第1章嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)

1、2第第1 1章章 嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ) 嵌入式系統(tǒng)概述 嵌入式應(yīng)用開發(fā)過程3第第1 1章章 嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)1.1.1 嵌入式系統(tǒng)簡介 一般定義一般定義以應(yīng)用為中心、以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，軟硬件可裁剪以應(yīng)用為中心、以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，軟硬件可裁剪, ,應(yīng)用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗和應(yīng)用應(yīng)用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗和應(yīng)用環(huán)境有特殊要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。是將應(yīng)用程序、環(huán)境有特殊要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。是將應(yīng)用程序、操作系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)硬件集成在一起的系統(tǒng)（技術(shù)角度）操作系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)硬件集成在一起的系統(tǒng)（技術(shù)角度）嵌入式系統(tǒng)是設(shè)計(jì)完成復(fù)雜功能的硬件和軟件，并使嵌入

2、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)。（系統(tǒng)角度）其緊密耦合在一起的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。（系統(tǒng)角度）術(shù)語嵌入式反映了這些系統(tǒng)通常是更大系統(tǒng)（被稱之為嵌入的系統(tǒng)）術(shù)語嵌入式反映了這些系統(tǒng)通常是更大系統(tǒng)（被稱之為嵌入的系統(tǒng)）的一個(gè)完整子系統(tǒng)。嵌入式的系統(tǒng)可以包含多個(gè)嵌入式系統(tǒng)。的一個(gè)完整子系統(tǒng)。嵌入式的系統(tǒng)可以包含多個(gè)嵌入式系統(tǒng)。廣義定義廣義定義任何一個(gè)非計(jì)算機(jī)的計(jì)算系統(tǒng)任何一個(gè)非計(jì)算機(jī)的計(jì)算系統(tǒng)4第第1 1章章 嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ) IEEIEE定義定義嵌入式系統(tǒng)是嵌入式系統(tǒng)是“用于控制、監(jiān)視或者輔助操作用于控制、監(jiān)視或者輔助操作的機(jī)器、設(shè)備或裝置的機(jī)器、設(shè)備或

3、裝置”（原文為（原文為devices used devices used to control, monitor, or assist the to control, monitor, or assist the operation of equipment, machinery or operation of equipment, machinery or plantsplants）。）。 通常執(zhí)行特定功能通常執(zhí)行特定功能 嵌入式系統(tǒng)的核心嵌入式系統(tǒng)的核心-嵌入式微處理器嵌入式微處理器 嚴(yán)格的時(shí)序和穩(wěn)定性要求嚴(yán)格的時(shí)序和穩(wěn)定性要求 全自動(dòng)操作循環(huán)全自動(dòng)操作循環(huán)5第第1 1章章 嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)

4、嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)一、 嵌入式系統(tǒng)的組成嵌入式系統(tǒng)通常由嵌入式系統(tǒng)通常由嵌入式處理器嵌入式處理器、外圍設(shè)備外圍設(shè)備、嵌嵌入式操作系統(tǒng)入式操作系統(tǒng)和和應(yīng)用軟件應(yīng)用軟件等幾大部分組成。等幾大部分組成。 嵌入式系統(tǒng)組成嵌入式系統(tǒng)組成嵌入式系統(tǒng)硬件組成嵌入式系統(tǒng)硬件組成6第第1 1章章 嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)v 嵌入式處理器嵌入式處理器 嵌入式處理器嵌入式處理器是嵌入式系統(tǒng)的核心部件。嵌入式處是嵌入式系統(tǒng)的核心部件。嵌入式處理器與通用處理器的最大不同點(diǎn)在于理器與通用處理器的最大不同點(diǎn)在于嵌入式處理器大嵌入式處理器大多工作在為特定用戶群設(shè)計(jì)的系統(tǒng)中多工作在為特定用戶群設(shè)計(jì)的系統(tǒng)中。它通常把通用。它通常

5、把通用計(jì)算機(jī)中許多由板卡完成的任務(wù)集成在芯片內(nèi)部，從計(jì)算機(jī)中許多由板卡完成的任務(wù)集成在芯片內(nèi)部，從而有利于嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)趨于小型化，并具有高效率、而有利于嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)趨于小型化，并具有高效率、高可靠性等特征。高可靠性等特征。 大的硬件廠商會推出自己的嵌入式處理器，因而現(xiàn)大的硬件廠商會推出自己的嵌入式處理器，因而現(xiàn)今市面上有今市面上有10001000多種嵌入式處理器芯片，其中使用最多種嵌入式處理器芯片，其中使用最為廣泛的有為廣泛的有ARMARM，MIPSMIPS，PowerPCPowerPC，MC68000MC68000等。等。 7第第1 1章章 嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)v 外圍設(shè)備外圍設(shè)

6、備外圍設(shè)備外圍設(shè)備是指在一個(gè)嵌入式系統(tǒng)中，除了嵌入式處理器以外是指在一個(gè)嵌入式系統(tǒng)中，除了嵌入式處理器以外的完成存儲、通信、調(diào)試、顯示等輔助功能的其他部件。的完成存儲、通信、調(diào)試、顯示等輔助功能的其他部件。根據(jù)外圍設(shè)備的功能可分為以下根據(jù)外圍設(shè)備的功能可分為以下3 3類：類：存儲器存儲器：靜態(tài)易失型存儲器：靜態(tài)易失型存儲器( (RAMRAM，SRAM)SRAM)、動(dòng)態(tài)存儲器動(dòng)態(tài)存儲器( (DRAM)DRAM)和非易失型存儲器和非易失型存儲器( (Flash)Flash)。其中，其中，F(xiàn)lashFlash以可擦寫次以可擦寫次數(shù)多、存儲速度快、容量大及價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)在嵌入式領(lǐng)域得數(shù)多、存儲速度快、容

7、量大及價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)在嵌入式領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。到了廣泛的應(yīng)用。接口接口：應(yīng)用最為廣泛的包括并口、：應(yīng)用最為廣泛的包括并口、RS-232RS-232串口、串口、IrDAIrDA紅外紅外接口、接口、SPISPI串行外圍設(shè)備接口、串行外圍設(shè)備接口、I2C(Inter IC)I2C(Inter IC)總線接口、總線接口、USBUSB通用串行總線接口、通用串行總線接口、EthernetEthernet網(wǎng)口等。網(wǎng)口等。人機(jī)交互人機(jī)交互：LCDLCD、鍵盤和觸摸屏等人機(jī)交互設(shè)備。鍵盤和觸摸屏等人機(jī)交互設(shè)備。 8第第1 1章章 嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)v 嵌入式操作系統(tǒng)嵌入式操作系統(tǒng)嵌入式操作系統(tǒng)嵌入式

8、操作系統(tǒng)是用來管理存儲器分配、是用來管理存儲器分配、中斷處理、任務(wù)間通信和定時(shí)器響應(yīng)，以中斷處理、任務(wù)間通信和定時(shí)器響應(yīng)，以及提供多任務(wù)處理等的軟件模塊集合。及提供多任務(wù)處理等的軟件模塊集合。 嵌入式操作系統(tǒng)嵌入式操作系統(tǒng)常常有實(shí)時(shí)要求，所以嵌入常常有實(shí)時(shí)要求，所以嵌入式操作系統(tǒng)往往又是式操作系統(tǒng)往往又是“實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)”。 9第第1 1章章 嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)v 應(yīng)用軟件應(yīng)用軟件嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用軟件嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用軟件是針對特定的實(shí)際專業(yè)領(lǐng)域的，基于相是針對特定的實(shí)際專業(yè)領(lǐng)域的，基于相應(yīng)的嵌入式硬件平臺，并能完成用戶預(yù)期任務(wù)的應(yīng)的嵌入式硬件平臺，并能完成用戶預(yù)期任務(wù)的計(jì)算

