嵌入式系統(tǒng)和應(yīng)用課件

1、嵌入式系統(tǒng)及應(yīng)用第三章嵌入式軟件系統(tǒng)基礎(chǔ)主要內(nèi)容嵌入式軟件系統(tǒng)概述嵌入式操作系統(tǒng)嵌入式軟件開(kāi)發(fā)工具(在嵌入式系統(tǒng)軟件開(kāi)發(fā)一章中介紹)嵌入式Java第一節(jié)嵌入式軟件系統(tǒng)概述軟件系統(tǒng)嵌入式軟件系統(tǒng)的分類(lèi)嵌入式軟件系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)嵌入式軟件運(yùn)行流程軟件系統(tǒng)軟件(software)是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中與硬件(hardware)相互依存的另一部分，它包括程序(program)、相關(guān)數(shù)據(jù)(data)及其說(shuō)明文檔(document)。 其中：程序是按照事先設(shè)計(jì)的功能和性能要求執(zhí)行的指令序列；數(shù)據(jù)是程序能正常操縱信息的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；文檔是與程序開(kāi)發(fā)維護(hù)和使用有關(guān)的各種圖文資料。軟件系統(tǒng)軟件是一種邏輯實(shí)體，具有抽象性。 這

2、個(gè)特點(diǎn)使它與其它工程對(duì)象有著明顯的差異。人們可以把它記錄在紙上、內(nèi)存、和磁盤(pán)、光盤(pán)上，但卻無(wú)法看到軟件本身的形態(tài)，必須通過(guò)觀察、分析、思考、判斷，才能了解它的功能、性能等特性。 軟件產(chǎn)品的特性軟件沒(méi)有明顯的制造過(guò)程。 一旦研制開(kāi)發(fā)成功，就可以大量拷貝同一內(nèi)容的副本。所以對(duì)軟件的質(zhì)量控制，必須著重在軟件開(kāi)發(fā)方面下工夫。 軟件在使用過(guò)程中，沒(méi)有磨損、老化的問(wèn)題。 軟件在生存周期后期不會(huì)因?yàn)槟p而老化，但會(huì)為了適應(yīng)硬件、環(huán)境以及需求的變化而進(jìn)行修改，而這些修改有不可避免的引入錯(cuò)誤，導(dǎo)致軟件失效率升高，從而使的軟件退化。當(dāng)修改的成本變得難以接受時(shí)，軟件就被拋棄。軟件對(duì)硬件和環(huán)境有著不同程度的依賴性。這

3、導(dǎo)致了軟件移植的問(wèn)題。軟件的開(kāi)發(fā)至今尚未完全擺脫手工作坊式的開(kāi)發(fā)方式，生產(chǎn)效率低。軟件是復(fù)雜的，而且以后會(huì)更加復(fù)雜。 軟件是人類(lèi)有史以來(lái)生產(chǎn)的復(fù)雜度最高的工業(yè)產(chǎn)品。軟件涉及人類(lèi)社會(huì)的各行各業(yè)、方方面面，軟件開(kāi)發(fā)常常涉及其它領(lǐng)域的專(zhuān)門(mén)知識(shí)，這對(duì)軟件工程師提出了很高的要求。 軟件的成本相當(dāng)昂貴。 軟件開(kāi)發(fā)需要投入大量、高強(qiáng)度的腦力勞動(dòng)，成本非常高，風(fēng)險(xiǎn)也大?，F(xiàn)在軟件的開(kāi)銷(xiāo)已大大超過(guò)了硬件的開(kāi)銷(xiāo)。 軟件工作牽涉到很多社會(huì)因素。許多軟件的開(kāi)發(fā)和運(yùn)行涉及機(jī)構(gòu)、體制和管理方式等問(wèn)題，還會(huì)涉及到人們的觀念和心理。這些人的因素，常常成為軟件開(kāi)發(fā)的困難所在，直接影響到項(xiàng)目的成敗。 嵌入式軟件系統(tǒng)的分類(lèi)嵌入式軟件

4、系統(tǒng)軟件支撐軟件應(yīng)用軟件控制、管理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的資源嵌入式操作系統(tǒng)嵌入式中間件（CORBA、 Java）等等輔助軟件開(kāi)發(fā)的工具系統(tǒng)分析設(shè)計(jì)工具仿真開(kāi)發(fā)工具交叉開(kāi)發(fā)工具測(cè)試工具配置管理工具維護(hù)工具等面向應(yīng)用領(lǐng)域手機(jī)軟件路由器軟件交換機(jī)軟件飛控軟件等嵌入式軟件系統(tǒng)的分類(lèi)從運(yùn)行平臺(tái)來(lái)分，嵌入式軟件可以分為運(yùn)行在開(kāi)發(fā)平臺(tái)上的軟件：設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)、測(cè)試工具等。運(yùn)行在嵌入式系統(tǒng)上的軟件：嵌入式操作系統(tǒng)、應(yīng)用程序、驅(qū)動(dòng)程序及部分開(kāi)發(fā)工具。嵌入式軟件系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)硬件應(yīng)用層驅(qū)動(dòng)層操作系統(tǒng)層中間件層板級(jí)初始化FLASH驅(qū)動(dòng)RTC/定時(shí)器驅(qū)動(dòng)串口 驅(qū)動(dòng)以太網(wǎng)驅(qū)動(dòng)LCD 驅(qū)動(dòng)鍵盤(pán)驅(qū)動(dòng)其他驅(qū)動(dòng)內(nèi)核TCP/IP網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)文件系

