北京航空航天大學-嵌入式系統(tǒng)課件

嵌入式系統(tǒng)

—基于32位微處理器與實時操作系統(tǒng)2006年春季北京航空航天大學計算機學院課程目的需要的根底知識先導課程計算機操作系統(tǒng)微機原理C＋＋語言需要了解的根底知識了解操作系統(tǒng)、單片機和微機原理的根本概念，能夠熟練使用C＋＋語言。學時分配課程屬性：專業(yè)根底課總學時數(shù)：48課內(nèi)學時：48講課學時數(shù)：30實驗學時數(shù)：18學分：3課程大綱〔約30學時〕課次學時形式內(nèi)容第2周3講課緒論第3周3講課嵌入式硬件基礎(chǔ)第4周3講課ARM微處理器體系結(jié)構(gòu)第5周3講課ARM指令集第6周3講課基于ARM的嵌入式硬件接口設(shè)計第8周3講課嵌入式硬件設(shè)計工具使用－－Cadence第10周3講課嵌入式操作系統(tǒng)概述第12周3講課嵌入式Linux第14周3講課嵌入式軟件開發(fā)方法概述第16周3講課嵌入式系統(tǒng)設(shè)計實例分析第19周2考試時間：周五晚8:00-11:00地點：4號樓315

專題實驗內(nèi)容〔18學時〕地點：2號樓機房〔上午9:00－12:00〕課次學時形式內(nèi)賓第7周3實驗實驗一：熟悉基本開發(fā)環(huán)境及軟硬件平臺C和ARM匯編程序混合設(shè)計（整數(shù)排序算法）第9周3實驗實驗二：嵌入式Linux程序設(shè)計（串口通信程序）第11周3實驗實驗三：嵌入式linux內(nèi)核第13周3實驗實驗四：嵌入式Linux圖形程序設(shè)計第15周3實驗實驗五：觸摸屏及LED驅(qū)動程序設(shè)計（大作業(yè)）第17周3實驗實驗六：觸摸屏及LED驅(qū)動程序設(shè)計（大作業(yè)）注：1、實驗1-6在實驗室統(tǒng)一講解輔導，要求在課內(nèi)18個學時內(nèi)完成開放式工程實驗〔約20學時〕地點：開放實驗室內(nèi)容：學生可以單獨或者合作〔最多3人〕開發(fā)一個簡單的嵌入式系統(tǒng)設(shè)備，可從下面的命題中選取，也可自己設(shè)計題目。MP3播放器MP4播放器基于Linux的PDA〔記事本、通訊錄、備忘錄等功能〕基于Linux的可視便攜式旅游信息終端簡單Email編輯、收發(fā)器〔具有RJ45和Wi-fi接口〕簡單游戲〔游戲桿控制〕大家能夠期望的收獲您的期望合理嗎？通過本門課程的學習，你將獲得以下知識：了解嵌入式軟件開發(fā)流程〔期望值：★〕學會使用實時操作系統(tǒng)，了解多任務〔期望值：★★〕掌握根本嵌入式硬件知識〔期望值：★★〕提高C語言編程能力〔期望值：★★★〕獨立或合作開發(fā)出嵌入式應用軟件〔期望值：★★★〕掌握嵌入式軟件編程〔期望值：★★★〕掌握硬件設(shè)計知識〔期望值：★★★★〕學會操作系統(tǒng)移植〔期望值：★★★★〕成為嵌入式系統(tǒng)設(shè)計高手〔期望值：★★★★★〕1.符意德編著.嵌入式系統(tǒng)設(shè)計原理與應用.北京：清華大學出版社，20042.孫玉芳等譯.嵌入式計算系統(tǒng)設(shè)計原理〔computersascomponents,principlesofembeddedcomputingsystemdesign,waynewolf〕.北京：機械工業(yè)出版社，2002參考教材考核方式平時作業(yè)和表現(xiàn)〔占20%〕+大作業(yè)〔占30%〕+筆試〔50%〕考核方式和評分標準1CHAPTER緒論主要內(nèi)容1324嵌入式系統(tǒng)簡介嵌入式處理器嵌入式操作系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)的典型應用5嵌入式系統(tǒng)的根本設(shè)計過程嵌入式系統(tǒng)簡介計算機系統(tǒng)的三大領(lǐng)域效勞器市場功能強利潤最大的市場可用性強可擴展性桌面市場最廣闊的市場嵌入式市場潛力最大的市場嵌入式系統(tǒng)簡介以往計算機分類：大型計算機、中型機、小型機和微計算機目前計算機分類：超級計算機，大型計算機、工作站、微計算機、亞微計算機亞微計算機(嵌入式計算機)是以嵌入式系統(tǒng)的形式隱藏在各種裝置、產(chǎn)品和系統(tǒng)中嵌入式系統(tǒng)簡介嵌入式系統(tǒng)簡介IEEE定義嵌入式系統(tǒng)是“用于控制、監(jiān)視或者輔助操作的機器、設(shè)備或裝置〞〔原文為devicesusedtocontrol,monitor,orassisttheoperationofequipment,machineryorplants〕。通常執(zhí)行特定功能嵌入式系統(tǒng)的核心----嵌入式微處理器嚴格的時序和穩(wěn)定性要求全自動操作循環(huán)嵌入式系統(tǒng)簡介微機學會定義嵌入式系統(tǒng)是以嵌入式應用為目的的計算機系統(tǒng)?？煞譃橄到y(tǒng)級、板級、片級系統(tǒng)級：各種類型的工控機、PC104模塊板級：各種類型的帶CPU的主板及OEM產(chǎn)品片級：各種以單片機、DSP、微處理器為核心的產(chǎn)品嵌入式系統(tǒng)簡介嵌入式系統(tǒng)簡介廣義上講，但凡帶有微處理器的專用軟硬件系統(tǒng)都可稱為嵌入式系統(tǒng)。如各類單片機和DSP系統(tǒng)。這些系統(tǒng)在完成較為單一的專業(yè)功能時具有簡潔高效的特點。但由于他們沒有操作系統(tǒng)，管理系統(tǒng)硬件核軟件的能力有限，在實現(xiàn)復雜多任務功能時，往往困難重重，甚至無法實現(xiàn)。從狹義上講，我們更加強調(diào)那些使用嵌入式微處理器構(gòu)成獨立系統(tǒng)，具有自己操作系統(tǒng)，具有特定功能，用于特定場合的嵌入式系統(tǒng)。本課程中的嵌入式系統(tǒng)是指狹義上的嵌入式系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)簡介開展歷史 嵌入式系統(tǒng)本身是一個相對模糊的定義。一個手持的MP3和一個PC104的微型工業(yè)控制計算機都可以認為是嵌入式系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)有了近30年的開展歷史，它是硬件和軟件交替開展的雙螺旋式開展。最早的單片機是Intel公司的8048，它出現(xiàn)在1976年Motorola同時推出了68HC05，Zilog公司推出了Z80系列，這些早期的單片機均含有256字節(jié)的RAM、4K的ROM、4個8位并口、1個全雙工串行口、兩個16位定時器。之后在80年代初，Intel又進一步完善了8048，在它的根底上研制成功了8051。1981年ReadySystem開發(fā)了世界上第1個商業(yè)嵌入式實時內(nèi)核〔VTRX32〕，包含了許多傳統(tǒng)操作系統(tǒng)的特征，包括任務管理、任務間通訊、同步與相互排斥、中斷支持、內(nèi)存管理等功能。隨后，出現(xiàn)了如IntegratedSystemIncorporation(ISI)的PSOS、IMG的VxWorks、QNX公司的QNX

