[精品]嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)例開(kāi)發(fā)ARM與COS-Ⅱ第三講 實(shí)時(shí)嵌.ppt

嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)例開(kāi)發(fā) ARM與C/OS- 第三講 實(shí)時(shí)嵌入式操作系統(tǒng)簡(jiǎn)介,一、嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)C/OS 二、嵌入式Linux 三、WinCE,第三講、嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)簡(jiǎn)介,一、嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)C/OS,1、C/OSmicro C O S，微控制器操作系統(tǒng) 2、 C/OS簡(jiǎn)介 美國(guó)人Jean Labrosse 1992年完成 應(yīng)用面覆蓋了諸多領(lǐng)域，如照相機(jī)、醫(yī)療器械、音響設(shè)備、發(fā)動(dòng)機(jī)控制、高速公路電話系統(tǒng)、自動(dòng)提款機(jī)等 1998年C/OS -II，目前的版本C/OS -II V2.61 網(wǎng)站www.ucos- II.com,公開(kāi)源代碼 可移植性（Portable） 絕大部分 C/OS-II的源碼是用移植性很強(qiáng)的ANSI C寫(xiě)的。和微處理器硬件相關(guān)的那部分是用匯編語(yǔ)言寫(xiě)的。匯編語(yǔ)言寫(xiě)的部分已經(jīng)壓到最低限度，使得 C/OS-II便于移植到其他微處理器上。 C/OS-II可以在絕大多數(shù)8位、16位、32位以至64位微處理器、微控制器 、數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）上運(yùn)行。 可固化（ROMable） C/OS-II是為嵌入式應(yīng)用而設(shè)計(jì)的，這就意味著，只要讀者有固化手段（C編譯、連接、下載和固化）， C/OS-II可以嵌入到讀者的產(chǎn)品中成為產(chǎn)品的一部分。 可裁剪（Scalable） 可以只使用 C/OS-II中應(yīng)用程序需要的那些系統(tǒng)服務(wù)。也就是說(shuō)某產(chǎn)品可以只使用很少幾個(gè) C/OS-II調(diào)用，而另一個(gè)產(chǎn)品則使用了幾乎所有 C/OS-II的功能，這樣可以減少產(chǎn)品中的 C/OS-II所需的存儲(chǔ)器空間（RAM和ROM）。這種可剪裁性是靠條件編譯實(shí)現(xiàn)的。,C/OS的性能特點(diǎn),占先式（Preemptive） 多任務(wù) C/OS-II可以管理64個(gè)任務(wù)，然而，目前這一版本保留8個(gè)給系統(tǒng)。應(yīng)用程序最多可以有56個(gè)任務(wù) 可確定性 全部 C/OS-II的函數(shù)調(diào)用與服務(wù)的執(zhí)行時(shí)間具有可確定性。 任務(wù)棧 每個(gè)任務(wù)有自己?jiǎn)为?dú)的棧， C/OS-II允許每個(gè)任務(wù)有不同的?？臻g，以便壓低應(yīng)用程序?qū)AM的需求。 系統(tǒng)服務(wù) C/OS-II提供很多系統(tǒng)服務(wù)，例如郵箱、消息隊(duì)列、信號(hào)量、塊大小固定的內(nèi)存的申請(qǐng)與釋放、時(shí)間相關(guān)函數(shù)等。 中斷管理 中斷可以使正在執(zhí)行的任務(wù)暫時(shí)掛起，如果優(yōu)先級(jí)更高的任務(wù)被該中斷喚醒，則高優(yōu)先級(jí)的任務(wù)在中斷嵌套全部退出后立即執(zhí)行，中斷嵌套層數(shù)可達(dá)255層。 穩(wěn)定性與可靠性,C/OS的性能特點(diǎn),內(nèi)核結(jié)構(gòu) 任務(wù)管理 時(shí)間管理 任務(wù)之間通信與同步 C/OS的移植,C/OS的內(nèi)核,總結(jié),不存在一個(gè)內(nèi)核任務(wù)/實(shí)體，內(nèi)核的管理是通過(guò)調(diào)用系統(tǒng)函數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。 每個(gè)任務(wù)有自己的堆棧空間。內(nèi)核對(duì)任務(wù)的占先式調(diào)度不會(huì)干擾每個(gè)任務(wù)的總的運(yùn)行結(jié)果。,uC/OS的改進(jìn),固定的基于優(yōu)先級(jí)的調(diào)度，不支持時(shí)間片，使用起來(lái)不方便。一個(gè)任務(wù)的基礎(chǔ)上增加一個(gè)基于時(shí)間片的微型調(diào)度核 在對(duì)臨界資源的訪問(wèn)上使用關(guān)閉中斷實(shí)現(xiàn)，沒(méi)有使用CPU提供的硬件指令，例如測(cè)試并置位。 