5、統(tǒng)嵌入式GUI電源管理嵌入式CORBA嵌入式JAVA嵌入式DCOM面向應(yīng)用領(lǐng)域的中間件應(yīng)用任務(wù)1應(yīng)用任務(wù)2應(yīng)用任務(wù)n嵌入式軟件系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)驅(qū)動(dòng)層 驅(qū)動(dòng)層是直接與硬件打交道的一層，它對(duì)操作系統(tǒng)和應(yīng)用提供所需的驅(qū)動(dòng)的支持。該層主要包括三種類(lèi)型的程序。板級(jí)初始化程序 這些程序在嵌入式系統(tǒng)上電后初始化系統(tǒng)的硬件環(huán)境，包括嵌入式微處理器、存儲(chǔ)器、中斷控制器、DMA、定時(shí)器等的初始化。 與系統(tǒng)軟件相關(guān)的驅(qū)動(dòng)這類(lèi)驅(qū)動(dòng)是操作系統(tǒng)和中間件等系統(tǒng)軟件所需的驅(qū)動(dòng)程序，它們的開(kāi)發(fā)要按照系統(tǒng)軟件的要求進(jìn)行。目前操作系統(tǒng)內(nèi)核所需的硬件支持一般都已集成在嵌入式微處理器中了，因此操作系統(tǒng)廠商提供的內(nèi)核驅(qū)動(dòng)一般不用修改。與應(yīng)

6、用軟件相關(guān)的驅(qū)動(dòng) 與應(yīng)用軟件相關(guān)的驅(qū)動(dòng)不一定需要與操作系統(tǒng)連接，這些驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)由應(yīng)用決定。嵌入式軟件系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)操作系統(tǒng)層操作系統(tǒng)層包括嵌入式內(nèi)核、嵌入式TCP/IP網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、嵌入式文件系統(tǒng)、嵌入式GUI系統(tǒng)和電源管理等部分。其中嵌入式內(nèi)核是基礎(chǔ)和必備的部分，其他部分要根據(jù)嵌入式系統(tǒng)的需要來(lái)確定。嵌入式軟件系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)中間件層 目前在一些復(fù)雜的嵌入式系統(tǒng)中也開(kāi)始采用中間件技術(shù)，主要包括嵌入式CORBA、嵌入式Java、嵌入式DCOM和面向應(yīng)用領(lǐng)域的中間件軟件。如基于嵌入式CORBA的應(yīng)用于軟件無(wú)線電臺(tái)的應(yīng)用中間件SCA（Software Core Architecture）等。嵌入式

7、軟件系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)應(yīng)用層 應(yīng)用層軟件主要由多個(gè)相對(duì)獨(dú)立的應(yīng)用任務(wù)組成每個(gè)應(yīng)用任務(wù)完成特定的工作，如I/O任務(wù)、計(jì)算的任務(wù)、通信任務(wù)等，由操作系統(tǒng)調(diào)度各個(gè)任務(wù)的運(yùn)行。 嵌入式軟件運(yùn)行流程上電復(fù)位系統(tǒng)升級(jí)引導(dǎo)/升級(jí)系統(tǒng)系統(tǒng)初始化應(yīng)用初始化多任務(wù)應(yīng)用板級(jí)初始化遠(yuǎn)程升級(jí)本地升級(jí)基于多任務(wù)操作系統(tǒng)的嵌入式軟件的主要運(yùn)行流程該運(yùn)行流程主要分為5個(gè)階段嵌入式軟件運(yùn)行流程上電復(fù)位、板級(jí)初始化階段嵌入式系統(tǒng)上電復(fù)位后完成板級(jí)初始化工作。板級(jí)初始化程序具有完全的硬件特性，一般采用匯編語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)。不同的嵌入式系統(tǒng)，板級(jí)初始化時(shí)要完成的工作具有一定的特殊性，但以下工作一般是必須完成的：CPU中堆棧指針寄存器的初始化。B

8、SS段（Block Storage Space表示未被初始化的數(shù)據(jù)）的初始化。CPU芯片級(jí)的初始化：中斷控制器、內(nèi)存等的初始化。返回嵌入式軟件運(yùn)行流程系統(tǒng)引導(dǎo)/升級(jí)階段根據(jù)需要分別進(jìn)入系統(tǒng)軟件引導(dǎo)階段或系統(tǒng)升級(jí)階段。軟件可通過(guò)測(cè)試通信端口數(shù)據(jù)或判斷特定開(kāi)關(guān)的方式分別進(jìn)入不同階段。 嵌入式軟件運(yùn)行流程系統(tǒng)引導(dǎo)階段系統(tǒng)引導(dǎo)有幾種情況：將系統(tǒng)軟件從NOR Flash中讀取出來(lái)加載到RAM中運(yùn)行：這種方式可以解決成本及Flash速度比RAM慢的問(wèn)題。軟件可壓縮存儲(chǔ)在Flash中。不需將軟件引導(dǎo)到RAM中而是讓其直接在NorFlash上運(yùn)行，進(jìn)入系統(tǒng)初始化階段。將軟件從外存（如NandFlash、CF卡