9、機(jī)軟件計(jì)算機(jī)軟件。 嵌入式軟件的特點(diǎn)如下：嵌入式軟件的特點(diǎn)如下：(1)(1)軟件要求固態(tài)化存儲。軟件要求固態(tài)化存儲。(2)(2)軟件代碼要求高質(zhì)量、高可靠性。軟件代碼要求高質(zhì)量、高可靠性。(3)(3)系統(tǒng)軟件的高實(shí)時(shí)性是基本要求。系統(tǒng)軟件的高實(shí)時(shí)性是基本要求。(4)(4)多任務(wù)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)成為嵌入式應(yīng)用軟件的必需。多任務(wù)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)成為嵌入式應(yīng)用軟件的必需。 10第第1 1章章 嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)二、 嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn) 軟硬件一體化，集計(jì)算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)、軟硬件一體化，集計(jì)算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)、行業(yè)技術(shù)為一體；行業(yè)技術(shù)為一體； 需要操作系統(tǒng)支持，代碼小、執(zhí)行速度快；需要操作系統(tǒng)支

10、持，代碼小、執(zhí)行速度快； 專用緊湊，用途固定，成本敏感；專用緊湊，用途固定，成本敏感； 可靠性要求高；可靠性要求高； 多樣性，應(yīng)用廣泛、種類繁多。多樣性，應(yīng)用廣泛、種類繁多。 11第第1 1章章 嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)三、 嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用嵌入式應(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)備消費(fèi)電子消費(fèi)電子軍事國防軍事國防電子商務(wù)電子商務(wù)工業(yè)控制工業(yè)控制12第第1 1章章 嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)一、 嵌入式處理器分類 嵌入式微處理器嵌入式微處理器(Embedded Mic

11、roprocessor Unit, EMPU) 微控制器微控制器(Microcontroller Unit, MCU) DSP處理器處理器(Digital Signal Processor, DSP) 片上系統(tǒng)片上系統(tǒng)(System On Chip，SOC) 13第第1 1章章 嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)v 嵌入式微處理器嵌入式微處理器 嵌入式微處理器是由通用計(jì)算機(jī)中的嵌入式微處理器是由通用計(jì)算機(jī)中的CPUCPU演變而來的。演變而來的。與計(jì)算機(jī)處理器不同的是，只保留和嵌入式應(yīng)用緊密相關(guān)與計(jì)算機(jī)處理器不同的是，只保留和嵌入式應(yīng)用緊密相關(guān)的功能硬件，去除其他的冗余功能部分，配上必要的擴(kuò)展的功能硬

12、件，去除其他的冗余功能部分，配上必要的擴(kuò)展外圍電路，如存儲器的擴(kuò)展電路、外圍電路，如存儲器的擴(kuò)展電路、I/OI/O的擴(kuò)展電路和一些專的擴(kuò)展電路和一些專用的接口電路等，這樣就可以最低的功耗和資源滿足嵌入用的接口電路等，這樣就可以最低的功耗和資源滿足嵌入式應(yīng)用的特殊要求。嵌入式微處理器雖然在功能上與標(biāo)準(zhǔn)式應(yīng)用的特殊要求。嵌入式微處理器雖然在功能上與標(biāo)準(zhǔn)微處理器基本相同，但一般在工作溫度、抗電磁干擾、可微處理器基本相同，但一般在工作溫度、抗電磁干擾、可靠性等方面都做了各種增強(qiáng)。與工業(yè)控制計(jì)算機(jī)相比，嵌靠性等方面都做了各種增強(qiáng)。與工業(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、可靠性高等

13、入式微處理器具有體積小、重量輕、成本低、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。優(yōu)點(diǎn)。 目前主要的嵌入式處理器類型有目前主要的嵌入式處理器類型有ARM ARM 、MIPSMIPS、Am186/88Am186/88、386EX386EX、PowerPCPowerPC、6800068000系列等系列等。 14第第1 1章章 嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)v 微控制器微控制器 又稱又稱單片機(jī)單片機(jī)，這種位的電子器件目前在嵌入式設(shè)，這種位的電子器件目前在嵌入式設(shè)備中仍然有著極其廣泛的應(yīng)用。備中仍然有著極其廣泛的應(yīng)用。 單片機(jī)芯片內(nèi)部集成單片機(jī)芯片內(nèi)部集成FlashFlash、RAMRAM、總線邏輯、定時(shí)總線邏輯、定時(shí)器器/ /

14、計(jì)數(shù)器、計(jì)數(shù)器、WatchDogWatchDog、I/OI/O，串行口、脈寬調(diào)制輸串行口、脈寬調(diào)制輸出、出、A/DA/D，D/AD/A等各種必要的功能模塊和外圍部件。等各種必要的功能模塊和外圍部件。 代表性的通用系列包括代表性的通用系列包括80518051、P51XAP51XA、MCS-251MCS-251、MCS-96/196/296MCS-96/196/296、C166/167C166/167、MC68HC05/11/12/16MC68HC05/11/12/16、6830068300等。等。 另外還有許多半通用系列如：支持另外還有許多半通用系列如：支持USBUSB接口的接口的MCU MCU

15、 8XC930/9318XC930/931、C540C540、C541C541；支持支持I2CI2C、CAN-BusCAN-Bus、LCDLCD及眾多專用及眾多專用MCUMCU和兼容系列。目前和兼容系列。目前MCUMCU占嵌入式占嵌入式系統(tǒng)約系統(tǒng)約7070的市場份額。的市場份額。15第第1 1章章 嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)v DSPDSP處理器處理器 DSPDSP處理器是專門用于信號處理方面的處理器，其處理器是專門用于信號處理方面的處理器，其在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和指令算法方面進(jìn)行了特殊設(shè)計(jì)，在數(shù)在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和指令算法方面進(jìn)行了特殊設(shè)計(jì)，在數(shù)字濾波、字濾波、FFTFFT、譜分析等各種儀器上譜分析等各種儀

16、器上DSPDSP獲得了大規(guī)獲得了大規(guī)模的應(yīng)用。模的應(yīng)用。 DSPDSP處理器有兩個(gè)發(fā)展來源，處理器有兩個(gè)發(fā)展來源，一是一是DSPDSP處理系統(tǒng)經(jīng)過處理系統(tǒng)經(jīng)過單片化、電磁兼容（單片化、電磁兼容（EMCEMC）改造以及增加片上外設(shè)，改造以及增加片上外設(shè)，成為成為DSPDSP處理器；處理器；二是二是在通用單片機(jī)或在通用單片機(jī)或SoCSoC中增加中增加DSPDSP協(xié)處理器協(xié)處理器。 DSPDSP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TITI公司的公司的TMS320TMS320系列系列、ADIADI公司的公司的ADSP21XXADSP21XX系列系列和和MotorolaMotorola公

17、司的公司的DSP56000DSP56000系列系列。 16第第1 1章章 嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)v片上系統(tǒng)片上系統(tǒng) SoC就是就是System on Chip，SoC是一種基于是一種基于IP（Intellectual Property）核嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)。核嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)。 它結(jié)合了許多功能區(qū)塊，將功能做在一個(gè)芯片上，它結(jié)合了許多功能區(qū)塊，將功能做在一個(gè)芯片上，ARM RISC、MIPS RISC、DSP或是其他的微處理器核心，加或是其他的微處理器核心，加上通信的接口單元，例如通用串行端口（上通信的接口單元，例如通用串行端口（USB）、）、TCP/IP通信單元、通信單元、GPRS通

