嵌入式系統(tǒng)基礎

1、如：如：PCPC機、服務器、大型計算機等。機、服務器、大型計算機等。通用計算機看得見的計算機應用程序可按用戶應用程序可按用戶需要隨時改變需要隨時改變, , 即重新編制。即重新編制。通用計算機看得見的計算機1.1 嵌入式系統(tǒng)概念 在后在后PC時代，嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)廣泛時代，嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)廣泛地滲透到科學研究、工程設計、軍事技地滲透到科學研究、工程設計、軍事技術、各類產(chǎn)業(yè)商業(yè)、人們的日常生活等術、各類產(chǎn)業(yè)商業(yè)、人們的日常生活等方方面面。方方面面。 嵌入式系統(tǒng)帶來的工業(yè)年產(chǎn)值已超嵌入式系統(tǒng)帶來的工業(yè)年產(chǎn)值已超過過1萬億美元。萬億美元。嵌入式系統(tǒng)主要應用領域嵌入式系統(tǒng)主要應用領域1 1國防工業(yè)、軍事工業(yè)

2、、兵器工業(yè)：國防工業(yè)、軍事工業(yè)、兵器工業(yè)： 各種武器控制（火炮控制、導彈控制、智能炸彈各種武器控制（火炮控制、導彈控制、智能炸彈制導引爆裝置）、坦克、艦艇、轟炸機等陸?？罩茖бb置）、坦克、艦艇、轟炸機等陸?？崭鞣N軍用電子裝備，雷達、電子對抗軍事通信裝各種軍用電子裝備，雷達、電子對抗軍事通信裝備，野戰(zhàn)指揮作戰(zhàn)用各種專用設備等。備，野戰(zhàn)指揮作戰(zhàn)用各種專用設備等。 我國嵌入式計算機最早用于導彈控制。我國嵌入式計算機最早用于導彈控制。嵌入式系統(tǒng)主要應用領域嵌入式系統(tǒng)主要應用領域2 2信息家電、民用設備：信息家電、民用設備： 各種信息家電產(chǎn)品，如數(shù)字電視機、機頂盒，數(shù)各種信息家電產(chǎn)品，如數(shù)字電視機、

3、機頂盒，數(shù)碼相機，碼相機，VCDVCD、DVDDVD音響設備，可視電話，家庭網(wǎng)絡音響設備，可視電話，家庭網(wǎng)絡設備，洗衣機，網(wǎng)絡冰箱，網(wǎng)絡空調(diào)，智能玩具，設備，洗衣機，網(wǎng)絡冰箱，網(wǎng)絡空調(diào)，智能玩具，其他其他消費類電子產(chǎn)品消費類電子產(chǎn)品等。等。嵌入式系統(tǒng)主要應用領域嵌入式系統(tǒng)主要應用領域3 3工業(yè)：工業(yè)： 各種智能測量儀表、智能卡、數(shù)控裝置、可各種智能測量儀表、智能卡、數(shù)控裝置、可編程控制器、控制機、分布式控制系統(tǒng)、現(xiàn)場編程控制器、控制機、分布式控制系統(tǒng)、現(xiàn)場總線儀表及控制系統(tǒng)、工業(yè)機器人、智能機器總線儀表及控制系統(tǒng)、工業(yè)機器人、智能機器人、智能傳感器、機電一體化機械設備、車載人、智能傳感器、機電

4、一體化機械設備、車載導航器、汽車電子設備、車輛與交通工程等。導航器、汽車電子設備、車輛與交通工程等。嵌入式系統(tǒng)主要應用領域嵌入式系統(tǒng)主要應用領域4 4商業(yè)：商業(yè)： 各類收款機、電子秤、條形碼閱讀機、商用各類收款機、電子秤、條形碼閱讀機、商用終端、銀行點鈔機、終端、銀行點鈔機、ICIC卡輸入設備、取款機、卡輸入設備、取款機、自動柜員機、自動服務終端、防盜系統(tǒng)、各自動柜員機、自動服務終端、防盜系統(tǒng)、各種銀行專業(yè)外圍設備、種銀行專業(yè)外圍設備、智能金融器具、智能金融器具、遠程遠程教育。教育。辦公自動化：辦公自動化： 復印機、打印機、傳真機、掃描儀、其他計算機復印機、打印機、傳真機、掃描儀、其他計算機外

5、圍設備、掌上電腦、激光照排系統(tǒng)、安全監(jiān)控設外圍設備、掌上電腦、激光照排系統(tǒng)、安全監(jiān)控設備、媒體手機、移動電話、尋呼機、個人數(shù)字助理備、媒體手機、移動電話、尋呼機、個人數(shù)字助理（PDAPDA）、變頻空調(diào)設備、通信終端、程控交換機、）、變頻空調(diào)設備、通信終端、程控交換機、網(wǎng)絡瀏覽器、網(wǎng)絡設備（路由器、交換機、網(wǎng)絡瀏覽器、網(wǎng)絡設備（路由器、交換機、Web Web serverserver、網(wǎng)絡接入盒等）、網(wǎng)絡工程、錄音錄象及、網(wǎng)絡接入盒等）、網(wǎng)絡工程、錄音錄象及電視會議設備、數(shù)字音頻廣播系統(tǒng)等。電視會議設備、數(shù)字音頻廣播系統(tǒng)等。嵌入式系統(tǒng)主要應用領域嵌入式系統(tǒng)主要應用領域5 5嵌入式系統(tǒng)主要應用領域

