第一章 嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)

1、 嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用學(xué)時(shí)：40學(xué)時(shí)(實(shí)驗(yàn)12學(xué)時(shí))學(xué)分：2.5學(xué)分主講教師:王新春 EMAIL:內(nèi)蒙古科技大學(xué)信息工程學(xué)院主要內(nèi)容n嵌入式硬件平臺(tái)n微處理器、存儲(chǔ)器、I/OnARM和XScale的指令系統(tǒng)和體系結(jié)構(gòu)n嵌入式操作系統(tǒng)n特點(diǎn)、進(jìn)程調(diào)度、存儲(chǔ)管理nC/OS, Linux的移植、設(shè)備驅(qū)動(dòng)和應(yīng)用開發(fā)n嵌入式應(yīng)用開發(fā)n基于C/OS, Linux, WinCE等使用教材 ARM9嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開發(fā)應(yīng)用 熊茂華 楊震倫 主編 清華大學(xué)出版社主要講授內(nèi)容n嵌入式系統(tǒng)的基本知識(shí)嵌入式系統(tǒng)的基本知識(shí)nARM微處理器體系結(jié)構(gòu)與指令集微處理器體系結(jié)構(gòu)與指令集nARM ADS集成開發(fā)環(huán)境集成開發(fā)環(huán)境n

2、嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)n嵌入式系統(tǒng)硬件平臺(tái)與接口設(shè)計(jì)嵌入式系統(tǒng)硬件平臺(tái)與接口設(shè)計(jì)n基于基于C/OS-II的軟件體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的軟件體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)課程考核標(biāo)準(zhǔn)n平時(shí)成績(jī)10n大作業(yè)20n實(shí)驗(yàn)30n考試40第一章 嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)n嵌入式系統(tǒng)簡(jiǎn)介n嵌入式處理器n嵌入式操作系統(tǒng)n嵌入式系統(tǒng)開發(fā)過程1.1 嵌入式系統(tǒng)簡(jiǎn)介嵌入式系統(tǒng)簡(jiǎn)介從從使用使用角度，計(jì)算機(jī)可分為角度，計(jì)算機(jī)可分為兩類兩類：一類是一類是獨(dú)立使用的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，如個(gè)人計(jì)算機(jī)、工作站等；獨(dú)立使用的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，如個(gè)人計(jì)算機(jī)、工作站等；手持的手持的MP3PCPC機(jī)機(jī), ,通用計(jì)算機(jī)通用計(jì)算機(jī)1、什么是嵌入式系統(tǒng)？、什么是嵌入式系統(tǒng)？一類

3、是一類是嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，它是作為其他系統(tǒng)的組成部分使用的。嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，它是作為其他系統(tǒng)的組成部分使用的。（1）根據(jù)根據(jù)IEEE（國(guó)際電氣和電子工程師協(xié)會(huì)）的定義：國(guó)際電氣和電子工程師協(xié)會(huì)）的定義： devices used to control, monitor, or assist the operation of equipment, machinery or plants（嵌入式系統(tǒng)是嵌入式系統(tǒng)是“用于控制、用于控制、監(jiān)視或者輔助操作機(jī)器和設(shè)備的裝置監(jiān)視或者輔助操作機(jī)器和設(shè)備的裝置” ）。）。 可以看出此定義是從應(yīng)用上考慮的，嵌入式系統(tǒng)是軟件和硬件可以看出此定義是從應(yīng)用上考慮的，

4、嵌入式系統(tǒng)是軟件和硬件的綜合體，還可以涵蓋機(jī)電等附屬裝置。的綜合體，還可以涵蓋機(jī)電等附屬裝置。（2）一般定義）一般定義(國(guó)內(nèi)定義國(guó)內(nèi)定義) “以以應(yīng)用為中心應(yīng)用為中心、以、以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)、軟件硬件可裁剪軟件硬件可裁剪、功能、功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴(yán)格要求可靠性、成本、體積、功耗嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)?！?2 2、幾種定義、幾種定義一般有以下四個(gè)部分組成一般有以下四個(gè)部分組成嵌入式微處理器嵌入式微處理器外圍硬件設(shè)備外圍硬件設(shè)備硬件硬件軟件軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)其它設(shè)備的控制、實(shí)現(xiàn)對(duì)其它設(shè)備的控制、監(jiān)視、管理等功能監(jiān)視、管理等功能嵌入式操作系統(tǒng)嵌入式操作系統(tǒng)應(yīng)用

