gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)課件

嵌入式系統設計與實例開發(fā)——ARM與C/OS-Ⅱ第一講嵌入式系統概述周亦敏沮眉櫻獎付狠敦勃褥返毒段亨苔走疏另淹筋賢缺慌秋患營喜鼠胎痢貝己芬gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)嵌入式系統設計與實例開發(fā)沮眉櫻獎付狠敦勃褥返毒段亨苔走疏另淹《嵌入式系統》課程開設的背景在當今后PC時代，無論通訊、工控、機械冶金、信息家電、儀器儀表、航空航天、軍工、船舶等領域都需要大量的嵌入式開發(fā)人員。為了為國家培養(yǎng)兼具軟硬件開發(fā)能力的人才，增加學生就業(yè)競爭力。嵌入式系統人才需求分析

學校教育中存在偏向極硬(hardwaredesign)，或偏向超軟(softwaredevelopment)，硬件設計人員作風通常非常保守，比較缺乏系統整合設計能力，而軟件設計人員只要遇到硬件問題就無能為力，對硬件知識缺少了解。因此，目前國內非常缺乏嵌入式系統所需要的軟硬件系統整合人才，大部分都還是靠硬件設計人員兼職。菩嘎巫伍般渠標勻殼遏醞叢疇繃縣堵卒些薩漚劍氟諱稗弛婿唇醛窟蝴徘灼gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)《嵌入式系統》課程開設的背景菩嘎巫伍般渠標勻殼遏醞叢疇繃縣堵嵌入式系統工程師既要精通一定的硬件技術、同時還要掌握嵌入式操作系統以及特定軟硬件平臺上的開發(fā)技術；另外，還需要有專門的開發(fā)調試設備、軟件和資料等特殊條件才能系統學習。企業(yè)大都不愿投入人力和財力去培養(yǎng)自己企業(yè)的嵌入式系統工程師，而是愿意招聘現成的嵌入式系統工程師。嵌入式系統人才短缺！據估計，中國目前軟件人才缺口為42萬人，其中嵌入式軟件的人才缺口更大。國內外大量需求嵌入式系統工程師Motorola、Ericsson、Lucent、Huawei、Intel、Legend等著名IT企業(yè)高薪聘請的技術人員，絕大多數都是嵌入式系統工程師。從最近的由中華英才網提供的行業(yè)薪酬調查報告顯示，通信、醫(yī)療設備、金融名列三甲。而通信、醫(yī)療設備就是嵌入式系統的典型應用領域。從國內求職類權威網站51job、中華英才網的近期的工作搜索分類來看，嵌入式系統工程師的需求已成為熱門職業(yè)。結論：嵌入式系統的教學是大勢所趨且刻不容緩!!

聘盎豬咸因朋化號夏貢細亨典他俗硒辮潰隋嘶欣狽捂戲框釩鵝山卓蹈殿霞gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)嵌入式系統工程師既要精通一定的硬件技術、同時還要掌握嵌入式操《嵌入式系統》課程開設的目的從傳統的51、X86等低級的8、16位處理器平臺，向目前實用的32位高級RISC處理器平臺轉移；從純粹的CPU單任務控制向實時多任務轉移；從傳統CPU教育的匯編語言、機器指令教學方式，上升到使用規(guī)范的C語言來進行條理的模塊化嵌入式開發(fā)；徹底解決傳統操作系統課程，理論與實踐嚴重脫節(jié)的情況；學生更深入地理解硬件和底層軟件間的配合問題；

彌補學生動手能力差的問題，避免學生只會純粹在Windows平臺做一些簡單勞動的軟件編寫工作，真正去深入理解嵌入式系統。躥巖畏甩他舅涪耘運瓊控味旦甭鞘二噴彈院卯翻魯虜待犁監(jiān)糊匝掩哭咐霉gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)《嵌入式系統》課程開設的目的躥巖畏甩他舅涪耘運瓊控味旦甭鞘二關于課程目前國內高校及我?，F狀內容的選擇與組織微處理器—ARM內核實時操作系統—UCOS-II意義:社會對嵌入式系統設計開發(fā)人才與日俱增的需求由技術發(fā)展趨勢的必然所決定 特點

綜合性:涉及多門專業(yè)基礎課匯編語言C語言微機原理系統結構 操作系統接口與通信是軟硬件設計的完美結合基礎性:作為計算機電子電氣自動控制等專業(yè)的基礎平臺課實踐性:實驗是嵌入式系統教學的重要環(huán)節(jié)關于教材課程安排

忻鈾娛棉質曬粗銷抓疹次橢億技宇震蝕咯晦侈亨添據亢咽拾壘悼壤嗆魯葦gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)關于課程忻鈾娛棉質曬粗銷抓疹次橢億技宇震蝕咯晦侈亨添據亢咽拾本節(jié)提綱嵌入式系統的定義與特點嵌入式微處理器的相關基本知識嵌入式實時操作系統的相關基本知識嵌入式系統的設計方法概述紀結走突估咋瞎妄暗娛工凍周嚴鈕削彭嫌典鑒集沽鳴補惰催駿被籍塘曳筒gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)本節(jié)提綱嵌入式系統的定義與特點紀結走突估咋瞎妄暗娛工凍周嚴鈕典型嵌入式系統基本組成－硬件MPU微處理器電源模塊時鐘復位FlashRAMROMUSBLCDKeyboard外圍電路Other外設濘檸魯醫(yī)愈漏項踏秦介袁畔涎庚包缽捆刑擴消灶紊蛆孟拎魏渣喝茫氟燭擊gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)典型嵌入式系統基本組成－硬件MPU微處理器電源時鐘復位Fla典型嵌入式系統基本組成－軟件處理器存儲器輸入輸出操作系統應用程序軟件結構硬件結構優(yōu)舒案任夏要京責辨瓶胳端夏酌責駐釀懦鴻虜不靡窗才悼苑鍵泰付蟄憾迄gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)典型嵌入式系統基本組成－軟件處理器存儲器輸入輸出操作系統應用嵌入式系統的發(fā)展嵌入式系統本身是一個相對模糊的定義。一個手持的MP3和一個PC104的微型工業(yè)控制計算機都可以認為是嵌入式系統。嵌入式系統已經有了近30年的發(fā)展歷史，它是硬件和軟件交替發(fā)展的雙螺旋式發(fā)展。最早的單片機是Intel公司的4044，它出現在1971年Motorola同時推出了68HC05，Zilog公司推出了Z80系列，這些早期的單片機均含有256字節(jié)的RAM、4K的ROM、4個8位并口、1個全雙工串行口、兩個16位定

時

器。之后在80年代初，Intel又進一步完善了8048，在它的基礎上研制成功了8051。匡切陪嗆好壺駕杰鉀賀早淘堤駐蓄灶逃島侵訝娃蛀剃巫泳潔鑄拜矗鯨陀律gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)嵌入式系統的發(fā)展嵌入式系統本身是一個相對模糊的定義。一個手持1981年ReadySystem發(fā)展了世界上第1個商業(yè)嵌入式實時內核（VTRX32）包含了許多傳統操作系統的特征，包括任務管理、任務間通訊、同步與相互排斥、中斷支持、內存管理等功能。隨后，出現了如IntegratedSystemIncorporation(ISI)的PSOS、IMG的VxWorks、QNX公司的QNX

等，PalmOS，WinCE，嵌入式Linux，Lynx，uCOS、Nucleux，以及國內的Hopen、DeltaOS等嵌入式操作系統。今天RTOS已經在全球形成了1個產業(yè)，根據美國EMF（電子市場分析）報告，1999年全球RTOS市場產值達3.6億美元，而相關的整個嵌入式開發(fā)工具（包括仿真器、邏輯分析儀、軟件編譯器和調試器）則高達9億美元。遼戈抹辨惋押午崖似緞梅憶奈翟歌舜酚幕訖察賀窄電頤貳靠菌沾葡海障劈gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)1981年ReadySystem發(fā)展了世界上第1個商業(yè)嵌入IEEE定義

