嵌入式實習目的及報告范文

嵌入式實習目標及匯報范文

一、嵌入式概述：

伴隨信息化技術發(fā)展和數(shù)字化產(chǎn)品普及，以計算機技

術、芯片技術和軟件技術為關鍵嵌入式系統(tǒng)再度成為當前研究和應用熱點，通信、計算機、消費電子技術(3C)合一趨勢正在逐步形成，無所不在網(wǎng)絡和無所不在計算(everythingconnecting,everywherecomputing)正在將人類帶入一個嶄新信息社會。

二、實習目標

學習和了解了嵌入式在生活中主要作用和發(fā)展過程，熟練掌握ARM硬件體系結構,熟悉linux下嵌入式編程流程，積累自己軟件編寫經(jīng)驗，能夠參加并實現(xiàn)一個真實和完整嵌入式項目，為今后學習和將從事技術工作打下堅實基礎

三、實習任務

第一階段Linux操作和編程基礎

主要介紹Linux基本命令和基礎編程知識，包含Linux

文件操作和目錄操作命令，VI編輯器，GCC編譯器，GDB調試器和Make項目管理工具等知識。

第二階段嵌入式C語言編程基礎

主要介紹在嵌入式開發(fā)編程中C語言主要概念和編程技巧中重點難點，以復習串講和實例分析形式，重點介紹包含函數(shù)與程序結構，指針、數(shù)組和鏈表，庫函數(shù)使用等知識。

第三階段Linux上C強化編程訓練

主要包含整數(shù)算法訓練，遞歸和棧編程訓練，位操作訓練，指針訓練，字符串訓練和慣用C庫函數(shù)編程接口實踐，強化學員對Linux下基本編程開發(fā)了解和編碼調試能力。

第四階段Linux環(huán)境高級編程及項目開發(fā)編程實踐

主要包含系統(tǒng)編程(信號/系統(tǒng)調用/管道/FIFO/消息隊列/共享內存等)，文件I/O編程(文件描述符/文件讀寫接口/原子操作/阻塞與非阻塞IO等，多任務和多線程編程(進程標識/用戶標識/fork與vfork/多線程概念/線程同時等)，網(wǎng)絡編程(網(wǎng)絡基本概念/套接口編程/網(wǎng)絡字節(jié)次序/Client/Server結構/UDP編程);掌握Linux下Socket編程開發(fā)流程，熟悉網(wǎng)絡編程調用接口函數(shù)和相關數(shù)據(jù)結構，使學員初步具備在Linux上進行系統(tǒng)編程開發(fā)能力。同時綜合之前所學內容和編程技術，以小組為單位進行一個團體合作項目標開發(fā)，考評內容包含文件I/O編程，多線程編程，網(wǎng)絡編程和項目文檔編寫。

第五階段嵌入式處理器體系結構及編程實踐

主要介紹ARM體系結構及其基本編程知識，包含指令分類，尋址方式、指令集、存放系統(tǒng)、異常中止處理、匯編語言以及C\C++和匯編語言混合編程等知識。同時結合ARM嵌入式開發(fā)板硬件設計原理和基本硬件設計流程，分析各種外設工作原理和驅動機制，并自己動手實踐完成一個ARM開發(fā)板上編程大作業(yè)。

第六階段嵌入式Linux開發(fā)基礎及高級應用

主要介紹嵌入式Linux開發(fā)應用程序基本流程和知識，包含嵌入式Linux基本概念和開發(fā)流程、Bootloader工作原理、內核淘汰配置和交叉編譯、根文件系統(tǒng)制作、網(wǎng)絡編程以及圖形界面和數(shù)據(jù)庫開發(fā)等知識。同時獨立完成一個基于嵌入式LinuxGUI應用編程大作業(yè)。

第七階段嵌入式Linux驅動理論及驅動程序開發(fā)實踐

主要介紹嵌入式Linux上驅動程序開發(fā)規(guī)范，包含設備驅動程序概念、字符設備驅動程序、塊設備與網(wǎng)絡設備、網(wǎng)卡驅動以及慣用嵌入式設備驅動開發(fā)等知識。同時獨立實現(xiàn)兩種嵌入式設備驅動程序編寫，包含驅動模塊調試和加載以及完整項目開發(fā)文檔編寫。

