嵌入式系統(tǒng)概述整本書課件完整版電子教案(最新)

1、嵌入式系統(tǒng)概述嵌入式系統(tǒng)的概念嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn)嵌入式系統(tǒng)的演變嵌入式系統(tǒng)的基本組成嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用嵌入式系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)過(guò)程嵌入式系統(tǒng)研究熱點(diǎn)嵌入式系統(tǒng)原理與應(yīng)用 20081. 嵌入式系統(tǒng)的概念1.1 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)分類以往計(jì)算機(jī)分類：大型計(jì)算機(jī)、中型機(jī)、小型機(jī)和微計(jì)算機(jī)目前計(jì)算機(jī)分類：超級(jí)計(jì)算機(jī)、大型計(jì)算機(jī)、工作站、微計(jì)算機(jī)、亞微計(jì)算機(jī)亞微計(jì)算機(jī)(嵌入式計(jì)算機(jī)) 是以嵌入式系統(tǒng)的形式隱藏在各種裝置、產(chǎn)品和系統(tǒng)中計(jì)算機(jī)系統(tǒng)不僅僅是:嵌入式系統(tǒng)原理與應(yīng)用 2008嵌入式系統(tǒng)的概念1.2 嵌入式系統(tǒng)的范圍嵌入在電子設(shè)備內(nèi)部的計(jì)算系統(tǒng)任何包含一個(gè)或多個(gè)專用的計(jì)算機(jī)、微處理器或微控制器的電子設(shè)備能執(zhí)行特定功能的

2、計(jì)算機(jī)硬件和軟件的結(jié)合體嵌入式系統(tǒng)原理與應(yīng)用 2008嵌入式系統(tǒng)的概念A(yù) “short list” of embedded systemsAnti-lock brakesAuto-focus camerasAutomatic teller machinesAutomatic toll systemsAutomatic transmissionAvionic systemsBattery chargersCamcordersCell phonesCell-phone base stationsCordless phonesCruise controlCurbside check-in syste

3、msDigital camerasDisk drivesElectronic card readersElectronic instrumentsElectronic toys/gamesFactory controlFax machinesFingerprint identifiersHome security systemsLife-support systemsMedical testing systemsModemsMPEG decodersNetwork cardsNetwork switches/routersOn-board navigationPagersPhotocopier

4、sPoint-of-sale systemsPortable video gamesPrintersSatellite phonesScannersSmart ovens/dishwashersSpeech recognizersStereo systemsTeleconferencing systemsTelevisionsTemperature controllersTheft tracking systemsTV set-top boxesVCRs, DVD playersVideo game consolesVideo phonesWashers and dryers嵌入式系統(tǒng)原理與應(yīng)

5、用 2008嵌入式系統(tǒng)的概念1.3 英國(guó)電機(jī)工程師學(xué)會(huì)的定義: “嵌入式系統(tǒng)為控制、監(jiān)視或輔助設(shè)備、機(jī)器或甚至工廠操作的裝置”通常執(zhí)行特定功能以微電腦和外圍構(gòu)成核心嚴(yán)格的時(shí)序和穩(wěn)定性要求全自動(dòng)操作循環(huán)嵌入式系統(tǒng)原理與應(yīng)用 2008嵌入式系統(tǒng)的概念1.4 精確定義: 以應(yīng)用為中心、以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)、軟件硬件可裁剪、適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)功能、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) 嵌入式系統(tǒng)是將先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)和電子技術(shù)和各個(gè)行業(yè)的具體應(yīng)用相結(jié)合后的產(chǎn)物，這一點(diǎn)就決定了它必然是一個(gè)技術(shù)密集、資金密集、高度分散、不斷創(chuàng)新的知識(shí)集成系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)原理與應(yīng)用 2008嵌入式系統(tǒng)的概念

6、1.5 嵌入式系統(tǒng)的的其它定義嵌入式系統(tǒng)的簡(jiǎn)單定義嵌入式系統(tǒng)是指操作系統(tǒng)和功能軟件集成于計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)之中。可以認(rèn)為凡是帶有微處理器的專用軟硬件系統(tǒng)都可以稱為嵌入式系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)的狹義定義使用嵌入式微處理器構(gòu)成獨(dú)立系統(tǒng)，具有自己的操作系統(tǒng)并且具有某些特定功能的系統(tǒng)微處理器專指32位以上的微處理器廣義定義:任何一個(gè)非計(jì)算機(jī)的計(jì)算系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)原理與應(yīng)用 20082. 嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn)2.1 嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn):系統(tǒng)內(nèi)核?。阂话銘?yīng)用于小型電子裝置。系統(tǒng)精簡(jiǎn)：無(wú)系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件的明顯區(qū)別。專用性強(qiáng)：軟硬件結(jié)合緊密、針對(duì)硬件進(jìn)行系統(tǒng)的移植。資源有限：通常要求產(chǎn)品廉價(jià)、耗電少、體積小、速度快等。實(shí)時(shí)性：

7、實(shí)時(shí)多任務(wù)的操作系統(tǒng)、合理調(diào)度多任務(wù)專門的開(kāi)發(fā)工具和環(huán)境。2.2 嵌入式系統(tǒng)軟件的特征:軟件要求固態(tài)化存儲(chǔ) 軟件代碼高質(zhì)量、高可靠性 系統(tǒng)軟件(OS)的高實(shí)時(shí)性是基本要求 多任務(wù)操作系統(tǒng)是知識(shí)集成的平臺(tái)和走向工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化道路的基礎(chǔ)嵌入式系統(tǒng)原理與應(yīng)用 2008嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn)MicrocontrollerCCD preprocessorPixel coprocessorA2DD2AJPEG codecDMA controllerMemory controllerISA bus interfaceUARTLCD ctrlDisplay ctrlMultiplier/AccumDigital cam

8、era chiplensCCD一個(gè)嵌入式系統(tǒng)的典型例子 數(shù)碼相機(jī)嵌入式系統(tǒng)原理與應(yīng)用 2008嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn)2.3 嵌入式系統(tǒng)具有的產(chǎn)品特征:面向用戶、面向產(chǎn)品、面向應(yīng)用 升級(jí)換代也是和具體產(chǎn)品同步 、具有較長(zhǎng)的生命周期軟件和硬件結(jié)合緊密嵌入式處理器的發(fā)展也體現(xiàn)出穩(wěn)定性普通處理器18月嵌入式處理器8-10年2.4 嵌入式系統(tǒng)工業(yè)的特點(diǎn)和要求嵌入式系統(tǒng)工業(yè)是不可壟斷的高度分散的工業(yè) PC由WINTEL壟斷嵌入式系統(tǒng)工業(yè)的基礎(chǔ)是以應(yīng)用為中心的“芯片”設(shè)計(jì)和面向應(yīng)用的軟件產(chǎn)品開(kāi)發(fā)。嵌入式系統(tǒng)原理與應(yīng)用 2008嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn)2.5嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的特點(diǎn)嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)需要開(kāi)發(fā)工具和環(huán)境通用計(jì)算機(jī)具有

