嵌入式系統(tǒng)基本概念

1、嵌入式系統(tǒng)基本概念前后臺系統(tǒng) ( Foreground/Background Syste)m 2代碼的臨界段 2資源 2_共享資源 2任務(wù) 2_內(nèi)核( Kernel) 3調(diào)度( Scheduler) 3_不可剝奪型內(nèi)核( Non-Preemptive Kerne)l 3可重入性( Reentrancy) 4_時間片輪番調(diào)度法 4靜態(tài)優(yōu)先級 4動態(tài)優(yōu)先級 4TTL 和 CMOS 電平 4ISP (In System Programming,即在系統(tǒng)編程。 5IAP (In Application Programming,即在應(yīng)用中程序。 5前后臺系統(tǒng) ( Foreground/Backgroun

2、d System)應(yīng)用程序是一個無限的循環(huán)， 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 以看成后臺行為(background)。中斷服務(wù)程序處理異步事件，這部分可以看成前 臺行為(foreground)。后臺也可以叫做任務(wù)級。前臺也叫中斷級。代碼的臨界段代碼的臨界段也稱為臨界區(qū)， 指處理時不可分割的代碼。 一旦這部分代碼開始執(zhí) 行，則不允許任何中斷打入。 為確保臨界段代碼的執(zhí)行， 在進(jìn)入臨界段之前要關(guān) 中斷，而臨界段代碼執(zhí)行完以后要立即開中斷。資源任何為任務(wù)所占用的實(shí)體都可稱為資源。 資源可以是輸入輸出設(shè)備， 例如打印機(jī)、 鍵盤、顯示器，資源也可以是一個變量，一個結(jié)構(gòu)或一個數(shù)組等。共享資

3、源可以被一個以上任務(wù)使用的資源叫做共享資源。任務(wù)一個任務(wù)，也稱作一個線程，是一個簡單的程序，該程序可以認(rèn)為CPU 完全只屬該程序自己。 實(shí)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)， 每 個任務(wù)都是整個應(yīng)用的某一部分， 每個任務(wù)被賦予一定的優(yōu)先級， 有它自己的一 套CPU寄存器和自己的?？臻g。每個任務(wù)都處在以下 5種狀態(tài)之一的狀態(tài)下， 這 5 種狀態(tài)是休眠態(tài)，就緒態(tài)、運(yùn)行態(tài)、掛起態(tài) (等待某一事件發(fā)生 )和被中斷態(tài) 休眠態(tài)相當(dāng)于該任務(wù)駐留在內(nèi)存中， 但并不被多任務(wù)內(nèi)核所調(diào)度。 就緒意味著該 任務(wù)已經(jīng)準(zhǔn)備好， 可以運(yùn)行了， 但由于該任務(wù)的優(yōu)先級比正在運(yùn)行的任務(wù)的優(yōu)先 級低，還暫時不能運(yùn)

4、行。運(yùn)行態(tài)的任務(wù)是指該任務(wù)掌握了 CPU 的控制權(quán)，正在 運(yùn)行中。掛起狀態(tài)也可以叫做等待事件態(tài) WAITING ，指該任務(wù)在等待，等待某 一事件的發(fā)生發(fā)生中斷時， CPU 提供相應(yīng)的中斷服務(wù)，原來正在運(yùn)行的任務(wù)暫 不能運(yùn)行，就進(jìn)入了被中斷狀態(tài)。內(nèi)核( Kernel)多任務(wù)系統(tǒng)中，內(nèi)核負(fù)責(zé)管理各個任務(wù)，或者說為每個任務(wù)分配 CPU 時間，并 且負(fù)責(zé)任務(wù)之間的通訊。內(nèi)核提供的基本服務(wù)是任務(wù)切換。調(diào)度( Scheduler)調(diào)度(Schedule)，英文還有一詞叫dispatcher,也是調(diào)度的意思。就是要決定該 輪到哪個任務(wù)運(yùn)行了。 多數(shù)實(shí)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

5、同被賦予一定的優(yōu)先級?；趦?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(yùn)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, 是不可剝奪型的 還是可剝奪型內(nèi)核。不可剝奪型內(nèi)核( Non-Preemptive Kernel) 不可剝奪型內(nèi)核允許每個任務(wù)運(yùn)行,直到該任務(wù)自愿放棄 CPU 的控制權(quán)。中斷 可以打入運(yùn)行著的任務(wù)。 中斷服務(wù)完成以后將 CPU 控制權(quán)還給被中斷了的任務(wù)。 任務(wù)級響應(yīng)時間要大大好于前后系統(tǒng), 但仍是不可知的, 商業(yè)軟件幾乎沒有不可 剝奪型內(nèi)核?？芍厝胄? Reentrancy)可重入型函數(shù)可以被一個

