第1講嵌入式系統(tǒng)概述.

1、第1章 嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)1.1 1.1 嵌入式系統(tǒng)簡(jiǎn)介嵌入式系統(tǒng)簡(jiǎn)介1.2 1.2 嵌入式處理器嵌入式處理器1.3 1.3 嵌入式操作系統(tǒng)嵌入式操作系統(tǒng)第1章 嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)21.1 嵌入式系統(tǒng)簡(jiǎn)介嵌入式系統(tǒng)簡(jiǎn)介1.1.1 1.1.1 嵌入式系統(tǒng)的定義嵌入式系統(tǒng)的定義1.1.2 1.1.2 嵌入式系統(tǒng)的組成嵌入式系統(tǒng)的組成1.1.3 1.1.3 嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn)嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn)1.1.4 1.1.4 嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用1.1.5 1.1.5 嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展第1章 嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)3什么是嵌入式系統(tǒng)什么是嵌入式系統(tǒng)q根據(jù)根據(jù)IEEE（國(guó)際電氣和電子工程師協(xié)

2、會(huì)）的定國(guó)際電氣和電子工程師協(xié)會(huì)）的定義義：嵌入式系統(tǒng)是嵌入式系統(tǒng)是“用于控制、監(jiān)視或者輔助操用于控制、監(jiān)視或者輔助操作機(jī)器和設(shè)備的裝置作機(jī)器和設(shè)備的裝置”（原文為（原文為devices used to control, monitor, or assist the operation of equipment, machinery or plants）。）。第1章 嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)4簡(jiǎn)單地講簡(jiǎn)單地講嵌入性嵌入性：嵌入到對(duì)象體系中，有對(duì)象環(huán)境要求：嵌入到對(duì)象體系中，有對(duì)象環(huán)境要求專用性專用性：軟、硬件按對(duì)象要求裁減：軟、硬件按對(duì)象要求裁減計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)：實(shí)現(xiàn)對(duì)象的智能化功能：實(shí)現(xiàn)對(duì)象的智能化功

3、能q就是嵌入到對(duì)象中的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)就是嵌入到對(duì)象中的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)q三要素：三要素：嵌入、專用、計(jì)算機(jī)嵌入、專用、計(jì)算機(jī)q嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn)嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn): :由三要素引出由三要素引出第1章 嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)5廣義地說廣義地說q一個(gè)嵌入式系統(tǒng)就是一個(gè)具有特定功能或用途的一個(gè)嵌入式系統(tǒng)就是一個(gè)具有特定功能或用途的計(jì)算機(jī)軟硬件集合體。計(jì)算機(jī)軟硬件集合體。q即以應(yīng)用為中心、以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)、軟件硬即以應(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(duì)功能、可靠性、成本、件可裁剪、適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)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)體積、功耗嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)

4、。q嵌入式系統(tǒng)發(fā)展的最高形式嵌入式系統(tǒng)發(fā)展的最高形式片上系統(tǒng)（片上系統(tǒng)（SOCSOC） 第1章 嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)6嵌入式系統(tǒng)的組成嵌入式系統(tǒng)的組成 接口電路接口電路處理器系統(tǒng)電路處理器系統(tǒng)電路系統(tǒng)專用電路系統(tǒng)專用電路圖圖1.1 1.1 嵌入式系統(tǒng)的硬件組成嵌入式系統(tǒng)的硬件組成嵌入式系統(tǒng)硬件電路一般有嵌入式系統(tǒng)硬件電路一般有3 3個(gè)主要的組成部分：個(gè)主要的組成部分：第1章 嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)7 硬件。硬件。處理器；存儲(chǔ)器（處理器；存儲(chǔ)器（ROMROM、RAMRAM）；）；輸入輸出設(shè)備；其他部分輔助系統(tǒng)完成輸入輸出設(shè)備；其他部分輔助系統(tǒng)完成功能。功能。 應(yīng)用軟件應(yīng)用軟件 實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)