9、、MMC等）中讀取出來(lái)加載到RAM中運(yùn)行：這種方式的成本更低。嵌入式軟件運(yùn)行流程系統(tǒng)升級(jí)階段進(jìn)入系統(tǒng)升級(jí)階段后系統(tǒng)可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行遠(yuǎn)程升級(jí)或通過(guò)串口進(jìn)行本地升級(jí)。遠(yuǎn)程升級(jí)一般支持TFTP、FTP、HTTP等方式。本地升級(jí)可通過(guò)Console口使用超級(jí)終端或特定的升級(jí)軟件進(jìn)行。返回嵌入式軟件運(yùn)行流程系統(tǒng)初始化階段 在該階段進(jìn)行操作系統(tǒng)等系統(tǒng)軟件各功能部分必需的初始化工作，如根據(jù)系統(tǒng)配置初始化數(shù)據(jù)空間、初始化系統(tǒng)所需的接口和外設(shè)等。系統(tǒng)初始化階段需要按特定順序進(jìn)行，如首先完成內(nèi)核的初始化，然后完成網(wǎng)絡(luò)、文件系統(tǒng)等的初始化，最后完成中間件等的初始化工作。 返回嵌入式軟件運(yùn)行流程應(yīng)用初始化階段在該階段進(jìn)

10、行應(yīng)用任務(wù)的創(chuàng)建，信號(hào)量、消息隊(duì)列的創(chuàng)建和與應(yīng)用相關(guān)的其它初始化工作。多任務(wù)應(yīng)用運(yùn)行階段各種初始化工作完成后，系統(tǒng)進(jìn)入多任務(wù)狀態(tài)，操作系統(tǒng)按照已確定的算法進(jìn)行任務(wù)的調(diào)度，各應(yīng)用任務(wù)分別完成特定的功能。 第二節(jié)嵌入式操作系統(tǒng)概述嵌入式操作系統(tǒng)的演變嵌入式操作系統(tǒng)分類(lèi)嵌入式操作系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)嵌入式操作系統(tǒng)的組成嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)C/OS-II簡(jiǎn)介概述嵌入式操作系統(tǒng)可以統(tǒng)稱為應(yīng)用在嵌入式系統(tǒng)的操作系統(tǒng)，它具有一般操作系統(tǒng)的功能，同時(shí)具有嵌入式軟件的特點(diǎn)，主要有：可固化 可配置、可剪裁 獨(dú)立的板級(jí)支持包，可修改 不同的CPU有不同的版本 應(yīng)用的開(kāi)發(fā)需要有集成的交叉開(kāi)發(fā)工具概述近十年來(lái)，嵌入式操作系統(tǒng)得到

11、飛速的發(fā)展從支持8位微處理器到16位、32位甚至64位微處理器；從支持單一品種的微處理器芯片到支持多品種微處理器芯片；從只有內(nèi)核到除了內(nèi)核外還提供其他功能模塊，如文件系統(tǒng)，TCP/IP網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，窗口圖形系統(tǒng)等。隨著嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)展，目前嵌入式操作系統(tǒng)的市場(chǎng)在不斷細(xì)分，出現(xiàn)了針對(duì)不同領(lǐng)域的產(chǎn)品，這些產(chǎn)品按領(lǐng)域的要求和標(biāo)準(zhǔn)提供特定的功能。嵌入式操作系統(tǒng)的演變*Percent of total software supplied by RTOS vendor in a typical embedded device10%*Kernel30%*KernelNetworkingFile Syst

12、em75%*KernelNetworkingFile SystemMultiprocessingMemory ManagementNetworking UtilityWindows APIApplicationApplicationApplicationApplication90%*KernelNetworkingFile SystemMultiprocessingFault ToleranceDistributed ObjectsAdvanced NetworkingAdvanced InterconnectJavaBrowser / GUI嵌入式操作系統(tǒng)的演變?cè)谇度胧较到y(tǒng)的發(fā)展過(guò)程中，從操

13、作系統(tǒng)的角度來(lái)看，大致經(jīng)歷了以下幾個(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的階段嵌入式操作系統(tǒng)的演變無(wú)操作系統(tǒng)階段嵌入式系統(tǒng)最初的應(yīng)用是基于單片機(jī)的，大多以可編程控制器的形式出現(xiàn)，具有監(jiān)測(cè)、伺服、設(shè)備指示等功能，通常應(yīng)用于各類(lèi)工業(yè)控制和飛機(jī)、導(dǎo)彈等武器裝備中，一般沒(méi)有操作系統(tǒng)的支持，只能通過(guò)匯編語(yǔ)言對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行直接控制，運(yùn)行結(jié)束后再清除內(nèi)存。這些裝置雖然已經(jīng)初步具備了嵌入式的應(yīng)用特點(diǎn)，但僅僅只是使用8位的CPU芯片來(lái)執(zhí)行一些單線程的程序，因此嚴(yán)格地說(shuō)還談不上系統(tǒng)的概念。這一階段嵌入式系統(tǒng)的主要特點(diǎn)是：系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能相對(duì)單一，處理效率較低，存儲(chǔ)容量較小，幾乎沒(méi)有用