9、完善的人機(jī)接口界面嵌入式系統(tǒng)本身不具備自舉開(kāi)發(fā)能力這些工具和環(huán)境一般是基于通用計(jì)算機(jī)上的軟硬件設(shè)備以及各種邏輯分析儀、混合信號(hào)示波器等。 嵌入式系統(tǒng)軟件需要RTOS開(kāi)發(fā)平臺(tái)通用計(jì)算機(jī)具有完善的操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序接口(API)，但一般不是實(shí)時(shí)的。嵌入式系統(tǒng)則不同，應(yīng)用程序可以沒(méi)有操作系統(tǒng)直接在芯片上運(yùn)行。但為了保證程序執(zhí)行的實(shí)時(shí)性、可靠性，并減少開(kāi)發(fā)時(shí)間，保障軟件質(zhì)量。需要選配RTOS開(kāi)發(fā)平臺(tái)嵌入式系統(tǒng)原理與應(yīng)用 20083. 嵌入式系統(tǒng)的演變3.1 計(jì)算機(jī)用于控制設(shè)備或嵌入系統(tǒng)的歷史幾乎與計(jì)算機(jī)自身的歷史一樣長(zhǎng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)單片機(jī)掀起電子化浪潮微處理器高速發(fā)展推動(dòng)了嵌入式系統(tǒng)3.2 嵌入式系統(tǒng)

10、的演變8031/8051單片機(jī)系統(tǒng)，自行編寫程序；68360/386EX控制系統(tǒng)，自己編寫簡(jiǎn)單的操作系統(tǒng)；32位嵌入式處理器pSoS嵌入式操作系統(tǒng)tcp/ip協(xié)議棧；各種SoC+嵌入式Linux/VxWorks+嵌入式Web 設(shè)備server以及各種復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧GUI圖形界面無(wú)線模塊現(xiàn)代可移動(dòng)的網(wǎng)絡(luò)智能設(shè)備3.3 后PC技術(shù)的時(shí)代小到mp3、PDA等微型數(shù)字化產(chǎn)品，大到網(wǎng)絡(luò)家電、智能家電、車載電子設(shè)備嵌入式系統(tǒng)是這個(gè)后PC時(shí)代的擎天之柱世界電子產(chǎn)品產(chǎn)值已超過(guò)數(shù)萬(wàn)億美元，并且逐年遞增嵌入式系統(tǒng)原理與應(yīng)用 20084. 嵌入式系統(tǒng)基本構(gòu)成嵌入式硬件系統(tǒng)嵌入式處理器各種類型存儲(chǔ)器模擬電路及電源接口

11、控制器及接插件嵌入式軟件系統(tǒng)板級(jí)支持包（BSP）設(shè)備驅(qū)動(dòng)（Device Driver）操作系統(tǒng)（OS/RTOS）協(xié)議棧（Protocol Stack）應(yīng)用程序（Application）存儲(chǔ)器及外圍電路嵌入式處理器嵌入式操作系統(tǒng)應(yīng)用軟件嵌入式系統(tǒng)原理與應(yīng)用 20084.1嵌入式系統(tǒng)的硬件基本構(gòu)成嵌入式系統(tǒng)原理與應(yīng)用 20084.2 嵌入式系統(tǒng)的軟件基本構(gòu)成嵌入式操作系統(tǒng)設(shè)備驅(qū)動(dòng)及一些中間件協(xié)議棧（JAVA VM/JITs)應(yīng)用軟件板級(jí)支持包（BSP）Windows CE,Pocket PC,Palm,Symbian and Linux編譯器、調(diào)試器和仿真器嵌入式系統(tǒng)原理與應(yīng)用 20084.3 嵌

12、入式處理器嵌入式處理器:嵌入式微處理器（MPU)ARM（本課程使用ARM920T) Dragonball MC9328 Mx1嵌入式微控制器(MCU) 8051、P51XA、MC68HC05/11/12/16、68300等 嵌入式DSP處理器嵌入式片上系統(tǒng)（SOC-System On Chip）嵌入式可編程片上系統(tǒng)（EPSOC）嵌入式系統(tǒng)原理與應(yīng)用 20084.3.1 嵌入式微控制器（MCU）主要是指單片機(jī)片內(nèi)集成ROM/EPROM、RAM、FLASH/EEPROM、總線、定時(shí)器、計(jì)算器、看門狗、I/O、串行口、PWM（脈寬調(diào)制輸出）、A/D、D/A、等各種必要功能和外設(shè)一般來(lái)講具有以下特點(diǎn)可

13、單片完成功能，片內(nèi)可有ROM/RAM/FLASH，并帶所需的通信接口，I/O等，外設(shè)資源豐富，適于控制體積小，功耗低，成本低，可靠性高仍是嵌入處理器主流，占70左右典型器件：通用系列：8051、P51XA、MCS-251、MCS-96/196/296、C166/167、MC68HC05/11/12/16、68300等半通用系列：支持USB接口的MCU 8XC930/931、C540、C541；支持I2C、CAN-Bus、LCD及眾多專用MCU和兼容系列嵌入式系統(tǒng)原理與應(yīng)用 2008嵌入式微控制器（MCU）嵌入式系統(tǒng)原理與應(yīng)用 20084.3.2 嵌入式DSP處理器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和指令算法經(jīng)過(guò)特殊設(shè)計(jì)

14、，增強(qiáng)了數(shù)字信號(hào)處理能力（數(shù)字濾波、FFT、譜分析等）適于運(yùn)算量大，特別是向量運(yùn)算、指針線性尋址較多的智能算法實(shí)現(xiàn) 主要應(yīng)用于帶有智能邏輯的消費(fèi)類產(chǎn)品，生物信息識(shí)別終端，帶有加解密算法的鍵盤，ADSL接入、實(shí)時(shí)語(yǔ)音壓解系統(tǒng)，虛擬現(xiàn)實(shí)顯示等 代表產(chǎn)品有TI的TMS320C2000/C5000 和Motorola的DSP56000通用DSP與嵌入式DSP的區(qū)別通用DSP的制造商主要是Agree、ADI、Motorola和TI四大廠商;而嵌入式DSP的供應(yīng)商超過(guò)100家,產(chǎn)品種類繁多;通用DSP主要完成高速數(shù)據(jù)處理的功能;而嵌入式DSP則更多地與ASIC、ASSP、FPGA、MCU等共處一體;目前,

15、通用DSP的應(yīng)用更集中在通信領(lǐng)域;而嵌入式DSP是消費(fèi)類電子產(chǎn)品的主要選擇;嵌入式DSP由于應(yīng)用的要求,具備相對(duì)較低的功耗。 嵌入式系統(tǒng)原理與應(yīng)用 20084.3.3 嵌入式SOCSystem On Chip,片上系統(tǒng)/系統(tǒng)芯片將很多功能模塊集成到單個(gè)芯片上各種通用處理器內(nèi)核作為SOC設(shè)計(jì)公司的標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)，用VHDL等語(yǔ)言描述除個(gè)別無(wú)法集成外，嵌入式系統(tǒng)的大部分集成到一或幾片芯片中優(yōu)點(diǎn)可利用降低片內(nèi)工作電壓，減少功耗減少芯片對(duì)外引腳數(shù)，使系統(tǒng)板簡(jiǎn)潔，減小體積減少原來(lái)芯片間的信號(hào)傳遞，提高了處理速度；減少了信號(hào)傳遞過(guò)程中可能造成的干擾，提高了可靠性軟硬件無(wú)縫結(jié)合，可直接在片內(nèi)嵌入操作系統(tǒng)代碼模塊嵌入