5、程序應(yīng)用程序3、嵌入式系統(tǒng)的組成、嵌入式系統(tǒng)的組成4、嵌入式系統(tǒng)的幾個(gè)重要特征、嵌入式系統(tǒng)的幾個(gè)重要特征（1）系統(tǒng)內(nèi)核小）系統(tǒng)內(nèi)核小 由于嵌入式系統(tǒng)一般是應(yīng)用于小型電子裝置的，系統(tǒng)由于嵌入式系統(tǒng)一般是應(yīng)用于小型電子裝置的，系統(tǒng)資源相對(duì)有限，所以內(nèi)核較之傳統(tǒng)的操作系統(tǒng)要小得多。資源相對(duì)有限，所以內(nèi)核較之傳統(tǒng)的操作系統(tǒng)要小得多。（）專用性強(qiáng)（）專用性強(qiáng) 嵌入式系統(tǒng)的個(gè)性化很強(qiáng)，其中的軟件系統(tǒng)和硬件的結(jié)嵌入式系統(tǒng)的個(gè)性化很強(qiáng)，其中的軟件系統(tǒng)和硬件的結(jié)合非常緊密，一般要針對(duì)硬件進(jìn)行系統(tǒng)的移植。合非常緊密，一般要針對(duì)硬件進(jìn)行系統(tǒng)的移植。（）系統(tǒng)精簡(jiǎn)（）系統(tǒng)精簡(jiǎn)嵌入式系統(tǒng)一般沒有系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件的明顯區(qū)

6、嵌入式系統(tǒng)一般沒有系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件的明顯區(qū)分，不要求其功能設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)上過于復(fù)雜，這樣一分，不要求其功能設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)上過于復(fù)雜，這樣一方面利于控制系統(tǒng)成本，同時(shí)也利于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)安全。方面利于控制系統(tǒng)成本，同時(shí)也利于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)安全。（）高實(shí)時(shí)性（）高實(shí)時(shí)性O(shè)S 是是嵌入式軟件的基本要求，軟件固態(tài)存儲(chǔ)，以提嵌入式軟件的基本要求，軟件固態(tài)存儲(chǔ)，以提高速度。軟件代碼要求高質(zhì)量和高可靠性、實(shí)時(shí)性。高速度。軟件代碼要求高質(zhì)量和高可靠性、實(shí)時(shí)性。 （5）嵌入式軟件開發(fā)走向標(biāo)準(zhǔn)化）嵌入式軟件開發(fā)走向標(biāo)準(zhǔn)化 嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用程序可以沒有操作系統(tǒng)直接在芯片上運(yùn)行。嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用程序可以沒有操作系統(tǒng)直接在芯片上運(yùn)行。5

7、、嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域嵌入式應(yīng)用嵌入式應(yīng)用信息家電信息家電智能玩具智能玩具軍事電子軍事電子通信設(shè)備通信設(shè)備移動(dòng)存貯移動(dòng)存貯工控設(shè)備工控設(shè)備智能儀表智能儀表汽車電子汽車電子網(wǎng)絡(luò)設(shè)備網(wǎng)絡(luò)設(shè)備工業(yè)工業(yè)消費(fèi)電子消費(fèi)電子軍事國(guó)防軍事國(guó)防電子商務(wù)電子商務(wù)網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)6 6、嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展、嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展 嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)有了近嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)有了近3030年的發(fā)展歷史，它是硬件年的發(fā)展歷史，它是硬件和軟件交替發(fā)展的雙螺旋式發(fā)展。和軟件交替發(fā)展的雙螺旋式發(fā)展。 嵌入式處理器嵌入式處理器l19711971年，單片機(jī)是年，單片機(jī)是IntelIntel公司的公司的40444044，l同時(shí)期，同時(shí)期，MotorolaMo