14、戶接口。由于這種嵌入式系統(tǒng)使用簡(jiǎn)便、價(jià)格低廉，因而曾經(jīng)在工業(yè)控制領(lǐng)域中得到了非常廣泛的應(yīng)用，但卻無(wú)法滿足現(xiàn)今對(duì)執(zhí)行效率、存儲(chǔ)容量都有較高要求的信息家電等場(chǎng)合的需要。嵌入式操作系統(tǒng)的演變簡(jiǎn)單操作系統(tǒng)階段20世紀(jì)80年代，隨著微電子工藝水平的提高，IC制造商開(kāi)始把嵌入式應(yīng)用中所需要的微處理器、I/O接口、串行接口以及RAM、ROM等部件統(tǒng)統(tǒng)集成到一片VLSI中，制造出面向I/O設(shè)計(jì)的微控制器，并一舉成為嵌入式系統(tǒng)領(lǐng)域中異軍突起的新秀。與此同時(shí)，嵌入式系統(tǒng)的程序員也開(kāi)始基于一些簡(jiǎn)單的操作系統(tǒng)開(kāi)發(fā)嵌入式應(yīng)用軟件，大大縮短了開(kāi)發(fā)周期、提高了開(kāi)發(fā)效率。這一階段嵌入式系統(tǒng)的主要特點(diǎn)是：出現(xiàn)了大量高可靠、低功

15、耗的嵌入式CPU（如Power PC等），各種簡(jiǎn)單的嵌入式操作系統(tǒng)開(kāi)始出現(xiàn)并得到迅速發(fā)展。此時(shí)的嵌入式操作系統(tǒng)雖然還比較簡(jiǎn)單，但已經(jīng)初步具有了一定的兼容性和擴(kuò)展性，內(nèi)核精巧且效率高，主要用來(lái)控制系統(tǒng)負(fù)載以及監(jiān)控應(yīng)用程序的運(yùn)行。嵌入式操作系統(tǒng)的演變實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)階段20世紀(jì)90年代，在分布控制、柔性制造、數(shù)字化通信和信息家電等巨大需求的牽引下，嵌入式系統(tǒng)進(jìn)一步飛速發(fā)展，而面向?qū)崟r(shí)信號(hào)處理算法的DSP產(chǎn)品則向著高速度、高精度、低功耗的方向發(fā)展。隨著硬件實(shí)時(shí)性要求的提高，嵌入式系統(tǒng)的軟件規(guī)模也不斷擴(kuò)大，逐漸形成了實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)（RTOS），并開(kāi)始成為嵌入式系統(tǒng)的主流。這一階段嵌入式系統(tǒng)的主要特點(diǎn)是

16、：操作系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性得到了很大改善，已經(jīng)能夠運(yùn)行在各種不同類(lèi)型的微處理器上，具有高度的模塊化和擴(kuò)展性。此時(shí)的嵌入式操作系統(tǒng)已經(jīng)具備了文件和目錄管理、設(shè)備管理、多任務(wù)、網(wǎng)絡(luò)、圖形用戶界面（GUI）等功能，并提供了大量的應(yīng)用程序接口（API），從而使得應(yīng)用軟件的開(kāi)發(fā)變得更加簡(jiǎn)單。嵌入式操作系統(tǒng)的演變面向Internet的階段21世紀(jì)無(wú)疑將是一個(gè)網(wǎng)絡(luò)的時(shí)代，將嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用到各種網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中去的呼聲自然也越來(lái)越高。目前大多數(shù)嵌入式系統(tǒng)還孤立于Internet之外，隨著Internet的進(jìn)一步發(fā)展，以及Internet技術(shù)與信息家電、工業(yè)控制技術(shù)等的結(jié)合日益緊密，嵌入式設(shè)備與Internet的結(jié)合才是嵌入

17、式技術(shù)的真正未來(lái)。信息時(shí)代和數(shù)字時(shí)代的到來(lái)，為嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展帶來(lái)了巨大的機(jī)遇，同時(shí)也對(duì)嵌入式系統(tǒng)廠商提出了新的挑戰(zhàn)。嵌入式操作系統(tǒng)的演變目前，嵌入式技術(shù)與Internet技術(shù)的結(jié)合正在推動(dòng)著嵌入式技術(shù)的飛速發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)的研究和應(yīng)用產(chǎn)生了如下新的顯著變化：新的微處理器層出不窮，嵌入式操作系統(tǒng)自身結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)更加便于移植，能夠在短時(shí)間內(nèi)支持更多的微處理器。 嵌入式系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)成了一項(xiàng)系統(tǒng)工程，開(kāi)發(fā)廠商不僅要提供嵌入式操作系統(tǒng)本身，同時(shí)還要提供強(qiáng)大的軟件開(kāi)發(fā)支持包。 通用計(jì)算機(jī)上使用的新技術(shù)、新觀念開(kāi)始逐步移植到嵌入式系統(tǒng)中，如嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)、移動(dòng)代理、實(shí)時(shí)CORBA、Java等，嵌入式軟件平臺(tái)得到

18、進(jìn)一步完善。 嵌入式操作系統(tǒng)的演變各類(lèi)嵌入式Linux操作系統(tǒng)迅速發(fā)展，由于具有源代碼開(kāi)放、系統(tǒng)內(nèi)核小、執(zhí)行效率高、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)完整等特點(diǎn)，很適合信息家電等嵌入式系統(tǒng)的需要，目前已經(jīng)形成了能與Windows CE、Symbian等嵌入式操作系統(tǒng)進(jìn)行有力競(jìng)爭(zhēng)的局面。 網(wǎng)絡(luò)化、信息化的要求隨著Internet技術(shù)的成熟和帶寬的提高而日益突出，以往功能單一的設(shè)備如電話、手機(jī)、冰箱、微波爐等功能不再單一，結(jié)構(gòu)變得更加復(fù)雜，網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)成為必然趨勢(shì)。 精簡(jiǎn)系統(tǒng)內(nèi)核，優(yōu)化關(guān)鍵算法，降低功耗和軟硬件成本。 提供更加友好的多媒體人機(jī)交互界面。嵌入式操作系統(tǒng)分類(lèi)從應(yīng)用領(lǐng)域來(lái)分面向信息家電的嵌入式操作系統(tǒng)面向智能手機(jī)的嵌

