嵌入式系統(tǒng)及應(yīng)用(嵌入式系統(tǒng)導(dǎo)論-)

嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)及應(yīng)用開(kāi)發(fā)參考書(shū)：羅蕾，嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)及用用開(kāi)發(fā)（第三版）本課程目的

以理論介紹為主方式結(jié)合實(shí)例

以嵌入式系統(tǒng)工程思想為指導(dǎo)，以應(yīng)用為目的，介紹嵌入式系統(tǒng)及其開(kāi)發(fā)技術(shù)

對(duì)嵌入式系統(tǒng)及開(kāi)發(fā)有一個(gè)全景的把握。課程的主要內(nèi)容嵌入式系統(tǒng)導(dǎo)論（概念、分類(lèi)、發(fā)展歷程、特點(diǎn)、應(yīng)用領(lǐng)域、發(fā)展趨勢(shì)）嵌入式硬件系統(tǒng)（基本組成，嵌入式微處理器，外圍電路等）嵌入式軟件系統(tǒng)（分類(lèi)、特點(diǎn)、體系結(jié)構(gòu)、運(yùn)行流程、操作系統(tǒng)、開(kāi)發(fā)方法）嵌入式系統(tǒng)領(lǐng)域的一些新動(dòng)態(tài)和成果前言

從上個(gè)世紀(jì)九十年代中期到現(xiàn)在，嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)從一個(gè)不起眼的單詞，發(fā)展成覆蓋所有應(yīng)用領(lǐng)域、家喻戶(hù)曉的時(shí)髦話題。前言

雖然我國(guó)已經(jīng)是嵌入式產(chǎn)品生產(chǎn)、應(yīng)用和消費(fèi)的大國(guó)，但國(guó)內(nèi)工業(yè)界的技術(shù)水平、特別是設(shè)計(jì)水平相當(dāng)落后。前言

嵌入式開(kāi)發(fā)的新要求：能夠使用工具縮短嵌入式產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)周期；能夠自行規(guī)劃、選型、設(shè)計(jì)、并組織開(kāi)發(fā)一個(gè)擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的嵌入式新產(chǎn)品。第一章嵌入式系統(tǒng)概論核心內(nèi)容無(wú)所不在的嵌入式系統(tǒng)

嵌入式系統(tǒng)定義嵌入式系統(tǒng)的特征嵌入式系統(tǒng)的分類(lèi)嵌入式系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)嵌入式應(yīng)用開(kāi)發(fā)1.1無(wú)所不在的嵌入式系統(tǒng)比爾.蓋茨曾經(jīng)預(yù)言：隨著后PC時(shí)代的到來(lái)，PC將無(wú)處不在。嵌入式PC科學(xué)家的共識(shí)計(jì)算機(jī)將變得小巧玲瓏，藏身在任何地方,又消失在所有地方；功能強(qiáng)大,無(wú)影無(wú)蹤。計(jì)算機(jī)變得無(wú)處不在：例如在墻里、在手腕上、在手寫(xiě)紙上等等，隨用隨取、伸手可及。嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域典型系統(tǒng)：采樣控制系統(tǒng)

典型系統(tǒng)：飛行控制系統(tǒng)

典型系統(tǒng)：實(shí)時(shí)信號(hào)處理系統(tǒng)

典型應(yīng)用領(lǐng)域：信息家電

典型應(yīng)用領(lǐng)域：普適計(jì)算

*普適計(jì)算又稱(chēng)普存計(jì)算、普及計(jì)算（英文中叫做pervasivecomputing或者Ubiquitouscomputing）這一概念強(qiáng)調(diào)和環(huán)境融為一體的計(jì)算，而計(jì)算機(jī)本身則從人們的視線里消失。在普適計(jì)算的模式下，人們能夠在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)、以任何方式進(jìn)行信息的獲取與處理。典型應(yīng)用：車(chē)載綜合管理系統(tǒng)