8、torola：6868HC05HC05，ZilogZilog公司：公司：Z80Z80系列系列，均含有，均含有256256字節(jié)的字節(jié)的RAMRAM、4K4K的的ROMROM、4 4個(gè)個(gè)8 8位并口、位并口、1 1個(gè)全雙工串行口、兩個(gè)個(gè)全雙工串行口、兩個(gè)1616位定位定 時(shí)時(shí) 器。器。l8080年代初，年代初，IntelIntel80488048，80518051。 l9090年代，年代，ARM7TDMI ARM7TDMI 處理器，處理器，3232位位1.2 嵌入式處理器.1嵌入式系統(tǒng)分類嵌入式系統(tǒng)分類l按表現(xiàn)形式分：（硬件范疇）按表現(xiàn)形式分：（硬件范疇）n芯片級(jí)嵌入（含程序或算法

9、的處理器）芯片級(jí)嵌入（含程序或算法的處理器）n模塊級(jí)嵌入（系統(tǒng)中的某個(gè)核心模塊）模塊級(jí)嵌入（系統(tǒng)中的某個(gè)核心模塊）n系統(tǒng)級(jí)嵌入系統(tǒng)級(jí)嵌入SOC（System on a chip） l按實(shí)時(shí)性要求分按實(shí)時(shí)性要求分：（軟件范疇）：（軟件范疇）l非實(shí)時(shí)系統(tǒng)（非實(shí)時(shí)系統(tǒng)（PDAPDA，Personal Digital Assistant 個(gè)人數(shù)字助理個(gè)人數(shù)字助理）l軟實(shí)時(shí)系統(tǒng)（消費(fèi)類產(chǎn)品）軟實(shí)時(shí)系統(tǒng)（消費(fèi)類產(chǎn)品）l硬實(shí)時(shí)系統(tǒng)（導(dǎo)引頭等工業(yè)和軍工系統(tǒng)）硬實(shí)時(shí)系統(tǒng)（導(dǎo)引頭等工業(yè)和軍工系統(tǒng)）1.2.2嵌入式處理器分類與現(xiàn)狀n嵌入式微處理器嵌入式微處理器(Embedded Microprocessor Uni

10、t， EMPU) 嵌入式處理器目前主要有嵌入式處理器目前主要有Am186/88、386EX、SC-400、Power PC、68000、MIPS、ARM系列等。系列等。n嵌入式微控制器嵌入式微控制器(Microcontroller Unit， MCU)n嵌入式嵌入式DSP處理器處理器(Embedded Digital Signal Processor， EDSP) 嵌入式嵌入式DSP處理器比較有代表性的產(chǎn)品是處理器比較有代表性的產(chǎn)品是TexasInstruments的的TMS320系列和系列和Motorola的的DSP56000系列系列 1.2.2嵌入式處理器分類與現(xiàn)狀n嵌入式片上系統(tǒng)嵌入式片

11、上系統(tǒng)(System On Chip) ARM微處理器的特點(diǎn)（1）低功耗、低成本、高性能（2）采用RISC體系結(jié)構(gòu)（3）高效的指令系統(tǒng)（4）其它技術(shù)1.2.3 ARM處理器ARMARM的應(yīng)用的應(yīng)用lARM7ARM7、ARM9ARM9、ARM9EARM9E、ARM10ARM10、ARM11ARM11。l其中其中ARM7ARM7是低功耗的是低功耗的3232位核，最適合應(yīng)用于對(duì)價(jià)位和功耗敏感位核，最適合應(yīng)用于對(duì)價(jià)位和功耗敏感的產(chǎn)品，它又分為應(yīng)用于實(shí)時(shí)環(huán)境的的產(chǎn)品，它又分為應(yīng)用于實(shí)時(shí)環(huán)境的ARM7TDMIARM7TDMI、ARM7TDMI-SARM7TDMI-S，以及適用于開放平臺(tái)的以及適用于開放平臺(tái)

