1、1 嵌入式系統(tǒng)概述,1.1 嵌入式系統(tǒng) 1.2 嵌入式處理器 1.3 嵌入式操作系統(tǒng) 1.4 嵌入式系統(tǒng)基本組成,1,PPT學習交流,1.1 嵌入式系統(tǒng),概述 嵌入式系統(tǒng)誕生于微型計算機時代，與通用計算機的發(fā)展道路完全不同，形成了單芯片為基礎(chǔ)的技術(shù)發(fā)展道路。 通用計算機按高速、海量的技術(shù)發(fā)展 嵌入式系統(tǒng)則為滿足對象要求，按照嵌入式、智能化控制的要求發(fā)展 隨著半導體工藝的提高，經(jīng)過最近二十幾年的發(fā)展，已經(jīng)在很大程度上改變了人們的生活、工作和娛樂方式，而且這些改變還在加速 應(yīng)用廣泛，具有無數(shù)的種類，每類都具有自己獨特的個性 MP3、數(shù)碼相機與打印機就有很大的不同 汽車中更是具有多個嵌入式系統(tǒng)，使汽

2、車更輕快、更干凈、更容易駕駛,2,PPT學習交流,什么是嵌入式系統(tǒng)？,3,PPT學習交流,1.1 嵌入式系統(tǒng),現(xiàn)實中的嵌入式系統(tǒng) 無處不在 嵌入式系統(tǒng)也無處不在。工業(yè)自動化、國防、運輸和航天領(lǐng)域。如神州飛船和長征火箭中肯定有很多嵌入式系統(tǒng)，導彈制導系統(tǒng)也是嵌入式系統(tǒng)，高檔汽車中有多達幾十個嵌入式系統(tǒng) 難以分開（相當重要） 事實上，幾乎所有帶有一點“智能”的家電（全自動洗衣機、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、工作場所甚至健身設(shè)備中到處都有嵌入式系統(tǒng)。,4,PPT學習交流,1.1 嵌入式系統(tǒng),現(xiàn)實中的嵌入式系統(tǒng),5,PPT學習交流,用于水下勘測的螃蟹機器人,

3、英國巴斯大學一位研究生設(shè)計的，它目前可以在陸地上任意移動，未來的開發(fā)設(shè)計將計劃將它用于完全的水下勘測任務(wù)操作。,1.1 嵌入式系統(tǒng),6,PPT學習交流,1.1 嵌入式系統(tǒng),嵌入式系統(tǒng)示例汽車控制系統(tǒng),7,PPT學習交流,1.1 嵌入式系統(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)動器控制系統(tǒng),所有的控制系統(tǒng)都是一個完整的嵌入式系統(tǒng),8,PPT學習交流,1.1 嵌入式系統(tǒng),嵌入式系統(tǒng)示例電動汽車,9,PPT學習交流,嵌入式系統(tǒng)示例Finepix數(shù)碼相機的解剖照片,10,PPT學習交流,1.1 嵌入式系統(tǒng),嵌入式系統(tǒng)的概念 嵌入機械或電氣系統(tǒng)內(nèi)部、

4、具有專屬功能的智能化計算機算機系統(tǒng)。通常要求實時計算性能，具有一定的復雜性。被嵌入的系統(tǒng)通常是包含硬件和機械部件的完整設(shè)備。 由于微型計算機無法滿足絕大多數(shù)對象體系嵌入式要求的體積、價位、可靠性，因此嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展需要依靠集成度的提高。 首先是計算機芯片化，成為單片微型計算機(SCMP) 其后是滿足對象體系的控制要求，單片機不斷從SCMP向微控制器（MCU）和片上系統(tǒng)（SoC）發(fā)展 軟件具有可裁剪性、通用性、可移植性 無論怎么發(fā)展變化，都改變不了以下技術(shù)本質(zhì) 內(nèi)含計算機 嵌入到對象體系中 滿足對象智能化控制要求,11,PPT學習交流,1.1 嵌入式系統(tǒng),嵌入式系統(tǒng)的定義 目前，對嵌入式系統(tǒng)的