19、入式操作系統(tǒng)，如SymbianOS、MS Mobile OS、PalmOS、Embedded Linux等面向汽車(chē)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) .從實(shí)時(shí)性的角度來(lái)分嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)：具有強(qiáng)實(shí)時(shí)特點(diǎn)，如VxWorks、QNX、Nuclear、OSE、DeltaOS、各種ITRON OS等。非實(shí)時(shí)嵌入式操作系統(tǒng)：一般只具有弱實(shí)時(shí)特點(diǎn)，如WinCE、版本眾多的嵌入式Linux、PalmOS等。從嵌入式系統(tǒng)的商業(yè)模式來(lái)分類(lèi)商用型：功能穩(wěn)定、可靠，有完善的技術(shù)支持和售后服務(wù)，開(kāi)發(fā)費(fèi)用+版稅。開(kāi)源型：開(kāi)放源碼，只收服務(wù)費(fèi)，沒(méi)有版稅。 如Embedded linux，RTEMS，eC

20、OS。嵌入式操作系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)體系結(jié)構(gòu)是操作系統(tǒng)的基礎(chǔ)，它定義了硬件與軟件的界限、內(nèi)核與操作系統(tǒng)其它組件（文件、網(wǎng)絡(luò)、GUI等）的組織關(guān)系、系統(tǒng)與應(yīng)用的接口。體系結(jié)構(gòu)是確保系統(tǒng)的性能、可靠性、靈活性、可移植性、可擴(kuò)展性的關(guān)鍵，就好比房子的梁架，只有梁架搭牢固了才提得上房子的質(zhì)量，再做一些錦上添花的工作才有意義。目前操作系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)可分為：?jiǎn)螇K結(jié)構(gòu)、層次結(jié)構(gòu)和客戶/服務(wù)器（微內(nèi)核）結(jié)構(gòu)。嵌入式操作系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)硬 件系統(tǒng)服務(wù)用戶態(tài)核心態(tài)應(yīng)用程序應(yīng)用程序單塊結(jié)構(gòu)嵌入式操作系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)硬件基本進(jìn)程管理虛存管理I/O和設(shè)備管理進(jìn)程間通信文件系統(tǒng)用戶用戶模式內(nèi)核模式層次結(jié)構(gòu)嵌入式操作系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)硬 件進(jìn)程

21、服務(wù)用戶態(tài)核心態(tài)應(yīng)用程序客戶內(nèi)存服務(wù)微內(nèi)核文件服務(wù)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)顯示服務(wù)發(fā)送應(yīng)答客戶/服務(wù)器結(jié)構(gòu)（微內(nèi)核結(jié)構(gòu)）嵌入式操作系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)微內(nèi)核結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)提供一致的接口可擴(kuò)展性：擴(kuò)展對(duì)新的軟件/硬件支持靈活性：可伸縮可移植性分布式系統(tǒng)支持適用于面向?qū)ο蟛僮飨到y(tǒng)環(huán)境性能問(wèn)題：通過(guò)微內(nèi)核構(gòu)造和發(fā)送信息、接受應(yīng)答并解碼所花費(fèi)的時(shí)間比進(jìn)行一次系統(tǒng)調(diào)用的時(shí)間多很大程度取決于微內(nèi)核的大小和功能嵌入式操作系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)目前嵌入式操作系統(tǒng)主要采用分層和模塊化相結(jié)合的結(jié)構(gòu)或微內(nèi)核結(jié)構(gòu)。分層和模塊化結(jié)合的結(jié)構(gòu)將操作系統(tǒng)分為硬件無(wú)關(guān)層、硬件抽象層和硬件相關(guān)層，每層再劃分功能模塊。這樣移植工作便集中在硬件相關(guān)層，與其余兩層無(wú)關(guān)，功

22、能的伸縮則集中在模塊上，從而確保其具有良好的可移植性和可伸縮性。而采用微內(nèi)核結(jié)構(gòu)，則可利用其可伸縮的特點(diǎn)適應(yīng)硬件的發(fā)展，便于擴(kuò)展。 嵌入式操作系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)應(yīng)用程序任務(wù)管理硬 件用戶擴(kuò)展處理調(diào)度管理硬件抽象層應(yīng)用編程接口內(nèi)存管理中斷管理時(shí)鐘/定時(shí)器管理I/O管理出錯(cuò)處理同步、通信管理（消息隊(duì)列，信號(hào)量，事件，異步信號(hào))）DeltaCORE的體系結(jié)構(gòu)：層次模塊結(jié)構(gòu)分層次模塊化嵌入式操作系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)用戶模式應(yīng)用應(yīng)用應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)管理器圖形管理器設(shè)備管理器文件系統(tǒng)管理器網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)圖形驅(qū)動(dòng)設(shè)備驅(qū)動(dòng)文件系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)硬件內(nèi)核模式 內(nèi)核（微內(nèi)核）QNX4.25的體系結(jié)構(gòu)：客戶/服務(wù)器結(jié)構(gòu)嵌入式操作系統(tǒng)嵌入式內(nèi)核嵌入式TC

