嵌入式考試總結(jié)

嵌入式系統(tǒng)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)應(yīng)用：工業(yè)控制火控系統(tǒng)、飛行控制系統(tǒng)、測試儀器、醫(yī)療設(shè)備、游戲機(jī)應(yīng)用發(fā)展階段：無操作系統(tǒng)的嵌入算法階段、簡單監(jiān)控式的實(shí)時操作系統(tǒng)階段、通用的嵌入式網(wǎng)絡(luò)實(shí)時操作系統(tǒng)階段嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)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)展嵌入式系統(tǒng)特點(diǎn)：1面向特定應(yīng)用、2可裁減、3.處理器體系結(jié)構(gòu)和類型多樣化。4.大多都有實(shí)時操作系統(tǒng)。5一般有實(shí)時性要求。6資源比較少。7軟件固化在存儲器芯片中。8通常要求功耗小。9集成度高。10嵌入式系統(tǒng)本身不具備自舉開發(fā)能力嵌入式系統(tǒng)的組成：硬件平臺、板級支持包（BSP）、操作系統(tǒng)、應(yīng)用程序嵌入式系統(tǒng)硬件平臺：嵌入式處理器、存儲器件、外設(shè)接口嵌入式CPU的特點(diǎn)：1對實(shí)時多任務(wù)操作系統(tǒng)具有很強(qiáng)的支持能力。2具有功能很強(qiáng)的存儲區(qū)保護(hù)功能。3處理器結(jié)構(gòu)可擴(kuò)展。4低功耗。嵌入式CPU的分類：嵌入式微控制器（EMCU）、嵌入式微處理器（EMPU）、嵌入式DSP處理器（EDSP）、嵌入式片上系統(tǒng)（ESoC）MCU(MicroControllerUnit)MCU芯片內(nèi)集成了ROM/EEPOM、RAM、總線、總線邏輯、I/O等必要功能和外設(shè)。已有20多年的歷史。如51，98/96。與MPU比，單片化、體積小，功耗、成本低，可靠性高，能節(jié)省系統(tǒng)開支、降低出錯概率和減少高頻干擾適合控制系統(tǒng)。發(fā)展：內(nèi)核化（內(nèi)核+IP、內(nèi)核+FPGA、內(nèi)核+外圍模塊）、專用化（接口單片機(jī)、網(wǎng)絡(luò)單片機(jī)、射頻單片機(jī)、數(shù)采單片機(jī)、電力線載波…）DSP(DigitalSignalProcessor)專用于信號處理，采用哈佛體系結(jié)構(gòu)，指令系統(tǒng)特殊，具有較高的編譯效率和指令執(zhí)行速度。如數(shù)字濾波、快速傅立葉變換和離散余弦變換等DSP算法。MPU(MicroProcessorUnit)由CPU演變而來,32位以上。與通用CPU比，MPU只保留與應(yīng)用相關(guān)的功能和硬件，除去冗余的功能部分，實(shí)現(xiàn)最少的功耗和資源，滿足嵌入式需求。與工業(yè)控制計(jì)算機(jī)比，MPU體積小，重量輕，成本低，可靠性高。常見的嵌入式處理器核：ARM、MIPS、PowerPC、68K、x86SoC(SystemonChip)是嵌入式系統(tǒng)多種形式的統(tǒng)一歸宿SOC最大的特點(diǎn)，成功實(shí)現(xiàn)軟硬件無縫結(jié)合，直接在處理器芯片內(nèi)嵌入操作系統(tǒng)的代碼模塊。SOC具有極高的綜合性。由于絕大部分系統(tǒng)構(gòu)件都是在系統(tǒng)內(nèi)部，整個系統(tǒng)特別簡潔，不僅減少了功耗和體積，并且提高了可靠性，和設(shè)計(jì)效率。降低內(nèi)部工作電壓，減少芯片功耗；減少芯片引腳數(shù)目，簡化制造過程；簡化外圍驅(qū)動單元，優(yōu)化處理速度；優(yōu)化內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)，降低系統(tǒng)噪聲馮.諾伊曼結(jié)構(gòu)，也稱普林斯頓結(jié)構(gòu)、程序指令存儲器和數(shù)據(jù)存儲器合并在一起的存儲器結(jié)構(gòu)。程序指令存儲地址和數(shù)據(jù)存儲地址指向同一個存儲器的不同物理位置，因此程序指令和數(shù)據(jù)的寬度相同，如英特爾公司的8086中央處理器的程序指令和數(shù)據(jù)都是16位寬。哈佛結(jié)構(gòu):程序指令存儲和數(shù)據(jù)存儲分開的存儲器結(jié)構(gòu)。