16、式系統(tǒng)原理與應(yīng)用 2008嵌入式SOC大致分為通用和專用兩類通用Siemens的TriCoreMotorola的M-CoreEchelon和Motorola聯(lián)合研制的Neuron專用Philips的SmartXA例如 ARM+DSP,ARM+ARM嵌入式系統(tǒng)原理與應(yīng)用 20084.3.4 嵌入式SOPCSOPC可編程片上系統(tǒng)技術(shù)基礎(chǔ)超大規(guī)?？删幊踢壿嬈骷捌溟_(kāi)發(fā)工具的成熟FPGA晶體管集成密度提高FPGA成本足以與ASIC抗衡FPGA的設(shè)計(jì)、綜合、仿真、測(cè)試工具性能已達(dá)到相當(dāng)高水平微處理器核以IP的形式嵌入到FPGA中IP Core的開(kāi)發(fā)理念逐漸深入，標(biāo)準(zhǔn)IP庫(kù)日益豐富信號(hào)處理算法、軟件算法和

17、控制邏輯等均以IP核的形式體現(xiàn)目前已比較成熟的SOPC開(kāi)發(fā)平臺(tái)：Xilinx Spartan II FPGA和MicroBlaze軟處理器IP CoreXilinx Virtex II pro FPGA和PowerPC硬處理器IP CoreAltera XA1/XA10/Nois FPGA和處理器IP Core嵌入式系統(tǒng)原理與應(yīng)用 2008嵌入式SOPC嵌入式系統(tǒng)原理與應(yīng)用 20084.3.5 嵌入式微處理器MPU由通用計(jì)算機(jī)的CPU發(fā)展而來(lái)與通用CPU區(qū)別：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以最低功耗和資源實(shí)現(xiàn)嵌入式應(yīng)用的特殊要求與工業(yè)控制計(jì)算機(jī)相比，嵌入式處理器體

18、積小、重量輕、功耗低、成本低、可靠性高嵌入式系統(tǒng)原理與應(yīng)用 2008嵌入式微處理器MPU目前主要嵌入式微處理器有：MIPSX86系列Am186/188、386EX開(kāi)發(fā)方便，移植容易體積大、功耗高、實(shí)時(shí)性差A(yù)RM系列小體積、低功耗、低成本、高性能支持16/32位雙指令集全球眾多的合作伙伴PowerPC系列， Motorola和IBM聯(lián)合開(kāi)發(fā)的微處理器核另外還有SPARC、68000,SC-400等嵌入式系統(tǒng)原理與應(yīng)用 2008嵌入式微處理器MPU - MIPS典型的嵌入式微處理器MIPS:MIPS公司是一家設(shè)計(jì)制造高性能、高檔次及嵌入式32位和64位處理器的廠商，在RISC處理器方面占有重要地位

19、MIPS于80年代處開(kāi)始RISC處理器設(shè)計(jì)，90年代中后期開(kāi)始將戰(zhàn)略重點(diǎn)放在嵌入式處理器設(shè)計(jì)1999年，MIPS發(fā)布了MIPS 32和MIPS 64架構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)，為MIPS處理器的開(kāi)發(fā)奠定了基礎(chǔ)MIPS公司開(kāi)發(fā)了32位高性能，低功耗的處理器內(nèi)核MIPS 32 4Kc和64位的處理器內(nèi)核MIPS 64 5Kc應(yīng)用范圍：機(jī)頂盒、視頻游戲機(jī)、Cisco路由器、激光打印機(jī)嵌入式系統(tǒng)原理與應(yīng)用 2008嵌入式微處理器MPU - PowerPC典型的嵌入式微處理器PowerPC:PowerPC架構(gòu)的特點(diǎn)是可伸縮性好，方便靈活既有通用處理器，也有嵌入式微控制器和內(nèi)核，應(yīng)用范圍非常廣泛，從高端服務(wù)器、工作站到PC

20、，從消費(fèi)類電子到通信設(shè)備基于PowerPC架構(gòu)的處理器有IBM開(kāi)發(fā)的PowerPC 405 GP，集成了10 /100M以太網(wǎng)控制器、串行和并行接口、內(nèi)存控制器以及其他外設(shè)的高性能嵌入式處理器MPC823e是一款高度綜合的片上系統(tǒng)（SOC）嵌入式系統(tǒng)原理與應(yīng)用 2008嵌入式微處理器MPU X86典型的嵌入式微處理器x86由8086系列處理器發(fā)展而來(lái)典型產(chǎn)品Am186/188,386EXNS Geode GX1 300MHZ主要特點(diǎn)開(kāi)發(fā)容易方便移植體積大，功耗高，實(shí)時(shí)性差嵌入式系統(tǒng)原理與應(yīng)用 2008嵌入式微處理器MPU - ARMARM嵌入式微處理器ARM（Advanced RISC Mac

21、hines)公司是全球領(lǐng)先的16/32位RISC微處理器知識(shí)產(chǎn)權(quán)（IP）設(shè)計(jì)供應(yīng)商。ARM轉(zhuǎn)讓他的RISC微處理器、外圍和系統(tǒng)芯片設(shè)計(jì)技術(shù)給合作伙伴生產(chǎn)各種用途的處理器芯片。ARM已成為移動(dòng)通信、手持設(shè)備、多媒體數(shù)字消費(fèi)電子設(shè)備的嵌入式解決方案的RISC標(biāo)準(zhǔn)。ARM處理器有三大特點(diǎn)體積小、功耗低、成本低，性能高ARM/Thumb 16/32位雙指令系統(tǒng)全球眾多的合作伙伴嵌入式系統(tǒng)原理與應(yīng)用 2008嵌入式微處理器MPU - ARMCISC vs. RISCCISCComplex Instruction Set Computer ,復(fù)雜指令集Intel, IA (Intel Architectu

22、re) 32架構(gòu)AMDRISCReduced Instruction Set Computer，精簡(jiǎn)指令集SPARC ,Sun與TI開(kāi)發(fā)PA-RISC, HP開(kāi)發(fā)Alpha, Compaq開(kāi)發(fā)PowerPC ，IBM與Motorola開(kāi)發(fā)MIPSARM二者在軟件和硬件上都不兼容嵌入式系統(tǒng)原理與應(yīng)用 2008嵌入式微處理器MPU - ARMRISC體系結(jié)構(gòu)的特點(diǎn):采用固定長(zhǎng)度的指令格式，指令規(guī)整、簡(jiǎn)單（ARM指令為32位）使用單周期指令，便于流水線操作大量使用寄存器（ARM共有37個(gè)寄存器），數(shù)據(jù)處理指令只對(duì)寄存器操作，訪問(wèn)存儲(chǔ)器只使用Load/Store指令。嵌入式系統(tǒng)原理與應(yīng)用 2008嵌入

23、式微處理器MPU - ARM典型的ARM微處理器:Intel公司的StrongARM系列：SA-110/1100/1101/1110/1111,用于Palm Pocket PC和網(wǎng)絡(luò)Intel公司的XScale系列：PXA210/220/250/255Cirrus Logic公司的ARM系列：EP7209/7211/7212/7312/9312,PS7500FE，用于MP3Samsung公司的ARM系列：S3C44B0,S3C2400,S3C4510，用于ADSL和PDAMotorola半導(dǎo)體的DragonBall MX1，用于PDA和藍(lán)牙Qualcomm 公司的MSP1000 、MSM300