系統(tǒng)時(shí)鐘中斷，沒(méi)有提供用戶使用定時(shí)器，可以借鑒linux的定時(shí)器加以修改 可以加上文件系統(tǒng)和TCP/IP協(xié)議棧,二、嵌入式Linux,二、嵌入式Linux,Linux系統(tǒng)是層次結(jié)構(gòu)且內(nèi)核完全開(kāi)放 強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)支持功能 Linux具備一整套開(kāi)發(fā)工具鏈 Linux具有廣泛的硬件支持特性 同步跟蹤快 遵循通用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，便于程序的移植,Linux的結(jié)構(gòu),類UNIX,板級(jí)支持包(BSP)是在嵌入式系統(tǒng)中頻繁使用的一個(gè)概念。BSP是介于 操作系統(tǒng)和系統(tǒng)硬件之間的一個(gè)抽象層，確切的說(shuō)是操作系統(tǒng)的一部分。通 常所指的BSP包括啟動(dòng)代碼和系統(tǒng)相關(guān)的驅(qū)動(dòng)和程序。BSP的作用使硬件對(duì) 于操作系統(tǒng)變得透明，從而使嵌入式系統(tǒng)和它的應(yīng)用程序能夠運(yùn)行在不同的 硬件平臺(tái)上。,嵌入式Linux,嵌入式Linux(Embedded Linux)是指對(duì)Linux經(jīng)過(guò)小型化裁剪后，能夠固化在容量只有幾百K字節(jié)或幾兆字節(jié)的存儲(chǔ)器芯片或單片機(jī)中，應(yīng)用于特定嵌入式場(chǎng)合的專用Linux操作系統(tǒng)。嵌入式Linux的開(kāi)發(fā)和研究是目前操作系統(tǒng)領(lǐng)域的一個(gè)熱點(diǎn)。 RTLinux CLinux ,Linux作為嵌入式應(yīng)用的缺點(diǎn),首先linux最初設(shè)計(jì)為通用操作系統(tǒng)，其目標(biāo)是追求整體最佳性能，所以不能很好處理實(shí)時(shí)任務(wù)； 其次，如何精簡(jiǎn)linux適用于嵌入式環(huán)境也是一個(gè)難題。,嵌入式linux的研究?jī)?nèi)容,嵌入式linux內(nèi)核技術(shù) 嵌入式庫(kù)技術(shù) 開(kāi)發(fā)環(huán)境技術(shù) 嵌入式應(yīng)用 BIOS和boot loader啟動(dòng)加載程序 設(shè)備驅(qū)動(dòng)技術(shù) 圖形界面技術(shù),幾種嵌入式Linux,Hardhat linux Hardhat Linux是由MontaVista公司開(kāi)發(fā)產(chǎn)品，是目前最具影響力嵌入式Linux。MontaVista通過(guò)直接修改內(nèi)核來(lái)擴(kuò)充linux內(nèi)核的實(shí)時(shí)性。 RTlinux RTlinux是FSMLabs16開(kāi)發(fā)的硬實(shí)時(shí)嵌入式linux。RTlinux使用雙內(nèi)核結(jié)構(gòu)；在底層使用一個(gè)硬實(shí)時(shí)內(nèi)核，linux作為該內(nèi)核的空閑任務(wù)；當(dāng)有實(shí)時(shí)任務(wù)時(shí)，通過(guò)硬實(shí)時(shí)內(nèi)核調(diào)度該任務(wù)；沒(méi)有其他任務(wù)時(shí)，則運(yùn)行普通linux。 uClinux uClinux是針對(duì)無(wú)mmu（存儲(chǔ)器管理單元）微控制領(lǐng)域而設(shè)計(jì)的Linux系統(tǒng)。u是希臘字母表示”小”,C是controller表示控制器。uClinux和標(biāo)準(zhǔn)linux最大的區(qū)別是內(nèi)存管理上，標(biāo)準(zhǔn)linux利用CPU硬件的支持實(shí)現(xiàn)虛擬內(nèi)存機(jī)制，而uClinux采用實(shí)存儲(chǔ)器管理策略。,Clinux,Clinux的內(nèi)核結(jié)構(gòu)圖如下：,對(duì)開(kāi)發(fā)人員提出的更高要求,從易用性來(lái)說(shuō)，uClinux的內(nèi)存管理實(shí)際上是一種倒退，退回了到了UNIX早期或是Dos系統(tǒng)時(shí)代。開(kāi)發(fā)人員不得不參與系統(tǒng)的內(nèi)存管理。從編譯內(nèi)核開(kāi)始，開(kāi)發(fā)人員必須告訴系統(tǒng)這塊開(kāi)發(fā)板到底擁有多少的內(nèi)存。 由于應(yīng)用程序加載時(shí)必須分配連續(xù)的地址空間，而針對(duì)可連續(xù)地址分配內(nèi)存大小是受限的，開(kāi)發(fā)人員在開(kāi)發(fā)應(yīng)用程序時(shí)必須考慮內(nèi)存的分配情況并關(guān)注應(yīng)用程序需要運(yùn)行空間的大小。