小結(jié)嵌入式系統(tǒng)無(wú)處不在計(jì)算機(jī)與使用者的比率達(dá)到和超過(guò)100:1的階段95%以上都是嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)嵌入式應(yīng)用帶動(dòng)了產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展1.2嵌入式系統(tǒng)的定義

不同的定義方式及其起源計(jì)算機(jī)工業(yè)的分類(lèi)傳統(tǒng)的分類(lèi)大型計(jì)算機(jī)、中型機(jī)、小型機(jī)和微型機(jī)特殊分類(lèi)

PC新的分類(lèi)嵌入式計(jì)算機(jī)和通用計(jì)算機(jī)定義一：當(dāng)前國(guó)內(nèi)通用嵌入式系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心，以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，軟硬件可配置，對(duì)功能、可靠性、成本、體積、功耗有嚴(yán)格約束的專(zhuān)用系統(tǒng)。定義二：早期的定義

看不見(jiàn)的計(jì)算機(jī)，一般不能被用戶(hù)編程,它有一些專(zhuān)用的I/O設(shè)備,對(duì)用戶(hù)的接口是應(yīng)用專(zhuān)用的。定義三：IEEE定義

Deviceusedtocontrol，monitor，orassisttheoperationofequipment，machineryorplants定義四：跨行業(yè)

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)與各個(gè)行業(yè)的具體應(yīng)用相結(jié)合后的產(chǎn)物定義五：基于OS

由嵌入式微處理器、外圍硬件設(shè)備、嵌入式操作系統(tǒng)以及用戶(hù)的應(yīng)用程序等四個(gè)部分組成，用于實(shí)現(xiàn)對(duì)其他設(shè)備的控制、監(jiān)視、管理等功能定義六：廣義定義

作為某種技術(shù)過(guò)程的一核心處理環(huán)節(jié)，能直接與宿主環(huán)境接口或交互的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)例導(dǎo)彈控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)系統(tǒng)POSIX1003.b定義能夠在限定響應(yīng)時(shí)間內(nèi)提供所需水平服務(wù)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)（POSIX表示可移植操作系統(tǒng)接口）一般性定義一個(gè)實(shí)時(shí)系統(tǒng)是指計(jì)算的正確性不僅取決于程序的邏輯正確性，也取決于結(jié)果產(chǎn)生的時(shí)間：如果系統(tǒng)的時(shí)間約束條件得不到滿足，將會(huì)發(fā)生系統(tǒng)出錯(cuò)。特別注意實(shí)時(shí)并不等于快！它是一個(gè)相對(duì)的概念，確切定義應(yīng)該是“及時(shí)”，即在系統(tǒng)允許的時(shí)間范圍內(nèi)完成任務(wù)

從廣義概念上講，嵌入式系統(tǒng)都可以看成是一個(gè)實(shí)時(shí)系統(tǒng)。實(shí)時(shí)系統(tǒng)衡量指標(biāo)響應(yīng)時(shí)間吞吐量生存時(shí)間1.3嵌入式系統(tǒng)的特征

技術(shù)密集專(zhuān)用緊湊安全可靠多種多樣及時(shí)相應(yīng)成本敏感開(kāi)發(fā)困難不可壟斷其它技術(shù)密集

嵌入式系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)和行業(yè)技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。專(zhuān)用緊湊

嵌入式系統(tǒng)在體積、功耗、配置、處理能力、電磁兼容性等方面有明顯的應(yīng)用約束。安全可靠可靠性要求極高網(wǎng)絡(luò)信息安全防危安全多種多樣嵌入式處理器種類(lèi)繁多外設(shè)隨應(yīng)用領(lǐng)域變化操作系統(tǒng)五花八門(mén)嵌入式開(kāi)發(fā)工具不一嵌入式系統(tǒng)實(shí)時(shí)性多樣化應(yīng)用領(lǐng)域廣泛及時(shí)響應(yīng)

嵌入式系統(tǒng)需要實(shí)時(shí)性保障，能夠盡可能快地對(duì)外部技術(shù)過(guò)程的請(qǐng)求發(fā)出響應(yīng)，及時(shí)完成。成本敏感