5、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、以計算機技術(shù)為基礎(chǔ)、軟件硬件可裁剪、適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴格要求的專用計算機系統(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)語嵌入式反映了這些系統(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)。嵌入的系統(tǒng)中可以共存多個嵌入式系統(tǒng) 根據(jù)IEEE（國際電機工程師協(xié)會）的定義，嵌入式系統(tǒng)是“控制、監(jiān)視或者輔助裝置、機器和設(shè)備運行的裝置”（原文為devices used to control, monitor, or assi

6、st the operation of equipment,machinery orplants）。,12,PPT學習交流,1.1 嵌入式系統(tǒng),嵌入式系統(tǒng)的特點 嵌入性：嵌入產(chǎn)品內(nèi)部 內(nèi)含計算機：嵌有微處理器或微計算機 專用性：按要求的軟、硬件剪裁 嵌入式系統(tǒng)的相關(guān)技術(shù) 多學科：計算機、電子技術(shù)、集成電路、通信技術(shù)等 更新速度快:應(yīng)用要求、硬件技術(shù)、軟件技術(shù) 嵌入式系統(tǒng)的前沿技術(shù) 基于集成開發(fā)環(huán)境的應(yīng)用開發(fā) 應(yīng)用系統(tǒng)的用戶SoC設(shè)計 操作系統(tǒng)的普遍應(yīng)用 普遍的網(wǎng)絡(luò)接入 先進的電源技術(shù) 多處理器SoC技術(shù),13,PPT學習交流,用4個階段來刻畫嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展簡史 第一階段 以4到8位單片機為核

7、心的可編程控制器系統(tǒng) 第二階段 以8到16位嵌入式處理器（CPU）為基礎(chǔ) 第三階段 32位RISC嵌入式中央處理器 嵌入式操作系統(tǒng) 第四階段 基于Internet接入為標志的嵌入式系統(tǒng),1.1 嵌入式系統(tǒng),14,PPT學習交流,按照控制技術(shù)的復雜度來描述嵌入式系統(tǒng) 低端嵌入式系統(tǒng) 以4到8位單片機為核心，以循環(huán)程序為主控制程序。 中端嵌入式系統(tǒng) 采用簡單的操作系統(tǒng) 高端嵌入式系統(tǒng) 采用實時操作系統(tǒng) 按照用途可以把嵌入式系統(tǒng)分成以下三類 工業(yè)用/軍用/民用,1.1 嵌入式系統(tǒng),15,PPT學習交流,有以下發(fā)展趨勢： 32位處理器更廣泛地得到普及 單核向多核過渡，64位處理器核逐步普及 向網(wǎng)絡(luò)化功

8、能發(fā)展 更加友好的多媒體人機界面 MCU、FPGA、ARM、DSP等齊頭并進 嵌入式操作系統(tǒng)呈多元化趨勢 無線應(yīng)用（GPS、GPRS、4G、FRID）將普及 平臺技術(shù)更加成熟,1.1 嵌入式系統(tǒng),16,PPT學習交流,主要包括以下幾個邊緣學科 物聯(lián)網(wǎng) 普適計算 人機交互 多媒體技術(shù) 無線傳感器網(wǎng)絡(luò) 信息安全 輕量級數(shù)據(jù)庫,1.1 嵌入式系統(tǒng),17,PPT學習交流,簡明扼要地了解一個嵌入式系統(tǒng),為了簡潔地描述描述一個嵌入式產(chǎn)品和與之配套的專用計算機系統(tǒng)，我們主要了解它的三個核心要素： 功能和性能 處理器芯片 操作系統(tǒng)或者監(jiān)控程序,18,PPT學習交流,1 嵌入式系統(tǒng)概述,1.1 嵌入式系統(tǒng) 1.