根據IEEE（國際電氣和電子工程師協會）的定義：

嵌入式系統是“用于控制、監(jiān)視或者輔助操作機器和設備的裝置”（原文為devicesusedtocontrol,monitor,orassisttheoperationofequipment,machineryorplants）。 可以看出此定義是從應用上考慮的，嵌入式系統是軟件和硬件的綜合體，還可以涵蓋機電等附屬裝置。遞卜拐箱矯輥誨氰汝境棵遜染抬蹋議闡淄塑遞高住踏責孕喇道頃酗滲憶熬gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)IEEE定義根據IEEE（國際電氣和電子工程師協會）的一般定義

“以應用為中心、以計算機技術為基礎、軟件硬件可裁剪、功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴格要求的專用計算機系統?！卞i牙通滁輸奏款鬧禮凍儒懾敬損俺閑樞墓分達潦萌倔例姬寧祈涕血鐘糠痔gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)一般定義 錳牙通滁輸奏款鬧禮凍儒懾敬損俺閑樞墓分達潦萌嵌入式系統定義要素專用計算機系統(非PC智能電子設備)以應用為中心以計算機技術為基礎軟件硬件可裁剪適應應用系統對功能、可靠性、成本、體積、功耗 等的嚴格要求知識集成應用系統（CSEA）技術密集資金密集高度分散不可壟斷面向應用不斷創(chuàng)新脹測幾撅衛(wèi)偽溝肯秀砒穗逐皺倆戎斂攏敏銹失提茍幣炮屯歪踏檄牡拓瀉副gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)嵌入式系統定義要素專用計算機系統(非PC智能電子設備)脹測幾嵌入式系統的分類按表現形式分：（硬件范疇）芯片級嵌入（含程序或算法的處理器）模塊級嵌入（系統中的某個核心模塊）系統級嵌入按實時性要求分：（軟件范疇）非實時系統（PDA）軟實時系統（電子消費類產品）硬實時系統（數控、航空航天等工業(yè)和軍工系統）迂檀滔霜碧哈棋惺奉井宴律孤舉支荷摟剿芽臃憲篩須頃蘭魁淵疆椿置川迭gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)嵌入式系統的分類按表現形式分：（硬件范疇）迂檀滔霜碧哈棋惺奉嵌入式系統的幾個重要特征（1）系統內核小由于嵌入式系統一般是應用于小型電子裝置的，系統資源相對有限，所以內核較之傳統的操作系統要小得多。比如ENEA公司的OSE分布式系統，內核只有5K，而Windows的內核則要大得多。洗視杭佩屈石浮曰么鰓逆準嫁喀哲嫉賊吱漲寄涅禮湍荒份悸揣圣該觀醞囂gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)嵌入式系統的幾個重要特征（1）系統內核小洗視杭佩屈石浮曰么鰓（２）專用性強嵌入式系統的個性化很強，其中的軟件系統和硬件的結合非常緊密，一般要針對硬件進行系統的移植。即使在同一品牌、同一系列的產品中也需要根據系統硬件的變化和增減不斷進行修改。同時針對不同的任務，往往需要對系統進行較大更改，程序的編譯下載要和系統相結合，這種修改和通用軟件的“升級”是完全不同的概念。適估差僵苑林輯器盡詠禁仇個易多隴低訃蝶悸淮留瑟通暇忽竅肉狡串驟遠gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)（２）專用性強適估差僵苑林輯器盡詠禁仇個易多隴低訃蝶悸淮留瑟（３）系統精簡嵌入式系統一般沒有系統軟件和應用軟件的明顯區(qū)分，不要求其功能設計及實現上過于復雜，這樣一方面利于控制系統成本，同時也利于實現系統安全。（４）高實時性OS這是嵌入式軟件的基本要求，而且軟件要求固態(tài)存儲，以提高速度。軟件代碼要求高質量和高可靠性、實時性。掀鯉棧掀艘撰牡斧馮像澇賃倚真馴坑壞炊梭笛膨恭孟翻發(fā)直爪蟹臻濁餞菩gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)（３）系統精簡掀鯉棧掀艘撰牡斧馮像澇賃倚真馴坑壞炊梭笛膨恭孟（5）嵌入式軟件開發(fā)走向標準化嵌入式系統的應用程序可以沒有操作系統直接在芯片上運行。為了合理地調度多任務、利用系統資源、系統函數以及和專家?guī)旌瘮到涌?，用戶必須自行選配RTOS（Real－TimeOperatingSystem）開發(fā)平臺，這樣才能保證程序執(zhí)行的實時性、可靠性，并減少開發(fā)時間，保障軟件質量。堤呀待良珊皆寂睹筋祁傅貧框禍魚廢諱柵鼠安青你禿哉融承絡薦于愿萄巋gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)（5）嵌入式軟件開發(fā)走向標準化堤呀待良珊皆寂睹筋祁傅貧框禍魚（6）嵌入式系統開發(fā)需要開發(fā)工具和環(huán)境由于其本身不具備自主開發(fā)能力，即使設計完成以后，用戶通常也是不能對其中的程序功能進行修改，必須有一套開發(fā)工具和環(huán)境才能進行開發(fā)。這些工具和環(huán)境一般是基于通用計算機上的軟硬件設備以及各種邏輯分析儀、混合信號示波器等。開發(fā)時往往有主機和目標機的概念，主機用于程序的開發(fā)，目標機作為最后的執(zhí)行機，開發(fā)時需要交替結合進行?；I關盧燙心掛筍矛珍薊揉痹愧單珠莽賀腎翱次榆泰拈弗搓箭斧記銹飛總盲gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)（6）嵌入式系統開發(fā)需要開發(fā)工具和環(huán)境籌關盧燙心掛筍矛珍薊揉嵌入式處理器系統嵌入式處理器各種類型存儲器模擬電路及電源接口控制器及接插件嵌入式軟件系統實時操作系統（RTOS）板級支持包（BSP）設備驅動（DeviceDriver）協議棧（ProtocolStack）應用程序（Application）嵌入式系統的分類鴿盼苛閏窄醬吹忍嗚豐使拍統皆疽翠霓雹邯咖艘查同棒市怯鈾賤寒未哀那gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)嵌入式處理器系統嵌入式系統的分類鴿盼苛閏窄醬吹忍嗚豐使拍統皆本節(jié)提綱嵌入式系統的定義與特點嵌入式微處理器的相關基本知識嵌入式實時操作系統的相關基本知識嵌入式系統的設計方法概述敗燙焚憤脯愛歌少端域肇笑京濰講糙陛為樂苔鑒介漣托寞閉奮萌修穿舀艦gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)本節(jié)提綱嵌入式系統的定義與特點敗燙焚憤脯愛歌少端域肇笑京濰講馮·諾依曼體系結構和哈佛體系結構CISC與RICS影響CPU性能的因素存儲器系統硬件基礎價尼莉枯碘翻脂補酶尉丘夏漚雜袁懼鹵舶假筷咆城綏顯喳妹債鈾旬憚竹蹋gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)馮·諾依曼體系結構和哈佛體系結構硬件基礎價尼莉枯碘翻脂補酶尉馮·諾依曼體系結構模型指令寄存器控制器數據通道輸入輸出中央處理器存儲器程序指令0指令1指令2指令3指令4數據數據0數據1數據2剿碎饞蒸引淆文穗穆鰓叁轄慧槳潞嗅姚扯并謾擺涅覺慫鋁融歸覽誓蒙臍鐳gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)馮·諾依曼體系結構模型指令寄存器控制器數據通道輸入輸出中央處指令的執(zhí)行周期T1）取指令（InstructionFetch)：TF

2）指令譯碼（InstructionDecode）：TD3）執(zhí)行指令（InstructionExecute）：TE4）存儲（Storage）：TS每條指令的執(zhí)行周期：T=TF+TD+TE+TS訂淬惶滔億鍘滅張陣態(tài)蝕聯舒柒紐煉拂匣宵洱全污雅鴦聯擬布扎散艙英朱gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)指令的執(zhí)行周期T1）取指令（InstructionFetc馮·諾依曼體系的特點1）數據與指令都存儲在存儲器中2）被大多數計算機所采用3）ARM7——馮諾依曼體系封兄廁曲灣腦嘛漢予荷奇餓幫砷召弛耳鐮腔完腦擲廈廟侮虱我故捧品邦杯gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)馮·諾依曼體系的特點1）數據與指令都存儲在存儲器中封兄廁曲灣哈佛體系結構指令寄存器控制器數據通道輸入輸出中央處理器程序存儲器指令0指令1指令2數據存儲器數據0數據1數據2地址指令地址數據甚啃楷粟巴閘晤竄巾愛怔衍獺青絳梧娘縮坐鱗償椿嵌輸哮源蕭豐辮心濘友gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)哈佛體系結構指令寄存器控制器數據通道輸入輸出中央處理器程序存哈佛體系結構的特點1）程序存儲器與數據存儲器分開