等，PalmOS，WinCE，嵌入式Linux，Lynx，uCOS、Nucleux，以及國內(nèi)的Hopen、DeltaOS等嵌入式操作系統(tǒng)也相繼出現(xiàn)。嵌入式系統(tǒng)簡介嵌入式系統(tǒng)簡介嵌入式系統(tǒng)簡介典型的8位微處理系統(tǒng)MCS-51系列的單片機是低端嵌入式系統(tǒng)中用得最多的微處理器。嵌入式系統(tǒng)簡介典型的16位微處理系統(tǒng)MCS-96系列單片機和16位DSP芯片嵌入式系統(tǒng)簡介典型的32位微處理系統(tǒng)ARM系列是應用較廣泛的32位微處理器。實際上該系列的MCU芯片很多，但大都是已ARM微內(nèi)核為核心的。32位的DSP應用的也很廣泛。特點功耗限制嵌入式系統(tǒng)中，尤其是在用電池供電的嵌入式系統(tǒng)中，這是一個主要考慮的因素。大耗電量直接影響到硬件費用，并影響電源壽命以及帶來散熱問題。低本錢包含硬件本錢和軟件本錢。硬件本錢主要決定于所使用的微處理器、所需的內(nèi)存及相應的外圍芯片；軟件本錢通常難于預測，但一個好的設(shè)計方法有利于降低軟件本錢。多速率系統(tǒng)同時運行多個實時性任務，系統(tǒng)必須同時控制這些動作，但這些動作有些速度慢，有些速度快。環(huán)境相關(guān)性嵌入式系統(tǒng)不是獨立的，而是與其被嵌入的設(shè)備緊密相關(guān)聯(lián)。嵌入式系統(tǒng)簡介嵌入式系統(tǒng)簡介特點系統(tǒng)內(nèi)核小由于嵌入式系統(tǒng)一般是應用于小型電子裝置的，系統(tǒng)資源相對有限，所以內(nèi)核較之傳統(tǒng)的操作系統(tǒng)要小得多。比方ENEA公司的OSE實時OS，內(nèi)核只有5K，而Windows的內(nèi)核那么要大得多。專用性強嵌入式系統(tǒng)的個性化很強，其中的軟件系統(tǒng)和硬件的結(jié)合非常緊密，一般要針對硬件進行系統(tǒng)的移植。同時針對不同的任務，往往需要對系統(tǒng)進行較大更改，程序的編譯下載要和系統(tǒng)相結(jié)合，這種修改和通用軟件的“升級〞是完全不同的概念。嵌入式系統(tǒng)簡介特點不可壟斷性PC有WinTel壟斷嵌入式系統(tǒng)工業(yè)的根底是以應用為中心的“芯片〞設(shè)計和面向應用的軟件產(chǎn)品開發(fā)。產(chǎn)品相對穩(wěn)定性普通處理器18月嵌入式處理器8－10年嵌入式系統(tǒng)簡介實時性實時性的本質(zhì)是任務處理所化費時間的可預測性，即任務需要在規(guī)定的時限內(nèi)完成。任務執(zhí)行的時間可以根據(jù)系統(tǒng)的軟硬件的信息而進行確定性的預測。也就是說，如果硬件可以做這件工作，那么基于實時操作系統(tǒng)的軟件將可以確定性的做這件工作。實時系統(tǒng)實時系統(tǒng)的正確性依賴于運行結(jié)果的邏輯正確性和運行結(jié)果產(chǎn)生的時間正確性，即實時系統(tǒng)必須在規(guī)定的時間范圍內(nèi)正確地響應外部物理過程的變化。嵌入式系統(tǒng)≠實時系統(tǒng)有些嵌入式系統(tǒng)沒有實時性要求嵌入式系統(tǒng)簡介硬實時軟實時“軟〞意味著如果沒有滿足指定的時間約束并不會導致災難性的后果，而對于硬實時系統(tǒng)來說卻是災難性的從實踐上說，軟實時和硬實時之間的區(qū)別通?！搽[含的和錯誤的〕與系統(tǒng)的時間精度有關(guān)：由于這個原因，典型的，軟實時任務的調(diào)度精度必須大于千分之一秒，而硬實時任務為微秒級。嵌入式系統(tǒng)簡介實時頻譜圖嵌入式系統(tǒng)簡介市場2001年嵌入式系統(tǒng)國際會議年會JimTurley的報告中，統(tǒng)計得到PC的數(shù)量只占CPU總耗量的0.1%。據(jù)CCID2003年的數(shù)據(jù)顯示，2000年嵌入式軟件市場規(guī)模為70.33億元，2001年為95.43億元，2002年118.56億元，三年平均增長38.85%。