嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí)

1、嵌入式系統(tǒng)根底知識(shí)嵌入式系統(tǒng)根底知識(shí)嵌入式系統(tǒng)根底1 、 嵌入式系統(tǒng)的定義(1) 定義：以應(yīng)用為中心，以計(jì)算機(jī)技術(shù)為根底，軟硬件可裁剪 , 適 應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)功能、可靠性、本錢、體積、功耗嚴(yán)格要求的專用 計(jì)算機(jī) 系統(tǒng)。(2) 嵌入式系統(tǒng)開(kāi)展的 4 個(gè)階段：無(wú)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 階段。(4) IP 核模塊有行為、結(jié)構(gòu)和物理 3 級(jí)不同程度的設(shè)計(jì)，對(duì)應(yīng)描 述功 能行為的不同可以分為三類：軟核、固核、硬核。2、嵌入式系統(tǒng)的組成包含: 硬件層、中間層、系統(tǒng)軟件層和應(yīng)用軟件層(1) 硬件層：嵌入式微處理器、存儲(chǔ)器、通用設(shè)備接口和 I/O 接 口。

2、嵌入式核心模塊二微處理器 +電源電路 +時(shí)鐘電路 +存儲(chǔ)器Cache:位于主存和嵌入式微處理器內(nèi)核之間，存放的是最近一 段時(shí) 間微處理器使用最多的程序代碼和數(shù)據(jù)。它的主要目標(biāo)是減小 存儲(chǔ)器給 微處理器內(nèi)核造成的存儲(chǔ)器訪問(wèn)瓶頸，使處理速度更快。(2) 中間層(也稱為硬件抽象層HAL或者板級(jí)支持包BSP).它將系統(tǒng)上層軟件和底層硬件別離開(kāi)來(lái)， 使系統(tǒng)上層軟件開(kāi)發(fā)人 員無(wú) 需關(guān)系底層硬件的具體情況，根據(jù) BSP層提供的接口開(kāi)發(fā)即可。BSP有兩個(gè)特點(diǎn)：硬件相關(guān)性和操作系統(tǒng)相關(guān)性。設(shè)計(jì)一個(gè)完整的BSP需要完成兩局部工作：A嵌入式系統(tǒng)的硬件初始化和BSP功能。片級(jí)初始化：純硬件的初始化過(guò)程，把嵌入式微處理

3、器從上電的 默認(rèn) 狀態(tài)逐步設(shè)置成系統(tǒng)所要求的工作狀態(tài)。板級(jí)初始化：包含軟硬件兩局部在內(nèi)的初始化過(guò)程， 為隨后的系 統(tǒng)初 始化和應(yīng)用程序建立硬件和軟件的運(yùn)行環(huán)境。系統(tǒng)級(jí)初始化：以軟件為主的初始化過(guò)程，進(jìn)行操作系統(tǒng)的初始 化。B設(shè)計(jì)硬件相關(guān)的設(shè)備驅(qū)動(dòng)。(3) 系統(tǒng)軟件層：由RTOS文件系統(tǒng)、GUI、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)及通用組件模 塊組成。RTOS是嵌入式應(yīng)用軟件的根底和開(kāi)發(fā)平臺(tái)。(4) 應(yīng)用軟件：由基于實(shí)時(shí)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的應(yīng)用程序組成。3、實(shí)時(shí)系統(tǒng)(1) 定義：能在指定或確定的時(shí)間內(nèi)完成系統(tǒng)功能和對(duì)外部或內(nèi) 部、 同步或異步時(shí)間做出響應(yīng)的系統(tǒng)。(2) 區(qū)別：通用系統(tǒng)一般追求的是系統(tǒng)的平均響應(yīng)時(shí)間和用戶的 使用 方