12、的ARM720TARM720T和適用于和適用于DSPDSP運(yùn)算及支持運(yùn)算及支持JavaJava的的ARM7EJARM7EJ等。等。lARM7ARM7主要在主要在PDAPDA、手持儀器儀表，手持儀器儀表，ARM9ARM9、ARM10ARM10主要在主要在NCNC、TFTTFT。1.3 嵌入式操作系統(tǒng)n基本概念 前后臺(tái)系統(tǒng) 對(duì)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。n基本概念 中斷服務(wù)程序處

13、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。 ISRISRISRISR后臺(tái)前臺(tái)中斷服務(wù)程序時(shí)間前后臺(tái)系統(tǒng)1.3 嵌入式操作系統(tǒng)n基本概念 操作系統(tǒng)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)。硬件硬件驅(qū)動(dòng)操作系統(tǒng)用戶程序1.3 嵌入式操作系統(tǒng)n基本概念 實(shí)

14、時(shí)操作系統(tǒng)（RTOS） 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(duì)實(shí)時(shí)性的要求。使用嵌入式操作系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)n優(yōu)點(diǎn)n使程序的設(shè)計(jì)和擴(kuò)展變得容易，大大提高了開發(fā)效率。n充分發(fā)揮32位CPU多任務(wù)的潛力，實(shí)現(xiàn)多任務(wù)設(shè)計(jì)，能夠充分利用硬件資源和實(shí)現(xiàn)資源共享。n實(shí)時(shí)性和健壯性能夠得到更好的保證。n缺點(diǎn)n嵌入式操作系統(tǒng)增加ROM/RAM等額外開

15、銷，510的CPU額外負(fù)荷。嵌入式操作系統(tǒng)分類n按收費(fèi)模式劃分n商用型nVxworks, Nucleux ，PlamOS, Symbian, WinCE, QNX, pSOS,VRTX,Lynx OS, Hopen, Delta OSn免費(fèi)型nLinux, CLinux,C/OS-,eCos,uITRONn按實(shí)時(shí)性劃分n硬實(shí)時(shí)nVxworksn軟實(shí)時(shí)nWinCE,RTLinuxn無實(shí)時(shí)nEmbedded Linux nLinux是開放源碼和免費(fèi)使用的，遍布全球的眾多Linux愛好者又是Linux開發(fā)的強(qiáng)大技術(shù)后盾。n嵌入式Linux(Embedded Linux)是指對(duì)Linux經(jīng)過小型化裁剪

16、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的開發(fā)和研究是目前操作系統(tǒng)領(lǐng)域的一個(gè)熱點(diǎn)。主要有RTLinux和CLinuxnLinux的內(nèi)核小、功能強(qiáng)大、API豐富，系統(tǒng)健壯、效率高，易于定制剪裁，在價(jià)格上極具競(jìng)爭(zhēng)力。nLinux不僅支持x86 CPU，還可以支持其他數(shù)十種CPU芯片。n近幾年Linux在嵌入式領(lǐng)域異軍突起，過去的一年中有13%的用戶已經(jīng)開始使用嵌入式Linux系統(tǒng)進(jìn)行開發(fā)工作；有52%的用戶決定在未來24個(gè)月內(nèi)開始使用Linux作為嵌入式操作系統(tǒng)的開發(fā)原型。 嵌入式Linux及應(yīng)用Windows

17、 EmbeddednWindows CE：一種針對(duì)小容量、移動(dòng)式、智能化、32位、連接設(shè)備的模塊化實(shí)時(shí)嵌入式操作系統(tǒng)（縮減的Win95）。n針對(duì)掌上設(shè)備、無線設(shè)備的動(dòng)態(tài)應(yīng)用程序和服務(wù)提供了一種功能豐富的操作系統(tǒng)平臺(tái)，屬于軟實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，n由于其Windows背景，界面比較統(tǒng)一認(rèn)可?？梢允褂么蠖鄶?shù)Windows開發(fā)工具（如VB，VC等），大多數(shù)Windows應(yīng)用程序經(jīng)過移植后就可以運(yùn)行在WinCE平臺(tái)上。n操作系統(tǒng)的基本內(nèi)核需要至少200K的ROM。 VxWorksnVxWorks操作系統(tǒng)是美國(guó)WindRiver公司于1983年設(shè)計(jì)開發(fā)的一種嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)（RTOS），具有良好的持續(xù)發(fā)展能力