6、嵌入式系統(tǒng)主要應用領域6 6醫(yī)療保健設備：醫(yī)療保健設備： 各種醫(yī)療電子儀器，各種醫(yī)療電子儀器，X X光機、超聲診斷儀、光機、超聲診斷儀、計算機斷層成像系統(tǒng)、心臟起博器、監(jiān)護儀、計算機斷層成像系統(tǒng)、心臟起博器、監(jiān)護儀、輔助診斷系統(tǒng)、遠程醫(yī)療、專家系統(tǒng)等。輔助診斷系統(tǒng)、遠程醫(yī)療、專家系統(tǒng)等。其他領域：其他領域： 農(nóng)業(yè)技術、農(nóng)業(yè)技術、光學系統(tǒng)、氣象預報、衛(wèi)星通信光學系統(tǒng)、氣象預報、衛(wèi)星通信網(wǎng)、數(shù)字通信、網(wǎng)、數(shù)字通信、移動數(shù)據(jù)庫、語音處理。移動數(shù)據(jù)庫、語音處理。嵌入式系統(tǒng)的概念 目前，對嵌入式系統(tǒng)的定義多種多樣，但沒有一種定義是全面的。下面給出兩種比較合理定義： 從技術的角度定義：以應用為中心、以計算

7、機技術為基礎、軟件硬件可裁剪、適應應用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴格要求的專用計算機系統(tǒng)。從系統(tǒng)的角度定義：嵌入式系統(tǒng)是設計完成復雜功能的硬件和軟件，并使其緊密耦合在一起的計算機系統(tǒng)。 術語嵌入式反映了這些系統(tǒng)通常是更大系統(tǒng)中的一個完整的部分，稱為嵌入的系統(tǒng)。嵌入的系統(tǒng)中可以共存多個嵌入式系統(tǒng)。 嵌入式系統(tǒng)示例汽車控制系統(tǒng)馬達控制器車燈 嵌入式系統(tǒng)示例汽車控制系統(tǒng)尾燈控制系統(tǒng)后車門控制系統(tǒng)前車門控制系統(tǒng)座椅控制系統(tǒng)發(fā)動器控制系統(tǒng)所有的控制系統(tǒng)都是一個完整的嵌入式系統(tǒng)BMW 745i美國汽車大王福特公司的高級經(jīng)理也曾宣稱，“福特出售的計算能力已超過了IBM”，由此可以想見嵌入式計算機工

8、業(yè)的規(guī)模和廣度。 Windows CE OSWindows CE OS 5353個個8-8-bit bit 嵌入式處理嵌入式處理器器 7 7個個16-16-bitbit嵌入式處理器嵌入式處理器 1 1個個32-32-bitbit嵌入式處理器嵌入式處理器 多種網(wǎng)絡技術多種網(wǎng)絡技術嵌入式系統(tǒng)前景廣闊社會新的電子產(chǎn)品，尤其消費電子產(chǎn)品發(fā)展及其迅速！嵌入式市場廣闊，但人才短缺學生嵌入式系統(tǒng)需要硬軟件綜合知識需要更全面的系統(tǒng)知識和領域知識更容易找到工作嵌入式系統(tǒng)組成嵌入式系統(tǒng)由嵌入式硬件與嵌入式軟件組成。嵌入式硬件以芯片、模板、組件、控制器形式埋藏于設備內(nèi)部。嵌入式軟件是實時多任務操作系統(tǒng)和各種專用軟件

9、，一般固化在ROM或閃存中。嵌入式系統(tǒng)軟硬兼施，融為一體，成為產(chǎn)品，但在開發(fā)過程中需要一些開發(fā)工具進行輔助開發(fā)。在嵌入式系統(tǒng)的組成中，其核心是嵌入式處理器 嵌入式處理器 早期的嵌入式系統(tǒng)通常使用普通個人計算機（PC）中的通用處理器。近年來，隨著大量先進的微處理器制造技術的發(fā)展，越來越多的嵌入式系統(tǒng)用嵌入式處理器建造，而不是用通用目的的處理器。 這些嵌入式處理器可以大致分為以下幾類：概述 嵌入式微處理器；嵌入式微控制器；嵌入式DSP處理器；嵌入式片上系統(tǒng)（SOC）。 嵌入式處理器 嵌入式微處理器的基礎是通用計算機中的CPU。在應用中，將微處理器裝配在專門設計的電路板上，只保留和嵌入式應用有關的母

10、板功能，這樣可以大幅度減小系統(tǒng)體積和功耗。為了滿足嵌入式應用的特殊要求，嵌入式微處理器雖然在功能上和標準微處理器基本是一樣的，但在工作溫度、抗電磁干擾、可靠性等方面一般都做了各種增強。 和工業(yè)控制計算機相比，嵌入式微處理器具有體積小、重量輕、成本低、可靠性高的優(yōu)點，但是在電路板上必須包括ROM、RAM、總線接口、各種外設等器件，從而降低了系統(tǒng)的可靠性，技術保密性也較差。嵌入式微處理器及其存儲器、總線、外設等安裝在一塊電路板上，稱為單板計算機。如STD-BUS、PC104等。嵌入式微處理器CPUROMRAM外設1外設2單板計算機嵌入式微處理器制造商：摩托羅拉、英特爾、IBM、日立、NEC、東芝、