程序指令存儲和數(shù)據(jù)存儲分開，可以使指令和數(shù)據(jù)有不同的數(shù)據(jù)寬度，如Microchip公司的PIC16芯片的程序指令是14位寬度，而數(shù)據(jù)是8位寬度。中央處理器首先到程序指令存儲器中讀取程序指令內(nèi)容，解碼后得到數(shù)據(jù)地址，再到相應(yīng)的數(shù)據(jù)存儲器中讀取數(shù)據(jù)，并進(jìn)行下一步的操作（通常是執(zhí)行）。CISC：復(fù)雜指令集特點(diǎn)是指令數(shù)量龐大臃腫，具有大量的指令和尋址方式每個指令不管執(zhí)行頻度高低都處于同一個優(yōu)先級，程序員的編程工作相對容易。但它的致命弊端是執(zhí)行效率低下，處理器的晶體管被大量低效的指令所占據(jù)，資源利用率頗為低下。RISC：精簡指令集8/2原則：80%的程序只使用20%的指令大多數(shù)程序只使用少量的指令就能夠運(yùn)行。在通道中只包含最有用的指令確保數(shù)據(jù)通道快速執(zhí)行每一條指令使CPU硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)變得更為簡單嵌入式處理器采用RISC指令流水：執(zhí)行指令的過程：(1)取指令（Fetch）(2)譯碼（Decode）(3)取操作數(shù)（FetchOperant）(4)執(zhí)行指令（Execute）(5)寫回（WriteBack）采用指令流水線技術(shù)，提高處理器的執(zhí)行效率嵌入式處理器的技術(shù)指標(biāo)：1.功能：集成的存儲器、外設(shè)、接口等的種類和數(shù)量；2.字長：字長指數(shù)據(jù)總線位數(shù)；3.處理速度：4.尋址能力：尋址能力取決于地址總線的寬度；5.功耗：工作功耗、待機(jī)功耗等，功耗與頻率，功耗與電壓；6.溫度：民用、工業(yè)用、軍用、航天等級別。民用范圍為0℃～70℃嵌入式處理器的選擇：1、技術(shù)指標(biāo)原則：首要考慮功能，其次考慮對其他芯片的支持情況，再次考慮處理器的字長、尋址空間、主頻、功耗等；2、熟悉原則:降低開發(fā)風(fēng)險(xiǎn)和難度;3、成本原則：處理器成本和額外成本；4、支持工具原則：選擇合適的軟件開發(fā)工具；5、整體原則：全盤考慮處理器和其他部件或軟件的兼容和約束嵌入式處理器的發(fā)展方向：1、多核結(jié)構(gòu)：在一個處理器中集成兩個或多個完整的CPU核；提升處理器的并行性能。縮短核間的互連和通信延遲。多核結(jié)構(gòu)簡單，易于優(yōu)化設(shè)計(jì)。2、更低的功耗：功耗更小，工作方式：等待、暫停、休眠、空閑、節(jié)電等；3、更先進(jìn)的工藝和更小的封裝；4、更寬的工作電壓范圍：3.3～5.5V2.2～6V。最低工作電壓1.8V。ARM（AdvancedRISCMachines）公司是全球領(lǐng)先的16/32位RISC微處理器知識產(chǎn)權(quán)設(shè)計(jì)供應(yīng)商ARM優(yōu)點(diǎn)：全新設(shè)計(jì)的RISC結(jié)構(gòu)的32位處理器；因?yàn)槭侨碌脑O(shè)計(jì)，開始就是32位，沒有歷史遺留問題（比如x86）。所以，更便于對處理器結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化；價格低廉；ARM公司不生產(chǎn)芯片，專心研究處理器內(nèi)核的解決方案；低功耗ARM架構(gòu)：32位ALU31個；32位通用寄存器及6位狀態(tài)寄存器；32X8位乘法器；32X32位桶型移位寄存器；指令譯碼及控制邏輯；指令流水線；數(shù)據(jù)地址寄存器ARM的流水線結(jié)構(gòu)：一條指令的執(zhí)行可分成若干階段：（1）取指，從存儲器中取出指令（FETCH）（2）譯碼，指令譯碼（DEC）（3）取操作數(shù)，如從寄存器讀取（REG）（4）執(zhí)行計(jì)算（ALU）（5）存儲器訪問，操作數(shù)與存儲器有關(guān)（Mem）（6）結(jié)果寫回寄存器（RES）程序執(zhí)行時間：T(proc)=N(inst)*CPI/f(clk)T(proc)：程序執(zhí)行時間N(inst)：一個程序的指令CPI:執(zhí)行一條指令的平均周期f(clk):處理器的時鐘周期,減少程序執(zhí)行時間的關(guān)鍵是減少CPI流水線除了加深流水線的深度和加快時鐘頻率來提高流水線的效率和吞吐率外，還要解決：結(jié)構(gòu)相關(guān)：在流水線中重疊執(zhí)行的指令，產(chǎn)生資源沖突。ARM中采用I-Cache，D-Cache，ALU采用單獨(dú)加法器計(jì)算地址；數(shù)據(jù)相關(guān)：一條指令需要前面指令的執(zhí)行結(jié)果。