2002年中國軟件市場為345.0億元，嵌入式軟件約占軟件總市場的34.37％。嵌入式系統(tǒng)簡介市場2004年，軟件統(tǒng)計數(shù)據(jù)為：套裝軟件共計478億元，為具有獨立產(chǎn)品形態(tài)的軟件。其中包括系統(tǒng)軟件89億元〔操作系統(tǒng)44.19億元、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)20.06億元、支撐軟件25.71億元〕、中間件軟件6.98億元、應用軟件304.53億元〔包括通用應用軟件〔平安軟件、辦公軟件、管理軟件、游戲軟件、教育軟件等〕與行業(yè)應用軟件〔金融、電信、政府等〕〕、嵌入式軟件〔673.62億元〕相關(guān)軟件效勞〔937.48億元〕：除生產(chǎn)產(chǎn)品化軟件之外的所有的軟件研發(fā)及相關(guān)活動，包括系統(tǒng)集成、軟件外包、咨詢、數(shù)據(jù)加工和處理等。嵌入式系統(tǒng)簡介處理器存儲器輸入接口操作系統(tǒng)(協(xié)議棧)應用程序軟件子系統(tǒng)硬件子系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)組成輸出接口外圍設(shè)備嵌入式系統(tǒng)的軟/硬件框架嵌入式系統(tǒng)簡介硬件子系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)簡介嵌入式外圍設(shè)備在嵌入式硬件系統(tǒng)中，除了嵌入式處理器之外的完成存儲、通信、I/O、調(diào)試等功能的其它部件。分類存儲器類型：靜態(tài)易失型存儲器(RAM/SRAM)，動態(tài)存儲器(DRAM)，非易失型存儲器(ROM、EPROM、EEPROM、FLASH)。其中，F(xiàn)LASH(閃存)以可擦寫次數(shù)多，存儲速度快，容量大及價格廉價等有點在嵌入式領(lǐng)域得到廣泛的應用。接口類型：目前存在的所有接口在嵌入式系統(tǒng)中都有其廣泛的應用，但是以下幾種接口的應用最為廣泛，包括RS-232接口(串口)、IrDA(紅外)、SPI(串行設(shè)備接口)、I2C、USB、Ethernet和普通并口。顯示類型：CRT、LCD和觸摸屏等外圍顯示設(shè)備。嵌入式系統(tǒng)簡介最小硬件系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)簡介嵌入式軟件子系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)與單片機、PC相比的優(yōu)勢采用32位RISC嵌入式微處理器和實時操作系統(tǒng)組成的嵌入式控制系統(tǒng)，與傳統(tǒng)基于單片機的控制系統(tǒng)和基于PC的控制方式相比，具有以下突出優(yōu)點：性能方面：采用32位RISC結(jié)構(gòu)微處理器，主頻從30MHz到624MHz以上，處理能力大大超出單片機系統(tǒng)，接近PC機的水平，但體積更小，能夠真正地“嵌入〞到設(shè)備中；實性性方面：嵌入式機控制器內(nèi)嵌實時操作系統(tǒng)〔RTOS〕，能夠完全保證控制系統(tǒng)的強實時性；人機交互方面：嵌入式控制器可支持大屏幕的液晶顯示器，提供功能強大的圖形用戶界面；輸入方法多種多樣；系統(tǒng)升級方面：嵌入式控制器可為控制系統(tǒng)專門設(shè)計，其功能專一，本錢較低，而且開放的用戶程序接口〔API〕保證了系統(tǒng)能夠快速升級和更新。主要內(nèi)容1324嵌入式系統(tǒng)簡介嵌入式處理器嵌入式操作系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)典型應用5嵌入式系統(tǒng)的根本設(shè)計過程嵌入式處理器分類微處理器(MicroprocessorUnit,MPU)

