29、作系統(tǒng)在目前的嵌入式應(yīng)用中用得越來越廣泛，尤其在功能復(fù)雜、系統(tǒng)龐大的應(yīng)用中顯得愈來愈重要。在嵌入式應(yīng)用中，只有把CPU嵌入到系統(tǒng)中，同時(shí)又把操作系統(tǒng)嵌入進(jìn)去，才是真正的計(jì)算機(jī)嵌入式應(yīng)用。使用實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)主要有以下幾個(gè)因素： 嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)提高了系統(tǒng)的可靠性。 提高了開發(fā)效率，縮短了開發(fā)周期。 嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)充分發(fā)揮了32位CPU的多任務(wù)潛力。,嵌入式操作系統(tǒng),實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn),優(yōu)點(diǎn)：在嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)環(huán)境下開發(fā)實(shí)時(shí)應(yīng)用程序使程序的設(shè)計(jì)和擴(kuò)展變得容易，不需要大的改動(dòng)就可以增加新的功能。通過將應(yīng)用程序分割成若干獨(dú)立的任務(wù)模塊，使應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)過程大為簡(jiǎn)化；而且對(duì)實(shí)時(shí)性要求苛刻的事件都

30、得到了快速、可靠的處理。通過有效的系統(tǒng)服務(wù)，嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)使得系統(tǒng)資源得到更好的利用。 缺點(diǎn)：但是，使用嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)還需要額外的ROM/RAM開銷，25%的CPU額外負(fù)荷，以及內(nèi)核的費(fèi)用。,uClinux是一個(gè)完全符合GNU/GPL公約的操作系統(tǒng)，完全開放代碼。uClinux從Linux2.0/2.4內(nèi)核派生而來，沿襲了主流Linux的絕大部分特性。它是專門針對(duì)沒有MMU的CPU，并且為嵌入式系統(tǒng)做了許多小型化的工作。適用于沒有虛擬內(nèi)存或內(nèi)存管理單元(MMU)的處理器，例如ARM7TDMI。它通常用于具有很少內(nèi)存或Flash的嵌入式系統(tǒng)。它保留了Linux的大部分優(yōu)點(diǎn)：穩(wěn)定、良好的移

31、植性、優(yōu)秀的網(wǎng)絡(luò)功能、完備的對(duì)各種文件系統(tǒng)的支持、以及標(biāo)準(zhǔn)豐富的API等。,嵌入式操作系統(tǒng),常見的嵌入式操作系統(tǒng),嵌入式Linux,嵌入式操作系統(tǒng),常見的嵌入式操作系統(tǒng),Windows CE是微軟開發(fā)的一個(gè)開放的、可升級(jí)的32位嵌入式操作系統(tǒng)，是基于掌上型電腦類的電子設(shè)備操作，它是精簡(jiǎn)的Windows 95。Windows CE的圖形用戶界面相當(dāng)出色。Win CE具有模塊化、結(jié)構(gòu)化和基于Win32應(yīng)用程序接口以及與處理器無關(guān)等特點(diǎn)。Win CE不僅繼承了傳統(tǒng)的Windows圖形界面，并且在Win CE平臺(tái)上可以使用Windows 95/98上的編程工具（如Visual Basic、Visual C+等）、使絕大多數(shù)的應(yīng)用軟件只需簡(jiǎn)單的修改和移植就可以在Windows CE平臺(tái)上繼續(xù)使用。,Win CE,嵌入式操作系統(tǒng),常見的嵌入式操作系統(tǒng),VxWorks,嵌入式操作系統(tǒng),常見的嵌入式操作系統(tǒng),OSE主要是由ENEA Data AB 下屬的ENEA OSE Systems AB負(fù)責(zé)開發(fā)和技術(shù)服務(wù)的，一直以來都充當(dāng)著實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)以及分布式和容錯(cuò)性應(yīng)用的先鋒，并保持良好的發(fā)展態(tài)勢(shì)。 OSE的客戶深入到電信，數(shù)據(jù)，工控，航空等領(lǐng)域，尤其在電信方面，該公司已經(jīng)有了十余年的開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，同諸如愛立信，諾基亞，西門子等知名公司確定了良好的關(guān)系。,OSE,嵌入式操作系統(tǒng),常見的嵌入式操作系統(tǒng),N