定向技術(shù)（將ALU結(jié)果直接送到ALU輸入）、流水線互鎖（通過硬件檢測，暫停至定向技術(shù)可以解決）、編譯器優(yōu)化；控制相關(guān)：分支指令時。指令預(yù)測、計(jì)算分支轉(zhuǎn)移成功的PC值A(chǔ)RM存儲結(jié)構(gòu)：ARM架構(gòu)處理器的存儲器尋址空間有4GB；有的帶有I-CACHE和D-CACHE；片內(nèi)不帶RAM和ROM。系統(tǒng)需要的RAM、ROM（包括FLASH）都通過總線外接；由于存儲器尋址空間達(dá)4GB，有的片內(nèi)帶有MMU；允許外接 PCMCIA存儲器的分類：與CPU的聯(lián)系：主存：直接和CPU交換信息；輔存：不能直接和CPU交換信息。按存儲元件使用的材料：半導(dǎo)體存儲器(常作主存)；磁存儲器(磁帶,磁盤)；光存儲器(光盤)。(對半導(dǎo)體存儲器)按讀寫工作方式可分：RAM（隨機(jī)存儲器),ROM（只讀存儲器）存儲器技術(shù)指標(biāo)：1.存儲容量,2.存取速度3.易失性4.只讀性5.功耗6.可靠性7.價格存儲空間的組織：實(shí)際存儲器由多種類型和容量的存儲芯片組成。合理安排每個存儲芯片的地址范圍。存儲空間的組織問題實(shí)質(zhì)是地址譯碼電路的設(shè)計(jì)問題。地址譯碼的過程包括兩個步驟：先選中某個存儲芯片（稱為片選），其次選中片內(nèi)的某個單元（稱為片內(nèi)尋址）。片選過程：由譯碼電路對高位地址進(jìn)行譯碼后產(chǎn)生的片選信號；片內(nèi)尋址：由地址譯碼電路對低位地址進(jìn)行譯碼實(shí)現(xiàn)存儲單元尋址。常用的片選方法：線選法、全譯碼法、部分譯碼法和混合譯碼法等。RAM是一種可讀可寫的內(nèi)存，在上電的情況下才能保持在存儲器中。（1）存放當(dāng)前正在執(zhí)行的程序和數(shù)據(jù)。（2）存放I/O緩沖數(shù)據(jù)（3）作為中斷服務(wù)程序中保護(hù)現(xiàn)場信息的堆棧ROM分類：(1）掩膜型ROM：內(nèi)容在芯片生產(chǎn)出來之前指定。（2）PROM：一次性編程的只讀存儲器，OTP（OnceTimeProgram）。（3）EPROM：可以修改ROM中的數(shù)據(jù)，即重復(fù)燒錄。紫外線照射。4）E2PROM：斷電情況下保存數(shù)據(jù)，又能在應(yīng)用系統(tǒng)中在線修改Flash存儲器概述：Flash存儲器就是俗稱的閃存，它是一種非易失性存儲芯片，F(xiàn)lash存儲器具有高密度、低價格、非易失性、快速(讀取速度較快)及可用電擦除可編程等特點(diǎn)。Flash存儲器被廣泛應(yīng)用于各類移動存儲器卡、U盤、數(shù)碼相機(jī)記憶卡、記憶棒等。Flash存儲器分類：Flash存儲器主要有NORFlash存儲器和NANDFlash存儲器兩類。NORFlash：基于Intel公司所開發(fā)的架構(gòu)，可以隨機(jī)讀取任意單元的內(nèi)容，讀取速度較快。寫入和擦除的速度較低，以塊(Block)為單位進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀/寫。最大優(yōu)點(diǎn)是可以直接從Flash中運(yùn)行程序，缺點(diǎn)是工藝復(fù)雜，價格也比較貴。NANDFlash：基于東芝公司(Toshiba)所開發(fā)的結(jié)構(gòu)通過I/O指令的方式進(jìn)行讀取，因此需要通過驅(qū)動程序來讀取。存儲容量較大、成本較低，常用來制作記憶卡。存儲空間是按照塊和頁(Page)的概念來組織的。接口的功能：外設(shè)識別和尋址,速度匹配和緩沖,時序匹配,信息格式匹配和信息類型轉(zhuǎn)換等。接口的結(jié)構(gòu)：接口一般由數(shù)據(jù)存儲(緩沖)電路,控制命令邏輯電路,狀態(tài)設(shè)置和存儲電路構(gòu)成接口數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆绞剑?.程序查詢方式。2.中斷方式。3.DMA。接口設(shè)計(jì)的過程：接口設(shè)計(jì)首先在硬件上分析接口兩側(cè)情況.然后考慮CPU總線與I/O設(shè)備之間信號的轉(zhuǎn)換.合理選用I/O接口芯片.進(jìn)行硬件連接.最后進(jìn)行接口驅(qū)動程序分析與設(shè)計(jì)?？偩€：是各種信號線的集合，是嵌入式系統(tǒng)中各部件之間傳輸數(shù)據(jù)、地址和控制信息的公共通路.