微控制器(MicrocontrollerUnit,MCU)

嵌入式DSP(EmbeddedDigitalSignalProcessor,EDSP)

片上系統(tǒng)(SystemOnChip)

嵌入式微處理器目前主要的嵌入式處理器類型有Am186/88、386EX、SC-400、PowerPC、68000、MIPS、ARM/StrongARM系列等嵌入式微處理器嵌入式微控制器又稱單片機，這種８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用。單片機芯片內(nèi)部集成ROM/EPROM、RAM、總線、總線邏輯、定時/計數(shù)器、看門狗、I/O、串行口、脈寬調(diào)制輸出、A/D、D/A、FlashRAM、EEPROM等各種必要功能和外設(shè)。代表性的通用系列包括8051、P51XA、MCS-251、MCS-96/196/296、C166/167、MC68HC05/11/12/16、68300等。另外還有許多半通用系列如：支持USB接口的MCU8XC930/931、C540、C541；支持I2C、CAN-Bus、LCD及眾多專用MCU和兼容系列。目前MCU占嵌入式系統(tǒng)約70％的市場份額。嵌入式微控制器微控制器的最大特點是單片化，體積大大減小，從而使功耗和本錢下降、可靠性提高。微控制器是目前嵌入式系統(tǒng)工業(yè)的主流。微控制器的片上外設(shè)資源一般比較豐富，適合于控制，因此稱為微控制器。嵌入式DSP處理器DSP處理器是專門用于信號處理方面的處理器，其在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和指令算法方面進行了特殊設(shè)計，在數(shù)字濾波、FFT、譜分析等各種儀器上DSP獲得了大規(guī)模的應用。DSP處理器對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和指令進行了特殊設(shè)計，使其適合于執(zhí)行DSP算法，編譯效率較高，指令執(zhí)行速度也較高。DSP的理論算法在70年代就已經(jīng)出現(xiàn)，但是由于專門的DSP處理器還未出現(xiàn)，所以這種理論算法只能通過MPU等由分立元件實現(xiàn)。1982年世界上誕生了首枚DSP芯片。在語音合成和編碼解碼器中得到了廣泛應用。DSP的運算速度進一步提高，應用領(lǐng)域也從上述范圍擴大到了通信和計算機方面。嵌入式DSP處理器嵌入式片上系統(tǒng)(SoC)SOC體系結(jié)構(gòu)ASICCoreMemoryEmbeddedProcessorCoreAnalogFunctionsCommunicationSensorInterface知識產(chǎn)權(quán)主要內(nèi)容1324嵌入式系統(tǒng)簡介嵌入式處理器嵌入式操作系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)典型應用5嵌入式系統(tǒng)的根本設(shè)計過程操作系統(tǒng)的開展嵌入式操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)操作系統(tǒng)分類微內(nèi)核〔micro-kernel〕單晶內(nèi)核〔monolithickernel〕混合內(nèi)核〔hybridkernel〕嵌入式操作系統(tǒng)實時操作系統(tǒng)的特點IEEE的實時UNIX分委會認為實時操作系統(tǒng)應具備以下的幾點:異步的事件響應切換時間和中斷延遲時間確定優(yōu)先級中斷和調(diào)度搶占式調(diào)度內(nèi)存鎖定連續(xù)文件同步嵌入式操作系統(tǒng)實時操作系統(tǒng)的特點總的來說實時操作系統(tǒng)是事件驅(qū)動的，能對來自外界的作用和信號在限定的時間范圍內(nèi)作出響應。它強調(diào)的是實時性、可靠性和靈活性,與實時應用軟件相結(jié)合成為有機的整體起著核心作用,由它來管理和協(xié)調(diào)各項工作,為應用軟件提供良好的運行軟件環(huán)境及開發(fā)環(huán)境。從實時系統(tǒng)的應用特點來看實時操作系統(tǒng)可以分為兩種：一般實時操作系統(tǒng)和嵌入式實時操作系統(tǒng)。嵌入式操作系統(tǒng)實時操作系統(tǒng)的特點一般實時操作系統(tǒng)應用于實時處理系統(tǒng)的上位機和實時查詢系統(tǒng)等實時性較弱的實時系統(tǒng)，并且提供了開發(fā)、調(diào)試、運用一致的環(huán)境。