18、、高性能的內(nèi)核以及友好的用戶開發(fā)環(huán)境，在嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)領(lǐng)域牢牢占據(jù)著一席之地。nVxWorks所具有的顯著特點(diǎn)是： 可靠性、實(shí)時(shí)性和可裁減性。 它支持多種處理器，如x86、i960、Sun Sparc、Motorola MC68xxx、MIPS 、POWER PC等等。n以其良好的可靠性和卓越的實(shí)時(shí)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(shí)時(shí)性要求極高的領(lǐng)域中，如火星探測(cè)器（1997年7月4日登陸火星表面）。Symbian OSnSymbian由諾基亞、西門子、索尼愛立信等幾家大型移動(dòng)通訊設(shè)備商共同出資組建的一個(gè)合資公司，專門研發(fā)手機(jī)操作系統(tǒng)。Symbian操作系統(tǒng)的前身是EPO

19、C。n針對(duì)PDA及智能手機(jī)的，能夠提供良好的軟實(shí)時(shí)的操作系統(tǒng)n與之競(jìng)爭(zhēng)的有Windows Mobile、PalmOS以及Linuxn主要版本nSeries 60/90/80/40nUIQAndroidnAndroid是一個(gè)開源的智能手機(jī)操作系統(tǒng)nAndroid操作系統(tǒng)的內(nèi)核屬于Linux內(nèi)核的一個(gè)分支，具有典型的Linux周期和功能nAndroid的內(nèi)核基于Linux，除了內(nèi)核之外，則是中介層、數(shù)據(jù)庫元和用C/C+編寫的API以及應(yīng)用程式框架nAndroid的應(yīng)用程序通常以Java數(shù)據(jù)庫元為基礎(chǔ)編寫iosniOSiOS是由蘋果公司開發(fā)的操作系統(tǒng)niOS的系統(tǒng)架構(gòu)分為四個(gè)層次：核心操作系統(tǒng)層（t

20、he Core OS layer），核心服務(wù)層（the Core Services layer），媒體層（the Media layer），可輕觸層（the Cocoa Touch layer）。n系統(tǒng)操作占用大概240MB的內(nèi)存空間QNXn 加拿大QNX公司的產(chǎn)品。n QNX是在X86體系上面開發(fā)出來的，這和別的RTOS不一樣，別的好多RTOS都是從68K的CPU上面開發(fā)成熟，然后再移植到X86體系上面來的。n QNX是一個(gè)實(shí)時(shí)的、可擴(kuò)充的操作系統(tǒng)，它部分遵循POSIX相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，由于QNX具有強(qiáng)大的圖形界面功能，因此很適合作為機(jī)頂盒、手持設(shè)備（手掌電腦、手機(jī)）、GPS設(shè)備的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)使用。

21、C/OS及C/OS-IInC/OSMicro Controller O SnC/OS簡(jiǎn)介簡(jiǎn)介n美國(guó)人Jean Labrosse 1992年完成，已應(yīng)用于數(shù)百種產(chǎn)品中。n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 n1998年C/OS-II，目前的版本C/OS -II V2.72n2000年，得到美國(guó)航空管理局（FAA）的認(rèn)證，可以用于飛行器中n是一個(gè)源碼公開、可移植、可裁減、占用資源少、搶先式的實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)。其絕大部分源碼采用ANSI C寫的，移植性好。高校教學(xué)可免費(fèi)使用。n網(wǎng)站www.ucos-II.com（)嵌入式系統(tǒng)與嵌入式系統(tǒng)與

