《基于ARM9的嵌入式Linux系統(tǒng)開(kāi)發(fā)原理與實(shí)踐》課件第1章

第1章嵌入式系統(tǒng)概述1.1嵌入式系統(tǒng)1.2嵌入式操作系統(tǒng)1.3嵌入式Linux操作系統(tǒng)1.4嵌入式Linux開(kāi)發(fā)環(huán)境1.5嵌入式Linux系統(tǒng)開(kāi)發(fā)要點(diǎn)本章小結(jié)

1.1嵌?入?式?系?統(tǒng)

1.1.1嵌入式系統(tǒng)的定義

為了區(qū)別于原有的通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，就把嵌入到對(duì)象體系中，實(shí)現(xiàn)對(duì)對(duì)象體系智能化控制的計(jì)算機(jī)，稱做嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。1.1.2嵌入式系統(tǒng)組成

本書(shū)所指的嵌入式系統(tǒng)是嵌入式系統(tǒng)的高端應(yīng)用，其組成包括硬件和軟件兩大部分，其結(jié)構(gòu)如圖1-1所示。圖1-1嵌入式系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)

1.硬件層

硬件層由嵌入式處理器、存儲(chǔ)器系統(tǒng)、通用設(shè)備接口和I/O接口(如A/D、D/A、I/O等)組成。在一片嵌入式微處理器基礎(chǔ)上增加電源電路、時(shí)鐘電路和存儲(chǔ)器電路(ROM和SDRAM等)，就構(gòu)成了七個(gè)嵌入式核心控制模塊。其中，操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序都可以固化在ROM中。

2.中間層

中間層也稱為硬件抽象層或板極支持包，它把系統(tǒng)軟件與底層硬件部分隔離。板極支持包對(duì)上具有操作系統(tǒng)相關(guān)性，對(duì)下具有硬件相關(guān)性。設(shè)計(jì)一個(gè)完整的中間層需要完成兩部分工作：

①嵌入式系統(tǒng)的初始化，它包括片級(jí)初始化、板級(jí)初始化和系統(tǒng)級(jí)初始化。

②設(shè)計(jì)硬件相關(guān)的設(shè)備驅(qū)動(dòng)。

3.軟件層

軟件層由實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)(RTOS)、文件系統(tǒng)、圖形用戶接口(GUI)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)及通用組件模塊組成。RTOS是嵌入式應(yīng)用軟件的基礎(chǔ)和開(kāi)發(fā)平臺(tái)；是一段嵌入式目標(biāo)代碼中的程序，系統(tǒng)復(fù)位后首先執(zhí)行，相當(dāng)于用戶的主程序，用戶的其他應(yīng)用程序都建立在RTOS之上；是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)核，它將CPU時(shí)鐘、中斷、I/O、定時(shí)器等資源都封裝起來(lái)，留給用戶的是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的API函數(shù)接口。

4.功能層與執(zhí)行裝置

功能層由基于RTOS開(kāi)發(fā)的應(yīng)用程序組成，用來(lái)完成對(duì)被控對(duì)象的控制功能。功能層是面向被控制對(duì)象和用戶的，為方便用戶操作，往往需要提供一個(gè)友好的人機(jī)界面。執(zhí)行裝置是指那些可以接受嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)發(fā)出控制命令，執(zhí)行所規(guī)定的操作或任務(wù)的設(shè)備和裝置。在不同應(yīng)用領(lǐng)域中，嵌入式系統(tǒng)的執(zhí)行裝置一般是不同的，應(yīng)該根據(jù)具體的應(yīng)用場(chǎng)合和系統(tǒng)所要求實(shí)現(xiàn)的功能選擇不同的設(shè)備和執(zhí)行裝置。1.1.3嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn)

從上述嵌入式系統(tǒng)定義、組成及與PC機(jī)的比較可看出嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用有如下一些特點(diǎn)：

1.專用性強(qiáng)

2.實(shí)時(shí)性好

3.可裁剪性好

4.可靠性高

5.功耗低

1.1.4嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用

嵌入式技術(shù)是后PC時(shí)代技術(shù)的春天，應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，主要有以下幾方面。

1.工業(yè)控制

2.交通管理

3.信息家電

4.家庭智能管理系統(tǒng)

5.?POS網(wǎng)絡(luò)及電子商務(wù)

6.環(huán)境工程與自然

7.機(jī)器人

1.2嵌入式操作系統(tǒng)

從上述嵌入式組成部分可以看出，嵌入式軟件的核心是嵌入式實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)，即RTOS(RealTimeOperationSystem)。圖1-2傳統(tǒng)編程圖1-3基于RTOS的編程1.2.1嵌入式操作系統(tǒng)分類

從嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用來(lái)分類，可以分為面向低端設(shè)備的嵌入式操作系統(tǒng)和面向高端設(shè)備的嵌入式操作系統(tǒng)。1.2.2當(dāng)前主流的嵌入式操作系統(tǒng)

1.?Linux

2.?μcos

3.?WindowsCE

4.?VxWorks

5.?QNX

1.3嵌入式Linux操作系統(tǒng)

1.3.1Linux簡(jiǎn)介

1.什么是Linux

Linux最初是專門(mén)為基于Intel處理器的個(gè)人計(jì)算機(jī)而設(shè)計(jì)的。Linux的前身是指由LinusTorvald維護(hù)開(kāi)發(fā)的開(kāi)放源代碼的類Unix操作系統(tǒng)的內(nèi)核。

2.Linux的主要特點(diǎn)

①開(kāi)放性：

②多用戶：

③多任務(wù)：

④良好的用戶界面：

⑤設(shè)備獨(dú)立性：

⑥豐富的網(wǎng)絡(luò)功能：

⑦可靠的安全系統(tǒng)：

⑧良好的可移植性：

3.?Linux的組成

①?Linux的內(nèi)核：

②?LinuxShell：

③?Linux文件系統(tǒng)：

④Linux應(yīng)用系統(tǒng)：

4.?Linux的內(nèi)核版本

Linux內(nèi)核采用雙樹(shù)結(jié)構(gòu)。一棵樹(shù)是穩(wěn)定樹(shù)，主要用于發(fā)行；另一棵樹(shù)是非穩(wěn)定樹(shù)或開(kāi)發(fā)樹(shù)，用于產(chǎn)品開(kāi)發(fā)、改進(jìn)。

5.?Linux的發(fā)行版本

雖然Linux只有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化的版本，但有好多個(gè)不同的

發(fā)行版本。Linux的發(fā)行版本就是將Linux核心與應(yīng)用軟件打包，如紅旗Linux、沖浪Linux、中軟Linux、RedHatLinux、MandrakeLinux、DebainLinux、TurboLinux。1.3.2嵌入式Linux操作系統(tǒng)

利用Linux搭建嵌入式操作系統(tǒng)是近年來(lái)最令人振奮的方案之一，Linux將來(lái)可能會(huì)成為嵌入式系統(tǒng)主流操作系統(tǒng)。嵌入式Linux是按照嵌入式操作系統(tǒng)的要求而設(shè)計(jì)的一種小型操作系統(tǒng)。由一個(gè)內(nèi)核及一些根據(jù)需要進(jìn)行定制的系統(tǒng)模塊組成。1.3.3嵌入式Linux操作系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)

(1)支持多種體系結(jié)構(gòu)。

(2)多任務(wù)，內(nèi)核穩(wěn)定，可定制，源代碼開(kāi)放。

(3)強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)支持功能。

(4)支持多文件系統(tǒng)。

(5)驅(qū)動(dòng)豐富，支持大量的外設(shè)。

(6)?Linux具備一整套工具鏈。

1.4嵌入式Linux開(kāi)發(fā)環(huán)境

由于嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn)，其硬件有很大的局限性，如處理器頻率很低；或者存儲(chǔ)空間很??；沒(méi)有鍵盤(pán)、鼠標(biāo)設(shè)備。這樣的硬件平臺(tái)無(wú)法勝任(或者不便于)龐大的嵌入式Linux系統(tǒng)開(kāi)發(fā)任務(wù)。因此，嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)者提出了交叉開(kāi)發(fā)環(huán)境模型。圖1-4交叉開(kāi)發(fā)環(huán)境模型圖1-5嵌入式Linux交叉開(kāi)發(fā)環(huán)境

1.5嵌入式Linux系統(tǒng)開(kāi)發(fā)要點(diǎn)

圖1-6是嵌入式Linux開(kāi)發(fā)流程圖。一般的開(kāi)發(fā)過(guò)程如下：

①設(shè)計(jì)目標(biāo)板；

②建立嵌入式Linux開(kāi)發(fā)環(huán)境；

③編寫(xiě)、調(diào)試Bootloader；

④編寫(xiě)、調(diào)試Linux內(nèi)核；

⑤編寫(xiě)、調(diào)試應(yīng)用程序；

⑥編寫(xiě)調(diào)試BSP。圖1-6嵌入式Linux開(kāi)發(fā)流程圖本章小結(jié)

本章主要介紹嵌入式系統(tǒng)