1、嵌入式計(jì)算機(jī)產(chǎn)品案例,通信工程專業(yè)選修課 1周-8周,課程安排,課程總學(xué)時(shí)：16 參考書目 ARM嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)教程（第二版），周立功主編，北京航空航天大學(xué)出版社，2008年09月。 嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng) UC/OS-II （第2版），Jean J. Labrosse編，北京航空航天大學(xué)出版社，2003年5月。 第一課 嵌入式系統(tǒng)概述 2課時(shí) 第二課 嵌入式系統(tǒng)開發(fā) 2課時(shí) 第三課 嵌入式智能小車設(shè)計(jì) 8課時(shí) 第四課 嵌入式驅(qū)動(dòng)程序開發(fā) 2課時(shí) 第五課 嵌入式萬年歷開發(fā)設(shè)計(jì) 2課時(shí),Hardware Development,電子管計(jì)算機(jī)（1946-1957）這一階段計(jì)算機(jī)的主要特征是采用電子管元

2、件作基本器件，用光屏管或汞延時(shí)電路作存儲(chǔ)器，輸入域輸出主要采用穿孔卡片或紙帶，體積大、耗電量大、速度慢、存儲(chǔ)容量小、可靠性差、維護(hù)困難且價(jià)格昂貴。在軟件上，通常使用機(jī)器語言或者匯編語言；來編寫應(yīng)用程序，因此這一時(shí)代的計(jì)算機(jī)主要用于科學(xué)計(jì)算。,Hardware Development,晶體管計(jì)算機(jī)（1958-1964）20世紀(jì)50年代中期，晶體管的出現(xiàn)使計(jì)算機(jī)生產(chǎn)技術(shù)得到了根本性的發(fā)展，由 晶體管代替電子管作為計(jì)算機(jī)的基礎(chǔ)器件，用磁芯或磁鼓作存儲(chǔ)器，在整體性能上，比第一代計(jì)算機(jī)有了很大的提高。同時(shí)程序語言也相應(yīng)的出現(xiàn)了，如Fortran，Cobol，Algo160等計(jì)算機(jī)搞基語言。晶體管計(jì)算機(jī)被

3、用于科學(xué)計(jì)算的同時(shí)，也開始在數(shù)據(jù)處理、過程控制方面得到應(yīng)用,中小規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)（1965-1971）20世紀(jì)60年代中期，隨著半導(dǎo)體工藝的發(fā)展，成功制造了集成電路。中小規(guī)模集成電路成為計(jì)算機(jī)的主要部件，主存儲(chǔ)器也漸漸過渡到半導(dǎo)體存儲(chǔ)器，使計(jì)算機(jī)的體積更小，大大降低了計(jì)算機(jī)計(jì)算時(shí)的功耗，由于減少了焊點(diǎn)和接插件，進(jìn)一步提高了計(jì)算機(jī)的可靠性。在軟件方面，有了標(biāo)準(zhǔn)化的程序設(shè)計(jì)語言和人機(jī)會(huì)話式的Basic語言，其應(yīng)用領(lǐng)域也進(jìn)一步擴(kuò)大。,Hardware Development,大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)（1971-2014）隨著大規(guī)模集成電路的成功制作并用于計(jì)算機(jī)硬件生產(chǎn)過程，計(jì)算機(jī)的體積進(jìn)一步

4、縮小，性能進(jìn)一步提高。集成更高的大容量半導(dǎo)體存儲(chǔ)器作為內(nèi)存儲(chǔ)器，發(fā)展了并行技術(shù)和多機(jī)系統(tǒng)，出現(xiàn)了精簡指令集計(jì)算機(jī)（RISC），軟件系統(tǒng)工程化、理論化，程序設(shè)計(jì)自動(dòng)化。微型計(jì)算機(jī)在社會(huì)上的應(yīng)用范圍進(jìn)一步擴(kuò)大，幾乎所有領(lǐng)域都能看到計(jì)算機(jī)的“身影”。,OS Development,OS Development,Programming Language Development,課外閱讀,紹貝貝，嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)uC/OS-II，北京航空航天大學(xué)出版社 任哲，嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)uC/OS-II原理與應(yīng)用，北京航空航天大學(xué)出版社 WWW.21IC.COM 老古開發(fā)網(wǎng) 周立功單片機(jī) 華恒網(wǎng)絡(luò) HTTP/w