9、2 嵌入式處理器 1.3 嵌入式操作系統(tǒng) 1.4 嵌入式系統(tǒng)基本組成,19,PPT學習交流,1.2 嵌入式處理器,簡介 早期的嵌入式系統(tǒng)通常使用普通個人計算機（PC）中的通用處理器。近年來，隨著大量先進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、能耗和價格應(yīng)用于PDA等不注重計算的設(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、能耗和價格應(yīng)用于蜂窩電話等設(shè)備,20,PPT學習交流,1.2 嵌入式處理器,分類 嵌入式處理器可以分為以下幾大類：

10、嵌入式微處理器 Embedded Micro-Processor Uint，EMPU 微控制器 Micro-Controller Uint，MCU DSP處理器 Digital Signal Processor Uint，DSP 片上系統(tǒng)（SOC） System on Chip，SoC,21,PPT學習交流,1.2 嵌入式處理器,分類嵌入式微處理器 嵌入式微處理器的基礎(chǔ)是通用計算機中的CPU 將微處理器裝配在專門設(shè)計的電路板上，只保留和嵌入式應(yīng)用有關(guān)的母板功能，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，嵌入式微處理器在功能上和標準微處理器基本是一樣的，但在工作溫度、抗電磁干擾

11、、可靠性等方面一般都做了各種增強 單板計算機 和工控計算機相比，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，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，又降低了系統(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器、總線、外設(shè)等安裝在一塊電路板上，稱為單板計算機。如STD-BUS、PC104等,22,PPT學習交流,1.2 嵌入式處理器,分類嵌入式微處理器,23,PPT學習交流,1.2 嵌入式處理器,分類嵌入式微控制器 又稱單片機 是將整個計算機系統(tǒng)集成到一塊芯片中。以某一種微處理器內(nèi)核為核心，內(nèi)部集成ROM/EPROM、RAM、總線、總線邏輯、定時/計數(shù)器

12、、WatchDog、I/O、串行口、PWM、A/D、D/A、Flash、EEPROM等必要功能和外設(shè)。為適應(yīng)不同應(yīng)用，一個系列的具有多種衍生品，衍生品處理器內(nèi)核一樣，不同的是存儲器、外設(shè)的配置及封裝?？梢宰畲笙薅鹊睾蛻?yīng)用需求相匹配，功能不多不少，從而減少功耗和成本 微控制器 和嵌入式微處理器相比，最大特點是單片化，體積大大減小，功耗和成本下降、可靠性提高。是目前嵌入式系統(tǒng)工業(yè)的主流。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 數(shù)量最多 品種和數(shù)量最多，有代表性的通用系列包括8051、P51XA、MCS-251、MCS-96/196/296、C166/167、MC68HC05/11/1

13、2/16、68300、數(shù)目眾多ARM芯片等。目前MCU占嵌入式系統(tǒng)約70的市場份額,24,PPT學習交流,1.2 嵌入式處理器,分類嵌入式微控制器,復位 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,定時器 部件,CPU核,25,PPT學習交流,1.2 嵌入式處理器,分類嵌入式DSP處理器 特殊設(shè)計 對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和指令進行了特殊設(shè)計，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算法正在大量進入嵌入式領(lǐng)域，DSP應(yīng)用正從在通用單片機中以普通指令實現(xiàn)DSP功能，過渡到采用嵌入式DSP處理器 TI、Motor

14、ola 有代表性的產(chǎn)品是Texas Instruments的TMS320系列、Motorola的DSP56000系列。TMS320包括用于控制的C2000系列、移動通信的C5000系列、性能更高的C6000和C8000系列。DSP56000目前已經(jīng)發(fā)展成為DSP56000、56100、56200、56300等幾個不同系列。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，特點是具備雙Harvard結(jié)構(gòu)和雙乘/累加單元，應(yīng)用目標是大批量消費類產(chǎn)品,26,PPT學習交流,1.2 嵌入式處理器,分類嵌入式DSP處理器,27,PPT學習交

15、流,1.2 嵌入式處理器,分類嵌入式片上系統(tǒng)(SOC) EDA / VLSI 隨著EDA的推廣和VLSI設(shè)計的普及化及半導體工藝的迅速發(fā)展，在一個硅片上實現(xiàn)一個更為復雜的系統(tǒng)的時代已來臨，這就是System On Chip(SOC)。各種通用處理器內(nèi)核將作為SOC設(shè)計公司的標準庫，和許多其它嵌入式系統(tǒng)外設(shè)一樣，成為VLSI設(shè)計中一種標準的器件，用標準的VHDL等語言描述，存儲在器件庫中。用戶只需定義出其整個應(yīng)用系統(tǒng)，仿真通過后就可以將設(shè)計圖交給半導體工廠制作樣品。這樣除個別無法集成的器件以外，整個嵌入式系統(tǒng)大部分均可集成到一塊或幾塊芯片中去，應(yīng)用系統(tǒng)電路板將變得很簡潔，對于減小體積和功耗、提高