總線的主要參數(shù):總線帶寬、總線位寬、總線工作頻率等幾個.常用的總線:USB總線.I2C總線.DMA總線.SPI總線.I2S總線.CAN總線.RS232C/485總線.IEEE1394總線等電路:電路是由若干相互連接、相互作用的基本電子器件組成的具有特定功能的電子系統(tǒng)電路原理圖:描述元器件或芯片引腳的邏輯連接的圖紙，由元器件、連接、標(biāo)號等組成。印制電路板（PrintCircuitBoard，PCB）描述元器件或芯片引腳的物理連接的圖紙采用嵌入式操作系統(tǒng)的必要性：1提高系統(tǒng)的可靠性2提高開發(fā)效率，縮短開發(fā)周期3能充分發(fā)揮32位CPU的多任務(wù)潛力嵌入式操作系統(tǒng)的特點(diǎn)：具備一般操作系統(tǒng)的基本功能，如任務(wù)調(diào)度、同步機(jī)制、中斷處理和內(nèi)存管理等外，還有以下特點(diǎn)：(1)可拆裝性(2)支持實(shí)時性(3)統(tǒng)一的接口(4)操作方便簡單(5)提供強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)功能(6)強(qiáng)穩(wěn)定性、弱交互性(7)固化代碼(8)更好的硬件適應(yīng)性實(shí)時系統(tǒng)主要衡量指標(biāo)：響應(yīng)時間（ResponseTime)控制應(yīng)用中最重要；生存時間(SurvivalTime)在此時間內(nèi)數(shù)據(jù)有效；吞吐量（Throughout)一定時間內(nèi)系統(tǒng)可以處理事件的總數(shù)實(shí)時操作系統(tǒng)的分類：一.速度分，強(qiáng)實(shí)時系統(tǒng)、一般實(shí)時系統(tǒng)、弱實(shí)時系統(tǒng).二.確定性分，硬實(shí)時系統(tǒng)、軟實(shí)時系統(tǒng).三.軟件結(jié)構(gòu)分，1、單線程程序（1）循環(huán)輪詢：特點(diǎn)：對簡單系統(tǒng)易于實(shí)現(xiàn)、沒有中斷，不會出現(xiàn)隨機(jī)性問題、應(yīng)用領(lǐng)域有限、對大量I/O服務(wù)的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)困難、大的程序不便調(diào)試，適合慢速系統(tǒng)(2)有限狀態(tài)機(jī)：特點(diǎn)：小系統(tǒng)易于實(shí)現(xiàn)、可以執(zhí)行快速、只通過輸出功能改變機(jī)器的響應(yīng)、應(yīng)用領(lǐng)域有限、不能保證確定性、大系統(tǒng)難于調(diào)試。（3）事件驅(qū)動系統(tǒng)，事件驅(qū)動系統(tǒng)是能對外部時間直接響應(yīng)的系統(tǒng)。包括前后臺、實(shí)時多任務(wù)、多處理器。是RTOS的主要形式。四.開放性分1、商用系統(tǒng)：特點(diǎn)：充分滿足了模塊化設(shè)計(jì)的要求，可把程序按照模塊化的要求自然分解成若干獨(dú)立的任務(wù)。啟動監(jiān)控任務(wù)程序，提高了系統(tǒng)的可靠性。良好的開發(fā)工具，提高了開發(fā)效率。特殊設(shè)計(jì)，避免系統(tǒng)崩潰。產(chǎn)品不斷升級。2、專用系統(tǒng)，一些專業(yè)廠家為本公司產(chǎn)品特制的OS，不提供應(yīng)用開發(fā)者使用。如CISCO的網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品的EPOC等。特點(diǎn)：操作系統(tǒng)功能較弱。針對性強(qiáng)、安全性高3、開放系統(tǒng)，如：各類嵌入式LINUX（RTLINU、μCLINUX）、μC/OS等。特點(diǎn)：源碼公開、功能簡單、技術(shù)支持差、系統(tǒng)穩(wěn)定性差、對開發(fā)者要求高。典型的RTOS包括：1、RTOS基本內(nèi)核：RTOS基礎(chǔ)和核心。包括任務(wù)管理、中斷管理、基本的通信管理和內(nèi)存管理。其中對外設(shè)的管理只提供中斷管理，不提供具體的操作。2、擴(kuò)展內(nèi)核：方便用戶使用的擴(kuò)展，建立在基本內(nèi)核上。如GUI、TCP/IP、瀏覽器、電源管理、文件管理3、設(shè)備驅(qū)動接口：在內(nèi)核和IO間，定義軟硬件的界線，方便RTOS移植和升級。有的統(tǒng)一于RTOS基本內(nèi)核。