2）提供了較大的數據存儲器帶寬3）適合于數字信號處理4）大多數DSP都是哈佛結構5）ARM9是哈佛結構談鎳刀柿科斌藝蓖襟雨日盂散訓筏敞敦評灣欽徽釁丫鹽炭陛傳園倔猾可讀gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)哈佛體系結構的特點1）程序存儲器與數據存儲器分開

談鎳刀柿科CISC和RISCCISC：復雜指令集（ComplexInstructionSetComputer）具有大量的指令和尋址方式大多數程序只使用少量的指令就能夠運行。RISC：精簡指令集（ReducedInstructionSetComputer)8/2原則：80%的程序只使用20%的指令在通道中只包含最有用的指令確保數據通道快速執(zhí)行每一條指令使CPU硬件結構設計變得更為簡單畸坦奏挖渙氓臀峽仿鳥八芝是竹廖惡刻大侵謾巧鵑潤吏雛眨占金班親王諷gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)CISC和RISCCISC：復雜指令集（ComplexInCISC與RISC的數據通道IFIDREGALUMEM開始退出IFIDALUMEMREG微操作通道開始退出單通數據通道遁苫況挖蟻恢巢嶺拽翁漂摘垂吟囑橫褂塞鞏牟咕渡伴晚軌沁點孩淘冬鱉生gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)CISC與RISC的數據通道IFIDREGALUMEM開始退影響CPU性能的因素：流水線、超標量和緩存RISC流水線技術：幾個指令可以并行執(zhí)行 提高了CPU的運行效率 內部信息流要求通暢流動譯碼取指執(zhí)行add譯碼取指執(zhí)行sub譯碼取指執(zhí)行cmp時間AddSubCmp官秸峭起浦狗淄忱摩稅鉀龐回貫制肚舜非斂硅圭粗茫倍嘛賽低紹搽箕貴野gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)影響CPU性能的因素：流水線、超標量和緩存RISC流水線技術超標量執(zhí)行超標量執(zhí)行：超標量CPU采用多條流水線結構

執(zhí)行1預取指令CACHE譯碼2譯碼1執(zhí)行2執(zhí)行1預取譯碼2譯碼1執(zhí)行2流水線1流水線2數據李臍穢涌緒災命哺脾鞏媳捍普巨苑琶淫遁路貞占抖膿訂停戀懾慷坡告蕉雷gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)超標量執(zhí)行超標量執(zhí)行：超標量CPU采用多條流水線結構執(zhí)行1預高速緩存（CACHE）1、為什么采用高速緩存微處理器的時鐘頻率比內存速度提高快得多，高速緩存可以提高內存的平均性能。2、高速緩存的工作原理高速緩存是一種小型、快速的存儲器，它保存部分主存內容的拷貝。CPU高速緩存控制器CACHE主存數據數據地址空擻星暇呈趕堡市攔陣芯坍氣唱輩裸又瑤沮瘓宮創(chuàng)朋敢蹄澗加圍言煮結貨gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)高速緩存（CACHE）1、為什么采用高速緩存高速緩存控制器數總線和總線橋CPU低速設備橋數據高速總線存儲器高速設備高速設備低速總線滋人高惦眾舍費柔駝攬遺覽虛俄汕滓訓袱虹激樸翅淵涌棧甸機辟郴適目墩gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)總線和總線橋數據高速總線低速總線滋人高惦眾舍費柔駝攬遺覽虛俄存儲器系統RAM：隨機存取存儲器SRAM：靜態(tài)隨機存儲器DRAM：動態(tài)隨機存儲器1）SRAM比DRAM快2）SRAM比DRAM耗電多3）DRAM存儲密度比SRAM高得多（容積）4）DRAM需要周期性刷新ROM：只讀存儲器FLASH：閃存騷尹甲籠姑慰誨齡語用捍惑焚貯臭姆懇詫輥奧尋碰蜂悸銀培嶺蝗宵鑲人勇gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)存儲器系統RAM：隨機存取存儲器騷尹甲籠姑慰誨齡語用捍惑焚貯SRAM和DRAM1）SRAM2）DRAMCSR/WAddrDataCS（片選）R/WCAS（列刷新）DataRAS（行刷新）Addr巖砧守謬幸莫嗣頌毀窗金胸管備淳團徊策顯斯琳姻翰蛻煥愧戒剝塘膜品有gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)SRAM和DRAM1）SRAM輸入輸出接口1）I/O2）A/D、D/A3）鍵盤4）LCD5）存儲器接口6）設備接口犀邢唬隨擇剃遵譏于珠鑿艙錠丈陛檀寺串靖倒蔬懲胺絆巴爹華顴補降掣毯gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)輸入輸出接口1）I/O犀邢唬隨擇剃遵譏于珠鑿艙錠丈陛檀寺串靖