嵌入式實時操作系統(tǒng)應用于實時性要求高的實時控制系統(tǒng)，而且應用程序的開發(fā)過程是通過交叉開發(fā)來完成的，即開發(fā)環(huán)境與運行環(huán)境是不一致。嵌入式實時操作系統(tǒng)具有規(guī)模小(一般在幾K～幾十K內(nèi))、可固化使用實時性強(在毫秒或微秒數(shù)量級上)的特點

。嵌入式操作系統(tǒng)根本概念對基于芯片的開發(fā)來說，應用程序一般是一個無限的循環(huán)，可稱為前后臺系統(tǒng)或超循環(huán)系統(tǒng)。很多基于微處理器的產(chǎn)品采用前后臺系統(tǒng)設(shè)計，例如微波爐、機、玩具等。在另外一些基于微處理器應用中，從省電的角度出發(fā)，平時微處理器處在停機狀態(tài)，所有事都靠中斷效勞來完成?！昂笈_系統(tǒng)根本概念中斷效勞程序處理異步事件，這局部可以看成前臺行為，前臺也叫中斷級。時間相關(guān)性很強的關(guān)鍵操作一定是靠中斷效勞程序來保證的。循環(huán)中調(diào)用相應的函數(shù)完成相應的操作，這局部可以看成后臺行為，后臺也可以叫做任務級。這種系統(tǒng)在處理的及時性上比實際可以做到的要差。ISRISRISRISR后臺前臺中斷服務程序時間——前后臺系統(tǒng)嵌入式操作系統(tǒng)嵌入式操作系統(tǒng)根本概念操作系統(tǒng)是計算機中最根本的程序。操作系統(tǒng)負責計算機系統(tǒng)中全部軟硬資源的分配與回收、控制與協(xié)調(diào)等并發(fā)的活動；操作系統(tǒng)提供用戶接口，使用戶獲得良好的工作環(huán)境；操作系統(tǒng)為用戶擴展新的系統(tǒng)功能提供軟件平臺。——操作系統(tǒng)硬件硬件驅(qū)動操作系統(tǒng)用戶程序嵌入式操作系統(tǒng)根本概念

實時操作系統(tǒng)是一段在嵌入式系統(tǒng)啟動后首先執(zhí)行的背景程序，用戶的應用程序是運行于RTOS之上的各個任務，RTOS根據(jù)各個任務的要求，進行資源(包括存儲器、外設(shè)等)管理、消息管理、任務調(diào)度、異常處理等工作。在RTOS支持的系統(tǒng)中，每個任務均有一個優(yōu)先級，RTOS根據(jù)各個任務的優(yōu)先級，動態(tài)地切換各個任務，保證對實時性的要求。——實時操作系統(tǒng)〔RTOS〕嵌入式操作系統(tǒng)根本概念代碼的臨界區(qū)也稱為臨界區(qū)，指處理時不可分割的代碼，運行這些代碼不允許被打斷。一旦這局部代碼開始執(zhí)行，那么不允許任何中斷打入〔這不是絕對的，如果中斷不調(diào)用任何包含臨界區(qū)的代碼，也不訪問任何臨界區(qū)使用的共享資源，這個中斷可能可以執(zhí)行〕。為確保臨界區(qū)代碼的執(zhí)行，在進入臨界區(qū)之前要關(guān)中斷，而臨界區(qū)代碼執(zhí)行完成以后要立即開中斷?！a的臨界區(qū)嵌入式操作系統(tǒng)根本概念

程序運行時可使用的軟、硬件環(huán)境統(tǒng)稱為資源。資源可以是輸入輸出設(shè)備，例如打印機、鍵盤、顯示器。資源也可以是一個變量、一個結(jié)構(gòu)或一個數(shù)組等?！Y源任務A共享資源任務B任務C信號量嵌入式操作系統(tǒng)根本概念

可以被一個以上任務使用的資源叫做共享資源。為了防止數(shù)據(jù)被破壞，每個任務在與共享資源打交道時，必須獨占該資源，這叫做互斥。——共享資源訪問共享資源之前申請信號量其它任務訪問受阻而不能使用共享資源得到允許后，才能使用共享資源嵌入式操作系統(tǒng)根本概念一個任務，也稱作一個線程，是一個簡單的程序，該程序可以認為CPU完全屬于該程序自己。實時應用程序的設(shè)計過程，包括如何把問題分割成多個任務，每個任務都是整個應用的某一局部，每個任務被賦予一定的優(yōu)先級，有它自己的一套CPU存放器和自己的?？臻g?！蝿涨度胧讲僮飨到y(tǒng)根本概念當多任務內(nèi)核決定運行另外的任務時，它保存正在運行任務的當前狀態(tài)，即CPU存放器中的全部內(nèi)容。這些內(nèi)容保存在任務的當前狀態(tài)保存區(qū)，也就是任務自已的棧區(qū)之中。入棧工作完成以后，就把下一個將要運行的任務的當前狀態(tài)從任務的棧中重新裝入CPU的寄予存器，并開始下一個任務的運行。這個過程就稱為任務切換。這個過程增加了應用程序的額外負荷。CPU的內(nèi)部存放器越多，額外負荷就越重。做任務切換所需要的時間取決于CPU有多少存放器要入棧?！蝿涨袚Q嵌入式操作系統(tǒng)根本概念多任務系統(tǒng)中，內(nèi)核負責管理各個任務，或者說為每個任務分配CPU時間，并且負責任務之間的通信。內(nèi)核提供的根本效勞是任務切換。使用實時內(nèi)核可以大大簡化應用系統(tǒng)的設(shè)計，是因為實時內(nèi)核允許將應用分成假設(shè)干個任務，由實時內(nèi)核來管理它們。內(nèi)核需要消耗一定的系統(tǒng)資源，比方2％～5％的CPU運行時間、RAM和ROM等。內(nèi)核提供必不可少的系統(tǒng)效勞，如信號量、消息隊列、延時等?！獌?nèi)核嵌入式操作系統(tǒng)根本概念