4、APIRTOS與通用操作系統(tǒng)的（GPOS）比較：基本設(shè)計(jì)原則：GPOS盡量縮短系統(tǒng)的平均響應(yīng)時間并提高系統(tǒng)的吞吐率，在單位時間內(nèi)為盡可能多的用戶請求提供服務(wù)。RTOS：采用各種算法和策略，始終保證系統(tǒng)行為的可預(yù)測性(predictability)，即在系統(tǒng)運(yùn)行的任何時刻，在任何情況下，實(shí)時操作系統(tǒng)的資源調(diào)配策略都能為爭奪資源(包括CPU、內(nèi)存、網(wǎng)絡(luò)帶寬等)的多個實(shí)時任務(wù)合理地分配資源，使每個實(shí)時任務(wù)的實(shí)時性要求都能得到滿足。與通用操作系統(tǒng)不同，實(shí)時操作系統(tǒng)注重的不是系統(tǒng)的平均表現(xiàn)，而是要求每個實(shí)時任務(wù)在最壞情況下都要滿足其實(shí)時性要求.任務(wù)調(diào)度策略：GPOS：基于優(yōu)先級的搶先式調(diào)度策略，對于優(yōu)先級相同的進(jìn)程則采用時間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度方式，用戶進(jìn)程可以通過系統(tǒng)調(diào)用動態(tài)地調(diào)整自己的優(yōu)先級，操作系統(tǒng)也可根據(jù)情況調(diào)整某些進(jìn)程的優(yōu)先級。RTOS：采用固定優(yōu)先級搶先式調(diào)度方式，進(jìn)程的優(yōu)先級是固定不變的，并且該優(yōu)先級是在運(yùn)行前通過某種優(yōu)先級分配策略來指定的。內(nèi)存管理：GPOS：虛存管理機(jī)制RTOS：在原有虛存管理機(jī)制的基礎(chǔ)上增加頁面鎖。得到了虛存管理機(jī)制為軟件開發(fā)帶來的好處，又提高了系統(tǒng)的可預(yù)測性。缺點(diǎn)是由于TLB等機(jī)制的設(shè)計(jì)也是按照注重平均表現(xiàn)的原則進(jìn)行的，因此系統(tǒng)的可預(yù)測性并不能完全得到保障，采用靜態(tài)內(nèi)存劃分的方式，為每個實(shí)時任務(wù)劃分固定的內(nèi)存區(qū)域。這種方式的優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)具有較好的可預(yù)測性，缺點(diǎn)是靈活性不夠好。中斷處理GPOS：中斷處理程序的優(yōu)先級被設(shè)定為高于任何用戶進(jìn)程。RTOS：一種是除時鐘中斷外，屏蔽所有其它中斷，中斷處理程序變?yōu)橹芷谛缘妮喸儾僮?，這些操作由核心態(tài)的設(shè)備驅(qū)動程序或由用戶態(tài)的設(shè)備支持庫來完成。優(yōu)點(diǎn)：充分保證了系統(tǒng)的可預(yù)測性。缺點(diǎn)：對環(huán)境變化的響應(yīng)可能不如上述中斷處理方式快，另外輪詢操作在一定程度上降低了CPU的有效利用率。另一種是對于采用輪詢方式無法滿足需求的外部事件，采用中斷方式，其它時間仍然采用輪詢方式。此時中斷處理程序與所以其它任務(wù)一樣擁有優(yōu)先級，調(diào)度器根據(jù)優(yōu)先級對處于就緒態(tài)的任務(wù)和中斷處理程序統(tǒng)一進(jìn)行處理器調(diào)度。這種方式使外部事件的響應(yīng)速度加快，并避免了上述中斷方式帶來第二個問題，但第一個問題仍然存在。共享資源的互斥訪問GPOS：采用信號量機(jī)制來解決共享資源的互斥訪問RTOS：對傳統(tǒng)的信號量機(jī)制進(jìn)行了一些擴(kuò)展，引入了如優(yōu)先級繼承協(xié)議、優(yōu)先級頂置協(xié)議以及StackResourcePolicy等機(jī)制，較好地解決了優(yōu)先級倒置的問題。系統(tǒng)調(diào)用以及系統(tǒng)內(nèi)部操作的時間開銷進(jìn)程通過系統(tǒng)調(diào)用得到操作系統(tǒng)提供的服務(wù)，操作系統(tǒng)通過內(nèi)部操作（如上下文切換等）來完成一些內(nèi)部管理工作。為保證系統(tǒng)的可預(yù)測性，實(shí)時操作系統(tǒng)中的所有系統(tǒng)調(diào)用以及系統(tǒng)內(nèi)部操作的時間開銷都應(yīng)是有界的，并且該界限是一個具體的量化數(shù)值。而在通用操作系統(tǒng)中對這些時間開銷則未做如此限制系統(tǒng)的可重入性在通用操作系統(tǒng)中，核心態(tài)系統(tǒng)調(diào)用往往是不可重入的，當(dāng)一低優(yōu)先級任務(wù)調(diào)用核心態(tài)系統(tǒng)調(diào)用時，在該時間段內(nèi)到達(dá)的高優(yōu)先級任務(wù)必須等到低優(yōu)先級的系統(tǒng)調(diào)用完成才能獲得CPU，這就降低了系統(tǒng)的可預(yù)測性。