5、ww.bol-,嵌入式系統(tǒng)綜述 嵌入式開發(fā)網(wǎng) ,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,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。,通用計(jì)算機(jī),顯示器,主 機(jī),鼠 標(biāo),鍵 盤,硬 件,諸如主機(jī)、顯示器、鍵 盤、鼠標(biāo)等看得見部件,什么是嵌入式系統(tǒng),軟件,什么是嵌入式系統(tǒng),什么是嵌入式系統(tǒng),Embedded 植入的, 深入的,

6、內(nèi)含的 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)vs應(yīng)用,計(jì)算機(jī)系統(tǒng),應(yīng)用,應(yīng)用,計(jì)算機(jī)系統(tǒng),通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng),嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng),什么是嵌入式系統(tǒng),顧名思義： 包含（安裝）在電子裝置（應(yīng)用對象）內(nèi)部的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)稱為嵌入式系統(tǒng)。 基本描述： 專門用途的計(jì)算機(jī)系統(tǒng) 常常用于控制 廣泛存在 包含硬件和軟件,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、國防、運(yùn)輸和航天領(lǐng)域。例如神州飛船和長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

7、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

8、統(tǒng)中可以共存多個(gè)嵌入式系統(tǒng)。,嵌入到對象體系中的專用計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(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)通常是很簡單的且具有很長的產(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。 全球重新定義市場的機(jī)會(huì)和膨脹的應(yīng)用空間。 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)

9、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。,嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展趨勢,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,簡介,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

10、性能、尺寸、能耗和價(jià)格。應(yīng)用于蜂窩電話等設(shè)備；,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： 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）。,嵌入式微處理器,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

11、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。,嵌入式微控制器,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、Flash 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

12、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、C166/167、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的市場份額。,嵌入式D

13、SP處理器,DSP處理器對系統(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，DSP5

14、6200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。,嵌入式片上系統(tǒng)(SOC),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)核將作為SOC設(shè)計(jì)公司的標(biāo)準(zhǔn)庫，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)在器件庫中。用戶只需

15、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)電路板將變得很簡潔，對于減小體積和功耗、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

16、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。,外觀,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,1.3 嵌入式操作系統(tǒng),概述,計(jì)算機(jī)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(gè)概念，用戶使用監(jiān)控程序來使用計(jì)算機(jī)。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的硬件、軟件資源也愈來愈豐富，監(jiān)控程序已不能適應(yīng)計(jì)算機(jī)應(yīng)用的要求。于是在六十年代中期監(jiān)控程序又進(jìn)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)即多道批處理操作系統(tǒng)、分時(shí)操作系統(tǒng)以及實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。,1.3 嵌入式操作系統(tǒng),概述,

17、時(shí) 間 先 后,1.3 嵌入式操作系統(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 后,實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)是我們介紹的重點(diǎn),1.3 嵌入式操作系統(tǒng),實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的特點(diǎn),IEEE 的實(shí)時(shí)UNIX分委會(huì)認(rèn)為實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)應(yīng)具備以下的幾點(diǎn): 異步的事件響應(yīng) 切換時(shí)間和中斷延遲時(shí)間確定 優(yōu)先級(jí)中斷和調(diào)度 搶占式調(diào)度 內(nèi)存鎖定 連續(xù)文件 同步,總的來說實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)是事件驅(qū)動(dòng)的，能對來自外界的作用和信號(hào)在限定的時(shí)間范圍內(nèi)作出響應(yīng)。它強(qiáng)調(diào)的是實(shí)時(shí)性、可靠性和靈活性, 與實(shí)時(shí)應(yīng)用軟件相結(jié)合成為有機(jī)的整體起著核心作用, 由它來管理和協(xié)調(diào)各項(xiàng)工作,為應(yīng)用軟件提供良好的