嵌入式系統的核心是嵌入式微處理器。嵌入式微處理器一般就具備以下4個特點對實時多任務有很強的支持能力，能完成多任務并且有較短的中斷響應時間，從而使內部的代碼和實時內核心的執(zhí)行時間減少到最低限度。具有功能很強的存儲區(qū)保護功能。這是由于嵌入式系統的軟件結構已模塊化，而為了避免在軟件模塊之間出現錯誤的交叉作用，需要設計強大的存儲區(qū)保護功能，同時也有利于軟件診斷?？蓴U展的處理器結構，以能最迅速地開展出滿足應用的最高性能的嵌入式微處理器。嵌入式微處理器必須功耗很低，尤其是用于便攜式的無線及移動的計算和通信設備中靠電池供電的嵌入式系統更是如此，如需要功耗只有mW甚至μW級。嵌入式處理器轅韓棺躥阮奎柱陛些圓孿野旱純掂枚顛仿莫性殊九塘榴試甚徒喬嘩選麻蠻gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)嵌入式系統的核心是嵌入式微處理器。嵌入式微處理器一般就嵌入式處理器嵌入式處理器的發(fā)展趨勢經濟性（成本）微型化（封裝、功耗）智能化（功能、速度）嵌入式處理器的分類和現狀微控制器（MCU）微處理器（MPU）數字信號處理器（DSP）混合處理器和片上系統（SOC）可編程片上系統（SOPC）財粗仔焚皖掐亥炔痙炔迪療獨奸論傅染胎卑獰濁崖蠶剁擯挖廬抑咒擂骨憚gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)嵌入式處理器嵌入式處理器的發(fā)展趨勢財粗仔焚皖掐亥炔痙炔迪療獨硬件設計工具（EDA工具）系統級設計工具Cadence的SPWSystemView模擬電路系統仿真工具PspiceEWBPCB設計工具ProtelPADs的PowerPCB&ToolKitMentor的Expedition&ToolKit可編程邏輯器件設計工具MentorFPGAAdvantage&ModelSimXilinxFoundationISE&ToolKit各種綜合和仿真第三方工具壤巋街黨洼鎬獅殲對陀淤嗡廉晨婉橢匯灣扯勞臥語寨澤跨冕速梗區(qū)貿妙硫gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)硬件設計工具（EDA工具）系統級設計工具壤巋街黨洼鎬獅殲對陀嵌入式處理器的發(fā)展——Intel4004MicroprocessorIntroducedin1970Firstmicroprocessor4bitarchitecture!2,250transistors（晶體管）12mm2Clock:108kHz攢聾截氣倒衛(wèi)眺幕勾軋兢余裸蛋痛柞嘗躍貼彭吩魄氧殲來趾鈾抿丸冪燎各gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)嵌入式處理器的發(fā)展——Intel4004MicroproIntel8085MicroprocessorIntroducedin19748-bitarchitectureStillusedinsomemicrocontrollerapplications!侯光撞萍詩蓄夢閻客鴕逛廁磨棄賣娟杰耽授實舌汝蛇扛憎裹樞蘇嗚兒哨殃gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)Intel8085MicroprocessorIntroIntel8086MicroprocessorIntroducedin197929,000transistors33mm2Clock:5MHz16bitarchitecture韋民筋躁醒幼春榜士庇膳催腫功齡牽楊必芬冤資懂歇料憑航墻德枕娛邱建gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)Intel8086MicroprocessorIntroIntel386MicroprocessorIntroducedin1985275,000transistors43mm2Clock:16MHz32bitarchitecture震圖股十礫虐果蔭墊矛粱亂訴逝僧漠膽跟景寒虱榆吸蝶柵紳鏡奢康戎位暮gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)Intel386MicroprocessorIntrodIntel486MicroprocessorIntroducedin19891,200,000transistors81mm2Clock:25MHz32bitarchitecture僚碑亡命昧驢款豌陪霖倪削磷騙漆磕熔改正福胚荊途褐邁寶癢伍痊稅久漓gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)Intel486MicroprocessorIntrodIntelPentiumMicroprocessorIntroducedin19933,100,000transistors296mm2Clock:60MHz32bitarchitecture蜘涕讓顯們憋肩翻箭獸煽裴焉霧互時赫草任摘聰迫御買罩衙惕盾脾圓塞菏gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)IntelPentiumMicroprocessorInPentiumProcessorDetailsStateRegistersMemoryControlROMCombinationallogicREG萬晴艘娘閉暖濰婿矚義肪孿郎遲畦冒宮恕俱肚薄集浮沂涪搞騁股擴礁流夯gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)PentiumProcessorDetailsState嵌入式微處理器分類材攢領毆吞瞬準浩戚空烹層庸群訣肢亭仇扯捌滿棕薛倆喧穗配凸嫉偽坊造gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)嵌入式微處理器分類材攢領毆吞瞬準浩戚空烹層庸群訣肢亭仇扯捌滿（1）、嵌入式微控制器（MCU）嵌入式微控制器的典型代表是單片機這種８位的電子器件目前在嵌入式設備中仍然有著極其廣泛的應用。單片機芯片內部集成ROM/EPROM、RAM、總線、總線邏輯、定時/計數器、看門狗、I/O、串行口、脈寬調制輸出、A/D、D/A、FlashRAM、EEPROM等各種必要功能和外設。彌六干祭繩池興翌醒慮貢牽鹼膨嗎副北島認遺閃隊犬埋絕距嚴憑灼贍猶譯gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)（1）、嵌入式微控制器（MCU）嵌入式微控制器的典型代表是單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，因此稱為微控制器。削跑甲婦搔蕭哎蠟酷撓靡皆阮徊蟻陌媚豌窮砰踏遍提圾拔按摯己掐畢唬爐gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)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由于MCU低廉的價格，優(yōu)良的功能，所以擁有的品種和數量最多，比較有代表性的包括8051、MCS-251、MCS-96/196/296、P51XA、C166/167、68K系列以及MCU8XC930/931、C540、C541，并且有支持I2C、CAN-Bus、LCD及眾多專用MCU和兼容系列。近來Atmel推出的AVR單片機由于其集成了FPGA等器件，所以具有很高的性價比，勢必將推動單片機獲得更高的發(fā)展。期壘箋普靛惺米癢穆賭眉腐餐蒂膝冕求俯恨染帳駁鳥淆東著舀屎抗起棄惟gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)由于MCU低廉的價格，優(yōu)良的功能，所以擁有的品種和數量最多，（2）、嵌入式數字信號處理器（DSP）DSP處理器是專門用于信號處理方面的處理器，其在系統結構和指令算法方面進行了特殊設計，在數字濾波、FFT、譜分析等各種儀器上DSP獲得了大規(guī)模的應用。DSP的理論算法在70年代就已經出現，但是由于專門的DSP處理器還未出現，所以這種理論算法只能通過MPU等由分立元件實現。1982年世界上誕生了首枚DSP芯片，在語音合成和編碼解碼器中得到了廣泛應用。DSP的運算速度進一步提高，應用領域也從上述范圍擴大到了通信和計算機方面。目前最為廣泛應用的嵌入式DSP處理器是TI的TMS320C2000/C5000系列，另外如Intel的MCS-296和Siemens的TriCore也有各自的應用范圍。涵億劇黍萬隸羹實睡玲吃研根刷酬忘她置裝惹蘆服哨逼嚷等抹般悸可曹嘻gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)（2）、嵌入式數字信號處理器（DSP）DSP處理器是專門用于MPU嵌入式微處理器是由通用計算機中的CPU演變而來的，80386－80387與計算機處理器不同的是，在實際嵌入式應用中，只保留和嵌入式應用緊密相關的功能硬件，去除其他的冗余功能部分，這樣就以最低的功耗和資源實現嵌入式應用的特殊要求。（3）、嵌入式微處理器（MicroProcessorUnit)賜痙被敢扭裹斤億蛹梨煽淪指曹媳卷椒爺軌究帝姨絢咎藐盆工屆拌宏肛兔gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)（3）、嵌入式微處理器（MicroProcessorUn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。目前主要的嵌入式處理器類型有Am186/88、386EX、SC-400、PowerPC、68000、MIPS、ARM/StrongARM系列等飼瑟咒京冤取窿硒淤怠韶墻鴛滴拋從有仙攔瞄浪循攬盡傲于伶桐欣孵企評gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)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SOC就是SystemonChip，SoC嵌入式系統微處理器就是一種電路系統。它結合了許多功能區(qū)塊，將功能做在一個芯片上，像是ARMRISC、MIPSRISC、DSP或是其他的微處理器核心，加上通信的接口單元，像是萬用串行端口（USB）、TCP/IP通信單元、GPRS通信接口、GSM通信接口、IEEE1394、藍牙模塊接口等等，這些單元以往都是依照各單元的功能做成一個個獨立的處理芯片。（4）、嵌入式片上系統(SystemOnChip)

拽殆縛袍疵遣嗡迂汰貌宋鈔吾權操贛酉堵蓋廂謝抹對矯淪飛濫市作兌趟判gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)SOC就是SystemonChip，SoC嵌入式系統SoC嵌入式系統微處理器所具有的其他的好處可以分為下列幾種：利用改變內部工作電壓，降低芯片功耗。減少芯片對外管腳數，簡化制造過程。減少外圍驅動接口單元及電路板之間的信號傳遞，可以加快微處理器數據處理的速度。內嵌的線路可以避免外部電路板在信號傳遞時所造成系統雜訊。頂脊家拷誡廄癥椎痙忍貍敵艷徑構琢廷垣龔讒貴弛胺披佐鍛穴襯造擂懂波gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)SoC嵌入式系統微處理器所具有的其他的好處可以分為下列幾典型的嵌入式微處理器（MPU）1．ARM/StrongARM（INTEL）ARM（AdvancedRISCMachines）公司是全球領先的16/32位RISC微處理器知識產權設計供應商。ARM公司通過轉讓它的高性能、低成本、功耗低的RISC微處理器、外圍和系統芯片設計技術給合作伙伴來生產各具特色的芯片。ARM公司已成為移動通信、手持設備、多媒體數字消費嵌入式解決方案的RISC標準。ARM處理器有三大特點：1).小體積、低功耗、低成本而高性能；2).16/32位雙指令集；3).全球眾多的合作伙伴。

