嵌入式系統(tǒng)第1章緒論

1、1第一章 緒論鄒昕光哈爾濱工業(yè)大學(xué)自動(dòng)化測(cè)試與控制研究所2課程內(nèi)容1.1 嵌入式系統(tǒng)概述1.2 嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)過(guò)程1.3 嵌入式軟件系統(tǒng)案例31.1嵌入式系統(tǒng)概述嵌入式系統(tǒng)定義嵌入式系統(tǒng) ( Embedded Systems ) 是指以應(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、體積、功耗嚴(yán)格要求的專(zhuān)用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。是將應(yīng)用程序和操作系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)硬件集成在一起的系統(tǒng)4嵌入式設(shè)備消費(fèi)電子：手機(jī)、 PDA、機(jī)頂盒、微波爐大型設(shè)備：汽車(chē)、電梯、飛機(jī)、導(dǎo)彈通信設(shè)備：路由器、交換機(jī)、硬件防火墻其他設(shè)備：自動(dòng)售貨機(jī)、機(jī)器人51.1嵌入式系統(tǒng)概述嵌入式系統(tǒng)和實(shí)時(shí)系統(tǒng)區(qū)別【

2、誤解1】嵌入式系統(tǒng)是實(shí)時(shí)性系統(tǒng)。 【誤解2】實(shí)時(shí)系統(tǒng)處理速度很快。6實(shí)時(shí)系統(tǒng)在實(shí)時(shí)系統(tǒng)中，系統(tǒng)的正確性不僅依賴(lài)于計(jì)算的結(jié)果還依賴(lài)于結(jié)果產(chǎn)生的時(shí)間。【實(shí)例】導(dǎo)彈防御系統(tǒng)7嵌入式操作系統(tǒng)嵌入式操作系統(tǒng)定義負(fù)責(zé)對(duì)計(jì)算機(jī)硬件直接控制和管理；對(duì)應(yīng)用程序提供支持的系統(tǒng)軟件?，F(xiàn)代嵌入式操作系統(tǒng)主要功能任務(wù)管理任務(wù)間同步和通信內(nèi)存管理中斷管理8嵌入式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分層結(jié)構(gòu)91.2 嵌入式軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程嵌入式軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境10嵌入式軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境11嵌入式軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境交叉編譯編譯鏈接過(guò)程在宿主機(jī)上的開(kāi)發(fā)環(huán)境上執(zhí)行可執(zhí)行程序的運(yùn)行在目標(biāo)系統(tǒng)上執(zhí)行工具鏈 ToolChain編譯/鏈接工具集形成一套工具鏈條編譯的輸出是鏈接的輸入

3、，形成鏈狀結(jié)構(gòu)【問(wèn)題】為什么需要交叉編譯？12嵌入式軟件開(kāi)發(fā)模型連接式開(kāi)發(fā)環(huán)境可抽換存儲(chǔ)裝置開(kāi)發(fā)環(huán)境獨(dú)立式開(kāi)發(fā)環(huán)境13連接式開(kāi)發(fā)環(huán)境宿主機(jī)和目標(biāo)系統(tǒng)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)或串口連接14可抽換存儲(chǔ)裝置開(kāi)發(fā)環(huán)境宿主機(jī)通過(guò)可移動(dòng)存儲(chǔ)設(shè)備與目標(biāo)系統(tǒng)連接目標(biāo)系統(tǒng)包含基本引導(dǎo)加載程序，其他可執(zhí)行程序存放在移動(dòng)存儲(chǔ)設(shè)備上15獨(dú)立式開(kāi)發(fā)環(huán)境宿主機(jī)和目標(biāo)系統(tǒng)為一個(gè)設(shè)備161.3 嵌入式軟件系統(tǒng)案例數(shù)碼電子交警系統(tǒng)項(xiàng)目功能要求交通監(jiān)視與機(jī)動(dòng)車(chē)闖紅燈抓拍控制高分辨率數(shù)碼相機(jī)和地感線圈采集數(shù)據(jù)通過(guò)以太網(wǎng)或串行通信方式與指揮控制中心聯(lián)系性能要求系統(tǒng)工作安全可靠系統(tǒng)配置簡(jiǎn)單17系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)圖18系統(tǒng)設(shè)計(jì)前端路口車(chē)輛檢測(cè)及拍照與通信子系