18、運(yùn)行軟件環(huán)境及開發(fā)環(huán)境。 從實(shí)時(shí)系統(tǒng)的應(yīng)用特點(diǎn)來看實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)可以分為兩種：一般實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)和嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。,一般實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)應(yīng)用于實(shí)時(shí)處理系統(tǒng)的上位機(jī)和實(shí)時(shí)查詢系統(tǒng)等實(shí)時(shí)性較弱的實(shí)時(shí)系統(tǒng)，并且提供了開發(fā)、調(diào)試、運(yùn)用一致的環(huán)境。 嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)應(yīng)用于實(shí)時(shí)性要求高的實(shí)時(shí)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(yùn)行環(huán)境是不一致。嵌入式實(shí)時(shí)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(shí)時(shí)性強(qiáng)(在毫秒或微秒數(shù)量級(jí)上)的特點(diǎn) 。,1.3 嵌入式操作系統(tǒng),基本概念,對基于芯片的開發(fā)來說，應(yīng)用程序一般是一個(gè)無限的循環(huán)，可稱為前后臺(tái)系統(tǒng)或超循環(huán)系統(tǒng)。 很多基于微

19、處理器的產(chǎn)品采用前后臺(tái)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，例如微波爐、電話機(jī)、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(shí)微處理器處在停機(jī)狀態(tài)，所有事都靠中斷服務(wù)來完成。,前后臺(tái)系統(tǒng),基本概念,中斷服務(wù)程序處理異步事件，這部分可以看成前臺(tái)行為，前臺(tái)也叫中斷級(jí)。時(shí)間相關(guān)性很強(qiáng)的關(guān)鍵操作一定是靠中斷服務(wù)程序來保證的。,循環(huán)中調(diào)用相應(yīng)的函數(shù)完成相應(yīng)的操作，這部分可以看成后臺(tái)行為，后臺(tái)也可以叫做任務(wù)級(jí)。這種系統(tǒng)在處理的及時(shí)性上比實(shí)際可以做到的要差。,前后臺(tái)系統(tǒng),1.3 嵌入式操作系統(tǒng),基本概念,操作系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)中最基本的程序。操作系統(tǒng)負(fù)責(zé)計(jì)算機(jī)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(dòng)；操作系統(tǒng)提供

20、用戶接口，使用戶獲得良好的工作環(huán)境；操作系統(tǒng)為用戶擴(kuò)展新的系統(tǒng)功能提供軟件平臺(tái)。,操作系統(tǒng),1.3 嵌入式操作系統(tǒng),基本概念,實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)是一段在嵌入式系統(tǒng)啟動(dòng)后首先執(zhí)行的背景程序，用戶的應(yīng)用程序是運(yùn)行于RTOS之上的各個(gè)任務(wù)，RTOS根據(jù)各個(gè)任務(wù)的要求，進(jìn)行資源(包括存儲(chǔ)器、外設(shè)等)管理、消息管理、任務(wù)調(diào)度、異常處理等工作。在RTOS支持的系統(tǒng)中， 每個(gè)任務(wù)均有一個(gè)優(yōu)先級(jí)，RTOS根據(jù)各個(gè)任務(wù)的優(yōu)先級(jí)，動(dòng)態(tài)地切換各個(gè)任務(wù)，保證對實(shí)時(shí)性的要求。,實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)（RTOS）,1.3 嵌入式操作系統(tǒng),基本概念,多任務(wù)系統(tǒng)中，內(nèi)核負(fù)責(zé)管理各個(gè)任務(wù)，或者說為每個(gè)任務(wù)分配CPU時(shí)間，并且負(fù)責(zé)任務(wù)之間的通信

21、。內(nèi)核提供的基本服務(wù)是任務(wù)切換。使用實(shí)時(shí)內(nèi)核可以大大簡化應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，是因?yàn)閷?shí)時(shí)內(nèi)核允許將應(yīng)用分成若干個(gè)任務(wù)，由實(shí)時(shí)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(yùn)行時(shí)間、RAM和ROM等。 內(nèi)核提供必不可少的系統(tǒng)服務(wù)，如信號(hào)量、消息隊(duì)列、延時(shí)等。,內(nèi)核,1.3 嵌入式操作系統(tǒng),基本概念,調(diào)度是內(nèi)核的主要職責(zé)之一。調(diào)度就是決定該輪到哪個(gè)任務(wù)運(yùn)行了。多數(shù)實(shí)時(shí)內(nèi)核是基于優(yōu)先級(jí)調(diào)度法的。每個(gè)任務(wù)根據(jù)其重要程序的不同被賦予一定的優(yōu)先級(jí)。基于優(yōu)先級(jí)的調(diào)度法指CPU總是讓處在就緒態(tài)的優(yōu)先級(jí)最高的任務(wù)先運(yùn)行。然而究竟何時(shí)讓高優(yōu)先級(jí)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