16、可靠性非常有利 通用 / 專用 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一般專用于某個或某類系統(tǒng)中，不為一般用戶所知。一個有代表性的產(chǎn)品是Philips的Smart XA，它將XA單片機內(nèi)核和支持超過2048位復雜RSA算法的CCU單元制作在一塊硅片上，形成一個可加載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,28,PPT學習交流,1 嵌入式系統(tǒng)概述,1.1 嵌入式系統(tǒng) 1.2 嵌入式處理器 1.3 嵌入

17、式操作系統(tǒng) 1.4 嵌入式系統(tǒng)基本組成,29,PPT學習交流,1.3 嵌入式操作系統(tǒng),概述 監(jiān)控程序 計算機系統(tǒng)由硬件和軟件組成，在發(fā)展初期沒有操作系統(tǒng)這個概念，用戶使用監(jiān)控程序來使用計算機 操作系統(tǒng) 隨著計算機技術(shù)發(fā)展，計算機系統(tǒng)硬件、軟件資源也愈來愈豐富，監(jiān)控程序已不能適應(yīng)計算機應(yīng)用的要求。于是在六十年代中期監(jiān)控程序又進一步發(fā)展形成了操作系統(tǒng)(Operating System) 發(fā)展到現(xiàn)在，廣泛使用的有三種操作系統(tǒng)： 多道批處理操作系統(tǒng) 分時操作系統(tǒng) 實時操作系統(tǒng),30,PPT學習交流,1.3 嵌入式操作系統(tǒng),概述,31,PPT學習交流,1.3 嵌入式操作系統(tǒng),概述,監(jiān) 控 程 序,操 作

18、 系 統(tǒng),實時操作系統(tǒng),分時操作系統(tǒng),多道批處理操作系統(tǒng),時 間 先 后,適用于多個用戶 共享系統(tǒng)資源,適用于計算中心等 較大的計算機系統(tǒng),適用于嵌入式設(shè)備和 有實時性要求的系統(tǒng)中,實時操作系統(tǒng)是我們介紹的重點,32,PPT學習交流,1.3 嵌入式操作系統(tǒng),實時操作系統(tǒng)的特點 IEEE實時UNIX分會認為實時操作系統(tǒng)應(yīng)具備： 異步的事件響應(yīng)(在要求的時間內(nèi)響應(yīng)異步的外部事件，有異步IO和中斷處理能力。受內(nèi)存訪問、盤訪問、總線速度的限制) 切換時間和中斷延遲時間確定 優(yōu)先級中斷和調(diào)度 搶占式調(diào)度(高優(yōu)先級任務(wù)一旦準備好馬上搶占低優(yōu)先級任務(wù)的執(zhí)行) 內(nèi)存鎖定(將程序或部分程序鎖定在內(nèi)存的能力) 連

19、續(xù)文件(提供存取盤上數(shù)據(jù)的優(yōu)化方法) 同步(提供同步和協(xié)調(diào)共享數(shù)據(jù)使用和時間執(zhí)行的手段),33,PPT學習交流,1.3 嵌入式操作系統(tǒng),實時操作系統(tǒng)的特點 總的來說實時操作系統(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) 它強調(diào)的是實時性、可靠性和靈活性, 與實時應(yīng)用軟件相結(jié)合成為有機的整體起著核心作用, 由它來管理和協(xié)調(diào)各項工作,為應(yīng)用軟件提供良好的運行軟件環(huán)境及開發(fā)環(huán)境 從實時系統(tǒng)的應(yīng)用特點來看實時操作系統(tǒng)可以分為兩種： 一般實時操作系統(tǒng) 嵌入式實時操作系統(tǒng),34,PPT學習交流,1.3 嵌入式操作系統(tǒng),實時操作系統(tǒng)的特點 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