24、0 、MSM5000、MSM6000，用于 CDMA Philips 公司的SAA7750、VWS22100、VCS94250、VWS26001，用于 MP3,GSM ,3G,BTTriscend 公司的ARM產(chǎn)品：A7 嵌入式系統(tǒng)原理與應(yīng)用 2008嵌入式微處理器MPU - ARMARM 應(yīng)用廣泛嵌入式系統(tǒng)原理與應(yīng)用 2008嵌入式微處理器MPU - ARMARM 用于無(wú)線設(shè)備嵌入式系統(tǒng)原理與應(yīng)用 2008嵌入式微處理器MPU - ARM例：嵌入處理器應(yīng)用于GSM商務(wù)手機(jī)嵌入式系統(tǒng)原理與應(yīng)用 20084.4 嵌入式軟件技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)近十年來(lái)，嵌入式操作系統(tǒng)發(fā)展飛速， 支持處理器不斷豐富，

25、功能不斷增強(qiáng)。嵌入式操作系統(tǒng)支持微處理器：芯片從8位到16位、32位甚至64位。從支持單一品種的CPU芯片到支持多品種的。支持強(qiáng)大的核外功能，如文件系統(tǒng)，TCP/IP網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，窗口圖形系統(tǒng)等。未來(lái)五年，嵌入式操作系統(tǒng)內(nèi)核向微型化、高可靠可信、強(qiáng)實(shí)時(shí)、構(gòu)件組件化發(fā)展；支撐開(kāi)發(fā)環(huán)境向集成化、可調(diào)試化、支持模型驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)發(fā)展；支持無(wú)線通信和能源管理功能將日益重要行業(yè)性開(kāi)放系統(tǒng)日趨流行；面向領(lǐng)域特制的嵌入式操作系統(tǒng)走向開(kāi)放、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范化、平臺(tái)化 行業(yè)嵌入式軟件形成了不同行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)，例如中國(guó)手機(jī)軟件聯(lián)盟制定了手機(jī)API標(biāo)準(zhǔn)。統(tǒng)一的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)具有開(kāi)放、設(shè)計(jì)技術(shù)共享、軟硬件重用、構(gòu)件兼容、維護(hù)方便和合作生產(chǎn)的特點(diǎn)

26、，是增強(qiáng)行業(yè)性產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)能力的有效手段，例如，歐共體汽車產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟規(guī)定以O(shè)SEK標(biāo)準(zhǔn)。嵌入式系統(tǒng)原理與應(yīng)用 2008嵌入式軟件技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)自由開(kāi)源的軟件技術(shù)在嵌入式應(yīng)用上尤其備受青睞，Linux漸成主流之一；以J2ME/JINI為代表的嵌入式技術(shù)將對(duì)嵌入式軟件的發(fā)展產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。嵌入式軟件的技術(shù)領(lǐng)域不斷擴(kuò)大并逐成體系相關(guān)技術(shù)包括，實(shí)時(shí)系統(tǒng)，仿真工具，編譯技術(shù)等，形成包括嵌入式操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)、中間平臺(tái)軟件在內(nèi)的嵌入式軟件體系。嵌入式軟件與互聯(lián)網(wǎng)、普適計(jì)算、SOC的結(jié)合趨勢(shì)加劇 迅猛發(fā)展的SOC再次推進(jìn)了嵌入式軟件與硬件系統(tǒng)進(jìn)一步融合嵌入，嵌入式軟件是其的靈魂與核心。嵌入式IP構(gòu)件庫(kù)技術(shù)，正在

27、造就一個(gè)新興的軟件行業(yè)?；ヂ?lián)網(wǎng)的“深度”聯(lián)網(wǎng)，“動(dòng)態(tài)自組”的傳感器網(wǎng)絡(luò)，推動(dòng)嵌入式技術(shù)與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的“深層次”結(jié)合。對(duì)具有無(wú)所不在、自適應(yīng)、游牧的、永恒的普適計(jì)算的嵌入式軟件研究，將成為極為重要領(lǐng)域嵌入式系統(tǒng)原理與應(yīng)用 20085. 嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用goReader Internet eBookSamsung AnyWebInternet Screen PhoneeRemoteIntelligent Home ControllerTektronix TDS7000 Digital OscilloscopesNixvue Digital AlbumDigital Photo Album嵌入式系統(tǒng)

28、原理與應(yīng)用 20085.1 無(wú)所不在的嵌入式系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了各種通用計(jì)算機(jī)一臺(tái)通用計(jì)算機(jī)的外部設(shè)備中就包含了5-10個(gè)嵌入式微處理器：鍵盤、鼠標(biāo)、軟驅(qū)、硬盤、顯示卡、顯示器、Modem、網(wǎng)卡、聲卡、打印機(jī)、掃描儀、數(shù)字相機(jī)、USB集線器等均是由嵌入式處理器控制的在制造工業(yè)、過(guò)程控制、通訊、儀器、儀表、汽車、船舶、航空、航天、軍事裝備、消費(fèi)類產(chǎn)品等方面均是嵌入式計(jì)算機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域。嵌入式系統(tǒng)原理與應(yīng)用 2008無(wú)所不在的嵌入式系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)原理與應(yīng)用 2008無(wú)所不在的嵌入式系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)原理與應(yīng)用 20085.2 嵌入式系統(tǒng)的市場(chǎng)5.2 嵌入式系統(tǒng)的市場(chǎng)家用市場(chǎng)機(jī)頂盒、掌上電腦、D

29、VD、MP3、數(shù)碼相機(jī)、數(shù)字電視、WebTV、網(wǎng)絡(luò)冰箱、網(wǎng)絡(luò)空調(diào)、家庭網(wǎng)關(guān)、智能家用電器、車載導(dǎo)航器系統(tǒng)等通信市場(chǎng)電話交換系統(tǒng)，電纜系統(tǒng)，衛(wèi)星和全球定位系統(tǒng)（L3D），數(shù)據(jù)交換設(shè)備，移動(dòng)電話等工業(yè)市場(chǎng)制造工廠，污水處理系統(tǒng)，發(fā)電站和電力傳輸系統(tǒng)，自動(dòng)化工廠，控制系統(tǒng)開(kāi)發(fā)，維護(hù)和測(cè)試的工具，石油提煉和相關(guān)的貯運(yùn)設(shè)施，建筑設(shè)備，計(jì)算機(jī)輔助制造系統(tǒng)，能源控制系統(tǒng)，核電站，機(jī)器人系統(tǒng)等商業(yè)和金融市場(chǎng)自動(dòng)柜員機(jī)，信用卡系統(tǒng)，售貨端系統(tǒng)，安全系統(tǒng)等 嵌入式系統(tǒng)原理與應(yīng)用 2008嵌入式系統(tǒng)的市場(chǎng)辦公市場(chǎng)電話系統(tǒng)，傳真系統(tǒng)，復(fù)印機(jī)，計(jì)時(shí)系統(tǒng)，照相機(jī)和攝象機(jī)運(yùn)輸市場(chǎng) 航空、鐵路、公路運(yùn)輸系統(tǒng)，燃料服務(wù)，航空管