22、的內(nèi)核，是非占先式的還是占先式的內(nèi)核。,調(diào)度,1.3 嵌入式操作系統(tǒng),基本概念,非占先式內(nèi)核要求每個(gè)任務(wù)自我放棄CPU 的所有權(quán)。非占先式調(diào)度法也稱作合作型多任務(wù)，各個(gè)任務(wù)彼此合作共享一個(gè)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(gè)高優(yōu)先級(jí)的任務(wù)由掛起狀態(tài)變?yōu)榫途w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(gè)任務(wù)，直到該任務(wù)主動(dòng)放棄CPU的使用權(quán)時(shí)，那個(gè)高優(yōu)先級(jí)的任務(wù)才能獲得CPU的使用權(quán)。,非占先式內(nèi)核,1.3 嵌入式操作系統(tǒng),基本概念,當(dāng)系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間很重要時(shí)，要使用占先式內(nèi)核。因此絕大多數(shù)商業(yè)上銷售的實(shí)時(shí)內(nèi)核都是占先式內(nèi)核。最高優(yōu)先級(jí)的任務(wù)一旦就緒，總能得到CPU的控制權(quán)

23、。當(dāng)一個(gè)運(yùn)行著的任務(wù)使一個(gè)比它優(yōu)先級(jí)高的任務(wù)進(jìn)入了就緒狀態(tài)，當(dāng)前任務(wù)的CPU使用權(quán)就被剝奪了，或者說被掛起了，那個(gè)高優(yōu)先級(jí)的任務(wù)立刻得到了CPU的控制權(quán)。如果是中斷服務(wù)子程序使一個(gè)高優(yōu)先級(jí)的任務(wù)進(jìn)入就緒態(tài)，中斷完成時(shí)，中斷了的任務(wù)被掛起，優(yōu)先級(jí)高的那個(gè)任務(wù)開始運(yùn)行。,占先式內(nèi)核,1.3 嵌入式操作系統(tǒng),基本概念,任務(wù)的優(yōu)先級(jí)是表示任務(wù)被調(diào)度的優(yōu)先程度。每個(gè)任務(wù)都具有優(yōu)先級(jí)。任務(wù)越重要，賦予的優(yōu)先級(jí)應(yīng)越高，越容易被調(diào)度而進(jìn)入運(yùn)行態(tài)。,任務(wù)優(yōu)先級(jí),1.3 嵌入式操作系統(tǒng),基本概念,中斷是一種硬件機(jī)制，用于通知CPU有個(gè)異步事件發(fā)生了。中斷一旦被識(shí)別，CPU保存部分（或全部）上下文即部分或全部寄存器

24、的值，跳轉(zhuǎn)到專門的子程序，稱為中斷服務(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(tái)系統(tǒng)中，程序回到后臺(tái)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(jìn)入就緒態(tài)的優(yōu)先級(jí)最高的任務(wù)開始運(yùn)行。,中斷,1.3 嵌入式操作系統(tǒng),基本概念,中斷,1.3 嵌入式操作系統(tǒng),基本概念,時(shí)鐘節(jié)拍是特定的周期性中斷。這個(gè)中斷可以看作是系統(tǒng)心臟的脈動(dòng)。中斷之間的時(shí)間間隔取決于不同應(yīng)用，一般在10ms到200ms之間。時(shí)鐘的節(jié)拍式中斷使得內(nèi)核可以將任務(wù)延時(shí)若干個(gè)整數(shù)時(shí)鐘節(jié)拍，以及當(dāng)任務(wù)等待事件發(fā)生時(shí)，提供等待超時(shí)的依據(jù)。時(shí)鐘節(jié)拍率越快，系統(tǒng)的

25、額外開銷就越大。,時(shí)鐘節(jié)拍,1.3 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。,1.3 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)過程大為簡化；而且對實(shí)時(shí)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