20、實時查詢系統(tǒng)等實時性較弱的實時系統(tǒng)，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)用于實時性要求高的實時控制系統(tǒng)，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)境是不一致 嵌入式實時操作系統(tǒng)具有規(guī)模小(一般在幾K幾十K 內(nèi))、可固化使用、實時性強(在毫秒或微秒數(shù)量級上)的特點,35,PPT學習交流,1.3 嵌入式操作系統(tǒng),基本概念前后臺系統(tǒng) 對基于芯片的開發(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) 很多基于微處理器的產(chǎn)品采用前后臺系統(tǒng)設(shè)計，例如微波爐、電話機、玩具等 在另外一些基于微處理器應(yīng)用中，從省電的角度出發(fā)，平時微處理器處在停機狀態(tài)

21、，所有事都靠中斷服務(wù)來完成,36,PPT學習交流,1.3 嵌入式操作系統(tǒng),基本概念前后臺系統(tǒng),37,PPT學習交流,1.3 嵌入式操作系統(tǒng),基本概念操作系統(tǒng) 操作系統(tǒng)是計算機中最基本的程序。負責計算機系統(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,38,PPT學習交流,1.3 嵌入式操作系統(tǒng),基本概念實時操作系統(tǒng)(RTOS) RTOS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之上的各個任務(wù)，RTOS根據(jù)各個任務(wù)的要求，進行資源(包括存儲器、外設(shè)等)管理、消息管理、任務(wù)調(diào)度、異常處

22、理等工作。在RTOS支持的系統(tǒng)中，每個任務(wù)均有一個優(yōu)先級，RTOS根據(jù)各個任務(wù)的優(yōu)先級，動態(tài)地切換各個任務(wù)，保證對實時性的要求 RTIOS下，可以分別編寫各個任務(wù)，不必同時將所有任務(wù)運行的各種可能記在心中，減少工作量，減少出錯，保證高可靠性 實時多任務(wù)操作系統(tǒng)，以分時方式運行多個任務(wù)，任務(wù)之間的切換以優(yōu)先級為根據(jù) 只有優(yōu)先服務(wù)方式的RTOS才是真正的實時操作系統(tǒng) 時間分片方式和協(xié)作方式的RTOS并不是真正的“實時”,39,PPT學習交流,1.3 嵌入式操作系統(tǒng),基本概念 代碼的臨界區(qū) 也稱為臨界區(qū)，指處理時不可分割的代碼，運行這些代碼不允許被打斷。為保證臨界區(qū)代碼的執(zhí)行，進入臨界區(qū)之前要關(guān)中斷

23、，執(zhí)行完成后要立即開中斷 資源 程序運行時可使用的軟、硬件環(huán)境。可以是IO設(shè)備、也可以是一個變量、一個結(jié)構(gòu)、一個數(shù)組 共享資源 可以被一個以上任務(wù)使用的資源。為防止數(shù)據(jù)被破壞，每個任務(wù)在與共享資源打交道時，必須獨占該資源，這叫互斥,40,PPT學習交流,1.3 嵌入式操作系統(tǒng),基本概念 任務(wù) 也稱為線程，是一個簡單的程序，該程序可以認為CPU完全屬于該程序本身。實時應(yīng)用程序的設(shè)計過程，包括如何把問題分割成多個任務(wù)，賦予一定的優(yōu)先級，有它自己的一套CPU寄存器和自己的?？臻g 任務(wù)切換 當多任務(wù)內(nèi)核決定運行另外的任務(wù)時，保存正在運行任務(wù)的當前狀態(tài)(CPU寄存器中的全部內(nèi)容)，保存在任務(wù)的當前狀態(tài)保