30、理，信令系統(tǒng)，雷達(dá)系統(tǒng)，交通指揮系統(tǒng)，停車系統(tǒng)，售票系統(tǒng)，乘客信息系統(tǒng)，檢票系統(tǒng)，行李處理系統(tǒng)，應(yīng)急設(shè)備等建筑市場(chǎng) 電力供應(yīng)，備用電源和發(fā)電機(jī)，火警控制系統(tǒng)，供熱和通風(fēng)系統(tǒng)，電梯和升降系統(tǒng)，車庫(kù)管理，安保系統(tǒng)，電子門鎖系統(tǒng)，樓宇管理系統(tǒng)，閉路電視系統(tǒng)，電子保險(xiǎn)柜，警鈴等醫(yī)療市場(chǎng)心臟除顫器，心臟起搏器，患者信息和監(jiān)視系統(tǒng)，MN光設(shè)備，理療控制系統(tǒng)，電磁成像系統(tǒng)等軍事武器控制嵌入式系統(tǒng)原理與應(yīng)用 20085.3.1 信息家電嵌入式系統(tǒng)原理與應(yīng)用 2008信息家電FreeScale Digital Home Center Reference Platform 數(shù)字媒體(數(shù)碼音樂(lè)、影視、視頻游戲)等的

31、快速發(fā)展和推廣,使得人們迫切需要一個(gè)家庭網(wǎng)絡(luò)平臺(tái),能夠在家中任何地方自由下載各種音視頻資料,并能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制嵌入式系統(tǒng)原理與應(yīng)用 2008信息家電信息家電應(yīng)用特點(diǎn):市場(chǎng)巨大低成本要求利潤(rùn)空間小競(jìng)爭(zhēng)激烈人機(jī)界面友好網(wǎng)絡(luò)化嵌入式系統(tǒng)原理與應(yīng)用 2008信息家電嵌入式系統(tǒng)原理與應(yīng)用 2008信息家電嵌入式系統(tǒng)原理與應(yīng)用 2008中國(guó)數(shù)字電視發(fā)展規(guī)劃:2002年完成地面廣播傳輸標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)試；2002年底頒布國(guó)家數(shù)字電視有線傳輸標(biāo)準(zhǔn)；2003年底前頒布國(guó)家數(shù)字電視地面廣播標(biāo)準(zhǔn)和相關(guān)配套標(biāo)準(zhǔn)，確定數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)體系；2005年在有條件的城市推廣數(shù)字電視播出；2008年的北京奧運(yùn)會(huì)上向全世界傳輸數(shù)字高清晰度電視

32、節(jié)目，主要的大城市開(kāi)始數(shù)字電視商業(yè)廣播；2015年數(shù)字電視成為我國(guó)電視播出的主要方式。嵌入式系統(tǒng)原理與應(yīng)用 20085.3.2 車載系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)原理與應(yīng)用 2008車載系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)原理與應(yīng)用 2008車載系統(tǒng)車載系統(tǒng)應(yīng)用特點(diǎn):與汽車工業(yè)相配套利潤(rùn)空間較大可靠性要求較高無(wú)線通訊要求嵌入式系統(tǒng)原理與應(yīng)用 2008車載系統(tǒng)FreeScale 68HC908AZ32A: 8-Bit Microcontroller 嵌入式系統(tǒng)原理與應(yīng)用 2008車載系統(tǒng)FreeScale 68HC908AZ32AFeatures:8.4-MHz internal bus frequency 32K bytes of

33、 FLASH Memory 512 bytes of on-chip EEPROM 1024 bytes of on-chip RAM Serial peripheral interface module (SPI) Serial communications interface module (SCI) 8-Bit, 15-Channel Analog-to-Digital Converter (ADC-15) 16-Bit, 6-Channel Timer Interface Module (TIMA-6) 16-Bit, 2-Channel Timer Interface Module

34、(TIMB) MSCAN Controller (Freescale Scalable CAN) 嵌入式系統(tǒng)原理與應(yīng)用 20085.3.3 醫(yī)療行業(yè)應(yīng)用醫(yī)療行業(yè)應(yīng)用特點(diǎn):市場(chǎng)廣闊進(jìn)入門檻較高利潤(rùn)極高影像實(shí)時(shí)采集子系統(tǒng)影像分析處理子系統(tǒng)影像的查詢、管理和存儲(chǔ)子系統(tǒng)圖文編輯及打印子系統(tǒng) 數(shù)字圖像回寫子系統(tǒng) 遠(yuǎn)程會(huì)診子系統(tǒng) 系統(tǒng)管理子系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)原理與應(yīng)用 20085.3.4 軍事工業(yè)應(yīng)用特點(diǎn)軍事工業(yè)應(yīng)用特點(diǎn):市場(chǎng)壟斷性強(qiáng)高利潤(rùn)可靠性要求高安全性要求高成本要求不高嵌入式系統(tǒng)原理與應(yīng)用 2008軍事工業(yè)應(yīng)用特點(diǎn)尺寸和重量:在軍事和航天環(huán)境中，空間是非常珍貴的。對(duì)用于航天器或航空器上的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的尺寸

35、大小要求是苛刻的。重量是在航空器或飛機(jī)上采用的另一個(gè)重要因素，但在工業(yè)上應(yīng)用并不重要。功率消耗:電池壽命自然是設(shè)計(jì)運(yùn)動(dòng)或可攜帶軍事系統(tǒng)和空間設(shè)備的關(guān)鍵問(wèn)題。因?yàn)榘l(fā)熱與功耗成正比，降低功耗就成了對(duì)工作在較高溫度環(huán)境中的系統(tǒng)的重要要求。 震動(dòng)和沖擊:軍事和空間系統(tǒng)要適合在惡劣運(yùn)動(dòng)環(huán)境中工作和貯存。這些環(huán)境包括：大范圍或小范圍的重復(fù)運(yùn)動(dòng)；芯片、模塊和模板可能部分或全部變位或斷線；由于震動(dòng)而加重的電化學(xué)反應(yīng)引起的腐蝕，使模板互連金手指管腳的導(dǎo)電性能變差；由于使用硬盤驅(qū)動(dòng)器致使數(shù)據(jù)的完整性成為難題等。 溫度和濕度:大多數(shù)軍事和空間系統(tǒng)是工作在溫度和濕度環(huán)境相對(duì)不可控的條件下。用于軍事和空間產(chǎn)品的電子產(chǎn)品

36、的可靠工作范圍必須在-40+85。 嵌入式系統(tǒng)原理與應(yīng)用 2008軍事工業(yè)應(yīng)用特點(diǎn)軍事工業(yè)產(chǎn)品數(shù)字化單兵信息裝備夜視掃描、全球定位、指揮通信21世紀(jì)部隊(duì)旅及旅以下作戰(zhàn)指揮系統(tǒng)（FBCB2）C4ISR系統(tǒng)(指揮、控制、通訊、電腦、情報(bào)、監(jiān)視、偵察)21世紀(jì)部隊(duì)旅及旅以下作戰(zhàn)指揮系統(tǒng)（FBCB2）作為美國(guó)陸軍戰(zhàn)斗指揮系統(tǒng)的一部分，F(xiàn)BCB2應(yīng)用軟件將在Applique+ V4型計(jì)算機(jī)上運(yùn)行，構(gòu)成旅及旅以下級(jí)別陸軍的數(shù)字化戰(zhàn)斗指揮信息系統(tǒng)。FBCB2系統(tǒng)將向作戰(zhàn)的士兵和指揮官、戰(zhàn)斗支援部隊(duì)以及戰(zhàn)斗服務(wù)支援部隊(duì)提供在行進(jìn)中、近實(shí)時(shí)的事態(tài)感知以及指揮和控制信息，使他們?cè)谄聊簧暇湍芊直娉鲇逊讲筷?duì)和敵方部隊(duì)