嵌入式產(chǎn)品每一批次的產(chǎn)品數(shù)量大，單位成本對(duì)產(chǎn)品的市場(chǎng)前景和利潤(rùn)影響極大。開(kāi)發(fā)困難非壟斷

嵌入式系統(tǒng)是一個(gè)分散的工業(yè)。沒(méi)有哪一個(gè)系列的處理器和操作系統(tǒng)能夠壟斷全部市場(chǎng)。其他：確定性任務(wù)個(gè)數(shù)確定每個(gè)任務(wù)執(zhí)行時(shí)序確定每個(gè)任務(wù)所占資源等確定任務(wù)間通信延遲確定1.4嵌入式系統(tǒng)發(fā)展歷程1.5嵌入式系統(tǒng)的分類(lèi)

按處理器位數(shù)劃分

按應(yīng)用類(lèi)別劃分

按系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性劃分

按工業(yè)界應(yīng)用的復(fù)雜程度劃分按處理器位數(shù)劃分

按所采用的處理器位數(shù)，可以分為4位、8位、16位、32位和64位系統(tǒng)。按系統(tǒng)實(shí)時(shí)性劃分硬實(shí)時(shí)汽車(chē)的ABS和安全氣囊系統(tǒng)、飛行控制系統(tǒng)、核電控制系統(tǒng)軟實(shí)時(shí)電視信號(hào)、證券交易自適應(yīng)實(shí)時(shí)自動(dòng)調(diào)整滿足環(huán)境需要，保證性能級(jí)別按工業(yè)界應(yīng)用的復(fù)雜程度劃分簡(jiǎn)單單處理器系統(tǒng)可擴(kuò)展單處理器系統(tǒng)復(fù)雜嵌入式系統(tǒng)制造或過(guò)程控制中使用的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)1.6嵌入式系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)嵌入式硬件組成嵌入式軟件組成1.7嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求

功能實(shí)用、便于升級(jí)

并發(fā)處理、及時(shí)響應(yīng)

造型自然、結(jié)構(gòu)緊湊

接口方便、操作容易

穩(wěn)定可靠、維護(hù)簡(jiǎn)便

功耗管理、降低成本1.8嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)開(kāi)發(fā)過(guò)程（產(chǎn)品定義發(fā)布）設(shè)計(jì)方法編程測(cè)試嵌入式軟件的重用開(kāi)發(fā)平臺(tái)一、嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)過(guò)程二、嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

軟件設(shè)計(jì)

硬件設(shè)計(jì)

集成設(shè)計(jì)三、嵌入式編程四、嵌入式系統(tǒng)測(cè)試軟件功能的測(cè)試依賴(lài)于硬件。魯棒性測(cè)試、可用性測(cè)試難。測(cè)試用例、測(cè)試結(jié)果上載困難。測(cè)試線程、任務(wù)、子系統(tǒng)之間的交互、并發(fā)和容錯(cuò)能力難。嵌入式測(cè)試?yán)щy：常規(guī)測(cè)試之外，嵌入式系統(tǒng)測(cè)試還包括：

定期測(cè)試微處理器、存儲(chǔ)器、以及嵌入式程序占用的存儲(chǔ)空間。

外圍設(shè)備的測(cè)試。

電源測(cè)試。安全測(cè)試。

通信電纜測(cè)試。五、嵌入式軟件的重用遵循Moore定律，嵌入式軟件的規(guī)模和復(fù)雜性迅速增大。軟件多樣性迅速增加。開(kāi)發(fā)周期縮短，軟件的質(zhì)量需要保證。嵌入式軟件開(kāi)發(fā)面臨的問(wèn)題：嵌入式構(gòu)件六、嵌入式軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)為用戶(hù)開(kāi)發(fā)（包括需求分析、規(guī)格說(shuō)明、設(shè)計(jì)、編碼、測(cè)試、產(chǎn)品分配和維護(hù)等）嵌入式應(yīng)用程序而提供的高