4、統(tǒng) 控制管理中心子系統(tǒng)19現(xiàn)場(chǎng)子系統(tǒng)設(shè)計(jì)系統(tǒng)組成：嵌入式控制系統(tǒng)地感線圈檢測(cè)裝置高精度數(shù)碼相機(jī)相關(guān)通信附件20現(xiàn)場(chǎng)子系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作原理紅燈亮?xí)r檢測(cè)地感線圈信號(hào)變化捕捉違章車(chē)輛；控制數(shù)碼相機(jī)抓拍違章車(chē)輛。綠燈亮?xí)r相片轉(zhuǎn)存到控制系統(tǒng)的存儲(chǔ)器內(nèi)；并將照片傳輸?shù)竭h(yuǎn)端控制中心。21現(xiàn)場(chǎng)子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖22現(xiàn)場(chǎng)子系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)中采用多任務(wù)并發(fā)執(zhí)行的模式，需要嵌入式操作系統(tǒng)的支持任務(wù)定義計(jì)時(shí)任務(wù)：按照間隔時(shí)間產(chǎn)生各種信號(hào)違章監(jiān)測(cè)任務(wù)照片上傳任務(wù)系統(tǒng)配置任務(wù)系統(tǒng)監(jiān)控任務(wù)任務(wù)關(guān)系23主任務(wù)系統(tǒng)加電或重啟時(shí)該任務(wù)執(zhí)行；該任務(wù)執(zhí)行必要的初始化和檢測(cè)，并產(chǎn)生其他任務(wù)；執(zhí)行完相應(yīng)工作該任務(wù)退出。24計(jì)時(shí)任務(wù)系統(tǒng)計(jì)時(shí)，產(chǎn)生

5、違章監(jiān)測(cè)信號(hào)，照片上傳信號(hào)，系統(tǒng)監(jiān)控信號(hào)；每一秒鐘執(zhí)行一次；讀取配置文件，按照要求定時(shí)產(chǎn)生各種信號(hào)違章信號(hào)時(shí)間間隔照片上傳信號(hào)時(shí)間間隔系統(tǒng)監(jiān)控信號(hào)時(shí)間間隔優(yōu)先級(jí)最高 (1)25計(jì)時(shí)任務(wù)2627違章監(jiān)測(cè)任務(wù)【任務(wù)描述】控制相機(jī)對(duì)闖紅燈的車(chē)輛進(jìn)行拍照28照片上傳任務(wù)【任務(wù)描述】將數(shù)碼相機(jī)中的照片下載到嵌入式控制系統(tǒng)的存儲(chǔ)器中，并將照片傳送給遠(yuǎn)程系統(tǒng)。29系統(tǒng)監(jiān)控任務(wù)模塊描述 監(jiān)控自身以及通信對(duì)方是否工作正常。工作原理利用軟件或硬件看門(mén)狗來(lái)監(jiān)控自身是否正常工作，如果不正常，系統(tǒng)重啟。利用心跳機(jī)制監(jiān)控與遠(yuǎn)程系統(tǒng)通信是否正常工作，如果不正常，系統(tǒng)報(bào)警。30系統(tǒng)監(jiān)控任務(wù)看門(mén)狗機(jī)制CPUwatchdogRestIOOUTIN31系統(tǒng)監(jiān)控任務(wù)心跳機(jī)制Task1Task2How are you?Never better!32系統(tǒng)配置任務(wù)通信參數(shù)自動(dòng)配置現(xiàn)場(chǎng)子系統(tǒng)