第八階段嵌入式Linux項目團體開發(fā)實踐鍛煉

主要包含設計并實現(xiàn)一個真實和完整嵌入式項目標開發(fā)流程，包括到數(shù)據(jù)采集、網(wǎng)絡通訊、圖形用戶界面顯示以及嵌入式數(shù)據(jù)庫存放系統(tǒng)等多個嵌入式Linux編程技術。要求學員建立起團體開發(fā)和協(xié)同工作企業(yè)項目開發(fā)模式概念和流程，強化學員對編寫項目概要設計文檔和詳細設計文檔了解，為就業(yè)前職業(yè)技能和素質訓練做好充分準備。

四、實習內容

1.嵌入式歷史與現(xiàn)實狀況

即使嵌入式系統(tǒng)是近幾年才開始真正風靡起來，但實際上嵌入式這個概念卻很早就已經(jīng)存在了，從上個世紀70年代單片機出現(xiàn)到今天各種嵌入式微處理器、微控制器廣泛應用，嵌入式系統(tǒng)少說也有了近30年歷史?？v觀嵌入式系統(tǒng)發(fā)展歷程，大致經(jīng)歷了以下四個階段：

無操作系統(tǒng)階段

嵌入式系統(tǒng)最初應用是基于單片機，大多以可編程控制器形式出現(xiàn)，具備監(jiān)測、伺服、設備指示等功效，通常應用于各類工業(yè)控制和飛機、導彈等武器裝備中，通常沒有操作系統(tǒng)支持，只能經(jīng)過匯編語言對系統(tǒng)進行直接控制，運行結束后再去除內存。這些裝置即使已經(jīng)初步具備了嵌入式應用特點，但僅僅只是使用8位CPU芯片來執(zhí)行一些單線程程序，所以嚴格地說還談不上系統(tǒng)概念。

這一階段嵌入式系統(tǒng)主要特點是：系統(tǒng)結構和功效相對單一，處理效率較低，存放容量較小，幾乎沒有用戶接口。因為這種嵌入式系統(tǒng)使用簡便、價格低廉，因而曾經(jīng)在工業(yè)控制領域中得到了非常廣泛應用，但卻無法滿足現(xiàn)今對執(zhí)行效率、存放容量都有較高要求信息家電等場所需要。

簡單操作系統(tǒng)階段

20世紀80年代，伴隨微電子工藝水平提升，IC制造商開始把嵌入式應用中所需要微處理器、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設計微控制器，并一舉成為嵌入式系統(tǒng)領域中異軍突起新秀。與此同時，嵌入式系統(tǒng)程序員也開始基于一些簡單操作系統(tǒng)開發(fā)嵌入式應用軟件，大大縮短了開發(fā)周期、提升了開發(fā)效率。這一階段嵌入式系統(tǒng)主要特點是：出現(xiàn)了大量高可靠、低功耗嵌入式CPU(如PowerPC等)，各種簡單嵌入式操作系統(tǒng)開始出現(xiàn)并得到快速發(fā)展。此時嵌入式操作系統(tǒng)即使還比較簡單，但已經(jīng)初步具備了一定兼容性和擴展性，內核精巧且效率高，主要用來控制系統(tǒng)負載以及監(jiān)控應用程序運行。

實時操作系統(tǒng)階段

20世紀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牽引下，嵌入式系統(tǒng)深入飛速發(fā)展，而面向實時信號處理算法DSP產(chǎn)品則向著高速度、高精度、低功耗方向發(fā)展。伴隨硬件實時性要求提升，嵌入式系統(tǒng)軟件規(guī)模也不停擴大，逐步形成了實時多任務操作系統(tǒng)(RTOS)，并開始成為嵌入式系統(tǒng)主流。

這一階段嵌入式系統(tǒng)主要特點是：操作系統(tǒng)實時性得到了很大改進，已經(jīng)能夠運行在各種不一樣類型微處理器上，具備高度模塊化和擴展性。此時嵌入式操作系統(tǒng)已經(jīng)具備了文件和目錄管理、設備管理、多任務、網(wǎng)絡、圖形用戶界面(GUI)等功效，并提供了大量應用程序接口(API)，從而使得應用軟件開發(fā)變得愈加簡單。

面向Internet階段

二十一世紀無疑將是一個網(wǎng)絡時代，將嵌入式系統(tǒng)應用到各種網(wǎng)絡環(huán)境中去呼聲自然也越來越高?，F(xiàn)在大多數(shù)嵌入式系統(tǒng)還孤立于Internet之外，伴隨Internet深入發(fā)展，以及