18、信接口、通信接口、GSM通信接口、通信接口、IEEE1394、藍(lán)牙模塊接口等等，這些單元以往都是依照各單元的功能藍(lán)牙模塊接口等等，這些單元以往都是依照各單元的功能做成一個(gè)個(gè)獨(dú)立的處理芯片。做成一個(gè)個(gè)獨(dú)立的處理芯片。 嵌入式片上系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是嵌入式片上系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是IP核的設(shè)計(jì)。核的設(shè)計(jì)。IP核分為核分為硬核硬核、軟核軟核和和固核固核，是嵌入式技術(shù)的重要支持技術(shù)。，是嵌入式技術(shù)的重要支持技術(shù)。 17第第1 1章章 嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)二、典型的嵌入式處理器1 1ARMARM處理器處理器2 2MIPSMIPS處理器處理器 3 3PowerPCPowerPC處理器處理器 4 4MC68K

19、/ColdfireMC68K/Coldfire處理器處理器 5 5x86x86處理器處理器 18第第1 1章章 嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)v ARM ARM處理器處理器 ARMARM（Advanced RISC MachinesAdvanced RISC Machines）公司是全球領(lǐng)公司是全球領(lǐng)先的先的16/3216/32位位RISCRISC微處理器微處理器知識產(chǎn)權(quán)設(shè)計(jì)知識產(chǎn)權(quán)設(shè)計(jì)供應(yīng)商。供應(yīng)商。 ARM ARM處理器有處理器有3 3大大特點(diǎn)特點(diǎn)：小體積、低功耗、低成本而高性能；小體積、低功耗、低成本而高性能；16/3216/32位雙指令集；位雙指令集；全球眾多的合作伙伴。全球眾多的合作伙

20、伴。 ARM ARM處理器分處理器分ARM7ARM7、ARM9ARM9、ARM9EARM9E、ARM10ARM10、ARM11ARM11和和SecurCoreSecurCore系列。系列。 19第第1 1章章 嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)v MIPS MIPS處理器處理器 MIPSMIPS（Microprocessor without Interlocked Microprocessor without Interlocked Pipeline StagesPipeline Stages）技術(shù)公司是一家設(shè)計(jì)制造高技術(shù)公司是一家設(shè)計(jì)制造高性能、高檔次及嵌入式性能、高檔次及嵌入式3232位和位和6

21、464位處理器的廠商。位處理器的廠商。 MIPS MIPS的定位很廣。在高端市場它有的定位很廣。在高端市場它有6464位的位的2020KcKc系列，在低端市場有系列，在低端市場有SmartMIPSSmartMIPS。 20第第1 1章章 嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ) PowerPC PowerPC體系結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是體系結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是可伸縮性好，方便靈活可伸縮性好，方便靈活。PowerPCPowerPC處理器處理器品種很多品種很多，既有通用的處理器，又有，既有通用的處理器，又有微控制器和內(nèi)核。其微控制器和內(nèi)核。其應(yīng)用范圍非常廣泛應(yīng)用范圍非常廣泛，從高端的，從高端的工作站、服務(wù)器到桌面計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，從消

22、費(fèi)類電子工作站、服務(wù)器到桌面計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，從消費(fèi)類電子產(chǎn)品到大型通信設(shè)備，無所不包。產(chǎn)品到大型通信設(shè)備，無所不包。 基于基于PowerPCPowerPC架構(gòu)的處理器有架構(gòu)的處理器有IBM IBM 公司開發(fā)的公司開發(fā)的PowerPC 405 GPPowerPC 405 GP，它是一個(gè)集成它是一個(gè)集成10/10010/100MbpsMbps以太網(wǎng)以太網(wǎng)控制器、串行和并行端口、內(nèi)存控制器以及其它外控制器、串行和并行端口、內(nèi)存控制器以及其它外設(shè)的高性能嵌入式處理器。設(shè)的高性能嵌入式處理器。v PowerPC PowerPC處理器處理器21第第1 1章章 嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ) Apple Appl

23、e機(jī)以前使用的就是機(jī)以前使用的就是Motorola 68000(68K)Motorola 68000(68K)，比比IntelIntel公司的公司的80888088還要早。但現(xiàn)在，還要早。但現(xiàn)在，AppleApple、MotorolaMotorola公司已放棄公司已放棄6868K K而專注于而專注于ARMARM了。了。 v MC68K/Coldfire MC68K/Coldfire處理器處理器22第第1 1章章 嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ) x86 x86系列處理器是最常用的，它起源于系列處理器是最常用的，它起源于IntelIntel架架構(gòu)的構(gòu)的80808080，發(fā)展到現(xiàn)在，發(fā)展到現(xiàn)在Pent

24、ium 4Pentium 4、AthlonAthlon和和AMDAMD的的6464位處理器位處理器HammerHammer。486DX486DX是當(dāng)時(shí)和是當(dāng)時(shí)和ARMARM、68K68K、MIPSMIPS、SuperHSuperH齊名的五大嵌入式處理器之一?，F(xiàn)有齊名的五大嵌入式處理器之一。現(xiàn)有基于基于x86x86的的STPCSTPC高度集成系統(tǒng)。高度集成系統(tǒng)。 v x86 x86處理器處理器23第第1 1章章 嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)1.1.2 嵌入式操作系統(tǒng)簡介24第第1 1章章 嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)一、一、 操作系統(tǒng)的概念和分類操作系統(tǒng)的概念和分類 操作系統(tǒng)的概念操作系統(tǒng)的概念

25、 操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)OS(Operating System)OS(Operating System)是一組計(jì)算是一組計(jì)算機(jī)程序的集合，用來有效地控制和管理計(jì)算機(jī)的機(jī)程序的集合，用來有效地控制和管理計(jì)算機(jī)的硬件和軟件資源，即合理地對資源進(jìn)行調(diào)度，并硬件和軟件資源，即合理地對資源進(jìn)行調(diào)度，并為用戶提供方便的應(yīng)用接口。它為應(yīng)用支持軟件為用戶提供方便的應(yīng)用接口。它為應(yīng)用支持軟件提供運(yùn)行環(huán)境，即對程序開發(fā)者提供功能強(qiáng)、使提供運(yùn)行環(huán)境，即對程序開發(fā)者提供功能強(qiáng)、使用方便的開發(fā)環(huán)境。用方便的開發(fā)環(huán)境。 25第第1 1章章 嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)操作系統(tǒng)的功能操作系統(tǒng)的功能 處理器管理處理器管理 存儲器管

26、理存儲器管理 設(shè)備管理設(shè)備管理 文件管理文件管理用戶接口用戶接口 對處理器進(jìn)行分配，并對其運(yùn)行進(jìn)行有效地控制和管理。處理器的分配對處理器進(jìn)行分配，并對其運(yùn)行進(jìn)行有效地控制和管理。處理器的分配和運(yùn)行都是以和運(yùn)行都是以進(jìn)程進(jìn)程為基本單位進(jìn)行的，因此對處理器的管理可以歸結(jié)為對進(jìn)為基本單位進(jìn)行的，因此對處理器的管理可以歸結(jié)為對進(jìn)程的管理，包括程的管理，包括進(jìn)程控制、進(jìn)程同步、進(jìn)程通信、作業(yè)調(diào)度和進(jìn)程調(diào)度進(jìn)程控制、進(jìn)程同步、進(jìn)程通信、作業(yè)調(diào)度和進(jìn)程調(diào)度等。等。 為多道程序的運(yùn)行提供良好的環(huán)境，包括內(nèi)存分配、內(nèi)存保護(hù)、地址映射、為多道程序的運(yùn)行提供良好的環(huán)境，包括內(nèi)存分配、內(nèi)存保護(hù)、地址映射、內(nèi)存擴(kuò)充等。