24、存區(qū)(任務(wù)自己的棧)，入棧工作完成后，把下一任務(wù)的當前狀態(tài)從任務(wù)的棧中重新裝入CPU寄存器，開始下一任務(wù)的執(zhí)行。任務(wù)切換增加了應(yīng)用程序的額外負荷。CPU寄存器越多，額外負荷越重。任務(wù)切換所需時間取決于CPU有多少寄存器要入棧,41,PPT學習交流,1.3 嵌入式操作系統(tǒng),基本概念 內(nèi)核 內(nèi)核負責管理各個任務(wù)，為每個任務(wù)分配CPU時間，負責任務(wù)間的通信。內(nèi)核提供的基本服務(wù)是任務(wù)切換。使用實時內(nèi)核可以大大簡化應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計，因為實時內(nèi)核允許將應(yīng)用分成若干個任務(wù)，由實時內(nèi)核來管理它們。內(nèi)核需要消耗一定的系統(tǒng)資源，比如25的CPU運行時間、RAM和ROM等。內(nèi)核提供必不可少的系統(tǒng)服務(wù)，如信號量、消息隊

25、列、延時等 調(diào)度 是內(nèi)核的主要職責之一。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)其重要程度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總是讓處在就緒態(tài)的優(yōu)先級最高的任務(wù)先運行。然而究竟何時讓高優(yōu)先級任務(wù)掌握CPU的使用權(quán)，有兩種不同的情況，這要看用的是什么類型的內(nèi)核，是非占先式的還是占先式的內(nèi)核,42,PPT學習交流,1.3 嵌入式操作系統(tǒng),基本概念 非占先式內(nèi)核 非占先式內(nèi)核要求每個任務(wù)自我放棄CPU的所有權(quán)。非占先式調(diào)度法也稱合作型多任務(wù)，各個任務(wù)彼此合作共享一個CPU。異步事件還是由中斷服務(wù)來處理。中斷服務(wù)可以使一個高優(yōu)先級的任務(wù)由掛起狀態(tài)變?yōu)榫途w

26、狀態(tài)。但中斷服務(wù)以后控制權(quán)還是回到原來被中斷了的那個任務(wù)，直到該任務(wù)主動放棄CPU的使用權(quán)時，那個高優(yōu)先級的任務(wù)才能獲得CPU的使用權(quán) 占先式內(nèi)核 系統(tǒng)響應(yīng)時間很重要時，要使用占先式內(nèi)核。絕大多數(shù)商業(yè)實時內(nèi)核都是占先式內(nèi)核。最高優(yōu)先級的任務(wù)一旦就緒，總能得到CPU控制權(quán)。一個運行著的任務(wù)使一個比它優(yōu)先級高的任務(wù)進入了就緒狀態(tài)，當前任務(wù)的CPU使用權(quán)就被剝奪(被掛起)，那個高優(yōu)先級的任務(wù)立刻得到CPU的控制權(quán)。如果是中斷服務(wù)子程序使一個高優(yōu)先級的任務(wù)進入就緒態(tài)，中斷完成時，中斷了的任務(wù)被掛起，優(yōu)先級高的那個任務(wù)開始運行,43,PPT學習交流,1.3 嵌入式操作系統(tǒng),基本概念 任務(wù)優(yōu)先級 任務(wù)的優(yōu)

27、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，賦予的優(yōu)先級應(yīng)越高，越容易被調(diào)度而進入運行態(tài) 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(中斷服務(wù)子程序ISR)。中斷服務(wù)子程序做事件處理，處理完成后，程序回到： 1. 在前后臺系統(tǒng)中，程序回到后臺程序 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,44,PPT學習交流,1.3 嵌入式操作系統(tǒng),基本概念中斷,45,PPT學習交流,1.3 嵌入式操作系統(tǒng),基本

28、概念時鐘節(jié)拍 時鐘節(jié)拍是特定的周期性中斷。這個中斷可以看作是系統(tǒng)心臟的脈動 中斷之間的時間間隔取決于不同應(yīng)用，一般在10ms到200ms之間 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,46,PPT學習交流,1.3 嵌入式操作系統(tǒng),基本概念進程和線程 概念 管理,47,PPT學習交流,1.3 嵌入式操作系統(tǒng),使用實時操作系統(tǒng)的必要性 嵌入式實時操作系統(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，同時又把操作系統(tǒng)嵌入進