22、PCPC之間的區(qū)別之間的區(qū)別l嵌入式系統(tǒng)一般是專用系統(tǒng)，而嵌入式系統(tǒng)一般是專用系統(tǒng)，而PC是通用計(jì)算平臺(tái)是通用計(jì)算平臺(tái)l嵌入式系統(tǒng)的資源比嵌入式系統(tǒng)的資源比PC少得多少得多l(xiāng)嵌入式系統(tǒng)軟件故障帶來的后果比嵌入式系統(tǒng)軟件故障帶來的后果比PC機(jī)大得多機(jī)大得多l(xiāng)嵌入式系統(tǒng)一般采用實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)一般采用實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)l嵌入式系統(tǒng)大都有成本、功耗的要求嵌入式系統(tǒng)大都有成本、功耗的要求l嵌入式系統(tǒng)得到多種微處理體系的支持嵌入式系統(tǒng)得到多種微處理體系的支持l嵌入式系統(tǒng)需要專用的開發(fā)工具嵌入式系統(tǒng)需要專用的開發(fā)工具1.4 嵌入式系統(tǒng)開發(fā)過程1.4.1嵌入式系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)嵌入式嵌入式微處理器微處理器SDR

23、AMSDRAMROMROMI/OI/OA/DA/DD/AD/A人機(jī)交互接口人機(jī)交互接口通用接口通用接口實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)(實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)(RTOS)RTOS)圖形用戶圖形用戶接口接口BSP/HAL 硬件抽象層/板極支持包BSP/HAL 硬件抽象層/板極支持包任務(wù)管理任務(wù)管理文件系統(tǒng)文件系統(tǒng)應(yīng)用程序應(yīng)用程序嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)硬件層硬件層軟件層軟件層中間層中間層功能層功能層典型嵌入式系統(tǒng)的基本組成典型嵌入式系統(tǒng)的基本組成MPU微處理器微處理器電源電源模塊模塊時(shí)鐘時(shí)鐘復(fù)位復(fù)位FlashRAMROMUSBLCDKeyboard外圍電路外圍電路Other外設(shè)外設(shè) 1.硬件層2. 中間層 硬件層與軟

24、件層之間為中間層，也稱為硬件層與軟件層之間為中間層，也稱為板級(jí)支持包板級(jí)支持包( (Board Support Package)Board Support Package)。 板級(jí)支持包是操作系統(tǒng)與目標(biāo)應(yīng)用硬件環(huán)境的中間接口，板級(jí)支持包是操作系統(tǒng)與目標(biāo)應(yīng)用硬件環(huán)境的中間接口，它是軟件包中具有平臺(tái)依賴性的那一部分。它是軟件包中具有平臺(tái)依賴性的那一部分。 板級(jí)支持包的主要功能包括兩部分：板級(jí)支持包的主要功能包括兩部分：在系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，對(duì)硬件進(jìn)行初始化在系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，對(duì)硬件進(jìn)行初始化 為驅(qū)動(dòng)程序提供訪問硬件的手段為驅(qū)動(dòng)程序提供訪問硬件的手段 BSP BSP為系統(tǒng)的移植提供了方便。為系統(tǒng)的移植提供了方便。

25、3.軟件層 軟件層主要是操作系統(tǒng)，有的還包括文件系統(tǒng)、GUI、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)等。操作系統(tǒng)是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)核，將CPU的中斷、I/O、定時(shí)器等都封裝起來，提供給一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的API函數(shù)接口。4.功能層 功能層是基于操作系統(tǒng)開發(fā)的應(yīng)用程序組成，用來完成對(duì)被控對(duì)象的控制功能。 包括：控制部分、應(yīng)用算法、用戶界面、通信程序 1.4.2 嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)特點(diǎn)n采用宿主機(jī)/目標(biāo)機(jī)方式n為了保證穩(wěn)定性和實(shí)時(shí)性，選用RTOS開發(fā)平臺(tái)n生成代碼需要固態(tài)化存儲(chǔ)n軟件代碼具有高質(zhì)量、高可靠性1.采用宿主機(jī)/目標(biāo)機(jī)方式由于其本身不具備自主開發(fā)能力，即使設(shè)計(jì)完成由于其本身不具備自主開發(fā)能力，即使設(shè)計(jì)完成以后，用戶通常也是不能對(duì)其中