11、AMD、國家半導體、Zilog、IDT、富士通、Atmel、太陽、微系統(tǒng)、夏普、Oki、飛利浦等。主要的嵌入式微處理器包括：Motorola PowerPC、Intel Pentium、Motorola 68000、strong ARM、MIPS、AMD X86系列等等。系列等等。 嵌入式處理器 嵌入式微控制器又稱，它是將整個計算機系統(tǒng)集成到一塊芯片中。嵌入式微控制器一般以某一種微處理器內(nèi)核為核心，芯片內(nèi)部集成ROM/EPROM、RAM、總線、總線邏輯、定時/計數(shù)器、WatchDog、I/O、串行口、脈寬調(diào)制輸出、A/D、D/A、Flash RAM、EEPROM等各種必要功能和外設。為適應不同

12、的應用需求，一般一個系列的單片機具有多種衍生產(chǎn)品，每種衍生產(chǎn)品的處理器內(nèi)核都是一樣的，不同的是存儲器和外設的配置及封裝。這樣可以使單片機最大限度地和應用需求相匹配，功能不多不少，從而減少功耗和成本。 和嵌入式微處理器相比，微控制器的最大特點是單片化，體積大大減小，從而使功耗和成本下降、可靠性提高。微控制器是目前嵌入式系統(tǒng)工業(yè)的主流。微控制器的片上外設資源一般比較豐富，適合于控制，因此稱。 嵌入式微控制器目前的品種和數(shù)量最多，比較有代表性的通用系列包括8051、P51XA、MCS-251、MCS-96/196/296、C166/167、MC68HC05/11/12/16、68300、數(shù)目眾多AR

13、M芯片等。目前MCU占嵌入式系統(tǒng)約70的市場份額。嵌入式微控制器復位部件看門狗部件晶振部件I/O部件中斷部件ROM部件SRAM部件定時器部件CPU核嵌入式微控制器制造商：摩托羅拉、英特爾、英飛凌科技、 Atmel、日立、NEC、三菱、東芝、松下、Microchip、富士、飛利浦、德州儀器、三星、三洋、索尼、Oki、凌陽科技等。主要的嵌入式微控制器包括：MCS-51、MCS-251、MCS-96/196/296、P51XA、C166/167、68K、Z8、C540、PIC、AVR等系列。 嵌入式處理器 DSP處理器對系統(tǒng)結構和指令進行了特殊設計，使其適合于執(zhí)行DSP算法，編譯效率較高，指令執(zhí)行速

14、度也較高。在數(shù)字濾波、FFT、譜分析等方面DSP算法正在大量進入嵌入式領域，DSP應用正從在通用單片機中以普通指令實現(xiàn)DSP功能，過渡到采用嵌入式DSP處理器。 DSP內(nèi)部采用程序和數(shù)據(jù)分開存儲和傳輸?shù)墓鸾Y構 ，具有專門硬件乘法器，廣泛采用流水線操作，提供特殊 的DSP指令，可用來快速的實現(xiàn) 各種數(shù)字信號處理算法，加之集成電路 的優(yōu)化設計，速度甚至比最快的CPU還快數(shù)倍。 嵌入式DSP處理器嵌入式DSP處理器比較有代表性的產(chǎn)品是Texas Instruments的TMS320系列和Motorola的DSP56000 系列。TMS320系列處理器包括用于控制的 C2000系列，移動通信的C50

15、00系列，以及性能更高的C6000和C8000系列。DSP56000目前已經(jīng)發(fā)展成為DSP56000，DSP56100，DSP56200和DSP56300等幾個不同系列的處理器。另外PHILIPS公司近年也推出了基于可重置嵌入式DSP結構低成本、低功耗技術上制造的R. E. A. L DSP處理器，應用目標是大批量消費類產(chǎn)品。 嵌入式處理器 隨著EDA的推廣和VLSI設計的普及化及半導體工藝的迅速發(fā)展，在一個硅片上實現(xiàn)一個更為復雜的系統(tǒng)的時代已來臨，這就是System On Chip(SOC)。各種通用處理器內(nèi)核將作為SOC設計公司的標準庫，和許多其它嵌入式系統(tǒng)外設一樣，成為 VLSI設計中一

16、種標準的器件，用標準的 VHDL等語言描述，存儲在器件庫中。用戶只需定義出其整個應用系統(tǒng)，仿真通過后就可以將設計圖交給半導體工廠制作樣品。這樣除個別無法集成的器件以外，整個嵌入式系統(tǒng)大部分均可集成到一塊或幾塊芯片中去，應用系統(tǒng)電路板將變得很簡潔，對于減小體積和功耗、提高可靠性非常有利。 嵌入式片上系統(tǒng)(SOC)SoC可以分為通用和專用兩類。通用系列包括Infineon的TriCore、Motorola的M-Core、某些ARM系列器件、Echelon和Motorola聯(lián)合研制的Neuron芯片等。專用SoC一般專用于某個或某類系統(tǒng)中，不為一般用戶所知。一個有代表性的產(chǎn)品是Philips的Sma