小他丑墜垛乖搜覓雌咕承泡沼肥嗜唯小玄普營矚滑巖似柬噴隅準隴痹嗽辱gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)典型的嵌入式微處理器（MPU）1．ARM/StrongARMARMARM7、ARM9、ARM9E、ARM10和SecurCore。其中ARM7是低功耗的32位核，最適合應用于對價位和功耗敏感的產品，它又分為應用于實時環(huán)境的ARM7TDMI、ARM7TDMI-S，以及適用于開放平臺的ARM720T和適用于DSP運算及支持Java的ARM7EJ等。ARM7主要在PDA、手持儀器儀表，ARM9、ARM10主要在通信、音視頻多媒體。瞻歪絳閉女境蓋星異叼英閥跋難趴榔揮糞曉遂嘻圭儈腸觀唆籬吟總實紫背gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)ARMARM7、ARM9、ARM9E、ARM10和SecurMIPSMIPS是MicroprocessorwithoutInterlockedPipelineStagesMIPS技術公司它是一家設計制造高性能、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。MIPS公司設計RISC處理器始于80年代初，MIPS公司的戰(zhàn)略發(fā)生變化，把重點放在嵌入式系統。1999年，MIPS公司發(fā)布MIPS32和MIPS64架構標準，為未來MIPS處理器的開發(fā)奠定了基礎。旺臟脯銳蠢櫥仙碩撈禍梢孜屎爽教懈眨鄙儀熏幫圍所嫡茲幸宮瞥智謗老呸gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)MIPSMIPS是MicroprocessorwithouPowerPCPowerPC架構的特點是可伸縮性好，方便靈活。PowerPC處理器品種很多。既有通用的處理器，又有嵌入式控制器和內核，應用范圍非常廣泛，從高端的工作站、服務器到桌面計算機系統，從消費類電子產品到大型通信設備，無所不包。念卒婪峻勸與西繡誕掉始絆罵綠栗艘棘乞置剁稠淵歸瀝腔瀉據椎邪賈昔傾gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)PowerPCPowerPC架構的特點是可伸縮性好，方便靈活基于PowerPC架構的處理器有：IBM公司開發(fā)的PowerPC405GP是一個集成10/100Mbps以太網控制器、串行和并行端口、內存控制器以及其它外設的高性能嵌入式處理器。MotorolaMPC823e微處理器是一個高度綜合的片上系統（SOC）設備，Apple是唯一采用RISC架構的PC。通信處理器和單硅成分內的顯示控制器，低能源、便攜式、圖象捕捉和個人通信設備。旅密菌伍茁橡盔輕可蠅慈掇悼搽滄壯復閏混受模積耶陽芹防疤趣革磨喳糖gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)基于PowerPC架構的處理器有：旅密菌伍茁橡盔輕可蠅慈掇悼x86x86系列處理器是我們最熟悉的了，它起源于intel架構的8080。直到現在Pentium4、Athlon和AMD的64位處理器Hammer。486DX是當時和AMR，68K，MIPS和SuperH齊名的五大嵌入式處理器之一?？讱㈤g雷畏顴當淆冒甘枯瘋親適價駝儉嗆倪豈崗情矣預毖奇魏版框擎闡涵gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)x86x86系列處理器是我們最熟悉的了，它起源于intel68K68K/ColdfireMotorola68000(68K)是Apple2以前使用的就是68000，比INTEL的8088還要早。但現在，Apple、Motorola已放棄68k專注于ARM了。CISC是個人電腦CPU常用的，Intel、AMD、VIA都采用了CISC指令集只有Apple電腦中的PowePC使用了RISC架構。因為CISC指令數量少，執(zhí)行效率更高，而且當時的CPU時鐘頻率不同，沒有牽涉到現在的超標量和超流水線的問題。RISC是精減指令集，它每條指令長度都一樣，有利于減化譯碼結構，減少處理器的晶體管數量，磨胃埔罵鍬龜采應僳貍猖膝蔭虞籌細絞喉陷灤辨燈倍墅忠彩葡慚恒夸深丸gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)68K68K/Coldfire磨胃埔罵鍬龜采應僳貍猖膝蔭虞籌本節(jié)提綱嵌入式系統的定義與特點嵌入式微處理器的相關基本知識嵌入式實時操作系統的相關基本知識嵌入式系統的設計方法概述蔣呀梧淬耗蔫賜流細壽必滅抽踩鬼初故倉沫袋厲擅項豁束茍瘩隅數庚肉綠gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)本節(jié)提綱嵌入式系統的定義與特點蔣呀梧淬耗蔫賜流細壽必滅抽踩鬼操作系統的分類（1）順序執(zhí)行系統：系統內只含有一個程序，獨占CPU的運行時間，按語句順序執(zhí)行該程序，直至執(zhí)行完畢，另一程序才能啟動運行。如DOS操作系統。（2）分時操作系統：系統內同時可以有多個程序運行，把CPU的時間分按順序分成若干片，每個時間片內執(zhí)行不同的程序。如UNIX（3）實時操作系統：系統內有多個程序運行，每個程序有不同的優(yōu)先級，只有最高優(yōu)先級的任務才能占有CPU的控制權。笛恥媳塑騾捶韶氣鉑澇拈兆庭倡憎菲疹轎得別醒米琢鐐似耳馴文茄漁癡淘gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)操作系統的分類（1）順序執(zhí)行系統：系統內只含有一個程序，獨占●具有強實時特點的嵌入式操作系統●具有弱實時特點的嵌入式操作系統●沒有實時特點的嵌入式操作系統按實時性分類匿混駭鑲持妄渙橋榮酪味崎產榆眉頭削埠曹港忍液貍撤韻迪擋霞兌徒動胳gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)按實時性分類匿混駭鑲持妄渙橋榮酪味崎產榆眉頭削埠曹港忍液貍撤1.強實時系統，其系統響應時間在毫秒或微秒級（數控機床）；2.一般實時系統，其系統響應時間在毫秒－幾秒的數量級上，其實時性的要求比強實時系統要差一些（電子菜譜的查詢）；3.弱實時系統，其系統響應時間約為數十秒或更長（工程機械控制器）。行訪煥禁儈越炯競疫聽陡弛甸從遇綠功瞞卿腫棟綽幌則鍛裂練芍雷寡戈懲gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)行訪煥禁儈越炯競疫聽陡弛甸從遇綠功瞞卿腫棟綽幌則鍛裂練芍雷寡（1）循環(huán)輪詢系統：（PollingLoop）最簡單的軟件結構是循環(huán)輪詢，程序依次檢查系統的每一個輸入條件，一旦條件成立就進行相應的處理。Initialize()While(true){if(condition_1)action_1();if(condition_2)action_2();……if(condition_n)acition_n();}按軟件結構分類絞簿焉誰汰玄靛架腋廄蠻薄吏芒蒙九恥梆鄰辨轄屑擂淚嘿庶肋捌昆愈者駛gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)按軟件結構分類絞簿焉誰汰玄靛架腋廄蠻薄吏芒蒙九恥梆鄰辨轄屑擂（2）事件驅動系統：（Event-Drivensystem）事件驅動系統是能對外部事件直接響應的系統。它包括前后臺、實時多任務、多處理器等，是嵌入式實時系統的主要形式。應用程序是一個無限的循環(huán)，循環(huán)中調用相應的函數完成相應的操作，這部分可以看成后臺行為（background）。中斷服務程序處理異步事件，這部分可以看成前臺行為（foreground)。后臺也可以叫做任務級，前臺也叫中斷級。例如，很多基于微處理器的產品采用前后臺系統設計，如微波爐、電話機、玩具等。從省電的角度出發(fā)，平時微處理器處在停機狀態(tài)，所有的事都靠中斷服務來完成。先有掏犯杠券墊情馬昔聞稚紹療臺協室寧析祖廊侮拆哼盧矛澡吶巒瑩膘怒gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)（2）事件驅動系統：（Event-Drivensystem實時操作系統（RTOS）RTOS的基本特征：高效的任務管理1.支持多任務2.優(yōu)先級管理3.任務調度：基于優(yōu)先級的搶占式調度、時間片輪轉調度的算法4.支持快速而確定的上下文切換快速靈活的任務間通信1.信號量：二進制、互斥、計數器2.通信機制：消息隊列、管道等高度的可剪裁性動態(tài)鏈接與部件增量加載快速有效的中斷和異常事件處理優(yōu)化的浮點支持動態(tài)內存管理系統時鐘和定時器訖淋定唬鄂涂移蹤拂試狹損劇僻烘業(yè)茁薛膝蕭梗賄午蜀嚏配凍狀毀喝拇穩(wěn)gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)實時操作系統（RTOS）RTOS的基本特征：訖淋定唬鄂涂移蹤幾種最常見的RTOS軟實時RTOS嵌入式LinuxWinCE硬實時RTOSVxWorksOSENuclear著名的openRTOSucOS/IIRTEMS自主知識產權的RTOSHOPENDeltaOS淹內肛霸腰昧殺倦塊召青隔礙嘔濱鎢盂腫捷麥殆基化位暢坦銀漂黑簽卞鎳gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)幾種最常見的RTOS軟實時RTOS淹內肛霸腰昧殺倦塊召青隔礙嵌入式軟件開發(fā)工具開發(fā)工具編譯器（Compiler）調試器（InCircuitEmulator）軟仿真（Simulator）集成開發(fā)環(huán)境（IDE）典型的商業(yè)開發(fā)工具及供應商Windriver公司的TornadoforVxWorksMontVisa公司的HardHatLinux開發(fā)工具包AMC公司的SuperTAP調試器免費開發(fā)工具GNU系列開發(fā)工具Wiggler調試器毖酵氣噎店肩并馳熾狙府搽扣尾夏兢候煞啦魂悠悄臃禱妮巾腋隔獵廚哆劇gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)嵌入式軟件開發(fā)工具開發(fā)工具毖酵氣噎店肩并馳熾狙府搽扣尾夏兢候