6、以上的任務(wù)調(diào)用， 而不必?fù)?dān)心數(shù)據(jù)的破壞。 可重入型函 數(shù)任何時候都可以被中斷， 一段時間以后又可以運(yùn)行， 而相應(yīng)數(shù)據(jù)不會丟失。 可 重入型函數(shù)或者只使用局部變量，即變量保存在 CPU 寄存器中或堆棧中。如果 使用全局變量，則要對全局變量予以保護(hù)。時間片輪番調(diào)度法當(dāng)兩個或兩個以上任務(wù)有同樣優(yōu)先級， 內(nèi)核允許一個任務(wù)運(yùn)行事先確定的一段時間，叫做時間額度(quantum),然后切換給另一個任務(wù)。也叫做時間片調(diào)度。內(nèi)核在滿足以下條件時，把CPU控制權(quán)交給下一個任務(wù)就緒態(tài)的任務(wù)：I當(dāng)前任務(wù) 已無事可做2當(dāng)前任務(wù)在時間片還沒結(jié)束時已經(jīng)完成了。 目前，pC/OS-H不支持 時間片輪番調(diào)度法。應(yīng)用程序中各任務(wù)

7、的優(yōu)先級必須互不相同靜態(tài)優(yōu)先級應(yīng)用程序執(zhí)行過程中諸任務(wù)優(yōu)先級不變，則稱之為靜態(tài)優(yōu)先級動態(tài)優(yōu)先級應(yīng)用程序執(zhí)行過程中，任務(wù)的優(yōu)先級是可變的，則稱之為動態(tài)優(yōu)先級。TTL 和 CMOS 電平1、TTL電平：=2.0V，輸入低電平=0.8V，噪聲容限是0.4V。2、CMOS電平：1邏輯電平電壓接近于電源電壓，0邏輯電平接近于0V。而且 具有很寬的噪聲容限。3、TTL 和 COMS 電路比較：1) TTL電路是電流控制器件，而coms電路是電壓控制器件。2) TTL電路的速度快，傳輸延遲時間短(5-10ns),但是功耗大。COMS電路的速 度慢，傳輸延遲時間長(25-50ns)但功耗低。COMS電路本身的

8、功耗與輸入信號 的脈沖頻率有關(guān)，頻率越高，芯片集越熱，這是正?，F(xiàn)象。ISP (In System Programming)，即在系統(tǒng)編程。它允許 MCU 還在產(chǎn)品電路板上時，對其下載新的程序。這種技術(shù)的一個明 顯優(yōu)點(diǎn)是，不需要把 MCU 芯片從你的電路板上拆下來，再裝到傳統(tǒng)的編程器上 來寫入新的程序。你盡可以把具有ISP功能的MCU芯片焊接在電路板上，應(yīng)用 更加可靠、方便。IAP ( In Application Programming)，即在應(yīng)用中程序。就是說， MCU 自己可以獲取新的代碼并對自己重新編程。這是一個極為有 用的技術(shù)，比如可以通過In ternet、程控電話網(wǎng)等給你的產(chǎn)品遠(yuǎn)程

9、升級，就像常 見的殺毒軟件可以自動升級一樣。 有了這項(xiàng)技術(shù)， 你就可以利用現(xiàn)在的程控電話 網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)等實(shí)現(xiàn)你的嵌入式系統(tǒng)遠(yuǎn)程自動升級， 而無須傳統(tǒng)的那種給客戶郵寄 芯片而帶來的不便。ISP和IAP的核心技術(shù)是相同的，都是調(diào)用內(nèi)部的標(biāo)準(zhǔn)程序 對Flash存儲器進(jìn)行擦除和重新編程。區(qū)別在于：ISP由片內(nèi)固化的一個默認(rèn)的 串行加載程序(Boot Loader)來完成這一動作；而IAP則由用戶在自己的程序中 完成這一調(diào)用，這就為產(chǎn)品的遠(yuǎn)程升級提供了可能，甚至可以說是 MCU 應(yīng)用技 術(shù)的一個里程碑。先進(jìn)微控制器總線架構(gòu) AMBA 是 ARM 公司為高性能片上微 控制器定義的一套總線標(biāo)準(zhǔn)， 是一種中央多路選擇器互連方案， 它讀數(shù)據(jù)和寫數(shù) 據(jù)的總線分開，完成片上數(shù)據(jù)傳送。AMBA包括先進(jìn)高性能總線(AHB )、先進(jìn) 系統(tǒng)總線(ASB)和先進(jìn)外設(shè)總線(APB)。A