Internet技術與信息家電、工業(yè)控制技術等結合日益緊密，嵌入式設備與Internet結合才是嵌入式技術真正未來。

信息時代和數(shù)字時代到來，為嵌入式系統(tǒng)發(fā)展帶來了巨大機遇，同時也對嵌入式系統(tǒng)廠商提出了新挑戰(zhàn)?，F(xiàn)在，嵌入式技術與Internet技術結合正在推進著嵌入式技術飛速發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)研究和應用產(chǎn)生了以下新顯著改變：

1.新微處理器層出不窮，嵌入式操作系統(tǒng)本身結構設計愈加便于移植，能夠在短時間內支持更多微處理器。

2.嵌入式系統(tǒng)開發(fā)成了一項系統(tǒng)工程，開發(fā)廠商不但要提供嵌入式軟硬件系統(tǒng)本身，同時還要提供強大硬件開發(fā)工具和軟件支持包。

3.通用計算機上使用新技術、新觀念開始逐步移植到嵌入式系統(tǒng)中，如嵌入式數(shù)據(jù)庫、移動代理、實時CORBA等，嵌入式軟件平臺得到深入完善。

4.各類嵌入式Linux操作系統(tǒng)快速發(fā)展，因為具備源代碼開放、系統(tǒng)內核小、執(zhí)行效率高、網(wǎng)絡結構完整等特點，很適合信息家電等嵌入式系統(tǒng)需要，現(xiàn)在已經(jīng)形成了能與WindowsCE、PalmOS等嵌入式操作系統(tǒng)進行有力競爭局面。

5.網(wǎng)絡化、信息化要求伴隨Internet技術成熟和帶寬提升而日益突出，以往功效單一設備如電話、手機、冰箱、微波

爐等功效不再單一，結構變得愈加復雜，網(wǎng)絡互聯(lián)成為必定趨勢。

6.精簡系統(tǒng)內核，優(yōu)化關鍵算法，降低功耗和軟硬件成本。

7.提供愈加友好多媒體人機交互界面。

2.體系結構

依照國際電氣和電子工程師協(xié)會(IEEE)定義，嵌入式系統(tǒng)是控制、監(jiān)視或者輔助設備、機器和車間運行裝置(devicesusedtocontrol,monitor,orassisttheoperationofequipment,machineryorplants)。通常而言，整個嵌入式系統(tǒng)體系結構能夠分成四個部分：嵌入式處理器、嵌入式外圍設備、嵌入式操作系統(tǒng)和嵌入式應用軟件。

嵌入式處理器

嵌入式系統(tǒng)關鍵是各種類型嵌入式處理器，嵌入式處理器與通用處理器最大不一樣點在于，嵌入式CPU大多工作在為特定用戶群所專門設計系統(tǒng)中，它將通用CPU中許多由板卡完成任務集成到芯片內部，從而有利于嵌入式系統(tǒng)在設計時趨于小型化，同時還具備很高效率和可靠性。

嵌入式處理器體系結構經(jīng)歷了從CISC(復雜指令集)至RISC(精簡指令集)和CompactRISC轉變，位數(shù)則由4位、8位、16位、32位逐步發(fā)展到64位。現(xiàn)在慣用嵌入式處理器可分為低端嵌入式微控制器(MicroControllerUnit，MCU)、中高端嵌入式微處理器(EmbeddedMicroProcessorUnit，EMPU)、用于計算機通信領域嵌入式DSP處理器(EmbeddedDigitalSignalProcessor，EDSP)和高度集成嵌入式片上系統(tǒng)(SystemOnChip，SOC)。

現(xiàn)在幾乎每個半導體制造商都生產(chǎn)嵌入式處理器，而且越來越多企業(yè)開始擁有自主處理器設計部門，據(jù)不完全統(tǒng)計，全世界嵌入式處理器已經(jīng)超出1000多個，流行體系結構有30多個系列，其中以ARM、PowerPC、MC68000、MIPS等使用得最為廣泛。

嵌入式外圍設備

在嵌入系統(tǒng)硬件系統(tǒng)中，除了中心控制部件(MCU、DSP、EMPU、SOC)以外，用于完成存放、通信、調試、顯示等輔助功效其余部件，實際上都能夠算作嵌入式外圍設備?，F(xiàn)在慣用嵌入式外圍設備按功效能夠分為存放設備、通信設備和顯示設備三類。

存放設備主要用于各類數(shù)據(jù)存放，慣用有靜態(tài)易失型

存放器(RAM、SRAM)、動態(tài)存放器(DRAM)和非易失型存放器(ROM、EPROM、EEPROM、FLASH)三種，其中FLASH憑借其可擦寫次數(shù)多、存放速度快、存放容量大、價格廉價等優(yōu)點，在嵌入式領域內得到了廣泛應用。