另外由于采用實(shí)存儲(chǔ)器管理策略， 用戶程序同內(nèi)核以及其它用戶程序在一個(gè)地址空間，程序開(kāi)發(fā)時(shí)要保證不侵犯其它程序的地址空間，以使得程序不至于破壞系統(tǒng)的正常工作，或?qū)е缕渌绦虻倪\(yùn)行異常。從內(nèi)存的訪問(wèn)角度來(lái)看，開(kāi)發(fā)人員的權(quán)利增大了（開(kāi)發(fā)人員在編程時(shí)可以訪問(wèn)任意的地址空間），但與此同時(shí)系統(tǒng)的安全性也大為下降。 從嵌入式設(shè)備實(shí)現(xiàn)的功能來(lái)看，嵌入式設(shè)備通常在某一特定的環(huán)境下運(yùn)行，只要實(shí)現(xiàn)特定的功能，其功能相對(duì)簡(jiǎn)單，內(nèi)存管理的要求完全可以由開(kāi)發(fā)人員考慮。,內(nèi)核加載方式,uCLinux的內(nèi)核有兩種可選的運(yùn)行方式：可以在flash上直接運(yùn)行，也可以加載到內(nèi)存中運(yùn)行。后者可以減少內(nèi)存需要。 Flash運(yùn)行方式(XIP)：把內(nèi)核的可執(zhí)行映像燒寫(xiě)到flash上，系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)從flash的某個(gè)地址開(kāi)始逐句執(zhí)行。這種方法實(shí)際上是很多嵌入式系統(tǒng)采用的方法。 內(nèi)核加載方式：把內(nèi)核的壓縮文件存放在flash上，系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)讀取壓縮文件在內(nèi)存里解壓，然后開(kāi)始執(zhí)行，這種方式相對(duì)復(fù)雜一些，但是運(yùn)行速度可能更快（RAM的存取速率要比Flash高）。,經(jīng)過(guò)如上各方面的小型化改造，就形成了一個(gè)高度優(yōu)化的、代碼緊湊的嵌入式Linux，雖然它的體積很小，uCLinux仍然保留了Linux的大多數(shù)的優(yōu)點(diǎn)：穩(wěn)定、良好的移植性、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。它的主要特征如下： 通用Linux API 內(nèi)核體積 512 KB 內(nèi)核 +文件系統(tǒng)900 KB 完整的TCP/IP 協(xié)議棧 支持大量其它的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議 支持各種文件系統(tǒng)，包括 NFS、ext2、ROMfs and JFFS、MS-DOS和FAT16/32,Clinux的特點(diǎn),三、Windows CE,Windows CE是微軟開(kāi)發(fā)的一個(gè)開(kāi)放的、可升級(jí)的32位嵌入式操作系統(tǒng)。 它是精簡(jiǎn)的Windows 95。Windows CE的圖形用戶界面相當(dāng)出色。 與Windows 95/98、Windows NT不同:Win CE是所有源代碼由微軟自行開(kāi)發(fā)的嵌入式操作系統(tǒng)，操作界面是基于Win32 API重新開(kāi)發(fā)的、新型的信息設(shè)備平臺(tái)。 Windows 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(wú)關(guān)等特點(diǎn)。 Windows CE不僅繼承了傳統(tǒng)的Windows圖形界面，并且在Windows CE平臺(tái)上可以使用Windows 95/98上的編程工具（如Visual Basic、Visual C+等）、使用同樣的函數(shù)、使用同樣的界面網(wǎng)格，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。,Windows CE的特點(diǎn)：,具有靈活的電源管理功能，包括瞬眠/喚醒模式。 使用了對(duì)象存儲(chǔ)（object store）技術(shù)，包括文件系統(tǒng)、注冊(cè)表及數(shù)據(jù)庫(kù)。它還具有很多高性能、高效率的操作系統(tǒng)特 性，包括按需換頁(yè)、共享存儲(chǔ)、交叉處理同步、支持大容量堆（heap）等。 擁有良好的通信能力。廣泛支持各種通信硬件，亦支持直接的局域連接以及撥號(hào)連接，并提供與PC、內(nèi)部網(wǎng)以及Internet的連接，還提供與Windows 9x/NT的最佳集成和通信。,Windows CE的特點(diǎn)：,支持嵌套中斷。允許更高優(yōu)先級(jí)別的中斷首先得到響應(yīng)，而不是等待低級(jí)別的ISR完成。這使得該操作系統(tǒng)具有嵌入式操作系統(tǒng)所要求的實(shí)時(shí)性。 更好的線程響應(yīng)能力。對(duì)高級(jí)別IST（中斷服務(wù)線程）的響應(yīng)時(shí)間上限的要求更加嚴(yán)格，在線程響應(yīng)能力方面的改進(jìn)