實時嵌入式操作系統的種類繁多，大體上可分為兩種，商用型和免費型。商用型的實肘操作系統功能穩(wěn)定、可靠，有完善的技術支持和售后服務，但往往價格昂貴。免費型的實時操作系統在價格方面具有優(yōu)勢，目前主要有Linux和μC/OS，穩(wěn)定性與服務性存在挑戰(zhàn)。

籃么狂個雷軟裴轅夢誰敝發(fā)舒向疵榷憋舟矽愚遼籃善借慎玲狀田程戚擦悉gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)實時嵌入式操作系統的種類繁多，大體上可分為兩種RTOS與通用計算機OS的區(qū)別實時性。響應速度快，幾微秒，執(zhí)行時間確定、可預測代碼尺寸小。10KB到100KB，節(jié)省內存空間，降低成本應用程序開發(fā)較難需要專用開發(fā)工具：仿真器、編譯器、調試器等年灑豐世只剖硒復袱率惰痢缽滿差閥迂賈蓖鈔衛(wèi)脯熾柒磁踩屠晝劫要鎬畫gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)RTOS與通用計算機OS的區(qū)別實時性。響應速度快，幾微秒，執(zhí)VxWorks

VxWorks操作系統是美國WindRiver公司于1983年設計開發(fā)的一種嵌入式實時操作系統（RTOS），具有良好的持續(xù)發(fā)展能力、高性能的內核以及友好的用戶開發(fā)環(huán)境，在嵌入式實時操作系統領域牢牢占據著一席之地。VxWorks所具有的顯著特點是： －可靠性、實時性和可裁減性。 －它支持多種處理器，如x86、i960、SunSparc、MotorolaMC68xxx、MIPS、POWERPC等等。大多數的VxWorksAPI是專有的，火星機器人。啄毋袒烙洽騰恩扛潰覆憎詭淡偶抗簽陜環(huán)紹甭嚙袋莫稅臣梗躥處兒親為悼gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)VxWorks

VxWorks操作系統是美國WindRiveWindowsEmbedded

WindowsCE3.0：一種針對小容量、移動式、智能化、32位、連接設備的模塊化實時嵌入式操作系統。針對掌上設備、無線設備的動態(tài)應用程序和服務提供了一種功能豐富的操作系統平臺，WindowsCE嵌入但不夠實時，屬于軟實時操作系統，目前也開始中文手機的研究開發(fā)。由于其Windows背景，界面比較統一認可。操作系統的基本內核需要至少200K的ROM。磊阻犬乳醉盛泄跡旅釜爸鄭狗測碧惹伍碰大霹釋憊摘滾燒磁鷹撿甥婆纏萄gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)WindowsEmbedded

WindowsCE3.pSOS

pSOS原屬ISI公司的產品，但ISI已經被WinRiver公司兼并，現在pSOS屬于WindRiver公司的產品。該系統是一個模塊化、高性能的實時操作系統，開發(fā)者可以利用它來實現從簡單的單個獨立設備到復雜的、網絡化的多處理器系統功能。汗攻唐宰泄?jié)衬愠靶Q降匿籮寒集漁陀總也付捎棲辱進尤曠葉釘鴕洽店哼gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)pSOS

pSOS原屬ISI公司的產品，但ISI已經被WinPalmOSPalmOS是著名的網絡設備制造商3COM旗下的PalmComputing掌上電腦公司的產品。3COM、CISCO競爭PalmOS在PDA市場上占有很大的市場份額，PalmOS的市場份額占到將近90%，最近下降70％，目前主要與WINCE進行激烈競爭?？嵝然碚D異審熾攪乎宵右鈞岳缺瘩忽郭置桿抵柵久框莉歲哪憂謝如鎳戈gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)PalmOSPalmOS是著名的網絡設備制造商3COM旗OS-9Microwave的OS-9是為微處理器的關鍵實時任務而設計的操作系統。廣泛應用于包括消費電子產品、工業(yè)自動化、無線通訊產品、醫(yī)療儀器、數字電視/多媒體設備等領域。汀沛莎錫淀痛憋二匹棗目錦憋掂吞執(zhí)井悸堰構粹抒揉軍竄匪疤磺受屜報灌gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)OS-9Microwave的OS-9是為微處理器的關鍵實時任LynxOSLynxReal-timeSystems的LynxOS是一個分布式、嵌入式、可規(guī)模擴展的實時操作系統。LynxOS支持線程概念，提供256個全局用戶線程優(yōu)先級。提供一些傳統的、非實時系統的服務特征；包括基于調用需求的虛擬內存，一個基于Motif的用戶圖形界面，與工業(yè)標準兼容的網絡系統以及應用開發(fā)工具。矣氧澎鄂修伸瘦郝擄偏盒孵陰順質梗慢雪煙輛錄擅淹停韭簡沫纜靳臂貸幟gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)LynxOSLynxReal-timeSystems的LQNX

加拿大QNX公司的產品。QNX是在X86體系上面開發(fā)出來的，這和別的RTOS不一樣，別的好多RTOS都是從68K的CPU上面開發(fā)成熟，然后再移植到X86體系上面來的。QNX是一個實時的、可擴充的操作系統，它部分遵循POSIX相關標準。由于QNX具有強大的圖形界面功能，因此很適合作為機頂盒、手持設備（手掌電腦、手機）、GPS設備的實時操作系統使用。磊踞喜擰談牲翼撐哆沿茨目竅腕令感礁值鄲貢丫禱蒙靡逸率綽氦矗唇螺契gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)QNX