調(diào)度是內(nèi)核的主要職責之一。調(diào)度就是決定該輪到哪個任務運行了。多數(shù)實時內(nèi)核是基于優(yōu)先級調(diào)度法的。每個任務根據(jù)其重要程序的不同被賦予一定的優(yōu)先級。基于優(yōu)先級的調(diào)度法指CPU總是讓處在就緒態(tài)的優(yōu)先級最高的任務先運行。然而究竟何時讓高優(yōu)先級任務掌握CPU的使用權(quán)，有兩種不同的情況，這要看用的是什么類型的內(nèi)核，是非占先式的還是占先式的內(nèi)核?！{(diào)度嵌入式操作系統(tǒng)根本概念非占先式內(nèi)核要求每個任務自我放棄CPU的所有權(quán)。非占先式調(diào)度法也稱作合作型多任務，各個任務彼此合作共享一個CPU。異步事件還是由中斷效勞來處理。中斷效勞可以使一個高優(yōu)先級的任務由掛起狀態(tài)變?yōu)榫途w狀態(tài)。但中斷效勞以后控制權(quán)還是回到原來被中斷了的那個任務，直到該任務主動放棄CPU的使用權(quán)時，那個高優(yōu)先級的任務才能獲得CPU的使用權(quán)?！钦枷仁絻?nèi)核嵌入式操作系統(tǒng)根本概念當系統(tǒng)響應時間很重要時，要使用占先式內(nèi)核。因此絕大多數(shù)商業(yè)上銷售的實時內(nèi)核都是占先式內(nèi)核。最高優(yōu)先級的任務一旦就緒，總能得到CPU的控制權(quán)。當一個運行著的任務使一個比它優(yōu)先級高的任務進入了就緒狀態(tài)，當前任務的CPU使用權(quán)就被剝奪了，或者說被掛起了，那個高優(yōu)先級的任務立刻得到了CPU的控制權(quán)。如果是中斷效勞子程序使一個高優(yōu)先級的任務進入就緒態(tài)，中斷完成時，中斷了的任務被掛起，優(yōu)先級高的那個任務開始運行?！枷仁絻?nèi)核嵌入式操作系統(tǒng)根本概念

任務的優(yōu)先級是表示任務被調(diào)度的優(yōu)先程度。每個任務都具有優(yōu)先級。任務越重要，賦予的優(yōu)先級應越高，越容易被調(diào)度而進入運行態(tài)?！蝿諆?yōu)先級嵌入式操作系統(tǒng)根本概念中斷是一種硬件機制，用于通知CPU有個異步事件發(fā)生了。中斷一旦被識別，CPU保存局部〔或全部〕上下文即局部或全部存放器的值，跳轉(zhuǎn)到專門的子程序，稱為中斷效勞子程序〔ISR〕。中斷效勞子程序做事件處理，處理完成后，程序回到：1.在前后臺系統(tǒng)中，程序回到后臺程序；2.對非占先式內(nèi)核而言，程序回到被中斷了的任務；3.對占先式內(nèi)核而言，讓進入就緒態(tài)的優(yōu)先級最高的任務開始運行?！袛嗲昂笈_系統(tǒng)嵌入式操作系統(tǒng)根本概念——中斷ISR任務ISR非占先操作系統(tǒng)任務A任務B任務CISR占先操作系統(tǒng)任務A任務B任務C嵌入式操作系統(tǒng)根本概念時鐘節(jié)拍是特定的周期性中斷。這個中斷可以看作是系統(tǒng)心臟的脈動。中斷之間的時間間隔取決于不同應用，一般在10ms到200ms之間。時鐘的節(jié)拍式中斷使得內(nèi)核可以將任務延時假設(shè)干個整數(shù)時鐘節(jié)拍，以及當任務等待事件發(fā)生時，提供等待超時的依據(jù)。時鐘節(jié)拍率越快，系統(tǒng)的額外開銷就越大?！獣r鐘節(jié)拍使用嵌入式操作系統(tǒng)的優(yōu)缺點優(yōu)點使程序的設(shè)計和擴展變得容易，大大提高了開發(fā)效率。充分發(fā)揮32位CPU多任務的潛力，實現(xiàn)多任務設(shè)計，能夠充分利用硬件資源和實現(xiàn)資源共享。實時性和健壯性能夠得到更好的保證。缺點嵌入式操作系統(tǒng)增加ROM/RAM等額外開銷，5～10％的CPU額外負荷。嵌入式操作系統(tǒng)分類按收費模式劃分商用型Vxworks,Nucleux，PlamOS,Symbian,WinCE,QNX,pSOS,VRTX,LynxOS,Hopen,DeltaOS免費型Linux,μCLinux,μC/OS-Ⅱ,eCos,uITRON按實時性劃分硬實時Vxworks軟實時WinCE,RTLinux無實時EmbeddedLinux