因此，實(shí)時操作系統(tǒng)中的核心態(tài)系統(tǒng)調(diào)用往往設(shè)計(jì)為可重入的。輔助工具實(shí)時操作系統(tǒng)額外提供了一些輔助工具，如實(shí)時任務(wù)在最壞情況下的執(zhí)行時間估算工具、系統(tǒng)的實(shí)時性驗(yàn)證工具等，可幫助工程師進(jìn)行系統(tǒng)的實(shí)時性驗(yàn)證工作。操作系統(tǒng)的移植：嵌入式操作系統(tǒng)還有一個特點(diǎn)是，針對不同的平臺，系統(tǒng)不是直接可用的，一般需要經(jīng)過針對專門平臺的移植操作系統(tǒng)才能正常工作。嵌入式操作系統(tǒng)移植的目的是指使操作系統(tǒng)能在某個微處理器或微控制器上運(yùn)行操作系統(tǒng)的移植大體可以分為三個層次：結(jié)構(gòu)層次的移植。如果待移植處理器的結(jié)構(gòu)不同于任何已經(jīng)支持的處理器結(jié)構(gòu)。平臺層次的移植。如果待移植處理器是某種操作系統(tǒng)已支持體系的處理器。板級移植。如果所用處理器已被操作系統(tǒng)支持，就只需要板級移植了。包括驅(qū)動程序的編寫和環(huán)境變量設(shè)置等內(nèi)容等WindowsCE系統(tǒng)架構(gòu)：WindowsCE屬于比較典型的微內(nèi)核操作系統(tǒng)。在內(nèi)核中僅僅實(shí)現(xiàn)進(jìn)程、線程、調(diào)度及內(nèi)存管理等最基本的模塊，而把圖形系統(tǒng)、文件系統(tǒng)及設(shè)備驅(qū)動程序等等都作為單獨(dú)的用戶進(jìn)程來實(shí)現(xiàn)WinCE系統(tǒng)包括四層結(jié)構(gòu)：應(yīng)用程序、WinCE內(nèi)核映像、板級支持包（BSP）、硬件平臺。BSP(BoardSupportPacket——板級支持包)是介于底層硬件和上層軟件之間的底層軟件開發(fā)包，它主要的功能是給上層提供統(tǒng)一接口，同時屏蔽各種硬件底層的差異，以及提供操作系統(tǒng)的驅(qū)動及硬件驅(qū)動。簡單的說，就是BSP包含了所有與硬件有關(guān)的代碼，為操作系統(tǒng)提供了硬件平臺無關(guān)性BSP組成：是一個包括啟動程序Bootloader、OEM適配層程序(OAL)、標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)板(SDB)和相關(guān)硬件設(shè)備的驅(qū)動程序和配置文件的軟件包。WinCEBSP組成：OEM改編層，Bootloader，設(shè)備驅(qū)動，配置文件WindowsCE開發(fā)環(huán)境搭建：1安裝ActiveSync4.5用于連接WindowsCE設(shè)備和安裝桌面Windows的PC機(jī)的工具2安裝VisualStudio2005開發(fā)套件3安裝VisualStudio2005SP14安裝目標(biāo)設(shè)備SDK：WindowsMobile6professionalSDK，WindowsMobile6professionalimage（CHS）嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)模式：嵌入式的開發(fā)與通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的開發(fā)的最大不同是嵌入式系統(tǒng)采用交叉開發(fā)的架構(gòu)。首先，利用主機(jī)系統(tǒng)上豐富的資源及良好的開發(fā)環(huán)境開發(fā)和仿真調(diào)試目標(biāo)系統(tǒng)上的軟件。然后通過接口將交叉編譯的目標(biāo)代碼傳輸?shù)侥繕?biāo)系統(tǒng)上，并用交叉調(diào)試器在監(jiān)控程序或?qū)崟r內(nèi)核/操作系統(tǒng)的支持下進(jìn)行實(shí)時分析和調(diào)度。最后，目標(biāo)系統(tǒng)在特定的環(huán)境下運(yùn)行嵌入式系統(tǒng)交叉開發(fā)環(huán)境：指用于嵌入式軟件開發(fā)的所有工具軟件的集合，一般包括文本編輯器，交叉編譯器，交叉調(diào)試器，仿真器，下載器等，由宿主機(jī)和目標(biāo)機(jī)組成，宿主機(jī)與目標(biāo)機(jī)之間在物理連接的基礎(chǔ)上建立起邏輯連接。