5、（Real-Time Real-Time Operating SystemOperating System，RTOSRTOS）。該系統(tǒng)用）。該系統(tǒng)用來管理應(yīng)用軟件，并提供一種機(jī)制，使來管理應(yīng)用軟件，并提供一種機(jī)制，使得處理器分時(shí)地執(zhí)行各個(gè)任務(wù)并完成一得處理器分時(shí)地執(zhí)行各個(gè)任務(wù)并完成一定的時(shí)限要求定的時(shí)限要求 。第1章 嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)8應(yīng)用領(lǐng)域應(yīng)用領(lǐng)域n社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展產(chǎn)生了一些新的需求，社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展產(chǎn)生了一些新的需求，同時(shí)促進(jìn)了嵌入式技術(shù)的廣泛應(yīng)用同時(shí)促進(jìn)了嵌入式技術(shù)的廣泛應(yīng)用n中國(guó)正在成為世界制造大國(guó)，在消費(fèi)中國(guó)正在成為世界制造大國(guó)，在消費(fèi)電子、工業(yè)應(yīng)用、軍事國(guó)防、網(wǎng)絡(luò)設(shè)電子、工業(yè)應(yīng)用、

6、軍事國(guó)防、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等領(lǐng)域都有嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用備等領(lǐng)域都有嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用第1章 嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)9嵌入式技術(shù)刺激了許多新的應(yīng)用需求嵌入式技術(shù)刺激了許多新的應(yīng)用需求n嵌入式技術(shù)發(fā)展又在不斷刺激新的技術(shù)產(chǎn)生嵌入式技術(shù)發(fā)展又在不斷刺激新的技術(shù)產(chǎn)生 信息家電、醫(yī)療電子病歷、微小型智能武器信息家電、醫(yī)療電子病歷、微小型智能武器消費(fèi)電子消費(fèi)電子嵌入式應(yīng)用嵌入式應(yīng)用信息家電信息家電智能玩具智能玩具軍事電子軍事電子通信設(shè)備通信設(shè)備移動(dòng)存貯移動(dòng)存貯工控設(shè)備工控設(shè)備智能儀表智能儀表汽車電子汽車電子網(wǎng)絡(luò)設(shè)備網(wǎng)絡(luò)設(shè)備工業(yè)工業(yè)軍事國(guó)防軍事國(guó)防電子商務(wù)電子商務(wù)網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)第1章 嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)10工業(yè)控制、工業(yè)控制、

7、工業(yè)設(shè)備等機(jī)電產(chǎn)品工業(yè)設(shè)備等機(jī)電產(chǎn)品n過去在工業(yè)過程控制、數(shù)字機(jī)床、電力系統(tǒng)、電過去在工業(yè)過程控制、數(shù)字機(jī)床、電力系統(tǒng)、電網(wǎng)安全、電網(wǎng)設(shè)備監(jiān)測(cè)、石油化工系統(tǒng)等方面，網(wǎng)安全、電網(wǎng)設(shè)備監(jiān)測(cè)、石油化工系統(tǒng)等方面，大部分低端型設(shè)備主要采用是位單片機(jī)。大部分低端型設(shè)備主要采用是位單片機(jī)。 q隨著技術(shù)發(fā)展，目前許多設(shè)備除了進(jìn)行實(shí)隨著技術(shù)發(fā)展，目前許多設(shè)備除了進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，還須將設(shè)備狀態(tài)，傳感器的信息時(shí)控制，還須將設(shè)備狀態(tài)，傳感器的信息等在顯示屏上實(shí)時(shí)顯示。等在顯示屏上實(shí)時(shí)顯示。第1章 嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)11n信息家電將成為嵌入式系統(tǒng)最大的應(yīng)用信息家電將成為嵌入式系統(tǒng)最大的應(yīng)用領(lǐng)域。領(lǐng)域。q只有按鈕、開關(guān)的

8、電器顯然已經(jīng)不能滿足只有按鈕、開關(guān)的電器顯然已經(jīng)不能滿足人們的日常需求。人們的日常需求。q具有用戶界面，能遠(yuǎn)程控制，智能管理的具有用戶界面，能遠(yuǎn)程控制，智能管理的電器是未來的發(fā)展趨勢(shì)，如冰箱、空調(diào)等電器是未來的發(fā)展趨勢(shì)，如冰箱、空調(diào)等的網(wǎng)絡(luò)化、智能化等。的網(wǎng)絡(luò)化、智能化等。信息家電信息家電智能家居智能家居第1章 嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)12辦公信息化辦公信息化第1章 嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)13消費(fèi)類電子消費(fèi)類電子智能玩具、手持通訊的核心智能玩具、手持通訊的核心第1章 嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)14交通管理、環(huán)境監(jiān)測(cè)交通管理、環(huán)境監(jiān)測(cè)n交通管理在車輛導(dǎo)航、流量控制、信息監(jiān)測(cè)與交通管理在車輛導(dǎo)航、流量控制、信息監(jiān)測(cè)