23、P/IP網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)嵌入式文件系統(tǒng)嵌入式操作系統(tǒng)的組成嵌入式內(nèi)核內(nèi)核是嵌入式操作系統(tǒng)的基礎(chǔ)，也是必備的部分。內(nèi)核還提供特定的應(yīng)用編程接口，但目前沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。 任務(wù)管理內(nèi)存管理通信同步與互斥機(jī)制中斷管理時(shí)間管理任務(wù)擴(kuò)展返回嵌入式內(nèi)核任務(wù)管理內(nèi)核的核心部分，具有任務(wù)調(diào)度、創(chuàng)建任務(wù)、刪除任務(wù)、掛起任務(wù)、解掛任務(wù)、設(shè)置任務(wù)優(yōu)先級(jí)等功能。 通用計(jì)算機(jī)的操作系統(tǒng)追求的是最大的吞吐率，為了達(dá)到最佳整體性能，其調(diào)度原則是公平，采用Round-Robin或可變優(yōu)先級(jí)調(diào)度算法，調(diào)度時(shí)機(jī)主要以時(shí)間片為主驅(qū)動(dòng)。而嵌入式操作系統(tǒng)多采用基于靜態(tài)優(yōu)先級(jí)的可搶占的調(diào)度，任務(wù)優(yōu)先級(jí)是在運(yùn)行前通過(guò)某種策略靜態(tài)分配好的，一旦有優(yōu)先

24、級(jí)更高的任務(wù)就緒就馬上進(jìn)行調(diào)度。返回嵌入式內(nèi)核內(nèi)存管理嵌入式操作系統(tǒng)的內(nèi)存管理比較簡(jiǎn)單。通常不采用虛擬存儲(chǔ)管理，而采用靜態(tài)內(nèi)存分配和動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配（固定大小內(nèi)存分配和可變大小內(nèi)存分配）相結(jié)合的管理方式。有些內(nèi)核利用MMU機(jī)制提供內(nèi)存保護(hù)功能。通用操作系統(tǒng)廣泛使用了虛擬內(nèi)存的技術(shù)，為用戶提供一個(gè)功能強(qiáng)大的虛存管理機(jī)制。返回嵌入式內(nèi)核通信、同步和互斥機(jī)制這些機(jī)制提供任務(wù)間、任務(wù)與中斷處理程序間的通信、同步和互斥功能。一般包括信號(hào)量、消息、事件、管道、異步信號(hào)和共享內(nèi)存等功能。與通用操作系統(tǒng)不同的是，嵌入式操作系統(tǒng)需要解決在這些機(jī)制的使用中出現(xiàn)的優(yōu)先級(jí)反轉(zhuǎn)問(wèn)題。返回嵌入式內(nèi)核中斷管理，一般具有以下功能

25、：安裝中斷服務(wù)程序中斷發(fā)生時(shí)，對(duì)中斷現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行保存，并且轉(zhuǎn)到相應(yīng)的服務(wù)程序上執(zhí)行中斷退出前，對(duì)中斷現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行恢復(fù)中斷棧切換中斷退出時(shí)的任務(wù)調(diào)度 返回嵌入式內(nèi)核時(shí)間管理提供高精度、應(yīng)用可設(shè)置的系統(tǒng)時(shí)鐘，該時(shí)鐘是嵌入式系統(tǒng)的時(shí)基，可設(shè)置為十毫秒以下。提供日歷時(shí)間，負(fù)責(zé)與時(shí)間相關(guān)的任務(wù)管理工作如任務(wù)對(duì)資源有限等待的計(jì)時(shí)、時(shí)間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度等，提供軟定時(shí)器的管理功能等。通用操作系統(tǒng)的系統(tǒng)時(shí)鐘的精度由操作系統(tǒng)確定，應(yīng)用不可調(diào)，且一般是幾十個(gè)毫秒。返回嵌入式內(nèi)核任務(wù)擴(kuò)展功能任務(wù)擴(kuò)展功能就是在內(nèi)核中設(shè)置一些Hook的調(diào)用點(diǎn)，在這些調(diào)用點(diǎn)上內(nèi)核調(diào)用應(yīng)用設(shè)置的、應(yīng)用自己編寫(xiě)的擴(kuò)展處理程序，以擴(kuò)展內(nèi)核的有關(guān)功能。Hook

26、調(diào)用點(diǎn)有任務(wù)創(chuàng)建、任務(wù)切換、任務(wù)刪除、出錯(cuò)處理等。返回嵌入式TCP/IPTCP/IP協(xié)議已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)中嵌入式TCP/IP網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)提供符合TCP/IP協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)議棧，提供Socket編程接口。Socket 接 口 UDP協(xié)議 TCP協(xié)議 IP 協(xié)議 ICMP/IGMP協(xié)議 網(wǎng)絡(luò)接口層 ARP/PPP協(xié)議 以太網(wǎng)驅(qū)動(dòng) 異步串口驅(qū)動(dòng)物 理 設(shè) 備應(yīng)用程序/應(yīng)用協(xié)議嵌入式TCP/IP嵌入式TCP/IP網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)具有以下的特點(diǎn)：可剪裁： 能根據(jù)嵌入式系統(tǒng)的功能的要求選擇所需的協(xié)議，對(duì)完整的TCP/IP協(xié)議簇進(jìn)行剪裁，以滿足用戶的需要。采用“零拷貝”（Zero Copy）技術(shù)，提高實(shí)時(shí)性 所