27、內(nèi)存擴(kuò)充等。 包括緩沖管理、設(shè)備分配、設(shè)備處理、形成虛擬邏輯設(shè)備等。包括緩沖管理、設(shè)備分配、設(shè)備處理、形成虛擬邏輯設(shè)備等。 文件管理的主要任務(wù)就是對系統(tǒng)文件和用戶文件進(jìn)行管理，方便用戶的使文件管理的主要任務(wù)就是對系統(tǒng)文件和用戶文件進(jìn)行管理，方便用戶的使用，保證文件的安全性。文件管理包括對文件存儲空間的管理、目錄管理、文用，保證文件的安全性。文件管理包括對文件存儲空間的管理、目錄管理、文件的讀寫管理以及文件的共享與保護(hù)等。件的讀寫管理以及文件的共享與保護(hù)等。 用戶與操作系統(tǒng)的接口是用戶能方便地使用操作系統(tǒng)的關(guān)鍵所在。用戶與操作系統(tǒng)的接口是用戶能方便地使用操作系統(tǒng)的關(guān)鍵所在。 26第第1 1章章

28、嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)的分類計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)的分類按按程序運(yùn)行調(diào)度的方法程序運(yùn)行調(diào)度的方法分類：分類： 1 1順序執(zhí)行系統(tǒng)順序執(zhí)行系統(tǒng) 即系統(tǒng)內(nèi)只有一個(gè)運(yùn)行程序，它獨(dú)占即系統(tǒng)內(nèi)只有一個(gè)運(yùn)行程序，它獨(dú)占CPUCPU時(shí)間，按語句順序執(zhí)行該時(shí)間，按語句順序執(zhí)行該程序，直至執(zhí)行完畢，另一程序才能啟動(dòng)運(yùn)行。程序，直至執(zhí)行完畢，另一程序才能啟動(dòng)運(yùn)行。DOSDOS操作系統(tǒng)就屬于操作系統(tǒng)就屬于這種系統(tǒng)。這種系統(tǒng)。 2 2分時(shí)操作系統(tǒng)分時(shí)操作系統(tǒng) 系統(tǒng)內(nèi)同時(shí)可有多道程序運(yùn)行。所謂同時(shí)，只是從宏觀上說；實(shí)際系統(tǒng)內(nèi)同時(shí)可有多道程序運(yùn)行。所謂同時(shí)，只是從宏觀上說；實(shí)際上系統(tǒng)把上系統(tǒng)把CPUCPU的時(shí)

29、間按順序分成若干時(shí)間片，每個(gè)時(shí)間片內(nèi)執(zhí)行不同的時(shí)間按順序分成若干時(shí)間片，每個(gè)時(shí)間片內(nèi)執(zhí)行不同的程序。這類系統(tǒng)支持多用戶，當(dāng)今廣泛用于商業(yè)、金融領(lǐng)域。的程序。這類系統(tǒng)支持多用戶，當(dāng)今廣泛用于商業(yè)、金融領(lǐng)域。UNIXUNIX操作系統(tǒng)就屬于這種系統(tǒng)。操作系統(tǒng)就屬于這種系統(tǒng)。 3 3實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng) 系統(tǒng)內(nèi)同時(shí)有多道程序運(yùn)行，每道程序各有不同的優(yōu)先級，操作系系統(tǒng)內(nèi)同時(shí)有多道程序運(yùn)行，每道程序各有不同的優(yōu)先級，操作系統(tǒng)按事件觸發(fā)使程序運(yùn)行。當(dāng)多個(gè)事件發(fā)生時(shí)，系統(tǒng)按優(yōu)先級高低確統(tǒng)按事件觸發(fā)使程序運(yùn)行。當(dāng)多個(gè)事件發(fā)生時(shí)，系統(tǒng)按優(yōu)先級高低確定哪道程序在此時(shí)此刻占有定哪道程序在此時(shí)此刻占有CPUCPU，

30、以保證優(yōu)先級高的事件先運(yùn)行，從以保證優(yōu)先級高的事件先運(yùn)行，從而實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)信息及時(shí)被采集。而實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)信息及時(shí)被采集。 27第第1 1章章 嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)嵌入式操作系統(tǒng)的分類嵌入式操作系統(tǒng)的分類從從實(shí)時(shí)性的角度實(shí)時(shí)性的角度來看，嵌入式操作系統(tǒng)可以分為：來看，嵌入式操作系統(tǒng)可以分為：具有強(qiáng)實(shí)時(shí)特點(diǎn)的嵌入式操作系統(tǒng)；具有強(qiáng)實(shí)時(shí)特點(diǎn)的嵌入式操作系統(tǒng)；具有弱實(shí)時(shí)特點(diǎn)的嵌入式操作系統(tǒng)；具有弱實(shí)時(shí)特點(diǎn)的嵌入式操作系統(tǒng)；沒有實(shí)時(shí)特點(diǎn)的嵌入式操作系統(tǒng)。沒有實(shí)時(shí)特點(diǎn)的嵌入式操作系統(tǒng)。 從從應(yīng)用的角度應(yīng)用的角度來看，嵌入式操作系統(tǒng)可以分為：來看，嵌入式操作系統(tǒng)可以分為：面向低端信息家電面向低端信息家電IA

31、IA（Internet ApplianceInternet Appliance，如智能電話、家庭網(wǎng)關(guān)如智能電話、家庭網(wǎng)關(guān)等）的嵌入式操作系統(tǒng)；等）的嵌入式操作系統(tǒng)；面向高端信息家電（如數(shù)字電視等）的嵌入式操作系統(tǒng)；面向高端信息家電（如數(shù)字電視等）的嵌入式操作系統(tǒng)；面向個(gè)人通信終端（如手機(jī)、面向個(gè)人通信終端（如手機(jī)、PDAPDA、Pocket PCPocket PC等）的嵌入式操作等）的嵌入式操作系統(tǒng)；系統(tǒng)；面向通信設(shè)備的嵌入式操作系統(tǒng)；面向通信設(shè)備的嵌入式操作系統(tǒng)；面向汽車電子的嵌入式操作系統(tǒng)；面向汽車電子的嵌入式操作系統(tǒng)；面向工業(yè)控制的嵌入式操作系統(tǒng)。面向工業(yè)控制的嵌入式操作系統(tǒng)。28第第1