17、rt XA，它將XA單片機內(nèi)核和支持超過2048 位復雜RSA算法的CCU單元制作在一塊硅片上，形成一個可加載JAVA或C語言的專用的SOC，可用于公眾互聯(lián)網(wǎng)如Internet安全方面。 嵌入式處理器單片機和soc設計方法的區(qū)別: MCU(微控制器) 所有的開發(fā)都是基于已經(jīng)存在的系統(tǒng)架構，應用者要做的就是開發(fā)軟件程序和加外部設備。 SOC，是個整體的設計方法概念，它指的是一種芯片設計方法，集成了各種功能模塊，每一種功能都是由硬件描述語言設計程序，然后在SOC內(nèi)由電路實現(xiàn)的；如果不滿意硬件架構設計，想要加一個存儲器，或是減少一個接口都可以通過程序直接更改，這一點，MCU的設計方法是無法實現(xiàn)的，M

18、CU的方法中，硬件架構是固定的，是不可更改的，多了只能浪費，少了也只能在軟件上想辦法或是再加 硬件。如果硬件調(diào)試成功后直接投片生產(chǎn)成“固定結構的芯片”，則其為普通的SOC；如果其硬件就是基于FPGA的，也就是說它是“用FPGA做為最終實現(xiàn)” 的，它在以后也可以隨時進行硬件升級與調(diào)試的，我們就叫它為SOPC的設計方法，所以說SOPC是SOC的一種解決方案。 SOPC設計靈活、高效，且具有成品的硬件可重構特性 。但它的價格可能會比批量生產(chǎn)的固定結構IC要貴得多！ 嵌入式片上系統(tǒng)(SOC)1.3 嵌入式操作系統(tǒng)概述 計算機系統(tǒng)由硬件和軟件組成，在發(fā)展初期沒有操作系統(tǒng)這個概念，用戶使用監(jiān)控程序來使用計

19、算機。隨著計算機技術的發(fā)展，計算機系統(tǒng)的硬件、軟件資源也愈來愈豐富，監(jiān)控程序已不能適應計算機應用的要求。于是在六十年代中期監(jiān)控程序又進一步發(fā)展形成了操作系統(tǒng)(Operating System)。發(fā)展到現(xiàn)在，廣泛使用的有三種操作系統(tǒng)即多道批處理操作系統(tǒng)、分時操作系統(tǒng)以及實時操作系統(tǒng)。 1.3 嵌入式操作系統(tǒng)概述監(jiān)控程序操作系統(tǒng)實時操作系統(tǒng)分時操作系統(tǒng)多道批處理操作系統(tǒng)適用于多個用戶共享系統(tǒng)資源適用于計算中心等較大的計算機系統(tǒng)適用于嵌入式設備和有實時性要求的系統(tǒng)中1.3 嵌入式操作系統(tǒng)基本概念操作系統(tǒng)（OS）的基本思想是隱藏底層不同硬件的差異，向在其上運行的應用程序提供一個統(tǒng)一的調(diào)用接口。應用程序

20、通過這一接口實現(xiàn)對硬件的使用和控制，不必考慮不同硬件操作方式的差異。主要任務：內(nèi)存管理，多任務管理，外圍設備管理。操作系統(tǒng)硬件硬件驅(qū)動操作系統(tǒng)用戶程序1.3 嵌入式操作系統(tǒng)基本概念 多道-在內(nèi)存中同時存放多個作業(yè)，使之同時處于運行狀態(tài)，這些作業(yè)共享CPU和外部設備等資源。 成批-用戶和他的作業(yè)之間沒有交互性。用戶自己不能干預自己的作業(yè)的運行，發(fā)現(xiàn)作業(yè)錯誤不能及時改正。 通常用在以科學計算為主的大中型計算機上，由于多道程序能交替使用CPU，提高了CPU及其他系統(tǒng)資源的利用率，同時也提高了系統(tǒng)的效率。多道批處理系統(tǒng)的缺點是延長了作業(yè)的周轉(zhuǎn)時間，用戶不能進行直接干預，缺少交互性，不利于程序的開發(fā)與調(diào)

21、試。批處理系統(tǒng)的目的是提高系統(tǒng)吞吐量和資源的利用率。 多道批處理操作系統(tǒng)1.3 嵌入式操作系統(tǒng)基本概念 使一臺計算機同時為幾個、幾十個甚至幾百個用戶服務的一種操作系統(tǒng)。把計算機與許多終端用戶連接起來，分時操作系統(tǒng)將系統(tǒng)處理機時間與內(nèi)存空間按一定的時間間隔，輪流地切換給各終端用戶的程序使用。由于時間間隔很短，每個用戶的感覺就像他獨占計算機一樣。分時操作系統(tǒng)的特點是可有效增加資源的使用率。 例如UNIX系統(tǒng)就采用剝奪式動態(tài)優(yōu)先的CPU調(diào)度，有力地支持分時操作。 分時操作系統(tǒng)1.3 嵌入式操作系統(tǒng)基本概念 是指當外界事件或數(shù)據(jù)產(chǎn)生時，能夠接受并以足夠快的速度予以處理，其處理的結果又能在規(guī)定的時間之內(nèi)