9、與汽車服務(wù)方面，目前汽車服務(wù)方面，目前GPSGPS設(shè)備已經(jīng)從尖端產(chǎn)品設(shè)備已經(jīng)從尖端產(chǎn)品進(jìn)入了普通百姓的家庭進(jìn)入了普通百姓的家庭q水文資料實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，防洪體系及水土質(zhì)量監(jiān)測(cè)、水文資料實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，防洪體系及水土質(zhì)量監(jiān)測(cè)、堤壩安全，地震監(jiān)測(cè)網(wǎng)，實(shí)時(shí)氣象信息網(wǎng)，水源堤壩安全，地震監(jiān)測(cè)網(wǎng)，實(shí)時(shí)氣象信息網(wǎng)，水源和空氣污染監(jiān)測(cè)。和空氣污染監(jiān)測(cè)。q加油站、停車場(chǎng)管理加油站、停車場(chǎng)管理第1章 嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)15嵌入式嵌入式InternetInternet應(yīng)用應(yīng)用第1章 嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)16航天領(lǐng)域航天領(lǐng)域第1章 嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)17未來嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)未來嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì) 聯(lián)網(wǎng)成為必然趨勢(shì)聯(lián)網(wǎng)成為必

10、然趨勢(shì) 小尺寸、微功耗和低成本小尺寸、微功耗和低成本 提供精巧的多媒體人機(jī)界面提供精巧的多媒體人機(jī)界面 “無所不在的智能無所不在的智能”（Ambient Ambient IntelligenceIntelligence，AmIAmI）第1章 嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)181.2 1.2 嵌入式處理器嵌入式處理器1.2.1 1.2.1 嵌入式系統(tǒng)的分類嵌入式系統(tǒng)的分類1.2.2 1.2.2 嵌入式處理器的分類嵌入式處理器的分類1.2.3 ARM 1.2.3 ARM 微處理器微處理器第1章 嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)19嵌入式系統(tǒng)的分類嵌入式系統(tǒng)的分類芯片級(jí)嵌入（含程序或算法的處理器）芯片級(jí)嵌入（含程序或算法的處

11、理器）模塊級(jí)嵌入（系統(tǒng)中的某個(gè)核心模塊）模塊級(jí)嵌入（系統(tǒng)中的某個(gè)核心模塊）系統(tǒng)級(jí)嵌入系統(tǒng)級(jí)嵌入非實(shí)時(shí)系統(tǒng)（非實(shí)時(shí)系統(tǒng)（PDAPDA）軟實(shí)時(shí)系統(tǒng)（消費(fèi)類產(chǎn)品）軟實(shí)時(shí)系統(tǒng)（消費(fèi)類產(chǎn)品）硬實(shí)時(shí)系統(tǒng)（工業(yè)和軍工系統(tǒng)）硬實(shí)時(shí)系統(tǒng)（工業(yè)和軍工系統(tǒng)）q按表現(xiàn)形式分（硬件范疇）按表現(xiàn)形式分（硬件范疇） ：q按實(shí)時(shí)性要求分（軟件范疇）按實(shí)時(shí)性要求分（軟件范疇） ：第1章 嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)201.2.2 嵌入式處理器的分類嵌入式處理器的分類q微控制器（微控制器（MCUMCU）q數(shù)字信號(hào)處理器（數(shù)字信號(hào)處理器（DSPDSP）q片上系統(tǒng)（片上系統(tǒng)（SOCSOC）與與 SOPCSOPCq微處理器（微處理器（MPUMP