32、 1章章 嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)v嵌入式操作系統(tǒng)的基本概念嵌入式操作系統(tǒng)的基本概念任務(wù)、進(jìn)程和線程任務(wù)、進(jìn)程和線程 任務(wù)：任務(wù)是指一個(gè)程序分段，這個(gè)分段被操作系統(tǒng)當(dāng)任務(wù)：任務(wù)是指一個(gè)程序分段，這個(gè)分段被操作系統(tǒng)當(dāng)作一個(gè)基本工作單元來調(diào)度。任務(wù)是在系統(tǒng)運(yùn)行前已設(shè)計(jì)作一個(gè)基本工作單元來調(diào)度。任務(wù)是在系統(tǒng)運(yùn)行前已設(shè)計(jì)好的。好的。 進(jìn)程：進(jìn)程是指任務(wù)的一次運(yùn)行過程，它是動(dòng)態(tài)過程。進(jìn)程：進(jìn)程是指任務(wù)的一次運(yùn)行過程，它是動(dòng)態(tài)過程。有些操作系統(tǒng)把任務(wù)和進(jìn)程等同看待，認(rèn)為任務(wù)是一個(gè)動(dòng)有些操作系統(tǒng)把任務(wù)和進(jìn)程等同看待，認(rèn)為任務(wù)是一個(gè)動(dòng)態(tài)過程，即執(zhí)行任務(wù)體的動(dòng)態(tài)過程。態(tài)過程，即執(zhí)行任務(wù)體的動(dòng)態(tài)過程。 線程：

33、線程：2020世紀(jì)世紀(jì)8080年代中期，人們提出了比進(jìn)程更小的能年代中期，人們提出了比進(jìn)程更小的能獨(dú)立運(yùn)行和調(diào)度的基本單位獨(dú)立運(yùn)行和調(diào)度的基本單位線程，并以此來提高程序線程，并以此來提高程序并發(fā)執(zhí)行的程度。近些年，線程的概念已被廣泛應(yīng)用。并發(fā)執(zhí)行的程度。近些年，線程的概念已被廣泛應(yīng)用。 29第第1 1章章 嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)v嵌入式操作系統(tǒng)的基本概念嵌入式操作系統(tǒng)的基本概念多用戶及多任務(wù)多用戶及多任務(wù)多用戶的含義是，允許多個(gè)用戶通過各自的終端使用多用戶的含義是，允許多個(gè)用戶通過各自的終端使用同一臺主機(jī)，共享同一個(gè)操作系統(tǒng)及各種系統(tǒng)資源。同一臺主機(jī)，共享同一個(gè)操作系統(tǒng)及各種系統(tǒng)資源。每

34、個(gè)用戶的應(yīng)用程序可以設(shè)計(jì)成不同的任務(wù)，這些任每個(gè)用戶的應(yīng)用程序可以設(shè)計(jì)成不同的任務(wù)，這些任務(wù)可以并發(fā)執(zhí)行。務(wù)可以并發(fā)執(zhí)行。 用戶及多任務(wù)系統(tǒng)可以提高系統(tǒng)的吞吐量，更有效用戶及多任務(wù)系統(tǒng)可以提高系統(tǒng)的吞吐量，更有效地利用系統(tǒng)資源。地利用系統(tǒng)資源。 30第第1 1章章 嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)v嵌入式操作系統(tǒng)的基本概念嵌入式操作系統(tǒng)的基本概念任務(wù)的事件驅(qū)動(dòng)任務(wù)的事件驅(qū)動(dòng)31第第1 1章章 嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)v嵌入式操作系統(tǒng)的基本概念嵌入式操作系統(tǒng)的基本概念中斷與中斷優(yōu)先級中斷與中斷優(yōu)先級 中斷中斷是計(jì)算機(jī)中是計(jì)算機(jī)中軟件系統(tǒng)與硬件系統(tǒng)軟件系統(tǒng)與硬件系統(tǒng)共同提供的功能。共同提供的功能。

35、它包括它包括中斷源、中斷優(yōu)先級、中斷處理程序及中斷任務(wù)中斷源、中斷優(yōu)先級、中斷處理程序及中斷任務(wù)等相等相關(guān)概念。關(guān)概念。實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)充分利用充分利用中斷中斷來改變來改變CPUCPU執(zhí)行程序的執(zhí)行程序的順序，順序，達(dá)到實(shí)時(shí)處理目的達(dá)到實(shí)時(shí)處理目的。 系統(tǒng)中所有中斷控制器一共可以連接幾個(gè)外部信號，則系統(tǒng)中所有中斷控制器一共可以連接幾個(gè)外部信號，則稱系統(tǒng)有幾個(gè)稱系統(tǒng)有幾個(gè)中斷源中斷源。 操作系統(tǒng)對每個(gè)中斷級指定了優(yōu)先級，稱之為操作系統(tǒng)對每個(gè)中斷級指定了優(yōu)先級，稱之為中斷優(yōu)中斷優(yōu)先級先級。在多個(gè)中斷源同時(shí)發(fā)出申請時(shí)，。在多個(gè)中斷源同時(shí)發(fā)出申請時(shí)，CPUCPU按優(yōu)先級的高按優(yōu)先級的高低順序處

36、理。這種總是保證優(yōu)先級最高的任務(wù)占用低順序處理。這種總是保證優(yōu)先級最高的任務(wù)占用CPUCPU的的方式，稱為方式，稱為按優(yōu)先級搶占式調(diào)度按優(yōu)先級搶占式調(diào)度。 32第第1 1章章 嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)v嵌入式操作系統(tǒng)的基本概念嵌入式操作系統(tǒng)的基本概念同步與異步同步與異步 實(shí)時(shí)系統(tǒng)中常用同步或異步來說明事件發(fā)生的時(shí)序或任實(shí)時(shí)系統(tǒng)中常用同步或異步來說明事件發(fā)生的時(shí)序或任務(wù)執(zhí)行的順序關(guān)系。務(wù)執(zhí)行的順序關(guān)系。 由于事件由于事件1 1停止而引起事件停止而引起事件2 2發(fā)生，或者必須有事件發(fā)生，或者必須有事件2 2發(fā)生，發(fā)生，事件事件3 3才可能發(fā)生，如此類推，這一系列與時(shí)間相關(guān)的事件才可能發(fā)生，如此

37、類推，這一系列與時(shí)間相關(guān)的事件稱為稱為同步事件同步事件。由同步事件驅(qū)動(dòng)的任務(wù)稱為。由同步事件驅(qū)動(dòng)的任務(wù)稱為同步任務(wù)同步任務(wù)。使任。使任務(wù)同步的目的是使相關(guān)任務(wù)在執(zhí)行順序上協(xié)調(diào)，不至于發(fā)生務(wù)同步的目的是使相關(guān)任務(wù)在執(zhí)行順序上協(xié)調(diào)，不至于發(fā)生時(shí)間相關(guān)的差錯(cuò)，以保證任務(wù)互斥地訪問系統(tǒng)的內(nèi)存、外設(shè)時(shí)間相關(guān)的差錯(cuò)，以保證任務(wù)互斥地訪問系統(tǒng)的內(nèi)存、外設(shè)等共享資源。等共享資源。 異步事件異步事件是指隨機(jī)發(fā)生的事件。異步事件發(fā)生的因素很是指隨機(jī)發(fā)生的事件。異步事件發(fā)生的因素很復(fù)雜，往往與工業(yè)現(xiàn)場有關(guān)，難以預(yù)測其發(fā)生的時(shí)間，因此復(fù)雜，往往與工業(yè)現(xiàn)場有關(guān)，難以預(yù)測其發(fā)生的時(shí)間，因此異步事件又稱隨機(jī)事件異步事件又稱