22、來控制生產(chǎn)過程或?qū)μ幚硐到y(tǒng)作出快速響應，并控制所有實時任務協(xié)調(diào)一致運行的操作系統(tǒng)。 因而，提供及時響應和高可靠性是其主要特點。實時操作系統(tǒng)有硬實時和軟實時之分， 硬實時要求在規(guī)定的時間內(nèi)必須完成操作，這是在操作系統(tǒng)設計時保證的； 軟實時則只要按照任務的優(yōu)先級，盡可能快地完成操作即可。我們通常使用的操作系統(tǒng)在經(jīng)過一定改變之后就可以變成實時操作系統(tǒng)。 實時操作系統(tǒng)（RTOS）1.3 嵌入式操作系統(tǒng)概述監(jiān)控程序操作系統(tǒng)實時操作系統(tǒng)分時操作系統(tǒng)多道批處理操作系統(tǒng)適用于多個用戶共享系統(tǒng)資源適用于計算中心等較大的計算機系統(tǒng)適用于嵌入式設備和有實時性要求的系統(tǒng)中實時操作系統(tǒng)是我們介紹的重點1.3 嵌入式操作

23、系統(tǒng)實時操作系統(tǒng)的特點 IEEE 的實時UNIX分委會認為實時操作系統(tǒng)應具備以下的幾點: 異步的事件響應 切換時間和中斷延遲時間確定 優(yōu)先級中斷和調(diào)度 搶占式調(diào)度 內(nèi)存鎖定 連續(xù)文件 同步 1.3 嵌入式操作系統(tǒng)實時操作系統(tǒng)的特點 總的來說實時操作系統(tǒng)是事件驅(qū)動的，能對來自外界的作用和信號在限定的時間范圍內(nèi)作出響應。它強調(diào)的是實時性、可靠性和靈活性, 與實時應用軟件相結合成為有機的整體起著核心作用, 由它來管理和協(xié)調(diào)各項工作,為應用軟件提供良好的運行軟件環(huán)境及開發(fā)環(huán)境。 從實時系統(tǒng)的應用特點來看實時操作系統(tǒng)可以分為兩種：和。1.3 嵌入式操作系統(tǒng)實時操作系統(tǒng)的特點應用于實時處理系統(tǒng)的上位機和實

24、時查詢系統(tǒng)等實時性較弱的實時系統(tǒng)，并且提供了開發(fā)、調(diào)試、運用一致的環(huán)境。(Windows NT) 應用于實時性要求高的實時控制系統(tǒng)，而且應用程序的開發(fā)過程是通過交叉開發(fā)來完成的，即開發(fā)環(huán)境與運行環(huán)境是不一致。嵌入式實時操作系統(tǒng)具有規(guī)模小(一般在幾K幾十K 內(nèi))、可固化使用實時性強(在毫秒或微秒數(shù)量級上)的特點 。嵌入式實時操作系統(tǒng)特點 1微內(nèi)核結構一般來說，操作系統(tǒng)內(nèi)核只提供基本的功能，如建立和管理進程、管理設備等。但是，一些桌面操作系統(tǒng)，如Windows等，將許多功能引入內(nèi)核，操作系統(tǒng)的內(nèi)核變得越來越大。內(nèi)核變大使得占用的資源增多，剪裁起來很麻煩。嵌入式操作系統(tǒng)采用微內(nèi)核結構，內(nèi)核只提供基本

25、的功能，比如：任務的調(diào)度、任務之間的通信與同步、內(nèi)存管理、時鐘管理等。其它的應用組件，比如網(wǎng)絡功能、文件系統(tǒng)等均工作在用戶態(tài)，以系統(tǒng)進程或函數(shù)調(diào)用的方式工作。因而系統(tǒng)都是可裁減的，用戶可以根據(jù)自己的需要選用相應的組件。嵌入式實時操作系統(tǒng)特點 2任務調(diào)度任務的調(diào)度有三種方式：可搶占式調(diào)度、不可搶占式調(diào)度和時間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度。不可搶占式調(diào)度：一個任務一旦獲得CPU就獨占CPU運行，除非由于某種原因，它決定放棄CPU的使用權；可搶占式調(diào)度：基于任務優(yōu)先級，當前正在運行的任務可以隨時讓位給優(yōu)先級更高的處于就緒態(tài)的其它任務；時間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度：當兩個或兩個以上任務有同樣的優(yōu)先級，不同任務輪轉(zhuǎn)地使用CPU，直到系

26、統(tǒng)分配的CPU時間片用完。目前，大多數(shù)嵌入式操作系統(tǒng)對不同優(yōu)先級的任務采用基于優(yōu)先級的搶占式調(diào)度法，對相同優(yōu)先級的任務則采用時間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度法。嵌入式實時操作系統(tǒng)特點 3硬實時和軟實時多數(shù)嵌入式系統(tǒng)對時間的要求較高，稱之為實時系統(tǒng)。有兩種類型的實時系統(tǒng)：硬實時系統(tǒng)和軟實時系統(tǒng)。軟實時系統(tǒng)并不要求限定某一任務必須在一定的時間內(nèi)完成，只要求各任務運行得越快越好；硬實時系統(tǒng)對系統(tǒng)響應時間有嚴格要求，一旦系統(tǒng)響應時間不能滿足，就可能會引起系統(tǒng)崩潰或致命的錯誤，一般在工業(yè)控制中應用較多。硬實時硬實時 - - 代表產(chǎn)品代表產(chǎn)品 VxWorksVxWorks舉一個經(jīng)常使用的實例，中高檔汽車中使用的氣囊。當報告