12、U）第1章 嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)21MCU（Micro Control Unit)q嵌入式微控制器的典型代表是單片機(jī)，這嵌入式微控制器的典型代表是單片機(jī)，這種位的電子器件，目前在嵌入式設(shè)備中種位的電子器件，目前在嵌入式設(shè)備中仍然有著極其廣泛的應(yīng)用。仍然有著極其廣泛的應(yīng)用。q單片機(jī)芯片內(nèi)部集成單片機(jī)芯片內(nèi)部集成ROM/EPROMROM/EPROM、RAMRAM、總總線邏輯、定時(shí)線邏輯、定時(shí)/ /計(jì)數(shù)器、看門狗、計(jì)數(shù)器、看門狗、I/OI/O、串串行口、脈寬調(diào)制輸出、行口、脈寬調(diào)制輸出、A/DA/D、D/AD/A、FlashFlash、EEPROMEEPROM等各種必要功能和外設(shè)。等各種必要功能和外設(shè)

13、。第1章 嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)22MCUMCU處理能力非常有限處理能力非常有限qMCUMCU微控制器：微控制器： 總線寬度一般為總線寬度一般為4 4位、位、8 8位或位或1616位，處理速度有限，一般在幾位，處理速度有限，一般在幾個(gè)個(gè)MIPSMIPS，進(jìn)行一些復(fù)雜的應(yīng)用很進(jìn)行一些復(fù)雜的應(yīng)用很困難，運(yùn)行操作系統(tǒng)就更難。困難，運(yùn)行操作系統(tǒng)就更難。第1章 嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)23MPUq嵌入式微處理器（嵌入式微處理器（Micro Processor Unit)Micro Processor Unit)qMPUMPU嵌入式微處理器嵌入式微處理器最早最早由通用計(jì)算機(jī)中的由通用計(jì)算機(jī)中的CPUCPU演演變而來

14、的，變而來的，80386803868038780387q 與計(jì)算機(jī)處理器不同的是，在實(shí)際嵌入式應(yīng)用與計(jì)算機(jī)處理器不同的是，在實(shí)際嵌入式應(yīng)用中，只保留和嵌入式應(yīng)用緊密相關(guān)的功能硬件，中，只保留和嵌入式應(yīng)用緊密相關(guān)的功能硬件，去除其他的冗余功能部分，這樣就以最低的功耗去除其他的冗余功能部分，這樣就以最低的功耗和資源實(shí)現(xiàn)嵌入式應(yīng)用的特殊要求。和資源實(shí)現(xiàn)嵌入式應(yīng)用的特殊要求。q 目前，目前，MPU的代表是的代表是ARM系列處理器，如系列處理器，如ARM系列、系列、Cortex-M系列、系列、 Cortex-A系列系列第1章 嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)24DSPqDSPDSP處理器是專門用于信號(hào)處理方面的處理處

15、理器是專門用于信號(hào)處理方面的處理器，其在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和指令算法方面進(jìn)行了器，其在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和指令算法方面進(jìn)行了特殊設(shè)計(jì)，在數(shù)字濾波、特殊設(shè)計(jì)，在數(shù)字濾波、FFTFFT、頻譜分析等頻譜分析等各種儀器上各種儀器上DSPDSP獲得了大規(guī)模的應(yīng)用。獲得了大規(guī)模的應(yīng)用。qDSPDSP是運(yùn)算密集處理器，一般用在快速執(zhí)行是運(yùn)算密集處理器，一般用在快速執(zhí)行算法，做控制比較困難。為了追求高執(zhí)行算法，做控制比較困難。為了追求高執(zhí)行效率，不適合運(yùn)行操作系統(tǒng)，核心代碼使效率，不適合運(yùn)行操作系統(tǒng)，核心代碼使用匯編。用匯編。第1章 嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)25SOCqSOCSOC（片上系統(tǒng)）是片上系統(tǒng)）是ICIC設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢(shì)。采設(shè)

16、計(jì)的發(fā)展趨勢(shì)。采用用SOCSOC設(shè)計(jì)技術(shù)，可以大幅度地提高系統(tǒng)的設(shè)計(jì)技術(shù)，可以大幅度地提高系統(tǒng)的可靠性，減少系統(tǒng)的面積和功耗，降低系可靠性，減少系統(tǒng)的面積和功耗，降低系統(tǒng)成本，極大地提高系統(tǒng)的性能價(jià)格比。統(tǒng)成本，極大地提高系統(tǒng)的性能價(jià)格比。qSOCSOC芯片已經(jīng)成為提高移動(dòng)通信、網(wǎng)絡(luò)、信芯片已經(jīng)成為提高移動(dòng)通信、網(wǎng)絡(luò)、信息家電、高速計(jì)算、多媒體應(yīng)用及軍用電息家電、高速計(jì)算、多媒體應(yīng)用及軍用電子系統(tǒng)性能的核心器件。子系統(tǒng)性能的核心器件。第1章 嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)26SOPCFPGAq 用可編程邏輯技術(shù)把整個(gè)系統(tǒng)放到一塊硅用可編程邏輯技術(shù)把整個(gè)系統(tǒng)放到一塊硅片上，稱作片上，稱作SOPCSOPC。可