現(xiàn)在存在絕大多數(shù)通信設備都能夠直接在嵌入式系統(tǒng)中應用，包含RS-232接口(串行通信接口)、SPI(串行外圍設備接口)、IrDA(紅外線接口)、I2C(現(xiàn)場總線)、USB(通用串行總線接口)、Ethernet(以太網(wǎng)接口)等。

因為嵌入式應用場所特殊性，通常使用是陰極射線管

(CRT)、液晶顯示器(LCD)和觸摸板(TouchPanel)等外圍顯示設備。

嵌入式操作系統(tǒng)

為了使嵌入式系統(tǒng)開發(fā)愈加方便和快捷，需要有專門負責管理存放器分配、中止處理、任務調度等功效軟件模塊，這就是嵌入式操作系統(tǒng)。嵌入式操作系統(tǒng)是用來支持嵌入式應用系統(tǒng)軟件，是嵌入式系統(tǒng)極為主要組成部分，通常包含與硬件相關底層驅動程序、系統(tǒng)內核、設備驅動接口、通信協(xié)議、圖形用戶界面(GUI)等。嵌入式操作系統(tǒng)具備通用操作系統(tǒng)基本特點，如能夠有效管理復雜系統(tǒng)資源，能夠對硬件進行抽象，能夠提供庫函數(shù)、驅動程序、開發(fā)工具集等。但與通用操作系統(tǒng)相比較，嵌入式操作系統(tǒng)在系統(tǒng)實時性、硬件依賴性、軟件固化性以及應用專用性等方面，具備愈加鮮明特點。

嵌入式操作系統(tǒng)依照應用場所能夠分為兩大類：一類是面向消費電子產(chǎn)品非實時系統(tǒng)，這類設備包含個人數(shù)字助理

(PDA)、移動電話、機頂盒(STB)等;另一類則是面向控制、通信、醫(yī)療等領域實時操作系統(tǒng)，如WindRiver企業(yè)VxWorks、QNX系統(tǒng)軟件企業(yè)QNX等。實時系統(tǒng)(RealTimeSystem)是一個能夠在指定或者確定時間內完成系統(tǒng)功效，而且對外部和內部事件在同時或者異步時間內能做出及時響應系統(tǒng)。在實時系

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統(tǒng)中，操作正確性不但依賴于邏輯設計正確程度，而且與這些操作進行時間關于，也就是說，實時系統(tǒng)對邏輯和時序要求非常嚴格，假如邏輯和時序控制出現(xiàn)偏差將會產(chǎn)生嚴重后果。

實時系統(tǒng)主要經(jīng)過三個性能指標來衡量系統(tǒng)實時性，即

響應時間(ResponseTime)、生存時間(SurvivalTime)和吞吐量(Throughput)：

o響應時間是實時系統(tǒng)從識別出一個外部事件到做

出響應時間;

o生存時間是數(shù)據(jù)有效等候時間，數(shù)據(jù)只有在這段時間內才是有效;

o吞吐量是在給定時間內系統(tǒng)能夠處理事件

總數(shù)，吞吐量通常比平均響應時間倒數(shù)要小一點。

實時系統(tǒng)依照響應時間能夠分為弱實時系統(tǒng)、通常實時系統(tǒng)和強實時系統(tǒng)三種。弱實時系統(tǒng)在設計時宗旨是使各個任務運行得越快越好，但沒有嚴格限定某一任務必須在多長時間內完成，弱實時系統(tǒng)更多關注是程序運行結果正確是否，以及系統(tǒng)安全性能等其余方面，對任務執(zhí)行時間要求相對來講較為寬松，通常響應時間能夠是數(shù)十秒或者更長。通常實時系統(tǒng)是弱實時系統(tǒng)和強實時系統(tǒng)一個折衷，它響應時間能夠在秒數(shù)量級上，廣泛應用于消費電子設備中。強實時系統(tǒng)則要求各個任務不但要確保執(zhí)行過程和結果正確性，同時還要確保在限定時

間內完成任務，響應時間通常要求在毫秒甚至微秒數(shù)量級上，這對包括到醫(yī)療、安全、軍事軟硬件系統(tǒng)來說是至關主要。時限(deadline)是實時系統(tǒng)中一個主要概念，指是對任務截止時間要求，依照時限對系統(tǒng)性能影響程度，實時系統(tǒng)又能夠分為軟實時系統(tǒng)(softreal-time-s