26、的程序功能進(jìn)行修改以后，用戶通常也是不能對(duì)其中的程序功能進(jìn)行修改，必須有一套，必須有一套開發(fā)工具開發(fā)工具和和環(huán)境環(huán)境才能進(jìn)行開發(fā)。才能進(jìn)行開發(fā)。宿主機(jī)宿主機(jī)( (Host)Host)是一臺(tái)通用計(jì)算機(jī)，一般是是一臺(tái)通用計(jì)算機(jī)，一般是PCPC機(jī)。機(jī)。它通過串口或網(wǎng)絡(luò)連接與目標(biāo)機(jī)通信。它通過串口或網(wǎng)絡(luò)連接與目標(biāo)機(jī)通信。 目標(biāo)機(jī)目標(biāo)機(jī)( (Target)Target) 可以是嵌入式應(yīng)用軟件的實(shí)際運(yùn)可以是嵌入式應(yīng)用軟件的實(shí)際運(yùn)行環(huán)境，也可以是能替代實(shí)際環(huán)境的仿真系統(tǒng)。行環(huán)境，也可以是能替代實(shí)際環(huán)境的仿真系統(tǒng)。2.為了保證穩(wěn)定性和實(shí)時(shí)性，選用RTOS開發(fā)平臺(tái)n對(duì)簡(jiǎn)單的嵌入式系統(tǒng)，應(yīng)用程序可以沒有操作系統(tǒng)直

27、接在芯片上運(yùn)行；n對(duì)于那些復(fù)雜的嵌入式系統(tǒng)，為了合理地調(diào)度多任務(wù)、利用系統(tǒng)資源、系統(tǒng)函數(shù)以及和專家?guī)旌瘮?shù)接口，用戶必須自行選配RTOS開發(fā)平臺(tái)，這樣才能保證程序執(zhí)行的實(shí)時(shí)性、可靠性，并減少開發(fā)時(shí)間，保障軟件質(zhì)量。3.生成代碼需要固態(tài)化存儲(chǔ)n應(yīng)用程序在目標(biāo)環(huán)境下必須儲(chǔ)存在非易失性存儲(chǔ)器中，保證系統(tǒng)在掉電重啟后仍能正常使用。所以，應(yīng)用軟件在開發(fā)完成以后，應(yīng)生成固化版本，都固化在單片機(jī)本身或燒寫到目標(biāo)環(huán)境FLASH中運(yùn)行。4.軟件代碼具有高質(zhì)量、高可靠性n在大多數(shù)應(yīng)用中，存儲(chǔ)空間仍然是寶貴的，還存在實(shí)時(shí)性的要求。為此要求程序編寫和編譯工具的質(zhì)量要高，以減少程序二進(jìn)制代碼長(zhǎng)度、提高執(zhí)行速度。n各行業(yè)的

28、嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)的工作環(huán)境可能非常惡劣，這就要求設(shè)計(jì)時(shí)考慮目標(biāo)系統(tǒng)的工作環(huán)境，也要求對(duì)突發(fā)因素進(jìn)行考慮，以提高其軟件代碼的可靠性。1.4.3 嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)流程n設(shè)計(jì)流程需需求求分分析析體體系系結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)執(zhí)執(zhí)行行裝裝置置設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)硬硬件件設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)軟軟件件設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)系系統(tǒng)統(tǒng)集集成成系系統(tǒng)統(tǒng)測(cè)測(cè)試試產(chǎn)產(chǎn)品品1.4.3 嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)流程n需求設(shè)計(jì)n確定任務(wù)、和設(shè)計(jì)目標(biāo)n功能性 輸入輸出信號(hào)、操作方式n非功能性 性能、成本、功耗、體積、重量等n體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)n軟硬件功能劃分、軟硬件選型n軟硬件設(shè)計(jì)n詳細(xì)的軟硬件設(shè)計(jì)n系統(tǒng)集成、系統(tǒng)測(cè)試1.4.4 嵌入式系統(tǒng)的調(diào)試嵌入式系統(tǒng)的調(diào)試有多種方法，可分為：n源程序模擬器(Simulator)方式n實(shí)時(shí)在線仿真系統(tǒng)(In-Circuit Emulator,ICE)方式n監(jiān)控器方式n在線調(diào)