17、編程片上系統(tǒng)（可編程片上系統(tǒng)（SOPCSOPC）是一種特殊的嵌入式系統(tǒng)：是一種特殊的嵌入式系統(tǒng)：q首先它是片上系統(tǒng)（首先它是片上系統(tǒng)（SOCSOC），），即由單個(gè)芯片即由單個(gè)芯片完成整個(gè)系統(tǒng)的主要邏輯功能；完成整個(gè)系統(tǒng)的主要邏輯功能；q其次，它是可編程系統(tǒng)，具有靈活的設(shè)計(jì)其次，它是可編程系統(tǒng)，具有靈活的設(shè)計(jì)方式，可裁減、可擴(kuò)充、可升級(jí)，并具備方式，可裁減、可擴(kuò)充、可升級(jí)，并具備軟硬件在系統(tǒng)可編程的功能。軟硬件在系統(tǒng)可編程的功能。第1章 嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)271.2.3 ARM ARM 處理器處理器 q ARMARM（Advanced RISC MachinesAdvanced RISC Mac

18、hines），既），既可以認(rèn)為是一個(gè)公司的名字，也可以認(rèn)為可以認(rèn)為是一個(gè)公司的名字，也可以認(rèn)為是對(duì)一類微處理器的通稱，還可以認(rèn)為是是對(duì)一類微處理器的通稱，還可以認(rèn)為是一種技術(shù)的名字。一種技術(shù)的名字。q 19911991年年ARMARM公司成立于英國(guó)劍橋，主要公司成立于英國(guó)劍橋，主要出售芯片設(shè)計(jì)技術(shù)的授權(quán)。出售芯片設(shè)計(jì)技術(shù)的授權(quán)。第1章 嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)28ARM ARM 公司的公司的Chip lessChip less模式模式q 世界各大半導(dǎo)體生產(chǎn)商從世界各大半導(dǎo)體生產(chǎn)商從ARMARM公司購買其設(shè)計(jì)的公司購買其設(shè)計(jì)的ARMARM微處理器核，根據(jù)各自不同的應(yīng)用領(lǐng)域，加入微處理器核，根據(jù)各自不同

19、的應(yīng)用領(lǐng)域，加入適當(dāng)?shù)耐鈬娐?，從而形成自己的適當(dāng)?shù)耐鈬娐?，從而形成自己的ARMARM微處理器芯微處理器芯片進(jìn)入市場(chǎng)。片進(jìn)入市場(chǎng)。q 基于基于ARMARM技術(shù)的微處理器應(yīng)用約占據(jù)了技術(shù)的微處理器應(yīng)用約占據(jù)了3232位位RISCRISC微處理器微處理器7575以上的市場(chǎng)份額，以上的市場(chǎng)份額，ARMARM技術(shù)正在逐步技術(shù)正在逐步滲入到我們生活的各個(gè)方面。滲入到我們生活的各個(gè)方面。q 我國(guó)的中興集成電路、大唐電訊、中芯國(guó)際和我國(guó)的中興集成電路、大唐電訊、中芯國(guó)際和上海華虹，以及國(guó)外的一些公司如德州儀器、意法上海華虹，以及國(guó)外的一些公司如德州儀器、意法半導(dǎo)體、半導(dǎo)體、PhilipsPhilips、I

20、ntelIntel、SamsungSamsung等都推出了自等都推出了自己設(shè)計(jì)的基于己設(shè)計(jì)的基于ARMARM核的處理器。核的處理器。華為 麒麟 935n4個(gè)高主頻的A53e核心2.2GHz*4n4個(gè)低主頻的A53核心1.5G*4nA53即Cortex-A53，ARMv8 64/32-bit第1章 嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)29高通 驍龍810n4個(gè)高主頻的A57核心2GHz*4n4個(gè)低主頻的A53核心1.6G*4nCortex-A57/53，ARMv8-A第1章 嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)30ARMARM微處理器的特點(diǎn)微處理器的特點(diǎn)采用采用RISCRISC指令集指令集q 低功耗、低成本、高性能低功耗、低成本、