37、。嵌入式系統(tǒng)原理與應(yīng)用 20086.嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)過(guò)程任務(wù)分析操作系統(tǒng)選擇處理器選擇硬件設(shè)計(jì)操作系統(tǒng)移植應(yīng)用程序設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)及BSP設(shè)計(jì)代碼固化嵌入式系統(tǒng)原理與應(yīng)用 2008嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)過(guò)程嵌入式系統(tǒng)原理與應(yīng)用 20086.1 任務(wù)分析6.1 任務(wù)分析由于嵌入式系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心，對(duì)系統(tǒng)的可靠性、系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)周期、體系成本等都有嚴(yán)格的要求。因此，嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)首先要對(duì)任務(wù)進(jìn)行詳細(xì)地分析，使得系統(tǒng)能較好地滿足要求。其中主要包括對(duì)系統(tǒng)功能的分析、對(duì)系統(tǒng)軟硬件的特殊要求、實(shí)時(shí)性的水平、系統(tǒng)模塊的分解、要達(dá)到的水平等嵌入式系統(tǒng)原理與應(yīng)用 20086.2 處理器選擇處理器選擇:工作頻率技術(shù)指標(biāo)功耗處理器的核

38、（ARM處理器）片內(nèi)存儲(chǔ)器容量片內(nèi)外圍電路及其擴(kuò)展能力軟件支持工具是否內(nèi)置調(diào)試工具供應(yīng)商能否提供評(píng)估板操作系統(tǒng)選擇:實(shí)時(shí)性開(kāi)發(fā)周期開(kāi)發(fā)資源等嵌入式系統(tǒng)原理與應(yīng)用 20086.3 軟硬件開(kāi)發(fā)硬件設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)程序及BSP開(kāi)發(fā)處理器供應(yīng)商可能會(huì)提供相關(guān)的內(nèi)容。操作系統(tǒng)的移植將所選的操作系統(tǒng)移植到設(shè)計(jì)的目標(biāo)板的過(guò)程 應(yīng)用程序設(shè)計(jì)代碼固化嵌入式系統(tǒng)原理與應(yīng)用 20086.4 嵌入式應(yīng)用開(kāi)發(fā)的調(diào)試由于嵌入式系統(tǒng)的可用資源有限，嵌入式開(kāi)發(fā)和調(diào)試工作通常要通過(guò)高性能的宿主機(jī)完成。嵌入式應(yīng)用軟件通過(guò)宿主機(jī)上的交叉編譯器，完成交叉編譯和連接后下載到目標(biāo)機(jī)。 宿主機(jī)：進(jìn)行嵌入式軟件開(kāi)發(fā)的主機(jī)目標(biāo)機(jī)：將要開(kāi)發(fā)的目標(biāo)板嵌入

39、式系統(tǒng)原理與應(yīng)用 20086.5 嵌入式開(kāi)發(fā)的調(diào)試方法大致有以下幾種調(diào)試方法：模擬調(diào)試方式ROM Monitor方式（或Angel方式）在線仿真(ICE)內(nèi)嵌JTAG仿真嵌入式系統(tǒng)原理與應(yīng)用 20086.5.1 模擬開(kāi)發(fā)調(diào)試方式它通過(guò)基于宿主機(jī)的軟件，在主機(jī)上模擬目標(biāo)機(jī)中處理器的功能和指令。如ARM公司的ARMulator模擬器。它雖然簡(jiǎn)單可行，但是缺乏在線調(diào)試和實(shí)時(shí)仿真功能。嵌入式系統(tǒng)原理與應(yīng)用 20086.5.2 ROM Monitor調(diào)試方式ROM Monitor方式（或Angel方式）ROM Monitor（或Angel）是運(yùn)行在目標(biāo)機(jī)的Flash或ROM的一段程序，它主要負(fù)責(zé)監(jiān)控目標(biāo)

40、機(jī)上被調(diào)試程序的運(yùn)行情況。通過(guò)和宿主機(jī)的配合，完成嵌入式系統(tǒng)的調(diào)試。它是目前低廉有效的一種調(diào)試方式。使用Metrowerks公司的CodeWarrior進(jìn)行開(kāi)發(fā)調(diào)試時(shí)要用到的Metro-TRK就屬于這類軟件。嵌入式系統(tǒng)原理與應(yīng)用 20086.5.3 在線仿真(ICE)調(diào)試方式In-Circuit Emulator（實(shí)時(shí)在線仿真）在線仿真(ICE)它通過(guò)在線仿真器，取代目標(biāo)板的MPU，仿真嵌入式處理器芯片的行為。它支持單步執(zhí)行、斷點(diǎn)、反匯編、源程序級(jí)調(diào)試。仿真器通常價(jià)格比較昂貴，通常用在ARM硬件開(kāi)發(fā)中，軟件開(kāi)發(fā)則較少用。 嵌入式系統(tǒng)原理與應(yīng)用 20086.5.4 JTAG仿真調(diào)試方式JTAG（

41、Joint Test Action Group）JTAG仿真器 ARM處理器內(nèi)含Embeded ICE 宏單元，并留有JTAG調(diào)試接口，支持在線仿真。它無(wú)需目標(biāo)存儲(chǔ)器，不占用目標(biāo)系統(tǒng)的端口。 使用集成開(kāi)發(fā)環(huán)境配合JTAG仿真器是目前最常用的一種調(diào)試方式。宿主機(jī)目標(biāo)板仿真器硬件連接示意圖嵌入式系統(tǒng)原理與應(yīng)用 2008JTAG仿真調(diào)試方式嵌入式系統(tǒng)原理與應(yīng)用 20086.5.5 常用集成開(kāi)發(fā)環(huán)境ARM ADS （ARM Developer Suits）它是ARM公司的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境，包括命令行開(kāi)發(fā)工具、圖形開(kāi)發(fā)工具、實(shí)用工具和支持軟件4部分，可以進(jìn)行編輯、編譯及調(diào)試C、C+及匯編程序。Multi 2

42、000Multi 2000是Green Hills軟件公司（）開(kāi)發(fā)的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境。它支持C/C+/Ada 95/Fortran編程語(yǔ)言，可運(yùn)行與Windows和UNIX平臺(tái)。Hitool for ARMHitool for ARM是上海祥佑數(shù)碼科技的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境（） Embest IDEEmbest IDE是深圳英蓓特公司（）推出的一個(gè)集成開(kāi)發(fā)環(huán)境。嵌入式系統(tǒng)原理與應(yīng)用 20087 嵌入式系統(tǒng)研究熱點(diǎn)國(guó)內(nèi)外的主要研究方向嵌入式系統(tǒng)的硬件軟件協(xié)同設(shè)計(jì)方法； 采用構(gòu)件、中間件技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng) 分布嵌入式系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性問(wèn)題 嵌入式系統(tǒng)的多目標(biāo)交叉編譯和交叉調(diào)試工具的研究。嵌入式系統(tǒng)原理與應(yīng)用 200