27、謂“零拷貝”技術(shù)，是指TCP/IP協(xié)議棧沒(méi)有用于各層間數(shù)據(jù)傳遞的緩沖區(qū)，協(xié)議棧各層間傳遞的都是數(shù)據(jù)指針，只有當(dāng)數(shù)據(jù)最終要被驅(qū)動(dòng)程序發(fā)送出去或是被應(yīng)用程序取走時(shí)，才進(jìn)行真正的數(shù)據(jù)搬移。 嵌入式TCP/IP采用靜態(tài)分配技術(shù) 在網(wǎng)絡(luò)初始化時(shí)就靜態(tài)分配通信緩沖區(qū)，設(shè)置了專(zhuān)門(mén)的發(fā)送和接收緩沖（其大小一般小于或等于物理網(wǎng)絡(luò)上的MTU值），從而確保了每次發(fā)送或接收時(shí)處理的數(shù)據(jù)不會(huì)超過(guò)MTU值，也就避免了數(shù)據(jù)處理任務(wù)的阻塞等待。 返回嵌入式文件系統(tǒng)通用操作系統(tǒng)的文件系統(tǒng)通常具有以下功能：提供用戶對(duì)文件操作的命令提供用戶共享文件的機(jī)制管理文件的存儲(chǔ)介質(zhì)提供文件的存取控制機(jī)制，保障文件及文件系統(tǒng)的安全性提供文件及

28、文件系統(tǒng)的備份和恢復(fù)功能提供對(duì)文件的加密和解密功能嵌入式文件系統(tǒng)嵌入式文件系統(tǒng)相比之下較為簡(jiǎn)單，主要具有文件的存儲(chǔ)、檢索、更新等功能，一般不提供保護(hù)和加密等安全機(jī)制。它以系統(tǒng)調(diào)用和命令方式提供對(duì)文件的各種操作，主要有：設(shè)置和修改對(duì)文件和目錄的存取權(quán)限 提供建立、修改、改變、刪除目錄等服務(wù)提供創(chuàng)建、打開(kāi)、讀、寫(xiě)、關(guān)閉、撤消文件等服務(wù) 嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)C/OS-II簡(jiǎn)介C/OS-II是一個(gè)搶占式實(shí)時(shí)多任務(wù)內(nèi)核。它是用ANSI的C語(yǔ)言編寫(xiě)的，包含一小部分匯編語(yǔ)言代碼，使之可以提供給不同架構(gòu)的微處理器使用。至今，從8位到64位，C/OS-II已經(jīng)在40多種不同架構(gòu)的微處理器上使用。使用C/OS的領(lǐng)域

29、包括：照相機(jī)行業(yè)、航空業(yè)、醫(yī)療器械、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、自動(dòng)提款機(jī)以及工業(yè)機(jī)器人等。 嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)C/OS-II簡(jiǎn)介C/OS-II全部以源代碼的方式提供，大約有5500行。CPU相關(guān)的部分使用的是針對(duì)Intel80 x86微處理器的代碼。C/OS-II可以很容易地移植到不同架構(gòu)的嵌入式微處理器上。 嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)C/OS-II簡(jiǎn)介C/OS-II的特點(diǎn)：源代碼可移植可固化可裁減可搶占性支持多任務(wù)可確定性任務(wù)棧系統(tǒng)服務(wù)中斷管理穩(wěn)定性和可靠性嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)C/OS-II簡(jiǎn)介源代碼文件介紹對(duì)函數(shù)和環(huán)境的定義： PC.C與處理器類(lèi)型無(wú)關(guān)部分： OS_CORE.C OS_FLAG.C OS_MBOX.

30、C OS_MEM.C OS_MUTEX.C OS_Q.C OS_SEM.C OS_TASK.C OS_TIME.C COS-II.C COS-II.H與處理器類(lèi)型相關(guān)部分： OS_CPU_A.S OS_CPU_C.C OS_CPU.H 給整個(gè)內(nèi)核庫(kù)提供總體的include文件：INCLUDES.H 配置文件，定義使用C/OS-II中的哪些功能：OS_CFG.H嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)C/OS-II簡(jiǎn)介C/OS-II不是自由軟件，用于商業(yè)目的時(shí)須取得許可證第四節(jié)嵌入式Java概述為什么需要J2MEJ2ME用來(lái)做什么進(jìn)一步了解J2MEJ2ME應(yīng)用概述Java伴隨著Write Once, Run Anyw

31、here的美好愿望而誕生為什么需要Java ME從PC時(shí)代到網(wǎng)絡(luò)時(shí)代：計(jì)算無(wú)處不在消費(fèi)類(lèi)嵌入式設(shè)備擁有龐大的市場(chǎng)：手機(jī)PDA機(jī)頂盒重新定義“電腦”計(jì)算+娛樂(lè)+溝通為什么需要Java ME且慢：在美好明天到來(lái)之前競(jìng)爭(zhēng)的時(shí)代：多樣化的硬件多樣化的軟件多樣化的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商、設(shè)備制造商、軟件開(kāi)發(fā)商所有人都希望取得優(yōu)勢(shì)為什么需要Java ME電信運(yùn)營(yíng)商：提供更多更好的增值服務(wù)，尋找新的利潤(rùn)增長(zhǎng)點(diǎn)設(shè)備制造商：需要更多的軟件支持軟件開(kāi)發(fā)商：需要開(kāi)發(fā)功能更強(qiáng)、更有吸引力的應(yīng)用所有人的難題：沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)Java ME用來(lái)做什么為不同的硬件/軟件/網(wǎng)絡(luò)環(huán)境定義一個(gè)統(tǒng)一的Java虛擬機(jī)架構(gòu)及統(tǒng)一的API在PC上開(kāi)發(fā)