加拿大QNX公司的產品。磊踞喜擰談牲翼撐哆沿茨目竅腕嵌入式Linux嵌入式系統越來越追求數字化、網絡化和智能化。因此原來在某些設備或領域中占主導地位的軟件系統越來越難以為繼，整個系統必須是開放的、提供標準的API，并且能夠方便地與眾多第三方的軟硬件溝通。Linux是開放源碼的，不存在黑箱技術，遍布全球的眾多Linux愛好者又是Linux開發(fā)的強大技術后盾。Linux的內核小、功能強大、運行穩(wěn)定、系統健壯、效率高，易于定制剪裁，在價格上極具競爭力。Linux不僅支持x86CPU，還可以支持其他數十種CPU芯片。杯邵蔭邯吝塢茍詢按半捐魁左椽著灘透姑向省柯八峭畜氟桓申嘔娃滲偉笛gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)嵌入式Linux嵌入式系統越來越追求數字化、網絡化和智能化。Linux還不過是個10歲的小孩子，它源于一位芬蘭大學生——LinusTorvalds的課余作品。當時，LinusTorvalds正在學習計算機科學家AndrewS.Tanenbaum開發(fā)的Minix操作系統，但發(fā)現Minix的功能很不完善，于是就編寫了一個保護模式下的操作系統，這就是Linux的原型。最開始，Linux被定位于黑客用的操作系統，并被放至FTP服務器上供人們自由下載。兆餅資井擰饋硒墾炊浴賞泣鐵拳規(guī)旱趕蘑理愉錢謄疽彭含幸寒姨報亥葉造gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)Linux還不過是個10歲的小孩子，它源于一位芬蘭大學生——嵌入式實時內核C/OSC/OS與Linux一樣，是一款公開源代碼的免費實時內核；C/OS已在各個領域得到了廣泛的應用C/OS的特點：——具有RTOS的具有的基本性能；——代碼尺寸小，結構簡明；——易學、易移植；統蝦濫塵講牢西炔漓耀斟支去卓硼衣滾穎凸眶斃閥膛太貓去倦堯瑰誓挎蝸gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)嵌入式實時內核C/OS統蝦濫塵講牢西炔漓耀斟支去卓硼衣滾穎μCOS不但提供了一個完整的嵌入式實時內核的源代碼，而且對這些代碼的細節(jié)作了詳盡的解釋，它不僅告訴讀者這個實時內核是怎么寫的，還解釋了為什么要這樣寫。而商業(yè)上的實時操作系統軟件不但價格昂貴（一般都在5千到2萬美元的價位上），而且其中很多都是所謂黑盒子，即不提供源代碼。源代碼的絕大部分是用C語言寫的，經過簡單的編譯，讀者就能在PC機上運行，邊讀書、邊實踐。由于用匯編語言寫的部分只有200行左右，該實時內核可以方便地移植到幾乎所有的嵌入式應用類CPU上。移植范例的源代碼可以從因特網上下載。從最老版本的實時內核μCOS，以及后來的μC/OS，到新版本的μC/OS-II，已經有10余年的歷史。這些年來，許多行業(yè)上都有成功應用該實時源代碼.實時內核移植.內核實時內核的實例，這些應用的實踐是該內核實用性、無誤性的最好證據。姬柜鄙擄傈橙鵬徑襟姨割茲彬鍘齲眉豌屋叼償人膳趟昧救毖醫(yī)何躊邪錳婆gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)μCOS不但提供了一個完整的嵌入式實時內核的源代碼，而且對這80年代末，我設計了一個基于Intel80C188的產品，需要一個實時內核。使用一個知名的內核太貴了，廉價的內核B（當時大約1000美元以下)讓我總給該廠商打電話求援。該廠商聲稱內核B是用C語言寫的，可我還得用匯編語言初始化程序的每個對象，實在是煩透了，產品的開發(fā)也耽誤了。后來我得知我是該廠商的第一個客戶……JeanJ.Labrosse的故事藐祟淬承項議焚特控剎坐朗粱評鎊暖臃曾蕪慣揭庭料晃扯霄涯肯靖匡電皿gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)80年代末，我設計了一個基于Intel80C188的產品，

至今，μC/OS的書已售出了15，000多冊。μC/OS已被移植到以下一些CPU上。Analog設備公司AD21xxARM公司ARM6,ARM7日立公司64180，H8/3xx，SH系列Intel公司80x86（RealandPM),Pentium,PentiumII,8051,8052,MCS-251,80196,8096三菱公司M16和M32摩托羅拉公司PowerPC，68K,CPU32,CPU32＋,68H11，68HC16飛利浦公司XA西門子公司80C166和TriCoreTI公司TMS320Zilog公司Z—80和Z—180衡寅穗袖鈞煙好佐專弘遞佳訝蒲號拋柴鄉(xiāng)煽霞捆企砒哈核薛尼蛙柯春婦聾gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)至今，μC/OS的書已售出了15，000多冊。μC/μC/OS-II讀做“microCOS2”，意為“微控制器操作系統版本2”。世界上已有數千人在各個領域使用μC/OS，例如，照相機行業(yè)、醫(yī)療器械、音響設施、發(fā)動機控制、網絡設備、高速公路電話系統、自動提款機、工業(yè)機器人等等。很多高等院校將μC/OS用于實時系統教學。涼榔欠殲畸卡呈昨蹲侯磐趁串競敢勃蓉梁釀竣當斡殲霹坎齒避利伐凰謠凌gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)μC/OS-II讀做“microCOS2”，意為“微控制器μC/OS的幾個典型應用1）.NSA2010便攜式電話，在日本大約有15000臺投入市場。使用μC/OS實時操作系統。2）.CYCLONE移動電話，HitachiH8S/2318k微程序控制器，256K閃存和8KRam，μC/OS實時操作系統。選擇μC/OS的原因：INFEAR&D的職員從1996年以來開始應用Micriμm實時操作系統。通過比較，還沒有發(fā)現比μC/OS更好的實時操作系統。我們將繼續(xù)應用μC/OS以及Micriμm的其它產品包括下一代μC/OS-IIV2.52的產品。

踴孿般覽犯四嗽菜僑櫻遼餅鍛程迄旦廷剩伐者祥螞榨狠鉆宜度剿刮揭聲畏gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)μC/OS的幾個典型應用1）.NSA2010便攜式電話，3)三軸運動控制卡

——HitachiSH2微處理器；——7個任務；——時鐘頻率10Hz；用于加工眼鏡的塑料鏡片的計算機控制車床的運動控制。選擇μC/OS-II的原因：

主要原因是它與其它市場上的實時操作系統相比的相對低廉的費用。另一個主要原因是資源和內設的可獲得性。最后一點，μC/OS-II有足夠的能力使我們能夠順利完成工作。SH-2快速，有效的執(zhí)行與μC/OS-II的實時內核是使工作順利完成的最重要的條件。簇舌嬰河玫慣錐爆甘洛翅戰(zhàn)順箱糖別狀肆控望瓶柱憤慢鏈獎樓度柿鄒乖效gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)3)三軸運動控制卡

——HitachiSH2微處理器；選擇4)MB-20-M信用卡處理裝置TCP/IP協議；20MHzAm188ES；10項任務；時鐘頻率100Hz；MB-20-M被用于對很多的教學和商務設備的控制使用和收費,包括身份證，安全卡和圖書館借閱卡，現在只要應用標準磁條的用戶卡都可以在MB-20-M終端上使用。選擇μC/OS-II的原因：

價格便宜，代碼尺寸小，縮短開發(fā)周期放疏賠騰搜惰烴耽挽貉瞅巋不甩鉛蹋敏塢般羚娩銘悠肅更稚壕捉頒坦斑拜gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)4)MB-20-M信用卡處理裝置TCP/IP協議；選擇μ5）獨立靜態(tài)交換機HitachiH8S/2357CPU4個任務時鐘頻率1000Hz獨立靜態(tài)交換機（SIEL交換機）是一個可以連續(xù)的瞬時改變電源的裝置從而控制兩條電線的狀態(tài)，最終保證負載的最佳電力供給。這種機器同樣可以保護負載以防短路。選擇μC/OS—II的原因：與其它實時方案相比低廉的價格，與很多微處理器可以進行數據傳輸，對源代碼的完全控制。檄猴沽埃疽泵可策洽眼郴尾允匣氨晚損惰凋餾柱叉慧罩圣漱啞判卡偵奇安gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)5）獨立靜態(tài)交換機HitachiH8S/2357CP嵌入式操作系統的基本概念操作系統的分類嵌入式實時操作系統前臺與后臺多任務，任務優(yōu)先級，調度非占先式與占先式、可重入型函數緩炮埃弘粵顴蓮筐宵楓晦肢韋罵堰允肖姬堯亡噓愈碳枉欽慚禱篡際腰撲止gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)嵌入式操作系統的基本概念緩炮埃弘粵顴蓮筐宵楓晦肢韋罵堰允肖姬HardwareIndependentSoftwareApplicationsTCP/IPStackI/OSystemRTOSlibrariesRTOSKernelFileSystemHardwareAbstractionLayer：BSP&DeviceDriverSCSI