29、去，才是真正的計算機嵌入式應(yīng)用 使用實時操作系統(tǒng)主要有以下幾個因素： 嵌入式實時操作系統(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 嵌入式實時操作系統(tǒng)充分發(fā)揮了32位CPU的多任務(wù)潛力 運行速度快 為運行多用戶、多任務(wù)而設(shè)計 為提高可靠性、穩(wěn)定性而設(shè)計，更易不崩潰,48,PPT學習交流,1.3 嵌入式操作系統(tǒng),實時操作系統(tǒng)的優(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)用程序使程序的設(shè)計和擴展變得容易，不需要大的改動就可以增加新的功能。通過將應(yīng)用程序分割成若干獨立的任務(wù)模塊，使應(yīng)用程序的設(shè)計過程大為簡化；且對實時性要求苛刻的事件都得到了快速、可靠的處理。通過有效的系統(tǒng)服務(wù)，嵌入式

30、實時操作系統(tǒng)使得系統(tǒng)資源得到更好的利用 缺點： 使用嵌入式實時操作系統(tǒng)還需要額外的ROM / RAM開銷，25%的CPU額外負荷，以及內(nèi)核的費用,49,PPT學習交流,1.3 嵌入式操作系統(tǒng),常見的嵌入式操作系統(tǒng)uClinux 微()控制（C）領(lǐng)域Linux系統(tǒng) 是一個完全符合通用公共許可證(GNU/GPL)公約的操作系統(tǒng)，完全開放代碼。現(xiàn)由Lineo公司維護,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。專門針對沒有內(nèi)存管理單元(MMU)的CPU，且為嵌入式系統(tǒng)做了許多小型化的工作。適于沒有虛擬內(nèi)存或MMU處理器，如ARM7TDMI。通常用于具有很

31、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：穩(wěn)定、良好的移植性、優(yōu)秀的網(wǎng)絡(luò)功能、完備的對各種文件系統(tǒng)的支持、以及標準豐富的API等,50,PPT學習交流,1.3 嵌入式操作系統(tǒng),常見的嵌入式操作系統(tǒng)WinCE Windows CE是微軟開發(fā)的一個開放的、可升級的32位嵌入式操作系統(tǒng)，基于掌上型電腦類的電子設(shè)備操作系統(tǒng)，精簡的Windows 95 圖形用戶界面相當出色。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,繼承傳統(tǒng)Windows圖形界面，Win CE平臺上可以使用Windows 95/98編程工具(如Visual Basic、Visual C+等)

32、，使絕大多數(shù)的應(yīng)用軟件只需簡單的修改和移植就可以在Windows CE平臺上繼續(xù)使用,51,PPT學習交流,1.3 嵌入式操作系統(tǒng),常見的嵌入式操作系統(tǒng)VxWorks VxWorks操作系統(tǒng)是美國WindRiver公司于1983年設(shè)計開發(fā)的一種嵌入式實時操作系統(tǒng)（RTOS），是嵌入式開發(fā)環(huán)境的關(guān)鍵組成部分,它以其良好的可靠性和卓越的實時性被廣泛地應(yīng)用在通信、軍事、航空、航天等高精尖技術(shù)及實時性要求極高的領(lǐng)域中，如衛(wèi)星通訊、軍事演習、彈道制導、飛機導航等，甚至在1997年4月登陸火星表面的火星探測器上也使用到了VxWorks,良好的持續(xù)發(fā)展能力、高性能內(nèi)核以及友好的用戶開發(fā)環(huán)境，在嵌入式實時操作系統(tǒng)領(lǐng)域占據(jù)一席之地,52,PPT學習交流,1.3 嵌入式操作系統(tǒng),常見的嵌入式操作系統(tǒng)uC/OS-,C/OS-II通過了聯(lián)邦航空局(FAA)商用航行器認證。自1992年問世以來，C/OS-II已經(jīng)被應(yīng)用到數(shù)以百計的產(chǎn)品中。C/OS-II占用很少的系統(tǒng)資源，并且在高校教學使用是不需要申請許可證。但將它的目標代碼嵌入到產(chǎn)品中，應(yīng)當購買目標代碼銷售許可證,C/OS-II是一個源碼公開、可移植、可固化、可裁剪、占先式的實時多任務(wù)操作系統(tǒng) 其絕大部分源碼是用ANSI C寫的，使其可以方便的移植并支持大多數(shù)類型的處理器,53,PPT學習交流,嵌入式 RTOS uC/O