21、高性能使用大量的寄存器使用大量的寄存器ARM/THUMBARM/THUMB指令支持指令支持多級(jí)流水線多級(jí)流水線第1章 嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)311.3 1.3 嵌入式操作系統(tǒng)嵌入式操作系統(tǒng)1.3.1 1.3.1 操作系統(tǒng)的概念和分類操作系統(tǒng)的概念和分類1.3.2 Linux1.3.3 C/OS1.3.4 Windows CE第1章 嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)32操作系統(tǒng)的概念和分類操作系統(tǒng)的概念和分類操作系統(tǒng)（操作系統(tǒng)（OS，Operating System）:是隱藏底層是隱藏底層不同硬件的差異，向在其上運(yùn)行的應(yīng)用程序提供一個(gè)不同硬件的差異，向在其上運(yùn)行的應(yīng)用程序提供一個(gè)統(tǒng)一的統(tǒng)一的調(diào)用接口調(diào)用接口。操作

22、系統(tǒng)主要完成三項(xiàng)任務(wù)：操作系統(tǒng)主要完成三項(xiàng)任務(wù)：內(nèi)存管理、多任務(wù)管理內(nèi)存管理、多任務(wù)管理和外圍設(shè)備管理。和外圍設(shè)備管理。應(yīng)用應(yīng)用程序程序操作操作系統(tǒng)系統(tǒng)系統(tǒng)系統(tǒng)界面界面驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)程序程序硬件硬件硬件硬件第1章 嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)33嵌入式操作系統(tǒng)（嵌入式操作系統(tǒng)（Embedded Operating Embedded Operating SystemSystem）負(fù)責(zé)嵌入式系統(tǒng)的全部軟、硬件資源的分配、調(diào)度、負(fù)責(zé)嵌入式系統(tǒng)的全部軟、硬件資源的分配、調(diào)度、控制、協(xié)調(diào)；能夠通過加載控制、協(xié)調(diào)；能夠通過加載/ /卸載某些模塊來達(dá)到系統(tǒng)卸載某些模塊來達(dá)到系統(tǒng)所要求的功能。所要求的功能。EOSEOS具有以

23、下特點(diǎn)具有以下特點(diǎn): : 強(qiáng)穩(wěn)定性，弱交互性：具有很強(qiáng)的穩(wěn)定性；強(qiáng)穩(wěn)定性，弱交互性：具有很強(qiáng)的穩(wěn)定性； 較強(qiáng)的實(shí)時(shí)性：較強(qiáng)的實(shí)時(shí)性： 可伸縮性：開放、可伸縮性的體系結(jié)構(gòu)；可伸縮性：開放、可伸縮性的體系結(jié)構(gòu)； 外設(shè)接口的統(tǒng)一性：提供各種設(shè)備驅(qū)動(dòng)接口。外設(shè)接口的統(tǒng)一性：提供各種設(shè)備驅(qū)動(dòng)接口。第1章 嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)34 操作系統(tǒng)提供的系統(tǒng)服務(wù)供應(yīng)用操作系統(tǒng)提供的系統(tǒng)服務(wù)供應(yīng)用程序調(diào)用，包括：程序調(diào)用，包括： 文件系統(tǒng)文件系統(tǒng)、內(nèi)存分配內(nèi)存分配、I/OI/O存取存取服服務(wù)、務(wù)、中斷服務(wù)中斷服務(wù)、任務(wù)（任務(wù)（TaskTask）服務(wù)）服務(wù)、時(shí)間（時(shí)間（TimerTimer）服務(wù)）服務(wù)等，設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序等

24、，設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序（Device DriverDevice Driver）則是要建立在）則是要建立在I/OI/O存取和中斷服務(wù)上的。存取和中斷服務(wù)上的。 有些嵌入式操作系統(tǒng)也會(huì)提供多有些嵌入式操作系統(tǒng)也會(huì)提供多種種通信協(xié)議通信協(xié)議，以及，以及用戶接口函數(shù)庫用戶接口函數(shù)庫等。等。 第1章 嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)35 實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)（實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)（Real-Time Operating Real-Time Operating SystemSystem，RTOSRTOS），是指操作系統(tǒng)本身要能在一），是指操作系統(tǒng)本身要能在一個(gè)固定時(shí)限內(nèi)對(duì)程序調(diào)用（或外部事件）做出個(gè)固定時(shí)限內(nèi)對(duì)程序調(diào)用（或外部事件）做出正確的