43、8嵌入式系統(tǒng)研究熱點(diǎn)國(guó)內(nèi)研究及應(yīng)用情況:國(guó)內(nèi)無(wú)晶圓廠半導(dǎo)體公司：中興集成，購(gòu)買ARM922T CPU授權(quán)，用于生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)芯片上海華虹集成電路，購(gòu)買ARM SC100 CPU授權(quán)，用于Java智能卡大唐，購(gòu)買ARM946E CPU授權(quán)，用于SCDMA基帶芯片晶圓代工廠中芯國(guó)際大學(xué)及政府機(jī)構(gòu)清華大學(xué)、東南大學(xué)、北航等高校上海集成電路研究中心第三方公司（開(kāi)發(fā)工具，解決方案/參考設(shè)計(jì)，等）周立功、英蓓特、遠(yuǎn)峰、量子、微芯力、麥克泰、億道、博創(chuàng)等RTOS公司普天慧信、科銀京成、北京凱思昊鵬、中科紅旗等主要原設(shè)備制造商均支持ARM結(jié)構(gòu)GSM、CDMA、PHS等通信終端設(shè)備制造商PDA、POS、E-Boo

44、k、GPS等制造商操作系統(tǒng)基本原理 操作系統(tǒng)基本功能控制和管理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)各種硬件和軟件資源、有效地組織多道程序運(yùn)行的系統(tǒng)軟件(或程序集合),是用戶與計(jì)算機(jī)之間的接口。UNIX DOS Linux Windows 98 Windows NT擴(kuò)充機(jī)器功能，方便用戶使用;提高系統(tǒng)效率。存儲(chǔ)器管理、處理機(jī)管理、設(shè)備管理、文件管理、用戶接口操作系統(tǒng)的形成和發(fā)展手工階段批處理多道程序設(shè)計(jì)技術(shù)和多道成批系統(tǒng)分時(shí) 操作系統(tǒng)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)分布式系統(tǒng)多道程序設(shè)計(jì)技術(shù)和多道成批系統(tǒng)多道程序設(shè)計(jì)技術(shù):在計(jì)算機(jī)內(nèi)存中同時(shí)存放幾道相互獨(dú)立的程序，它們?cè)诠芾沓绦虻目刂葡孪嗷ゴ┎宓剡\(yùn)行。多道 宏觀上并行 微觀上串

45、行批量操作系統(tǒng):該系統(tǒng)把用戶提交的作業(yè)成批地送入計(jì)算機(jī)內(nèi)存，然后由作業(yè)調(diào)度程序自動(dòng)地選擇作業(yè)運(yùn)行。優(yōu)點(diǎn)：縮短作業(yè)之間的交接時(shí)間，減少處理機(jī)的空閑等待時(shí)間，提高系統(tǒng)的吞吐量。缺點(diǎn)：用戶響應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)。用戶既不能了解自己程序的運(yùn)行情況，也不能控制計(jì)算機(jī)。分時(shí) 操作系統(tǒng)由于中斷技術(shù)的使用，使得一臺(tái)計(jì)算機(jī)能連接多個(gè)用戶終端，用戶可通過(guò)各自的終端使用和控制計(jì)算機(jī)，我們把一臺(tái)計(jì)算機(jī)連接多個(gè)終端的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)稱為分時(shí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，或稱分時(shí)系統(tǒng)。把處理機(jī)的響應(yīng)時(shí)間分成若于個(gè)大小相等（或不相等）的時(shí)間單位，稱為時(shí)間片（如100毫秒），每個(gè)終端用戶獲得CPU，就等于獲得一個(gè)時(shí)間片，該用戶程序開(kāi)始運(yùn)行，當(dāng)時(shí)間片到（用完）

46、，用戶程序暫停運(yùn)行，等待下一次運(yùn)行。任務(wù) 多任務(wù)操作系統(tǒng)的特性之一是并發(fā)與共享，即在系統(tǒng)中（內(nèi)存）同時(shí)存在幾個(gè)相互獨(dú)立的程序，這些程序在系統(tǒng)中既交叉地運(yùn)行，又要共享系統(tǒng)中的資源，這就會(huì)引起一系列的問(wèn)題，包括：對(duì)資源的競(jìng)爭(zhēng)、運(yùn)行程序之間的通信、程序之間的合作與協(xié)同等符。要解決這些問(wèn)題，用程序的概念已經(jīng)不能描述程序在內(nèi)存中運(yùn)行的狀態(tài)，必須引人新的概念進(jìn)程。任務(wù) 多任務(wù)行為的一個(gè)規(guī)則叫做程序，程序在處理機(jī)上執(zhí)行時(shí)所發(fā)生的活動(dòng)稱為進(jìn)程（Dijkstra)。進(jìn)程是這樣的計(jì)算部分，它是可以和其它計(jì)算并行的一個(gè)計(jì)算。(Donovan)進(jìn)程（有時(shí)稱為任務(wù)）是一個(gè)程序與其數(shù)據(jù)一道通過(guò)處理機(jī)的執(zhí)行所發(fā)生的活動(dòng)。（

47、Alan.C. Shaw)進(jìn)程是執(zhí)行中的程序。（Ken Thompson and Dennis Ritchie )進(jìn)程，即是程序在并發(fā)環(huán)境中的執(zhí)行過(guò)程 。任務(wù) 多任務(wù)進(jìn)程與程序的區(qū)別:進(jìn)程是動(dòng)態(tài)概念；程序是靜態(tài)概念進(jìn)程具有并發(fā)性，宏觀上同時(shí)運(yùn)行；程序本身具有順序性，程序的并發(fā)執(zhí)行是通過(guò)進(jìn)程實(shí)現(xiàn)的進(jìn)程具有獨(dú)立性，是一個(gè)能獨(dú)立運(yùn)行的單位，是系統(tǒng)資源分配的基本單位，是運(yùn)行調(diào)度的基本單位；程序本身沒(méi)有此特性進(jìn)程和程序無(wú)一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，一個(gè)進(jìn)程可順序執(zhí)行多個(gè)程序；一個(gè)程序可由多個(gè)進(jìn)程共用進(jìn)程異步前進(jìn)，會(huì)相互制約；程序不具備此特性進(jìn)程實(shí)體具有一定結(jié)構(gòu)，組成進(jìn)程映象；程序沒(méi)有這種結(jié)構(gòu)任務(wù) 多任務(wù)一個(gè)任務(wù)也可以