嵌入式開發(fā)環(huán)境的建立：1根據(jù)目標(biāo)系統(tǒng)的處理器體系結(jié)構(gòu)選擇合適的工具和仿真器2根據(jù)目標(biāo)系統(tǒng)上的接口資源，選擇合適的開發(fā)主機(jī)和目標(biāo)系統(tǒng)的聯(lián)系方式3選擇合適的開發(fā)主機(jī)操作系統(tǒng)（WINDOWS，LINUX）4在目標(biāo)機(jī)和主機(jī)系統(tǒng)安裝相應(yīng)開發(fā)工具，建立開發(fā)環(huán)境5嵌入式軟件開發(fā)工具根據(jù)不同的階段分類：需求分析工具，軟件設(shè)計(jì)工具，編碼調(diào)試工具，測試工具，配置管理工具、維護(hù)工具等。嵌入式軟件開發(fā)工具根據(jù)嵌入式軟件開發(fā)分類：與嵌入式QS相關(guān)的開發(fā)工具，用于開發(fā)：基于嵌入式OS的應(yīng)用，部分驅(qū)動程序等；與嵌入式QS無關(guān)的開發(fā)工具，用于開發(fā)：基本的驅(qū)動程序，輔助硬件調(diào)試程序，系統(tǒng)軟件等交叉調(diào)試器：調(diào)試程序和被調(diào)試程序運(yùn)行在不同機(jī)器上的調(diào)試器。調(diào)試器通過某種方式能控制目標(biāo)機(jī)上被調(diào)試程序的運(yùn)行方式。通過調(diào)試器能查看和修改目標(biāo)機(jī)上的內(nèi)存、寄存器以及被調(diào)試程序中的變量等。典型的交叉調(diào)試器方法：CrashandBurn，ROMMoniter。ROMEmulator，InCircuitEmulator，OnChipDebuggingROMMoniter：ROMMonitor是被固化且運(yùn)行在目標(biāo)機(jī)上的一段程序，負(fù)責(zé)監(jiān)控目標(biāo)機(jī)上被調(diào)試程序的運(yùn)行，與宿主機(jī)端的調(diào)試器一起完成對應(yīng)用程序的調(diào)試。調(diào)試器與ROMMonitor之間的通信遵循遠(yuǎn)程調(diào)試協(xié)議。ROMMonitor能配合調(diào)試器完成：程序映像下載；對目標(biāo)機(jī)系統(tǒng)內(nèi)存的讀寫；對寄存器的讀寫；設(shè)置和清除不同類型的斷點(diǎn)；單步執(zhí)行指令；復(fù)位系統(tǒng)等調(diào)試功能調(diào)試過程（1）啟動目標(biāo)機(jī)，監(jiān)控器掌握對目標(biāo)機(jī)的控制，等待和調(diào)試器建立連接；（2）啟動調(diào)試器，并和監(jiān)控器建立起通信連接；（3）使用調(diào)試器將應(yīng)用程序下載到目標(biāo)機(jī)上的RAM空間中；（4）使用調(diào)試器進(jìn)行調(diào)試，發(fā)出各種調(diào)試命令，監(jiān)控器解釋并執(zhí)行這些命令，通過目標(biāo)機(jī)上的各種異常來獲取對目標(biāo)機(jī)的控制，將命令執(zhí)行結(jié)果回傳給調(diào)試器；（5）如果程序有問題，在調(diào)試器的幫助下定位錯誤；修改之后再重新編譯鏈接并下載程序，開始新的調(diào)試，如此反復(fù)直至程序正確運(yùn)行為止。ROMEmulator：ROMEmulator是一種用于替代目標(biāo)機(jī)上的ROM芯片的設(shè)備，即ROM仿真器。利用這種設(shè)備，目標(biāo)機(jī)可以沒有ROM芯片，但目標(biāo)機(jī)的CPU可以讀取ROMEmulator設(shè)備上ROM芯片的內(nèi)容：ROMEmulator設(shè)備上的ROM芯片的地址可以實(shí)時地映射到目標(biāo)機(jī)的ROM地址空間，從而仿真（Emulation）目標(biāo)機(jī)的ROM。ICE（In-CircuitEmulator）是一種用于替代目標(biāo)機(jī)上CPU的設(shè)備，即在線仿真器。它比一般的CPU有更多的引出線，能夠?qū)?nèi)部的信號輸出到被控制的目標(biāo)機(jī)。ICE上的Memory也可以被映射到用戶的程序空間，這樣即使目標(biāo)機(jī)不存在的情形下也可以進(jìn)行代碼的調(diào)試。連接ICE和目標(biāo)機(jī)時，一般是將目標(biāo)機(jī)的CPU取下，而將ICE的CPU引出線接到目標(biāo)機(jī)的CPU插槽。