38、隨機(jī)事件。由異步事件驅(qū)動(dòng)的任務(wù)稱為。由異步事件驅(qū)動(dòng)的任務(wù)稱為異步任異步任務(wù)務(wù)。中斷任務(wù)都是異步任務(wù)，優(yōu)先級高于同步任務(wù)中斷任務(wù)都是異步任務(wù)，優(yōu)先級高于同步任務(wù)。33第第1 1章章 嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)v嵌入式操作系統(tǒng)的基本概念嵌入式操作系統(tǒng)的基本概念資源與臨界資源資源與臨界資源 程序運(yùn)行時(shí)可使用的軟、硬件環(huán)境統(tǒng)稱為程序運(yùn)行時(shí)可使用的軟、硬件環(huán)境統(tǒng)稱為資源資源。主要包。主要包括括CPUCPU的可利用時(shí)間、系統(tǒng)可提供的中斷源、內(nèi)存空間與數(shù)的可利用時(shí)間、系統(tǒng)可提供的中斷源、內(nèi)存空間與數(shù)據(jù)、通用外部設(shè)備等等。據(jù)、通用外部設(shè)備等等。 沒有指派給具體任務(wù)的資源屬于系統(tǒng)所有，是沒有指派給具體任務(wù)的資

39、源屬于系統(tǒng)所有，是共享資源共享資源。 如果系統(tǒng)中出現(xiàn)如果系統(tǒng)中出現(xiàn)2 2個(gè)以上任務(wù)可能同時(shí)訪問的共享資源，個(gè)以上任務(wù)可能同時(shí)訪問的共享資源，則稱為則稱為臨界資源臨界資源。系統(tǒng)中的公共數(shù)據(jù)區(qū)、打印機(jī)等都是臨界。系統(tǒng)中的公共數(shù)據(jù)區(qū)、打印機(jī)等都是臨界資源。資源。 系統(tǒng)內(nèi)任務(wù)應(yīng)采取系統(tǒng)內(nèi)任務(wù)應(yīng)采取互斥互斥的方式訪問共享資源。在實(shí)時(shí)多的方式訪問共享資源。在實(shí)時(shí)多任務(wù)系統(tǒng)中，當(dāng)異步任務(wù)被激活時(shí)，容易出現(xiàn)資源的臨界狀任務(wù)系統(tǒng)中，當(dāng)異步任務(wù)被激活時(shí)，容易出現(xiàn)資源的臨界狀態(tài)。實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)中應(yīng)保證態(tài)。實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)中應(yīng)保證任何時(shí)刻臨界資源內(nèi)只有任何時(shí)刻臨界資源內(nèi)只有一個(gè)任務(wù)在訪問一個(gè)任務(wù)在訪問。資源臨界

40、問題解決不好，執(zhí)行任務(wù)交不出。資源臨界問題解決不好，執(zhí)行任務(wù)交不出資源的控制權(quán)，將引起系統(tǒng)資源的控制權(quán)，將引起系統(tǒng)死鎖死鎖。34第第1 1章章 嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)v嵌入式操作系統(tǒng)的基本概念嵌入式操作系統(tǒng)的基本概念容錯(cuò)與安全容錯(cuò)與安全 容錯(cuò)容錯(cuò)是指這樣一種性能或措施，當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)某些軟、硬是指這樣一種性能或措施，當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)某些軟、硬件出現(xiàn)故障時(shí)，系統(tǒng)仍能正常運(yùn)轉(zhuǎn)，完成預(yù)定的任務(wù)或某件出現(xiàn)故障時(shí)，系統(tǒng)仍能正常運(yùn)轉(zhuǎn)，完成預(yù)定的任務(wù)或某些重要的不允許間斷的任務(wù)。容錯(cuò)能力包括系統(tǒng)自診斷、些重要的不允許間斷的任務(wù)。容錯(cuò)能力包括系統(tǒng)自診斷、自恢復(fù)、自動(dòng)切換等多方面能力，由自恢復(fù)、自動(dòng)切換等多方面能力，由

41、軟、硬件共同軟、硬件共同采取措采取措施才能實(shí)現(xiàn)。容錯(cuò)是實(shí)時(shí)系統(tǒng)提高可靠性的手段。施才能實(shí)現(xiàn)。容錯(cuò)是實(shí)時(shí)系統(tǒng)提高可靠性的手段。 安全性控制安全性控制是操作系統(tǒng)對自身文件和用戶文件的存取是操作系統(tǒng)對自身文件和用戶文件的存取合法性的控制。在實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)中安全性極為重要，必須合法性的控制。在實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)中安全性極為重要，必須保證系統(tǒng)工作的高度可靠和安全，防止對應(yīng)用系統(tǒng)有意或保證系統(tǒng)工作的高度可靠和安全，防止對應(yīng)用系統(tǒng)有意或無意的破壞。通常采用一些無意的破壞。通常采用一些軟件控制方法軟件控制方法來保證系統(tǒng)的安來保證系統(tǒng)的安全性，如標(biāo)記檢查、多級口令設(shè)置、加密等等。全性，如標(biāo)記檢查、多級口令設(shè)置、加密等等

42、。35第第1 1章章 嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)二、二、 實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng) 實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)( (RTOS)RTOS)是具有實(shí)時(shí)性且能支持實(shí)時(shí)控制是具有實(shí)時(shí)性且能支持實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)工作的操作系統(tǒng)。系統(tǒng)工作的操作系統(tǒng)。 RTOS RTOS與通用計(jì)算機(jī)與通用計(jì)算機(jī)OSOS的區(qū)別：的區(qū)別：實(shí)時(shí)性。響應(yīng)速度快，只有幾微秒；執(zhí)行時(shí)間確定、實(shí)時(shí)性。響應(yīng)速度快，只有幾微秒；執(zhí)行時(shí)間確定、可預(yù)測；可預(yù)測；代碼尺寸小。代碼尺寸小。1010100100KBKB，節(jié)省內(nèi)存空間，降低成本；節(jié)省內(nèi)存空間，降低成本；應(yīng)用程序開發(fā)較難；應(yīng)用程序開發(fā)較難；需要專用開發(fā)工具：仿真器、編譯器和調(diào)試器等。需要專用開

43、發(fā)工具：仿真器、編譯器和調(diào)試器等。36第第1 1章章 嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)v 實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的發(fā)展實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的發(fā)展 實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的研究是從實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的研究是從2020世紀(jì)世紀(jì)6060年代年代開始的。從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上看，開始的。從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上看，實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)經(jīng)歷了以下實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)經(jīng)歷了以下3 3個(gè)發(fā)展階段。個(gè)發(fā)展階段。（1 1）早期的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)）早期的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng) 不能稱為真正的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。它只是一個(gè)小而簡單、具有一定專不能稱為真正的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。它只是一個(gè)小而簡單、具有一定專用性的軟件，其功能較弱，可以認(rèn)為是一種實(shí)時(shí)監(jiān)控程序。它一般為用用性的軟件，其功能較弱，可以認(rèn)為是一種實(shí)時(shí)監(jiān)控程序

44、。它一般為用戶提供對系統(tǒng)的初始管理以及簡單的實(shí)時(shí)時(shí)鐘管理。戶提供對系統(tǒng)的初始管理以及簡單的實(shí)時(shí)時(shí)鐘管理。（2 2）專用實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)）專用實(shí)時(shí)操作系統(tǒng) 在國外稱為在國外稱為Real-Time Operating System Developed in HouseReal-Time Operating System Developed in House。它是早期它是早期用戶為滿足自身開發(fā)需要而研制的，一般只能用于特定的硬件環(huán)境，且用戶為滿足自身開發(fā)需要而研制的，一般只能用于特定的硬件環(huán)境，且缺乏嚴(yán)格的評測，移植性也不太好。缺乏嚴(yán)格的評測，移植性也不太好。（3 3）通用實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)）通用實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)

