教案嵌入式-第1章

本章主要介紹相關(guān)概念，當(dāng)前系統(tǒng)的發(fā)展歷史和技術(shù)的主要應(yīng)用以及市場上最流行的產(chǎn)品，通過典型產(chǎn)品實例使讀者了解當(dāng)前技術(shù)的應(yīng)用狀況和研究方向。最后介紹了技術(shù)未來的發(fā)展趨勢。1.1系統(tǒng)定義1.2操作系統(tǒng)1.3技術(shù)在工程領(lǐng)域的應(yīng)用1.4典型應(yīng)用：

機(jī)器人控制系統(tǒng)1.5

技術(shù)的發(fā)展趨勢μC/OS-II操作系統(tǒng)內(nèi)核VxWorks實時操作系統(tǒng)WinCE操作系統(tǒng)Linux操作系統(tǒng)μC/OS-II是一個可裁減的、源碼開放的、結(jié)構(gòu)小巧、可型的實時多任務(wù)內(nèi)核，主要面向中小型嵌入式系統(tǒng)，具有執(zhí)行效率高、占用空間小、可移植性強(qiáng)、實時性能優(yōu)良等特點。μC/OS-II中最多可以支持64個任務(wù)，分別對應(yīng)優(yōu)先級0~63，其中0為最高優(yōu)先級。實時內(nèi)核在任何時候都是運行就緒了的最高優(yōu)先級的任務(wù)。μC/OS-II最大程度上使用ANSIC語言開發(fā)，現(xiàn)已成功移植到近40多種處理器體系上。Windows CE是針對有限資源的平臺而設(shè)計的多線程、完整優(yōu)先權(quán)、多任務(wù)的操作系統(tǒng)。高度模塊化是WinCE的一個特性，有利于對從掌上電腦到 的工業(yè)控制器的用戶電子設(shè)備進(jìn)行定制。WinCE操作系統(tǒng)的基本內(nèi)核需要至少200K的ROM，它支持

Win32

API子集、多種用戶界面硬件、多種的串行和網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)、COM/OLE和其他的進(jìn)程間通訊的先進(jìn)方法。

公司為WindowsCE提供了Platform

Builder和Embedded

VisualStudio開發(fā)工具。Windows

CE

操作系統(tǒng)能提供與PC機(jī)類似的圖形界面和主要的應(yīng)用程序。這樣只要是對PC機(jī)上的Windows比較熟悉的用戶，可以很快地使用移植有Windows

CE

操作系統(tǒng)的設(shè)備。機(jī)器人控制系典型應(yīng)用：硬件設(shè)計RTOS的移植與任務(wù)設(shè)計系統(tǒng)調(diào)試與運行1.4.1硬件設(shè)計微控制器

LPC213632kRAM256kFlashJTAG調(diào)試接口LCD顯示模塊電機(jī)調(diào)速(2)舵機(jī)控制

(2)光電編碼計數(shù)捕獲單元CAP(2)電磁鐵或繼電器(2)外部中斷(2)光電檢測輸入(7)超聲波檢測輸入(2)開關(guān)量檢測(8)A/D輸入(2)D/A輸出ISP編程按鍵輸入(2)UART主控制板RTOS的移植與任務(wù)設(shè)計實時操作系統(tǒng)μC/OS-II在LPC2136下文件配置任務(wù)運行機(jī)制系統(tǒng)調(diào)試與運行μC/OS-II