用ICE進(jìn)行調(diào)試時，在Host端運(yùn)行的調(diào)試器通過ICE來控制目標(biāo)機(jī)上運(yùn)行的程序。適用于：調(diào)試實(shí)時的應(yīng)用系統(tǒng)；調(diào)試設(shè)備驅(qū)動程序；對硬件進(jìn)行功能和性能的測試；實(shí)時性能分析OCD（OnChipDebugging）是CPU芯片提供的一種調(diào)試功能（片上調(diào)試），可以認(rèn)為是一種廉價的ICE功能：OCD的價格只有ICE的20%，但提供了ICE80%的功能。調(diào)試方法：1) 將CPU的模式分為一般模式和調(diào)試模式2) 一般模式下，CPU從內(nèi)存讀取指令執(zhí)行3) 調(diào)試模式下，CPU首先從調(diào)試端口讀取指令，通過調(diào)試端口可以控制CPU進(jìn)入和退出調(diào)試模式；Host端的調(diào)試器可以直接向目標(biāo)機(jī)發(fā)送要執(zhí)行的指令，讀寫目標(biāo)機(jī)的內(nèi)存和各種寄存器，控制目標(biāo)程序的運(yùn)行以及完成各種復(fù)雜的調(diào)試功能。軟件仿真器調(diào)試的特點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn):最大好處就是可以不用真正的目標(biāo)機(jī)，可以在目標(biāo)機(jī)環(huán)境并不存在的條件下開發(fā)目標(biāo)機(jī)上的應(yīng)用系統(tǒng)，并且在調(diào)試時可以利用Host資源提供更詳細(xì)的錯誤診斷信息。缺點(diǎn):和實(shí)際的運(yùn)行環(huán)境差別很大；設(shè)備模擬的局限性較大；實(shí)時特性較差；對Host的資源要求較高。適用范圍：對時間特性沒有嚴(yán)格要求、沒有特殊外設(shè)、只需要驗(yàn)證邏輯正確的應(yīng)用程序嵌入式軟件測試工具：能夠用來輔助測試的工具，主要用來支持測試人員的工作。一般有內(nèi)存分析工具，性能分析工具，覆蓋分析工具，缺陷跟蹤工具等。軟硬件分開設(shè)計(jì)存在問題:缺少統(tǒng)一的軟硬件表示方法;劃分依靠先驗(yàn)定義;不能夠驗(yàn)證整個系統(tǒng);通過HW/SW邊界時很難發(fā)現(xiàn)不兼容問題;缺少成熟的設(shè)計(jì)流程;上市時間問題;描述更改變得困難軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)定義：軟硬件共同設(shè)計(jì)目的是為硬件和軟件的協(xié)同描述,驗(yàn)證和綜合提供一種集成環(huán)境軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)的基本需求：統(tǒng)一的軟硬件描述方式；交互式軟硬件劃分技術(shù)；完整的軟硬件模型基礎(chǔ)；正確的驗(yàn)證方法軟件硬件協(xié)同設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)流程：用HDL語言和C語言進(jìn)行系統(tǒng)描述并進(jìn)行模擬仿真和系統(tǒng)功能驗(yàn)證;對軟硬件實(shí)現(xiàn)進(jìn)行功能劃分,分別用語言進(jìn)行設(shè)計(jì)并將其綜合起來進(jìn)行功能驗(yàn)證和性能預(yù)測等仿真確認(rèn)(協(xié)調(diào)模擬仿真);如無問題則進(jìn)行軟件和硬件詳細(xì)設(shè)計(jì);最后系統(tǒng)測試軟件硬件協(xié)同設(shè)計(jì)的特點(diǎn)：縮短開發(fā)周期；取得更好的設(shè)計(jì)效果；滿足苛刻的設(shè)計(jì)限制；這種平臺的推出將不僅包含芯片本身，還必須包含完整的開發(fā)系統(tǒng)和典型應(yīng)用實(shí)例，而供應(yīng)商提供的服務(wù)和技術(shù)支持也當(dāng)然要成為產(chǎn)品不可分割的一部分缺點(diǎn)：典型的手動劃分（manualPartition）；固定應(yīng)用領(lǐng)域(carefullyveryspecialized)；逐漸增長的評估需求支持很弱(noabstractmodels)；主要強(qiáng)調(diào)性能；模型的連貫性在設(shè)計(jì)重用中不被支持；商業(yè)系統(tǒng)更強(qiáng)調(diào)協(xié)同驗(yàn)證(co-verification)方面(moreachievablegoal)嵌入式系統(tǒng)典型的接口（RS232\RS484