45、 大多采用軟組件結(jié)構(gòu)，以大多采用軟組件結(jié)構(gòu)，以“標(biāo)準(zhǔn)組件標(biāo)準(zhǔn)組件”構(gòu)成通用的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。構(gòu)成通用的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。一方面，在實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)內(nèi)核的最底層將不同的硬件特性屏蔽掉；另一一方面，在實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)內(nèi)核的最底層將不同的硬件特性屏蔽掉；另一方面，對不同的應(yīng)用環(huán)境提供了標(biāo)準(zhǔn)的、可剪裁的系統(tǒng)服務(wù)軟組件。方面，對不同的應(yīng)用環(huán)境提供了標(biāo)準(zhǔn)的、可剪裁的系統(tǒng)服務(wù)軟組件。 37第第1 1章章 嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)v 實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的組成實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的組成根據(jù)面向?qū)嶋H應(yīng)用領(lǐng)域的不同根據(jù)面向?qū)嶋H應(yīng)用領(lǐng)域的不同, ,實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的組成也有所不同。但一般實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的組成也有所不同。但一般都包括以下幾個(gè)重要組成

46、部分：都包括以下幾個(gè)重要組成部分： (1) (1) 實(shí)時(shí)內(nèi)核實(shí)時(shí)內(nèi)核 實(shí)時(shí)內(nèi)核一般都是多任務(wù)的。它主要實(shí)現(xiàn)任務(wù)管理、定時(shí)器管理、存實(shí)時(shí)內(nèi)核一般都是多任務(wù)的。它主要實(shí)現(xiàn)任務(wù)管理、定時(shí)器管理、存儲器管理、任務(wù)間通信與同步、中斷管理等功能。儲器管理、任務(wù)間通信與同步、中斷管理等功能。 (2) (2) 網(wǎng)絡(luò)組件網(wǎng)絡(luò)組件 網(wǎng)絡(luò)組件實(shí)現(xiàn)了鏈路層的網(wǎng)絡(luò)組件實(shí)現(xiàn)了鏈路層的ARP/RARPARP/RARP協(xié)議、協(xié)議、PPPPPP及及SLIPSLIP協(xié)議，網(wǎng)絡(luò)層的協(xié)議，網(wǎng)絡(luò)層的IPIP協(xié)議，傳輸層的協(xié)議，傳輸層的TCPTCP和和UDPUDP協(xié)議。網(wǎng)絡(luò)組件為應(yīng)用層提供服務(wù)協(xié)議。網(wǎng)絡(luò)組件為應(yīng)用層提供服務(wù), ,它本身是

47、它本身是可裁減的?？刹脺p的。 (3) (3) 文件系統(tǒng)文件系統(tǒng) 對于比較復(fù)雜的文件操作應(yīng)用來說，文件系統(tǒng)是必不可少的。它也是對于比較復(fù)雜的文件操作應(yīng)用來說，文件系統(tǒng)是必不可少的。它也是可裁減的?？刹脺p的。 (4) (4) 圖形用戶界面圖形用戶界面 圖形用戶界面圖形用戶界面( (GUI)GUI)為用戶提供文字和圖形以及中英文的顯示和輸入。為用戶提供文字和圖形以及中英文的顯示和輸入。它同樣是可裁減的。它同樣是可裁減的。38第第1 1章章 嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)v 實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的特點(diǎn)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的特點(diǎn) (1) (1)支持異步事件的響應(yīng)支持異步事件的響應(yīng) 實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)為了對外部事件在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)

48、進(jìn)行響應(yīng)，要求具有實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)為了對外部事件在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行響應(yīng)，要求具有中斷和異步處理的能力。中斷和異步處理的能力。 (2) (2)中斷和調(diào)度任務(wù)的優(yōu)先級機(jī)制中斷和調(diào)度任務(wù)的優(yōu)先級機(jī)制 為區(qū)分用戶的中斷以及調(diào)度任務(wù)的輕重緩急，需要有中斷和調(diào)度任為區(qū)分用戶的中斷以及調(diào)度任務(wù)的輕重緩急，需要有中斷和調(diào)度任務(wù)的優(yōu)先級機(jī)制。務(wù)的優(yōu)先級機(jī)制。 (3) (3)支持搶占式調(diào)度支持搶占式調(diào)度 為保證高優(yōu)先級的中斷或任務(wù)的響應(yīng)時(shí)間，實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)必須提供為保證高優(yōu)先級的中斷或任務(wù)的響應(yīng)時(shí)間，實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)必須提供一旦高優(yōu)先級的中斷或任務(wù)準(zhǔn)備好，就能馬上搶占低優(yōu)先級任務(wù)的一旦高優(yōu)先級的中斷或任務(wù)準(zhǔn)備好，就能馬上搶

49、占低優(yōu)先級任務(wù)的CPUCPU使用權(quán)的機(jī)制。使用權(quán)的機(jī)制。 (4) (4)確定的任務(wù)切換時(shí)間和中斷延遲時(shí)間確定的任務(wù)切換時(shí)間和中斷延遲時(shí)間 確定的任務(wù)切換時(shí)間和中斷延遲時(shí)間是實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)區(qū)別于普通操確定的任務(wù)切換時(shí)間和中斷延遲時(shí)間是實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)區(qū)別于普通操作系統(tǒng)的一個(gè)重要標(biāo)志，是衡量實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)實(shí)時(shí)性的重要標(biāo)準(zhǔn)。作系統(tǒng)的一個(gè)重要標(biāo)志，是衡量實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)實(shí)時(shí)性的重要標(biāo)準(zhǔn)。 (5) (5)支持同步支持同步 提供同步和協(xié)調(diào)共享數(shù)據(jù)的使用。提供同步和協(xié)調(diào)共享數(shù)據(jù)的使用。39第第1 1章章 嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)三、三、 常見的嵌入式操作系統(tǒng)常見的嵌入式操作系統(tǒng) VxWorksC/OSC/OS-Wi

50、ndows CE嵌入式嵌入式LinuxPalmOS QNXDelta OS Hopen OSpSOS40第第1 1章章 嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)v VxWorksVxWorks VxWorksVxWorks操作系統(tǒng)是美國操作系統(tǒng)是美國WindRiverWindRiver公司于公司于19831983年設(shè)年設(shè)計(jì)開發(fā)的一種嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)（計(jì)開發(fā)的一種嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)（RTOSRTOS），），具有具有良好的持續(xù)發(fā)展能力、高性能的內(nèi)核以及友好的用良好的持續(xù)發(fā)展能力、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)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。著一席

51、之地。 VxWorksVxWorks所具有的顯著特點(diǎn)是：所具有的顯著特點(diǎn)是： 可靠性、實(shí)時(shí)性和可裁減性?？煽啃?、實(shí)時(shí)性和可裁減性。 它支持多種處理器，如它支持多種處理器，如x86x86、i960i960、Sun Sun SparcSparc、Motorola MC68xxxMotorola MC68xxx、MIPS MIPS 、POWER PCPOWER PC等等。等等。 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，如火星探測器（極高的領(lǐng)域中，如火星

52、探測器（19971997年年7 7月月4 4日登陸日登陸火星表面）?；鹦潜砻妫?。41第第1 1章章 嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)vC/OSC/OS和和C/OS-C/OS- C/OSMicro Controller O S C/OSC/OS簡介簡介美國人美國人Jean Labrosse 1992Jean Labrosse 1992年完成，已應(yīng)用于數(shù)百種產(chǎn)年完成，已應(yīng)用于數(shù)百種產(chǎn)品中。品中。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)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 19981998年年