嵌入式Linux及應用μcLinuxWindowsEmbeddedWindowsCE：一種針對小容量、移動式、智能化、32位、連接設(shè)備的模塊化實時嵌入式操作系統(tǒng)〔縮減的Win95〕。針對掌上設(shè)備、無線設(shè)備的動態(tài)應用程序和效勞提供了一種功能豐富的操作系統(tǒng)平臺，屬于軟實時操作系統(tǒng)，由于其Windows背景，界面比較統(tǒng)一認可?？梢允褂么蠖鄶?shù)Windows開發(fā)工具〔如VB，VC等〕，大多數(shù)Windows應用程序經(jīng)過移植后就可以運行在WinCE平臺上。操作系統(tǒng)的根本內(nèi)核需要至少200K的ROM。VxWorksSymbianOSSymbian由諾基亞、西門子、索尼愛立信等幾家大型移動通訊設(shè)備商共同出資組建的一個合資公司，專門研發(fā)操作系統(tǒng)。Symbian操作系統(tǒng)的前身是EPOC。針對PDA及智能的，能夠提供良好的軟實時的操作系統(tǒng)，目前占有60％的智能市場與之競爭的有WindowsMobile、PalmOS以及Linux主要版本Series60/90/80/40UIQPalmOSPalmOS是著名的網(wǎng)絡設(shè)備制造商3COM旗下的PalmComputing掌上電腦公司的產(chǎn)品。PalmOS是一套專門為掌上電腦編寫的操作系統(tǒng)，充分考慮到了掌上電腦內(nèi)存相對較小的情況，所以Palm操作系統(tǒng)本身所占的內(nèi)存很小，基于Palm操作系統(tǒng)編寫的應用程序所占的空間也很小，通常只有幾十KB，因此基于Palm操作系統(tǒng)的掌上電腦雖然只有幾兆內(nèi)存卻可以運行眾多的應用程序。PalmOS在PDA市場上占有很大的市場份額，PalmOS的市場份額占到將近90%，最近下降70％，目前主要與WINCE進行劇烈競爭。代表性的產(chǎn)品有Palmm505、Palmm500、PalmIII等。QNX加拿大QNX公司的產(chǎn)品。QNX是在X86體系上面開發(fā)出來的，這和別的RTOS不一樣，別的好多RTOS都是從68K的CPU上面開發(fā)成熟，然后再移植到X86體系上面來的。QNX是一個實時的、可擴充的操作系統(tǒng)，它局部遵循POSIX相關(guān)標準，由于QNX具有強大的圖形界面功能，因此很適合作為機頂盒、手持設(shè)備〔手掌電腦、〕、GPS設(shè)備的實時操作系統(tǒng)使用。C/OS及C/OS-IIC/OS—MicroControllerOSC/OS簡介美國人JeanLabrosse1992年完成，已應用于數(shù)百種產(chǎn)品中。應用面覆蓋了諸多領(lǐng)域，如照相機、醫(yī)療器械、音響設(shè)備、發(fā)動機控制、高速公路系統(tǒng)、自動提款機等1998年C/OS-II，目前的版本C/OS-IIV2.722000年，得到美國航空管理局〔FAA〕的認證，可以用于飛行器中是一個源碼公開、可移植、可裁減、占用資源少、搶先式的實時多任務操作系統(tǒng)。其絕大局部源碼采用ANSIC寫的，移植性好。高校教學可免費使用。網(wǎng)站〔)OSENucleusPLUSNucleus主要應用:網(wǎng)絡設(shè)備，例如，路由器，機頂盒等主要內(nèi)容1324嵌入式系統(tǒng)簡介嵌入式處理器嵌入式操作系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)的典型應用5嵌入式系統(tǒng)的根本設(shè)計過程嵌入式系統(tǒng)的應用領(lǐng)域嵌入式應用信息家電智能玩具軍事電子通信設(shè)備移動存貯工控設(shè)備智能儀表汽車電子網(wǎng)絡設(shè)備消費電子軍事國防電子商務網(wǎng)絡工業(yè)控制goReaderInterneteBookSamsungAnyWebInternetScreenPhoneeRemoteIntelligentHomeControllerTektronixTDS7000DigitalOscilloscopesNixvueDigitalAlbumDigitalPhotoAlbum一些典型的嵌入式系統(tǒng)應用實例嵌入式系統(tǒng)的應用家用方面：數(shù)字電視、信息家電、智能玩具、手持通訊、存儲設(shè)備的核心。嵌入式視頻效勞器現(xiàn)代化家庭嵌入式Internet應用嵌入式系統(tǒng)在信息家電中的應用信息家電(InformationAppliance〕一般可認為，那些低單價、操作簡單、可通過因特網(wǎng)發(fā)送或獲取信息，將逐步分割或替代PC的某些功能，并能與其它信息產(chǎn)品交換資料或訊息的產(chǎn)品可統(tǒng)稱為信息家電。信息家電的分類及特點典型的信息家電產(chǎn)品信息家電定義代表性產(chǎn)品網(wǎng)絡電視具有機頂盒或內(nèi)建網(wǎng)絡連接的電視MicrosoftWebTV網(wǎng)絡可視電話具有集成網(wǎng)絡接入的屏幕電話InfoGeariPhone網(wǎng)絡游戲機具有集成網(wǎng)絡接入的游戲操縱臺SegaDreamcast網(wǎng)絡智能手持器件蜂窩電話、個人數(shù)據(jù)助理（PDA）和其它集成網(wǎng)絡接入的便攜式器件3ComPalmAT&TPocketNetPhoneNokia9000,9000I,9110,7110NC委托（clients）提供網(wǎng)絡接入以及能下載應用軟件的器件IBMNetStationPC-中間器件通過PC接入網(wǎng)絡以下載內(nèi)容的器件DIAMONMultimediaRioPlayerNuvomediaRockete-BookAudibleMobilePlayerSource:IDC,Hambrecht&Quist信息家電——數(shù)字機頂盒汽車電子產(chǎn)品〔18個嵌入式控制模塊〕——CAN總線網(wǎng)絡VOLVOS80汽車的CAN總線網(wǎng)絡