軟/硬件體系應(yīng)用程序uC/OS-II(與處理器無關(guān)的代碼)OS_CORE.C

uC/OS-II.COS_MBOX.C

OS_MEM.COS_Q.C

OS_SEM.COS_TASK.C

OS_TIME.CuC/OS-II.HuC/OS-II

設(shè)置（與應(yīng)用相關(guān)的代碼）OS_CFG.HINCLUDES.HuC/OS-II

移植（與處理器相關(guān)的代碼）OS_CPU.HOS_CPU_A.ASMOS_CPU_C.C軟

件硬

件CPU時鐘系統(tǒng)中任務(wù)狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖睡眠態(tài)任務(wù)就緒態(tài)任務(wù)運行態(tài)任務(wù)中斷服務(wù)態(tài)任務(wù)等待狀態(tài)任務(wù)OSFlagPend()OSMboxPend()OSMutexPend()OSQPend()OSSemPend()OSTaskSuspend()OSTimeDly()OSTimeDlyHMSM()中斷OSIntExit()OSTaskDel()OSTaskDel()任務(wù)的CPU使用權(quán)被OSFlagPost()OSMboxPost()OSMboxPostOpt()OSMutexPost()OSQPost()OSQPostFront()OSQPostOpy()OSSemPost()OSTaskResume()OSTimeDlyResume()OSTimeTick()OSStart()OSIntExit()OS_TASK_SW()OSTaskCreate()OSTaskCreateExt()OSTaskDel()在LPC2136下μC/OS-II的文件配置設(shè)置堆棧增長方向3個宏（開、關(guān)中斷及任務(wù)切換）與編譯器相關(guān)的數(shù)據(jù)類型C語言編寫與操作系統(tǒng)相關(guān)的函數(shù)匯編編寫與處理器相關(guān)的函數(shù)任務(wù)劃分過程驅(qū)動電機(jī)1、脈沖編1驅(qū)動電機(jī)2、脈沖編

2轉(zhuǎn)向舵機(jī)（控制機(jī)器人的運動方向）任務(wù)4任務(wù)3七路光電檢測（巡地面顏色標(biāo)記）任務(wù)5任務(wù)7LCD動態(tài)顯示（運行狀態(tài)、參數(shù)或出錯信息）任務(wù)9（避開超聲波檢測物、 目標(biāo)點距離）任務(wù)6行程開關(guān)、微動開關(guān)檢測（ 或置終止標(biāo)志）機(jī)械手電磁鐵（控制機(jī)械手開合或拾取物品）任務(wù)8監(jiān)視按鍵狀態(tài)任務(wù)2起 器人系統(tǒng)（硬件電路及運行參數(shù)初始化）任務(wù)1多任務(wù)機(jī)制機(jī)器人起動后，第一個應(yīng)用任務(wù)對機(jī)器人系統(tǒng)初始化，初始化完成后，這個應(yīng)用任務(wù)被刪除。接下來實時系

統(tǒng)開始根據(jù)時間片輪轉(zhuǎn)法，進(jìn)行多任務(wù)的執(zhí)行與切換，實時控制機(jī)器人的運行。1.4.3系統(tǒng)調(diào)試與運行系統(tǒng)初始化實時控制顯示時代的發(fā)展使得產(chǎn)品獲得了巨大的商機(jī)，為同時也對產(chǎn)品提供了廣闊的市場前景，生產(chǎn)廠商提出了新的

。設(shè)備進(jìn)行1．隨著信息化與數(shù)字化的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)是未來發(fā)展的趨勢。未來的

設(shè)備為了適應(yīng)信息化與數(shù)字化的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)化成為發(fā)展的方向。要進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，在硬件設(shè)計上要提供各種網(wǎng)絡(luò)通

口

。在應(yīng)用

方面，要提供可以在設(shè)備上安裝Web瀏覽器，實現(xiàn)網(wǎng)頁瀏覽和

數(shù)據(jù)庫的

。2．優(yōu)化系統(tǒng)軟硬件內(nèi)核，提高系統(tǒng)運行速度，降低功耗和硬件成本。

產(chǎn)品是硬件相結(jié)合的設(shè)備，為了提高運行速度、降低功耗和成本，要求開發(fā)盡量裁剪系統(tǒng)的硬件資源和內(nèi)核，利用最少的硬件資源和結(jié)構(gòu)實現(xiàn)最多的功能。在實現(xiàn)過程中要不斷的優(yōu)化硬件電路并改進(jìn)算法，達(dá)到最佳的控制功能。微處3．指令級的并行計算技術(shù)將引入理器。在工程的實際應(yīng)用中會出現(xiàn)大量的數(shù)據(jù)執(zhí)行相同的運算功能，比如向量計算，這就需要在單個時鐘周期內(nèi)實現(xiàn)多個數(shù)據(jù)的運算操作。在CPU中設(shè)計多個執(zhí)行部件來完成此功能，這種CPU的架構(gòu)形式稱為單指令流多數(shù)據(jù)流體系結(jié)構(gòu)，也稱之為指令級的并行計算技術(shù)。4．

微處理器將會向多核技術(shù)發(fā)展。無所不在的智能必將帶來無所不在的計算，大量的圖像信息也需要高速的處理器來處理，面對海量數(shù)據(jù)，單個處理器可能無法在規(guī)定的時間完成處理