53、 C/OSC/OS-II-II，目前的版本目前的版本 C/OSC/OS -II V2.72 -II V2.7220002000年，得到美國航空管理局（年，得到美國航空管理局（FAAFAA）的認(rèn)證，可以用的認(rèn)證，可以用于飛行器中于飛行器中是一個(gè)源碼公開、可移植、可裁減、占用資源少、搶先是一個(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 CANSI C寫的，移植性好。高校教學(xué)可免費(fèi)使用。寫的，移植性好。高校教學(xué)可免費(fèi)使用。42第第1 1章章 嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)C/OS-II的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)43第

54、第1 1章章 嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)C/OS-II的任務(wù)狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖的任務(wù)狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖44第第1 1章章 嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)v Windows CEWindows CE Windows CEWindows CE：一種針對小容量、移動(dòng)式、智能化、一種針對小容量、移動(dòng)式、智能化、3232位、連接設(shè)備的模塊化實(shí)時(shí)嵌入式操作系統(tǒng)（縮位、連接設(shè)備的模塊化實(shí)時(shí)嵌入式操作系統(tǒng)（縮減的減的Win95Win95）。）。 針對掌上設(shè)備、無線設(shè)備的動(dòng)態(tài)應(yīng)用程序和服務(wù)提針對掌上設(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，屬于軟實(shí)時(shí)操供了一種功能豐富的操作系統(tǒng)平臺，屬于軟實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)

55、，作系統(tǒng)， 由于其由于其WindowsWindows背景，界面比較統(tǒng)一認(rèn)可?？梢允贡尘?，界面比較統(tǒng)一認(rèn)可?？梢允褂么蠖鄶?shù)用大多數(shù)WindowsWindows開發(fā)工具（如開發(fā)工具（如VBVB，VCVC等），大多等），大多數(shù)數(shù)WindowsWindows應(yīng)用程序經(jīng)過移植后就可以運(yùn)行在應(yīng)用程序經(jīng)過移植后就可以運(yùn)行在WinCEWinCE平臺上。平臺上。 操作系統(tǒng)的基本內(nèi)核需要至少操作系統(tǒng)的基本內(nèi)核需要至少200200K K的的ROMROM。 45第第1 1章章 嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)v 嵌入式嵌入式LinuxLinux LinuxLinux是開放源碼和免費(fèi)使用的，遍布全球的眾多是開放源碼和免費(fèi)使

56、用的，遍布全球的眾多LinuxLinux愛愛好者又是好者又是LinuxLinux開發(fā)的強(qiáng)大技術(shù)后盾。開發(fā)的強(qiáng)大技術(shù)后盾。 嵌入式嵌入式Linux(Embedded Linux)Linux(Embedded Linux)是指對是指對LinuxLinux經(jīng)過小型化裁經(jīng)過小型化裁剪后，能夠固化在容量只有幾百剪后，能夠固化在容量只有幾百K K字節(jié)或幾兆字節(jié)的存儲器字節(jié)或幾兆字節(jié)的存儲器芯片或單片機(jī)中，應(yīng)用于特定嵌入式場合的專用芯片或單片機(jī)中，應(yīng)用于特定嵌入式場合的專用LinuxLinux操作操作系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)。嵌入式LinuxLinux的開發(fā)和研究是目前操作系統(tǒng)領(lǐng)域的一的開發(fā)和研究是目前操作系統(tǒng)領(lǐng)域

57、的一個(gè)熱點(diǎn)。主要有個(gè)熱點(diǎn)。主要有RTLinuxRTLinux和和 CLinuxCLinux LinuxLinux的內(nèi)核小、功能強(qiáng)大、的內(nèi)核小、功能強(qiáng)大、APIAPI豐富，系統(tǒng)健壯、效率高，豐富，系統(tǒng)健壯、效率高，易于定制剪裁，在價(jià)格上極具競爭力。易于定制剪裁，在價(jià)格上極具競爭力。 LinuxLinux不僅支持不僅支持x86 CPUx86 CPU，還可以支持其他數(shù)十種還可以支持其他數(shù)十種CPUCPU芯片。芯片。 近幾年近幾年LinuxLinux在嵌入式領(lǐng)域異軍突起，過去的一年中有在嵌入式領(lǐng)域異軍突起，過去的一年中有13%13%的用戶已經(jīng)開始使用嵌入式的用戶已經(jīng)開始使用嵌入式LinuxLinux系

58、統(tǒng)進(jìn)行開發(fā)工作；有系統(tǒng)進(jìn)行開發(fā)工作；有52%52%的用戶決定在未來的用戶決定在未來2424個(gè)月內(nèi)開始使用個(gè)月內(nèi)開始使用LinuxLinux作為嵌入式作為嵌入式操作系統(tǒng)的開發(fā)原型。操作系統(tǒng)的開發(fā)原型。 46第第1 1章章 嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)v ClinuxClinux47第第1 1章章 嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)v PalmOSPalmOS Palm OSPalm OS是著名的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備制造商是著名的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備制造商3 3COMCOM旗下的旗下的Palm Palm ComputingComputing掌上電腦公司的產(chǎn)品。掌上電腦公司的產(chǎn)品。 Palm OSPalm OS是一套專門為掌上電

59、腦編寫的操作系統(tǒng)，充分考慮是一套專門為掌上電腦編寫的操作系統(tǒng)，充分考慮到了掌上電腦內(nèi)存相對較小的情況，所以到了掌上電腦內(nèi)存相對較小的情況，所以PalmPalm操作系統(tǒng)本操作系統(tǒng)本身所占的內(nèi)存很小，基于身所占的內(nèi)存很小，基于PalmPalm操作系統(tǒng)編寫的應(yīng)用程序所操作系統(tǒng)編寫的應(yīng)用程序所占的空間也很小，通常只有幾十占的空間也很小，通常只有幾十KBKB，因此基于因此基于PalmPalm操作系操作系統(tǒng)的掌上電腦雖然只有幾兆內(nèi)存卻可以運(yùn)行眾多的應(yīng)用程統(tǒng)的掌上電腦雖然只有幾兆內(nèi)存卻可以運(yùn)行眾多的應(yīng)用程序。序。 Palm OSPalm OS在在PDAPDA市場上占有很大的市場份額，目前主要與市場上占有很大

60、的市場份額，目前主要與WIN WIN CECE進(jìn)行激烈競爭。進(jìn)行激烈競爭。 代表性的產(chǎn)品有代表性的產(chǎn)品有Palm m505Palm m505、Palm m500Palm m500、Palm IIIPalm III等。等。48第第1 1章章 嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)v QNXQNX 加拿大加拿大QNXQNX公司的產(chǎn)品。公司的產(chǎn)品。 其內(nèi)核僅提供其內(nèi)核僅提供4 4種服務(wù)：進(jìn)程調(diào)度、進(jìn)程間通信、底層種服務(wù)：進(jìn)程調(diào)度、進(jìn)程間通信、底層網(wǎng)絡(luò)通信和中斷處理，其進(jìn)程在獨(dú)立的地址空間中運(yùn)行。網(wǎng)絡(luò)通信和中斷處理，其進(jìn)程在獨(dú)立的地址空間中運(yùn)行。QNXQNX內(nèi)核非常小巧內(nèi)核非常小巧( (QNX4.xQNX4.x