4、便;而實(shí)時(shí)系統(tǒng)主要考慮的是在最壞情況下的系統(tǒng)行為。(3) 特點(diǎn)：時(shí)間約束性、可預(yù)測(cè)性、可靠性、與外部環(huán)境的交互 性。(4) 硬實(shí)時(shí)(強(qiáng)實(shí)時(shí))：指應(yīng)用的時(shí)間需求應(yīng)能夠得到完全滿足， 否那么 就造成重大平安事故，甚至造成重大的生命財(cái)產(chǎn)損失和生態(tài)破 壞，如： 航天、軍事。(5) 軟實(shí)時(shí)(弱實(shí)時(shí))：指某些應(yīng)用雖然提出了時(shí)間的要求，但實(shí) 時(shí)任 務(wù)偶爾違反這種需求對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行及環(huán)境不會(huì)造成嚴(yán)重影響， 如: 監(jiān)控系統(tǒng)、 實(shí)時(shí)信息采集系統(tǒng)。(6) 任務(wù)的約束包括：時(shí)間約束、資源約束、執(zhí)行順序約束和性 能約束。4、實(shí)時(shí)系統(tǒng)的調(diào)度(1) 調(diào)度：給定一組實(shí)時(shí)任務(wù)和系統(tǒng)資源，確定每個(gè)任務(wù)何時(shí)何 地執(zhí) 行的整個(gè)過(guò)程。(2

5、) 搶占式調(diào)度：通常是優(yōu)先級(jí)驅(qū)動(dòng)的調(diào)度，如 uCOSd尤點(diǎn)是實(shí) 時(shí)性 好、反響快，調(diào)度算法相對(duì)簡(jiǎn)單，可以保證高優(yōu)先級(jí)任務(wù)的時(shí) 間約束 ; 缺 點(diǎn)是上下文切換多。(3) 非搶占式調(diào)度：通常是按時(shí)間片分配的調(diào)度，不允許任務(wù)在 執(zhí)行 期間被中斷， 任務(wù)一旦占用處理器就必須執(zhí)行完畢或自愿放棄 , 如 WinCEo 優(yōu)點(diǎn)是上下文切換少 ; 缺點(diǎn)是處理器有效資源利用率低， 可調(diào)度性不好。(4) 靜態(tài)表驅(qū)動(dòng)策略：系統(tǒng)在運(yùn)行前根據(jù)各任務(wù)的時(shí)間約束及關(guān) 聯(lián)關(guān) 系，采用某種搜索策略生成一張運(yùn)行時(shí)刻表，指明各任務(wù)的起 始運(yùn)行時(shí) 刻及運(yùn)行時(shí)間。(5) 優(yōu)先級(jí)驅(qū)動(dòng)策略：按照任務(wù)優(yōu)先級(jí)的上下確定任務(wù)的執(zhí)行順 序。(6)

6、實(shí)時(shí)任務(wù)分類：周期任務(wù)、偶發(fā)任務(wù)、非周期任務(wù)。(7) 實(shí)時(shí)系統(tǒng)的通用結(jié)構(gòu)模型： 數(shù)據(jù)采集任務(wù)實(shí)現(xiàn)傳感器數(shù)據(jù)的 采集， 數(shù)據(jù)處理任務(wù)處理采集的數(shù)據(jù)、并將加工后的數(shù)據(jù)送到執(zhí)行 機(jī)構(gòu)管理任 務(wù)控制機(jī)構(gòu)執(zhí)行。5、嵌入式微處理器體系結(jié)構(gòu)(1) 馮諾依曼結(jié)構(gòu)：程序和數(shù)據(jù)共用一個(gè)存儲(chǔ)空間，程序指令存 儲(chǔ)地 址和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)地址指向同一個(gè)存儲(chǔ)器的不同物理位置，采用單 一的地址 及數(shù)據(jù)總線，程序和數(shù)據(jù)的寬度相同。例如：8086、ARM、7 MIPS-(2) 哈佛結(jié)構(gòu)：程序和數(shù)據(jù)是兩個(gè)相互獨(dú)立的存儲(chǔ)器，每個(gè)存儲(chǔ) 器獨(dú) 立編址、獨(dú)立訪問(wèn)，是一種將程序存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)分開(kāi)的存儲(chǔ) 器結(jié)構(gòu)。 例如： AVR、ARM9> ARM10-(3) CISC與RISC的特點(diǎn)比擬。計(jì)算機(jī)執(zhí)行程序所需要的時(shí)間 P可以用下面公式計(jì)算:P=IXCPIXTI ：高級(jí)語(yǔ)言程序編譯后在機(jī)器上運(yùn)行的指令數(shù)。CPI:為執(zhí)行每條指令所需要的平均周期數(shù)。T： 每個(gè)機(jī)器周期的時(shí)間。(4) 流水線的思想：在CPU中把