27、車輛碰撞的傳感器中斷CPU后，操作系統(tǒng)應快速地分配展開氣囊的任務，并且不允許任何其他非實時處理進行干擾，晚一秒鐘展開氣囊比沒有氣囊的情況更糟糕，這就是一個典型的必須使用硬實時的系統(tǒng)。硬實時系統(tǒng)硬實時系統(tǒng)指系統(tǒng)要有確保的最壞情況下的服務時間，即對于事件的響應時間的截止期限是無論如何都必須得到滿足。軟實時軟實時 - - 代表產(chǎn)品代表產(chǎn)品 軟實時軟實時LinuxLinux再舉一個實例，IPTV數(shù)字電視機頂盒，需要實時的處理(解碼)視頻流，如果丟失了一個或幾個視頻幀，顯然會造成視頻的品質(zhì)更差，但是只要做過簡單的抖動處理的系統(tǒng)，丟失幾個視頻幀就不會對整個系統(tǒng)造成不可挽救的影響。軟實時系統(tǒng)軟實時系統(tǒng)就是那

28、些從統(tǒng)計的角度來說，一個任務能夠得到有確保的處理時間，到達系統(tǒng)的事件也能夠在截止期限到來之前得到處理，但違反截止期限并不會帶來致命的錯誤。嵌入式實時操作系統(tǒng)特點 4內(nèi)存管理一些桌面操作系統(tǒng)使用了虛擬存儲器的概念。采用段式管理、頁式管理、或段頁式管理。但是，大多數(shù)嵌入式系統(tǒng)不使用虛存技術，對內(nèi)存的訪問是直接的，使用物理地址；而且，大多數(shù)嵌入式操作系統(tǒng)對內(nèi)存空間沒有保護，各個進程共享同一個運行空間。一個進程在執(zhí)行前，系統(tǒng)必須為它分配足夠的連續(xù)地址空間，然后全部載入主存儲器。由此可見，嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)人員必須參與系統(tǒng)的內(nèi)存管理，對軟件中的一些內(nèi)存操作必須格外小心。嵌入式實時操作系統(tǒng)特點 5內(nèi)核加載方

29、式嵌入式操作系統(tǒng)內(nèi)核可以在嵌入式操作系統(tǒng)內(nèi)核可以在FlashFlash上直接運行，也上直接運行，也可以加載到內(nèi)存中運行。可以加載到內(nèi)存中運行。FlashFlash的運行方式的運行方式，是把內(nèi)核的可執(zhí)行映像燒寫到，是把內(nèi)核的可執(zhí)行映像燒寫到FlashFlash上，系統(tǒng)啟動時從上，系統(tǒng)啟動時從FlashFlash的某個地址開始執(zhí)行。的某個地址開始執(zhí)行。這種方法實際上是很多嵌入式系統(tǒng)所采用的方法。這種方法實際上是很多嵌入式系統(tǒng)所采用的方法。內(nèi)核加載方式內(nèi)核加載方式是把內(nèi)核的壓縮文件存放在是把內(nèi)核的壓縮文件存放在FlashFlash上，上，系統(tǒng)啟動時讀取壓縮文件在內(nèi)存里解壓，然后開系統(tǒng)啟動時讀取壓縮文

30、件在內(nèi)存里解壓，然后開始執(zhí)行。這種方式相對復雜一些，但是運行速度始執(zhí)行。這種方式相對復雜一些，但是運行速度可能更快，因為可能更快，因為RAMRAM的存取速率要比的存取速率要比FlashFlash高。高。1.3 嵌入式操作系統(tǒng)使用實時操作系統(tǒng)的必要性嵌入式實時操作系統(tǒng)在目前的嵌入式應用中用得越來越廣泛，尤其在功能復雜、系統(tǒng)龐大的應用中顯得愈來愈重要。在嵌入式應用中，只有把CPU嵌入到系統(tǒng)中，同時又把操作系統(tǒng)嵌入進去，才是真正的計算機嵌入式應用。使用實時操作系統(tǒng)主要有以下幾個因素：嵌入式實時操作系統(tǒng)提高了系統(tǒng)的可靠性。 提高了開發(fā)效率，縮短了開發(fā)周期。 嵌入式實時操作系統(tǒng)充分發(fā)揮了32位CPU的多

31、任務潛力。 1.3 嵌入式操作系統(tǒng)實時操作系統(tǒng)的優(yōu)缺點：在嵌入式實時操作系統(tǒng)環(huán)境下開發(fā)實時應用程序使程序的設計和擴展，移植變得容易，不需要大的改動就可以增加新的功能。通過將應用程序分割成若干獨立的任務模塊，使應用程序的設計過程大為簡化；而且對實時性要求苛刻的事件都得到了快速、可靠的處理。通過有效的系統(tǒng)服務，嵌入式實時操作系統(tǒng)使得系統(tǒng)資源得到更好的利用。：但是，使用嵌入式實時操作系統(tǒng)還需要額外的ROM/RAM開銷，25%的CPU額外負荷，以及內(nèi)核的費用。 1.3 常見的實時操作系統(tǒng) 國內(nèi)國內(nèi)RTOS：女媧女媧Hopen桑夏桑夏2000Delta OS中軟中軟Linux2.0Linux HardH