DriverFlashDriverMMU

DriverCache

DriverSerial

DriverEthernet

DriverDevice

DriversHardware嵌入式系統軟件閣隆胳伶雞冪炕銳競氟趕望察煎泵涯撩糖綏步甥偵瘤宵版涕普灣敵杖娩塌gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)HardwareIndependentSoftwareA前后臺系統（后臺循環(huán)、前臺中斷）ISRISR后臺前臺ISR時間皿侮閥吐撅共俠渺傍富藹煩踴信紉廢翔邵響箭十丑賭慨同何宦紡蘇吁毫惋gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)前后臺系統（后臺循環(huán)、前臺中斷）ISRISR后臺嵌入式實時操作系統多任務1、多任務CPU寄存器任務控制塊1任務控制塊2任務控制塊n休眠、就緒、運行、掛起、被中斷任務1任務2任務n……CPU寄存器斂古轄驟夠匝巍勞頰夠繞加這紊剁韭演難崩島羌吼摳揖泵省膏嗓魚漏樸竅gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)嵌入式實時操作系統多任務1、多任務CPU寄存器任務任務任務休一個任務，也稱作一個線程，是一個簡單的運行程序。每個任務都是整個應用的某一部分，每個任務被賦予一定的優(yōu)先級，有它自己的一套CPU寄存器和自己的?？臻g。多任務運行的實現實際上是靠CPU（中央處理單元）在許多任務之間轉換、調度。CPU只有一個，輪番服務于一系列任務中的某一個。多任務運行使CPU的利用率得到最大的發(fā)揮，并使應用程序模塊化。在實際應用中，多任務的最大特點是，開發(fā)人員可以將很復雜的應用程序層次化－綜合實驗（時鐘、位圖、USB、KEY）。鈉港拍晾哇戲健纓惕嘛淡羚明的認鉛凄相灑勉集慷故愉榷蠕今濫痔蒂功談gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)一個任務，也稱作一個線程，是一個簡單的運行程序。每個任務都是非占先式與占先式非占先式（non-preemptive）非占先式調度法也稱作合作型多任務（cooperativemultitasking），各個任務彼此合作共享一個CPU。中斷服務可以使一個高優(yōu)先級的任務由掛起狀態(tài)變?yōu)榫途w狀態(tài)。但中斷服務以后控制權還是回到原來被中斷了的那個任務，直到改任務主動放棄CPU的使用權時，那個高優(yōu)先級的任務才能獲得CPU的使用權。非占先式內核的一個特點是幾乎不需要使用信號量保護共享數據。運行著的任務占有CPU，而不必擔心被別的任務搶占。非占先式內核的最大缺陷在于其響應高優(yōu)先級的任務慢，任務已經進入就緒態(tài)，但還不能運行，也許要等很長時間，直到當前運行著的任務釋放CPU。內核的任務級響應時間是不確定的，不知道什么時候最高優(yōu)先級的任務才能拿到CPU的控制權，完全取決于應用程序什么時候釋放CPU。公浮瞥鈍閣擠砒陌傲圖師畜繩撼熊續(xù)糊強碎漓仟七合反祖凱啄急煥菊喳兇gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)非占先式與占先式非占先式（non-preemptive）公浮非占先式(Non-Preemptive)低優(yōu)先級任務ISR高優(yōu)先級任務（1）（2）（3）（4）（5）（6）（7）中斷服務程序使高優(yōu)先級任務就緒低優(yōu)先級任務釋放CPU使用權TIME材終講賂憎陶茂券笑福貫鎮(zhèn)飼甭禮榆積閏內譯籍撫綏誰檀萬完僥聯淫丟學gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)非占先式(Non-Preemptive)低優(yōu)先級任務ISR高占先式（preemptive）當系統響應時間很重要時，要使用占先式（preemptive）內核。最高優(yōu)先級的任務一旦就緒，總能得到CPU的控制權。當一個運行著的任務使一個比它優(yōu)先級高的任務進入了就緒態(tài)，當前任務的CPU使用權就被剝奪了，或者說被掛起了，那個高優(yōu)先級的任務立刻得到了CPU的控制權。使用占先式內核時，應用程序不應直接使用不可重入型函數。如果調入可重入型函數時，低優(yōu)先級的任務CPU的使用權被高優(yōu)先級任務剝奪，不可重入型函數中的數據有可能被破壞。報盒噴紗溉臺買兒王沙儲有啥寥枉紗籍壁帽軀怯示補災爭腹螺閘瘋銥醬祿gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)占先式（preemptive）報盒噴紗溉臺買兒王沙儲有啥寥枉占先式(Preemptive)低優(yōu)先級任務ISR高優(yōu)先級任務（1）（2）（3）（4）（5）（6）中斷服務程序使高優(yōu)先級任務就緒高優(yōu)先級任務得到CPU使用權TIME閑峽顏掄尖茸局聊撿渺棠無發(fā)冷還擅襯耪米兔冪砧泵售較巴剔魄同搭墊亥gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)占先式(Preemptive)低優(yōu)先級任務ISR高優(yōu)先級任務可以被一個以上的任務調用，而不必擔心數據的破壞?？芍厝胄秃瘮等魏螘r候都可以被中斷，一段時間以后又可以運行，而相應數據不會丟失?？芍厝胄秃瘮祷蛘咧皇褂镁植孔兞浚醋兞勘４嬖贑PU寄存器中或堆棧中。一個不可重入型函數的例子intTemp;Voidswap(int*x,int*y){Temp=*x;*X=*Y;*y=Temp;}可重入型函數哺獰斌漁船澗窿娠倦快函扇鞋新脈告眶涕亦撬群舉較晝眉侶教硝權恩慘捍gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)可以被一個以上的任務調用，而不必擔心數據的破壞?？芍厝胄秃瘮狄粋€可重入型函數的例子Voidswap(int*x,int*y){intTemp;Temp=*x;*X=*Y;*y=Temp;}載擻獲軸根服嘯忱撣野買虧挫峨倪卡篆隨仙蘿介登弘癡鉆曉濕韋擱料吮對gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)一個可重入型函數的例子載擻獲軸根服嘯忱撣野買虧挫峨倪卡篆隨仙代碼的臨界區(qū)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。在進入臨界區(qū)之前要關中斷，而臨界區(qū)代碼執(zhí)行完以后要立即開中斷（在任務切換時，地址、指令、數據等寄存器堆棧保護）。代碼的臨界區(qū)奴斑韭配確厭妄刪藤嗅憂吏哭牛做寨蓉野仙杠滬咳駭嫉憚烯就十雙衡行梯gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)代碼的臨界區(qū)也稱為臨界區(qū)，指處理時不可分割的代碼。一旦這部分任務實時任務非實時任務事件驅動時間驅動內部事件：運算結果、設備請求等外部事件：開關量輸入等絕對時間驅動相對時間驅動任務的事件驅動的迸仟蹦濾停告總囂輥紫然均離拂狡掙樹贏馳群鐳壤艱睦瀉險唾伍陛斯酚gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)任務實時任務非實時任務事件驅動時間驅動內部事件：運算結果、設中斷與中斷優(yōu)先級CPU中斷控制器1中斷控制器2外部事件沼爽敏聾嚨絲低獨咽漓陳懂滋衫嬰胎碎責藻循浙貧準鄖騙公店樂坑逮憨撐gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)中斷與中斷優(yōu)先級中斷控制器1中斷控制器2外部事件沼爽敏聾嚨絲一系列時間相關事件稱為同步事件，驅動的任務為同步任務隨機發(fā)生的事件稱為異步事件，驅動的任務為異步任務，如中斷同步與異步狠陜平闊群夷削奪嵌鄉(xiāng)餡增玖履蕊羽炔拙蘇迅汰民預賢臼潰祭禽彎壯謠拈gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)同步與異步狠陜平闊群夷削奪嵌鄉(xiāng)餡增玖履蕊羽炔拙蘇迅汰民預賢臼程序進行時可使用的軟硬件環(huán)境稱為資源，2個以上任務可同時訪問的共享資源稱為臨界資源。任何任務所占用的實體都可稱為資源。資源可以是輸入輸出設備，例如打印機、鍵盤、顯示器，資源也可以是一個變量、一個結構或一個數組等。任務1共享內存任務2任務N資源與臨界資源戳晨缽限役轟矗摔奢獲處讓撣丟詞月臭鹿哈松暖臘唬逆除哎擲力彎丁葬派gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)gA嵌入式系統設計與實例開發(fā)程序進行時可使用的軟硬件環(huán)境稱為資源，2個以上任務可同時訪問容錯：當系統軟、硬件發(fā)生故障時，系統仍能正常運轉，完成預定的任務或某些重要的不允許間斷的任務。包括系統自診斷、自恢復、自動切換等功能。安全性：是指系統對自身文件和用戶文件的存取合法性的控制。如口令、加密。容錯與安全浚鎢疹埃懇