48、稱為一個(gè)進(jìn)程。每個(gè)任務(wù)都是整個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)的一個(gè)部分。每個(gè)任務(wù)都賦予一定的優(yōu)先級(jí)，有自己一套CPU寄存器和自己的?？臻g。典型的每個(gè)任務(wù)都是一個(gè)無(wú)限循環(huán)，每個(gè)任務(wù)都存在某種狀態(tài)下：休眠態(tài)、運(yùn)行態(tài)、掛起態(tài)（等待某一個(gè)事件發(fā)生）和被中斷態(tài)。任務(wù) 多任務(wù)進(jìn)程描述在系統(tǒng)中一個(gè)進(jìn)程存在： 進(jìn)程控制塊（數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)） 進(jìn)程的執(zhí)行程序（一個(gè)可執(zhí)行文件） 進(jìn)程總是位于某個(gè)隊(duì)列(就緒、等待某事件隊(duì)列) 處于某種狀態(tài)（運(yùn)行、就緒、等待） 占用某些系統(tǒng)資源（內(nèi)存，打開(kāi)某些文件、處理機(jī)、外設(shè)）進(jìn)程描述進(jìn)程控制塊 PCB (Process Control Block)存放進(jìn)程的管理和控制信息的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)稱為進(jìn)程控制塊。它是進(jìn)程管理

49、和控制的最重要的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，在創(chuàng)建時(shí)，建立PCB，并伴隨進(jìn)程運(yùn)行的全過(guò)程，直到進(jìn)程撤消而撤消。PCB就象我們的戶口。任務(wù)狀態(tài)休眠態(tài) - 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。就緒態(tài) - 任務(wù)已經(jīng)準(zhǔn)備好，但由于該任務(wù)的優(yōu)先級(jí)比正在運(yùn)行的任務(wù)的優(yōu)先級(jí)低，暫時(shí)不能運(yùn)行。運(yùn)行態(tài) - 該任務(wù)掌握了CPU的控制權(quán)，正在運(yùn)行中。掛起態(tài) - 也稱為等待事件態(tài)，指該任務(wù)正在等待某一個(gè)或一些事件的發(fā)生。被中斷態(tài) - 由于CPU開(kāi)始處理中斷請(qǐng)求，使該任務(wù)的執(zhí)行被打斷。任務(wù)狀態(tài)內(nèi)核內(nèi)核負(fù)責(zé)為每個(gè)任務(wù)分配CPU時(shí)間。內(nèi)核負(fù)責(zé)任務(wù)間通信。內(nèi)核負(fù)責(zé)任務(wù)切換工作。負(fù)責(zé)任務(wù)調(diào)度，按照一定的策略，在就緒態(tài)的任務(wù)中選擇一個(gè)任

50、務(wù)執(zhí)行。實(shí)時(shí)內(nèi)核調(diào)度算法基于優(yōu)先級(jí)調(diào)度，總是讓處于就緒態(tài)的優(yōu)先級(jí)最高的任務(wù)先運(yùn)行。非占先式內(nèi)核非占先式內(nèi)核 non-preemptive - 內(nèi)核要求每個(gè)任務(wù)自我放棄CPU的所有權(quán)。 - 中斷可以使一個(gè)高優(yōu)先級(jí)的任務(wù)由掛起狀態(tài)變?yōu)榫途w態(tài)，但中斷服務(wù)以后控制權(quán)還是回到原來(lái)被中斷的那個(gè)任務(wù)，直到該任務(wù)主動(dòng)放棄CPU的使用權(quán)。 - 更高優(yōu)先權(quán)的任務(wù)不能打斷正在執(zhí)行的較低優(yōu)先權(quán)的任務(wù)，直到較低優(yōu)先權(quán)任務(wù)主動(dòng)放棄CPU的控制權(quán)。非占先式內(nèi)核占先式內(nèi)核占先式內(nèi)核 preemptive - 最高優(yōu)先級(jí)的任務(wù)一旦就緒，總能得到CPU的控制權(quán)。 - 高優(yōu)先級(jí)的就緒任務(wù)可以打斷正在執(zhí)行的較低優(yōu)先級(jí)的任務(wù)，進(jìn)入執(zhí)行

51、態(tài)；被搶占的較低優(yōu)先級(jí)任務(wù)進(jìn)入就緒任務(wù)隊(duì)列，等待下一次調(diào)度。 - 商業(yè)上銷售的實(shí)時(shí)內(nèi)核都是搶占式內(nèi)核。占先式內(nèi)核可重入性可重入性 reentrancy -可重入型函數(shù)可以被一個(gè)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(shí)候可以被中斷，一段時(shí)間后又可以執(zhí)行，而相應(yīng)的數(shù)據(jù)不會(huì)丟失。 - 可重入型函數(shù)只使用局部變量，即變量保存在CPU寄存器中或堆棧中。可重入型函數(shù)不可重入型函數(shù)時(shí)間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度時(shí)間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度 round-robin scheduling當(dāng)兩個(gè)或兩個(gè)以上的任務(wù)具有同樣的優(yōu)先級(jí)，內(nèi)核運(yùn)行一個(gè)任務(wù)運(yùn)行事先確定的一段時(shí)間，叫做時(shí)間額度(quantum)，然后切換給另一個(gè)任務(wù)。

52、滿足下列條件時(shí)，把CPU控制權(quán)交給下一個(gè)就緒任務(wù) - 當(dāng)前任務(wù)無(wú)事可作。 - 當(dāng)前任務(wù)的時(shí)間片還沒(méi)有用完任務(wù)就結(jié)束了。 - 當(dāng)前任務(wù)的時(shí)間片用完了?；趦?yōu)先級(jí)調(diào)度根據(jù)任務(wù)的優(yōu)先級(jí)和狀態(tài)決定任務(wù)的調(diào)度?；趦?yōu)先級(jí)搶占式調(diào)度?；趦?yōu)先級(jí)非搶占式調(diào)度。任務(wù)優(yōu)先級(jí)靜態(tài)優(yōu)先級(jí) - 任務(wù)在執(zhí)行過(guò)程中優(yōu)先級(jí)不改變，各個(gè)任務(wù)的優(yōu)先級(jí)在編譯時(shí)就確定了。動(dòng)態(tài)優(yōu)先級(jí) - 任務(wù)在執(zhí)行過(guò)程中，優(yōu)先級(jí)是可變的。優(yōu)先級(jí)反轉(zhuǎn)高優(yōu)先級(jí)的任務(wù)在申請(qǐng)已經(jīng)被低優(yōu)先級(jí)任務(wù)占據(jù)的資源時(shí)，高優(yōu)先級(jí)被迫進(jìn)入等待態(tài)，如果有一個(gè)中優(yōu)先級(jí)的任務(wù)一直在執(zhí)行，則高優(yōu)先級(jí)將無(wú)法執(zhí)行。優(yōu)先級(jí)反轉(zhuǎn)問(wèn)題實(shí)例優(yōu)先級(jí)反轉(zhuǎn)的解決方法優(yōu)先級(jí)繼承 - 擁有資源的低優(yōu)先級(jí)任務(wù)被高優(yōu)先級(jí)搶占。 - 高優(yōu)先級(jí)任務(wù)開(kāi)始申請(qǐng)被低優(yōu)先級(jí)占據(jù)的資源。 - 此時(shí)，擁有該資源的低優(yōu)先級(jí)任務(wù)的優(yōu)先級(jí)上升到高于高優(yōu)先級(jí)的任務(wù)。 - 擁有資源的任務(wù)得到運(yùn)行機(jī)會(huì)，就有機(jī)會(huì)盡快釋放資源。 - 釋放資源，該任務(wù)回到原來(lái)的優(yōu)先