32、atLinux (Monta Vista)Red Flag Linux（紅旗（紅旗Linux）HBOS（“天堂之鳥天堂之鳥”）SuseRed HatEmbedixLynxOS (LynuxWorks) 1.3 常見的實時操作系統(tǒng) 國外國外RTOS：VX Works (風河系統(tǒng)風河系統(tǒng))Windows CE (微軟微軟)VRTX (明導資訊明導資訊)PalmPowerTVAMX (KADAK)C ExecutivePSX (JMI)VelOSity (Green Hills)OS-9 (Microware Systems)OSE (Enea OSE Systems)QNX (QNX Softwa

33、re Sys) RTXC (Lineo/Embedded Power Corp) SuperTask! (US Software) ThreadX (Express Logic) TNT/RTX (VenturCom) Windows NT Embedded/XP (微軟微軟) uClinux是一個完全符合GNU/GPL公約的操作系統(tǒng)，完全開放代碼。uClinux從Linux 2.0/2.4內(nèi)核派生而來，沿襲了主流Linux的絕大部分特性。它是專門針對沒有MMU的CPU，并且為嵌入式系統(tǒng)做了許多小型化的工作。適用于沒有虛擬內(nèi)存或內(nèi)存管理單元(MMU)的處理器，例如ARM7TDMI。它通常用于具

34、有很少內(nèi)存或Flash的嵌入式系統(tǒng)。它保留了Linux的大部分優(yōu)點：。 1.3 嵌入式操作系統(tǒng)常見的嵌入式操作系統(tǒng)嵌入式Linux1.3 嵌入式操作系統(tǒng)常見的嵌入式操作系統(tǒng) 是微軟開發(fā)的一個開放的、可升級的32位嵌入式操作系統(tǒng)，是基于掌上型電腦類的電子設備操作，它是精簡的Windows 95。Windows CE的圖形用戶界面相當出色。Win CE具有模塊化、結構化和基于Win32應用程序接口以及與處理器無關等特點。Win CE不僅繼承了傳統(tǒng)的Windows圖形界面，并且在Win CE平臺上可以使用Windows 95/98上的編程工具（如Visual Basic、Visual C+等）、 W

35、in CE1.3 嵌入式操作系統(tǒng)常見的嵌入式操作系統(tǒng)VxWorks VxWorks操作系統(tǒng)是美國 公司于1983年設計開發(fā)的一種嵌入式實時操作系統(tǒng)（RTOS），是嵌入式開發(fā)環(huán)境的關鍵組成部分。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，在嵌入式實時操作系統(tǒng)領域占據(jù)一席之地。它以其良好的可靠性和卓越的實時性被廣泛地應用在通信、軍事、航空、航天等高精尖技術及實時性要求極高的領域中，如衛(wèi)星通訊、軍事演習、彈道制導、飛機導航等，甚至在1997年4月登陸火星表面的火星探測器，2008年5月在火星表面上登陸的鳳凰號火星探測器，2011年首飛的X-47B無人機，2012年8月在火星表面上登陸的好

36、奇號火星探測器上也都使用到了VxWorks。1.3 嵌入式操作系統(tǒng)常見的嵌入式操作系統(tǒng) Operating System Embedded)主要是由ENEA Data AB 下屬的ENEA OSE Systems AB負責開發(fā)和技術服務的，一直以來都充當著實時操作系統(tǒng)以及分布式和容錯性應用的先鋒，并保持良好的發(fā)展態(tài)勢。 OSE是具有性能高、代碼小和可確定性實時操作系統(tǒng)(RTOS)。OSE專門針對移動計算應用進行了優(yōu)化，支持從基于DSP的基帶處理到RISC的應用處 理，覆蓋了所有成本低、功能豐富的3G手機設計的各個方面。 OSE操作系統(tǒng)被廣泛應用于通信設備（接入網(wǎng)、核心網(wǎng)）以及終端設備中，包括愛

37、立信、諾基亞、阿爾卡特-朗訊、中興、華為、普天，英飛凌等。 OSE1.3 嵌入式操作系統(tǒng)常見的嵌入式操作系統(tǒng) 是為實時嵌入式應用而設計的一個搶先式多任務操作系統(tǒng)內(nèi)核，其95的代碼是用ANSIC寫成的，因此非常便于移植并能夠支持大多數(shù)類型的處理器。 在典型的目標環(huán)境中，NucleusPLUS核心代碼區(qū)一般不超過20K字節(jié)大小。NucleusPLUS采用了軟件組件的方法。每個組件具有單一而明確的目的，通常由幾個C及匯編語言模塊構成，提供清晰的外部接口，對組件的引用就是通過這些接口完成的。 NucleusPLUS各個組件非常易于替換和復用。NucleusPLUS的組件包括任務控制、內(nèi)存管理、任務間通