32、應(yīng)用，在嵌入式設(shè)備上運(yùn)行應(yīng)用具備網(wǎng)絡(luò)交互能力應(yīng)用無(wú)需移植，也無(wú)需重新編譯，直接運(yùn)行于所有平臺(tái)進(jìn)一步了解Java MEJava Micro Edition (Java ME)含有虛擬機(jī)以及由Configuration指定的核心和在Profiles中指定的縱向的或與Optional Package進(jìn)一步了解Java ME- Configuration我們可以根據(jù)如下特性對(duì)嵌入式設(shè)備分類(lèi)：內(nèi)存的類(lèi)型和數(shù)量處理器的類(lèi)型和速度是否具有網(wǎng)絡(luò)連接及連接類(lèi)型Configuration是一套規(guī)范，它為具有類(lèi)似屬性的某一類(lèi)設(shè)備定義了J2ME平臺(tái)應(yīng)該具有的基本功能，例如Java核心庫(kù)、Java虛擬機(jī)。目前J2ME規(guī)

33、范只有兩種Configuration：CLDC(Connected Limited Device Configuration)CDC(Connected Device configuration)進(jìn)一步了解Java ME- CLDCCLDC主要是針對(duì)那些具有間歇的網(wǎng)絡(luò)連接，速度較慢的處理器，有限內(nèi)存的小型設(shè)備，如手機(jī)、低端PDA等。CLDC規(guī)范假定其目標(biāo)設(shè)備具有如下性質(zhì)：使用16或32位處理器至少擁有160KB內(nèi)存，其中的128KB將配置給虛擬機(jī)和核心類(lèi)庫(kù)具有某種網(wǎng)絡(luò)連接，通常是無(wú)線的、間歇連接的，而且?guī)捰邢轈LDC規(guī)范所涉及的范圍包含下列五大項(xiàng)：Java語(yǔ)言以及虛擬機(jī)的特性核心類(lèi)庫(kù)與輸入輸

34、出連網(wǎng)功能安全性國(guó)際化功能目前CLDC的版本有：CLDC1.0CLDC1.1CLDC使用的虛擬機(jī)是KVM（Kilobyte VM）進(jìn)一步了解Java ME- CLDCCLDC上的ProfileMIDP(Mobile Information Device Profile)主要是針對(duì)手機(jī)和低端PDA。它為移動(dòng)應(yīng)用提供了核心功能，包括用戶界面、網(wǎng)絡(luò)連接、局部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和應(yīng)用管理。MIDP與CLDC一起為手持設(shè)備提供了完整的Java運(yùn)行環(huán)境。目前MIDP規(guī)范的版本有：MIDP1.0MIDP2.0MIDP3.0 今年底推出CLDC Optional Package -JTWIMinimize the fr

35、agmentation of mobile Java by defining a predictable and highly interoperable application and service environment for developers.Mandatory:CLDC 1.0 (JSR 30)MIDP 2.0 (JSR 118)WMA 1.1 (JSR 120)Optional/Conditional:CLDC 1.1 (JSR 139)MMAPI 1.1 (JSR 135)CLDC Optional Package -MSAMany Operator specificati

36、ons take MSA/MSA subset as its frameworkCLDC Optional Package MIDP3.0Multiple concurrent MIDlets in one VM.Improve UI expressability and extensibilityIPv6MIDlet provision through other means (e.g. OMA (SyncML) DM/DS, Bluetooth, removable media, MMS, JSR-232, etc.) Localization & Internationalization

37、 (JSR-238)CDC主要是針對(duì)那些具有更多內(nèi)存、更快速度的處理器和更大網(wǎng)絡(luò)帶寬的設(shè)備，如電視機(jī)頂盒、高端PDA、汽車(chē)通訊系統(tǒng)等。CDC規(guī)范假定其目標(biāo)設(shè)備具有如下性質(zhì)：使用32位處理器提供至少2MB的內(nèi)存給Java平臺(tái)具有網(wǎng)絡(luò)連通的能力CDC中使用的虛擬機(jī)是CVM進(jìn)一步了解Java ME- CDCCDC上的ProfileFP(Foundation Profile)是一套支持資源受限設(shè)備，但不包含標(biāo)準(zhǔn)用戶圖形界面系統(tǒng)的Java API。FP+CDC就為J2ME應(yīng)用程序提供了一套在消費(fèi)設(shè)備和嵌入式設(shè)備中運(yùn)行的完整環(huán)境。FP也是其他Profile的基礎(chǔ)。PBP(Personal Base Profile)提供基本的圖形功能PP(Personal Profile)支持完整、抽象的圖形工具（AWT）還提供了大量的PersonalJava環(huán)境功能Java ME應(yīng)用在這個(gè)例子中CLDC = KVM + J2ME核心 APIs 移動(dòng)信息設(shè)備 ProfileKVMDSP 芯片(如 ARM)Java ME核心 APIs您的MID