嵌入式應用——汽車電子智能玩具與機器人阿富汗參加反恐作戰(zhàn)的“赫耳墨斯〞價值4萬美元，可攜帶2架攝像機，發(fā)揮了很好作用。軍事偵察2002年11月28日，以色列一選舉投票點，發(fā)生槍擊事件，造成至少7人死亡，數(shù)十人受傷。以警方用機器人在檢查一具巴勒斯坦槍手的尸體。反恐防暴微型飛行器---“黑寡婦〞空中飛行器基于WinCE的移動機器人平臺基于RTLinux的仿人機器人高48cm

重:6kg

靈活性：20DOF操作系統(tǒng):RT-Linux

接口形式:USB1.0(12Mbps)響應周期:1ms

能源：DC24Vx6.2A(150W)制造：富士通主要內(nèi)容1324嵌入式系統(tǒng)簡介嵌入式處理器嵌入式操作系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)應用及開展趨勢5嵌入式系統(tǒng)的根本設(shè)計過程嵌入式系統(tǒng)設(shè)計的主要步驟以自頂向下的角度來看，系統(tǒng)設(shè)計從系統(tǒng)需求分析開始；第二步是規(guī)格說明，在這一步我們對需設(shè)計的系統(tǒng)功能進行更細致地描述，這些描述并不涉及系統(tǒng)的組成；第三步是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計，在這一階段以大的構(gòu)件為單位設(shè)計系統(tǒng)內(nèi)部詳細構(gòu)造，明確軟、硬件功能的劃分；第四步是構(gòu)件設(shè)計，它包括系統(tǒng)程序模塊設(shè)計、專用硬件芯片選擇及硬件電路設(shè)計；第五步是系統(tǒng)集成，在完成了所有構(gòu)件設(shè)計的根底上進行系統(tǒng)集成，構(gòu)造出所需的完整系統(tǒng)。需求分析規(guī)格說明體系結(jié)構(gòu)設(shè)計構(gòu)件設(shè)計系統(tǒng)調(diào)試與集成需求分析與規(guī)格說明用戶需求的格式用戶需求通常包括功能局部和非功能局部。非功能局部需求主要指：性能、價格、尺寸和重量、功耗等。右邊表是一個在系統(tǒng)設(shè)計的初始階段使用的需求說明表格樣本，該表格用簡練、清晰的語句描述系統(tǒng)的根本需求。項目說明名稱目的輸入輸出功能性能生產(chǎn)成本功耗尺寸和重量GPS移動地圖系統(tǒng):例如項目說明名稱GPS移動地圖目的為司機等用戶提供圖形狀的移動地圖輸入一個電源開關(guān)、兩個操作按鈕、GPS信號輸入輸出LCD顯示器，分辨率為400×600功能可接5種GPS接收器；三種用戶可選的地圖比例；總是顯示當前經(jīng)緯度性能0.25秒內(nèi)即可更新一次屏幕，常溫下工作生產(chǎn)成本1500元（人民幣）功耗四節(jié)電池供電應連續(xù)工作8小時，功耗約100mW尺寸和重量尺寸不大于20cm×30cm，重量不大于