25、反應(yīng)，亦即對(duì)時(shí)序與穩(wěn)定性的要求十分正確的反應(yīng)，亦即對(duì)時(shí)序與穩(wěn)定性的要求十分嚴(yán)格。嚴(yán)格。目前國(guó)際較為知名的有：目前國(guó)際較為知名的有：VxWorksVxWorks、NeutrinoRTOSNeutrinoRTOS、Nucleus PlusNucleus Plus、 OS/9OS/9、VRTXVRTX、LinuxOSLinuxOS，RTLinuxRTLinux、BlueCat RTBlueCat RT等。等。第1章 嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)36通用型操作系統(tǒng)：執(zhí)行性能與反應(yīng)速度比起通用型操作系統(tǒng)：執(zhí)行性能與反應(yīng)速度比起實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，相對(duì)沒有那么嚴(yán)格。實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，相對(duì)沒有那么嚴(yán)格。目前較知名的有：目前較知

26、名的有：Windows CE、Palm OS、TimeSys Linux/GPL、Blue Cat Linux等等 嵌入式操作系統(tǒng)的性能通常取決于核心程序，而嵌入式操作系統(tǒng)的性能通常取決于核心程序，而核心的工作主要在任務(wù)管理（核心的工作主要在任務(wù)管理（Task Management）、）、任務(wù)調(diào)度（任務(wù)調(diào)度（Task Scheduling）、進(jìn)程間的通信）、進(jìn)程間的通信（IPC）、內(nèi)存管理（）、內(nèi)存管理（Memory Management）。）。第1章 嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)37Linux 嵌入式嵌入式LinuxLinux具有適合于嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn)具有適合于嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn): : 內(nèi)核精簡(jiǎn)，高性能

27、、穩(wěn)定；內(nèi)核精簡(jiǎn)，高性能、穩(wěn)定； 良好的多任務(wù)支持；良好的多任務(wù)支持； 適用于不同的適用于不同的CPUCPU體系架構(gòu)：支持多種體系架體系架構(gòu)：支持多種體系架構(gòu)，如構(gòu)，如X86X86、ARMARM、MIPSMIPS、ALPHAALPHA、SPARCSPARC等；等； 可伸縮的結(jié)構(gòu)：可伸縮的結(jié)構(gòu)使可伸縮的結(jié)構(gòu)：可伸縮的結(jié)構(gòu)使LinuxLinux適合于適合于從簡(jiǎn)單到復(fù)雜的各種嵌入式應(yīng)用；從簡(jiǎn)單到復(fù)雜的各種嵌入式應(yīng)用； 外設(shè)接口統(tǒng)一：以設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的方式為應(yīng)用外設(shè)接口統(tǒng)一：以設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的方式為應(yīng)用提供統(tǒng)一的外設(shè)接口；提供統(tǒng)一的外設(shè)接口； 開放源碼，軟件資源豐富：廣泛的軟件開發(fā)者開放源碼，軟件資源豐富：廣泛的軟件開發(fā)者的支持，價(jià)格低廉，結(jié)構(gòu)靈活，適用面廣；的支持，價(jià)格低廉，結(jié)構(gòu)靈活，適用面廣； 完整的技術(shù)文檔，便于用戶的二次開發(fā)。完整的技術(shù)文檔，便于用戶的二次開發(fā)。第1章 嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)38 C/OS-C/OS- C/OS-C/OS-是是Jean J. LabrosseJean J. Labrosse在在19901990年前后編寫年前后編寫的一個(gè)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)內(nèi)核。的一個(gè)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)內(nèi)核。 C/OS-C/OS-只是一個(gè)基于優(yōu)先級(jí)調(diào)度的搶占式實(shí)時(shí)只是一個(gè)基于優(yōu)先級(jí)調(diào)度的搶占式實(shí)時(shí)內(nèi)核，其特點(diǎn)：內(nèi)核，其特點(diǎn)： 提供提供任務(wù)