38、信、任務的同步與互斥、中斷管理、定時器及I/O驅(qū)動等。 Nucleus提供源代碼Nucleus1.3 嵌入式操作系統(tǒng)常見的嵌入式操作系統(tǒng) 是RedHat公司開發(fā)的源代碼開放的嵌入式RTOS產(chǎn)品，是一個可配置、可移植的嵌入式實時操作系統(tǒng)，設計的運行環(huán)境為RedHat的GNUPro和GNU開發(fā)環(huán)境。eCOS的所有部分都開放源代碼，可以按照需要自由修改和添加。eCOS的關鍵技術是操作系統(tǒng)可配置性，允許用戶組和自己的實時組件和函數(shù)以及實現(xiàn)方式，特別允許eCOS的開發(fā)則定制自己的面向應用的操作系統(tǒng)，使eCos能有更廣泛的應用范圍。eCos1.3 嵌入式操作系統(tǒng)常見的嵌入式操作系統(tǒng) C/OS-II 的前身

39、是C/OS，最早出自于1992 年美國嵌入式系統(tǒng)專家Jean J.Labrosse 在嵌入式系統(tǒng)編程雜志的5 月和6 月刊上刊登的文章連載，并把C/OS 的源碼發(fā)布在該雜志的B B S 上。 C/OS-II是一個源碼公開、可移植、可固化、可裁剪、占先式的實時多任務操作系統(tǒng)。其絕大部分源碼是用ANSI C寫的，使其可以方便的移植并支持大多數(shù)類型的處理器。C/OS-II通過了聯(lián)邦航空局（FAA）商用航行器認證。自1992年問世以來，C/OS-II已經(jīng)被應用到數(shù)以百計的產(chǎn)品中。C/OS-II占用很少的系統(tǒng)資源，并且在高校教學使用是不需要申請許可證。C/OS-II 嚴格地說uC/OS-II只是一個實時

40、操作系統(tǒng)內(nèi)核，它僅僅包含了任務調(diào)度，任務管理，時間管理，內(nèi)存管理和任務間的通信和同步等基本功能。沒有提供輸入輸出管理，文件系統(tǒng)，網(wǎng)絡等額外的服務。但由于uC/OS-II良好的可擴展性和源碼開放，這些非必須的功能完全可以由用戶自己根據(jù)需要分別實現(xiàn)。 uC/OS-II目標是實現(xiàn)一個基于優(yōu)先級調(diào)度的搶占式的實時內(nèi)核，并在這個內(nèi)核之上提供最基本的系統(tǒng)服務，如信號量，郵箱，消息隊列，內(nèi)存管理，中斷管理等。 uC/OS-II以源代碼的形式發(fā)布，但并不意味著它是開源軟件。你可以將其用于教學和私下研究（peaceful research）；但是如果你將其用于商業(yè)用途，那么你必須通過Micrium獲得商用許可。

41、 常見的嵌入式操作系統(tǒng)C/OS-II1.3 嵌入式操作系統(tǒng)常見的嵌入式操作系統(tǒng) TRON是指“實時操作系統(tǒng)內(nèi)核（The Real-time Operating system Nucleux）”,它是在1984年由東京大學的Sakamura （坂村健教授）博士提出的，目的是為了建立一個理想的計算機體系結構。通過工業(yè)界和大學院校的合作，TRON方案正被逐步用到全新概念的計算機體系結構中。 uITRON是TRON的一個子方案，它具有標準的實時內(nèi)核，適用于任何小規(guī)模的嵌入式系統(tǒng)，日本國內(nèi)現(xiàn)有很多基于該內(nèi)核的產(chǎn)品，其中消費電器較多。目前已成為日本事實上的工業(yè)標準。該系統(tǒng)已得到幾十億片的應用業(yè)績，如SON

42、Y，松下等品牌的廣泛應用。 uITRON1.3 嵌入式操作系統(tǒng)常見的嵌入式操作系統(tǒng) TRON明確的設計目標使其甚至比Linux更適合于做嵌入式應用，內(nèi)核小，啟動速度快，即時性能好（實時處理可以到微秒級），也很適合漢字系統(tǒng)的開發(fā)。另外，TRON的成功還來源于如下兩個重要的條件： 1.它是免費的 2.它已經(jīng)建立了開放的標準，形成了較完善的軟硬件配套開發(fā)環(huán)境，較好地形成了產(chǎn)業(yè)化。 uITRON1.3 嵌入式操作系統(tǒng)常見的嵌入式操作系統(tǒng)為了對抗微軟及Palm，取得未來智能移動終端領域的市場先機，1998年6月，諾基亞、摩托羅拉（Motorola）、愛立信（ERICSSON）、三菱（MITSUBISHI）和寶意昂（Psion）在英國倫敦共同投資成立Symbian公司。2008年已被諾基亞全額收購。 在NOKIA的大力倡導下，已經(jīng)成為一個開放的、易用的、專業(yè)的開發(fā)平臺，支持C+和java語言。 2012年5月27日，諾基亞宣布，徹底放棄繼續(xù)開發(fā)塞班系統(tǒng)，取消塞班Carla的開發(fā)，最早在2012年底，最遲在2014年徹底終止對塞班的所有支持。Symbian（塞班）1.3 嵌入式操作系統(tǒng)常見的嵌入式操作系統(tǒng) Google于2007年11月5日宣布的基于Linux平臺的開源手機操作系統(tǒng)的名稱，該平臺由操作系統(tǒng)、中間件、用戶界面和應用軟件組成，號稱是首