1、嵌入式之智能 學號: 班級: 姓1. 嵌入式系統定義 32. 嵌入式系統的分層 33. 實時多任務操作系統 44. 智能 定義65. 實時進程調度66. 智能 的特點 77. 智能 系統硬件設計 78. 智能 系統軟件設計方法 89. 嵌入式系統智能 的特點 1010. 總結10引言隨著計算機技術和微電子技術的迅速開展,嵌入式系統應用領域越來越廣泛.下 面來介紹一下嵌入式系統知識及典型的嵌入式產品智能 .1. 嵌入式系統定義嵌入式系統一般指非PC系統,有計算機功能但又不稱之為計算機的設備或 器材.它是以應用為中央,軟硬件可裁減的,適應應用系統對功能、可靠性、成 本、體積、功耗等綜合性嚴格要求的

2、專用計算機系統.嵌入式系統主要由嵌入式微處理器、外圍硬件設備、嵌入式操作系統以及用戶的應用程序等 4個局部組成, 它是集軟硬件于一體的可獨立工作的"器件".嵌入式系統的軟件局部包括操作系 統軟件要求實時和多任務操作和應用程序編程.操作系統限制著應用程序編程 與硬件的交互作用,而應用程序限制著系統的運作和行為.嵌入式操作系統是一種支持嵌入式系統應用的操作系統軟件,它是嵌入式系統包括硬、軟件系統極為重要的組成局部,通常包括與硬件相關的底層驅動軟 件、系統內核、設備驅動接口、通信協議、圖形界面、標準化瀏覽器等Browser 嵌入式操作系統具有通用操作系統的根本特點,如能夠有效治理

3、越來越復雜的系 統資源；能夠把硬件虛擬化,使得開發人員從繁忙的驅動程序移植和維護中解脫 出來；能夠提供庫函數、驅動程序、工具集以及應用程序.與通用操作系統相比 較,嵌入式操作系統在系統實時高效性、硬件的相關依賴性、軟件固態化以及應 用的專用性等方面具有較為突出的特點.2. 嵌入式系統的分層嵌入式系統分為4層,硬件層、驅動層、操作系統層和應用層1、硬件層,是整個嵌入式系統的根本,如果現在單片機及接口這塊很熟悉,并 且能用C和匯編語言來編程的話,從嵌入式系統的硬件層走起來相對容易, 硬件 層也是驅動層的根底,一個優秀的驅開工程師是要能夠看懂硬件的電路圖和自行 完成CPLD勺邏輯設計的,同時還要對操

4、作系統內核及其調度性相當的熟悉的. 但硬件平臺是根底,增值還要靠軟件.2、驅動層,這局部比擬難,驅開工程師不僅要能看懂電路圖還要能對操作系統 內核十分的精通,以便其所寫的驅動程序在系統調用時, 不會獨占操作系統時間 片,而導至其它任務不能動行,不懂操作系統內核架構和實時調度性, 沒有良好 的驅動編寫風格,按大多數書上所說添加的驅動的方式, 很多人都能做到,但可 能連個初級的驅開工程師的水平都達不到,這樣所寫的驅動在應用調用時就如同 win dows下我們翻開一個程序運行后,再翻開一個程序時,要不就是中斷以前的 程序,要不就是等上一會才能運行后來翻開的程序. 想做個好的驅動人員沒有三、 四年功底

5、,操作系統內核不研究上幾編,不是太容易成功的,但其工資在嵌入式 系統四層中可是最高的.3、操作系統層,對于操作系統層目前可能只能說是簡單的移植,而很少有人來 自已寫操作系統,或者寫出缺胳膊少腿的操作系統來,這局部工作大都由驅開工 程師來完成.操作系統是負責系統任務的調試、磁盤和文件的治理,而嵌入式系 統的實時性十分重要.據說,XP操作系統是微軟投入300人用兩年時間才搞定 的,總時工時是600人年,中科院軟件所自己的女媧Hopen操作系統估計也得花 遇幾百人年才能搞定.因此這局部工作相對來講沒有太大意義.4、應用層,相對來講較為容易的,如果會在 wi ndows下如何進行編程接口函數 調用,到

6、操作系統下只是編譯和開發環境有相應的變化而已.如果涉及Jave方面的編程也是如此的.嵌入式系統中涉及算法的由專業算法的人來處理的,不必歸結到嵌入式系統范疇內.但如果涉及嵌入式系統下面嵌入式數據庫、基于嵌入 式系統的網絡編程和基于某此應用層面的協議應用開發比方基于SIP、H.323、Astrisk 方面又較為復雜,并且有難度了.3. 實時多任務操作系統RTOS(Real Time multi-task ing Operati on System),即實時多任務操作系統是嵌入式應用軟件的根底和開發平臺.目前在中國大多數嵌入式軟件開發還是 基于處理器直接編寫,沒有采用商品化的RTOS不能將系統軟件和

7、應用軟件分開處理.RTOS是 一段嵌入在目標代碼中的軟件,用戶的其它應用程序都建立在 RTOS之上.不但如此,RTOS還是一個可靠性和可信性很高的實時內核,將CPU時間、中斷、I/O、定時器等資源都包裝起來,留給用戶一個標準的API,并根據各個任務的優先級,合理地在不同任務之間分配 CPU時間.RTOS是針對不同處理器優化設計的高效率實時多任務內核,優秀商品化的RTO刖以面對幾十個系列的嵌入式處理器 MPUMCUDSP SOC等提供類同的API 接口,這是RTOSS于設備獨立的應用程序開發根底. 因此基于RTOSk的C語言 程序具有極大的可移植性.據專家測算,優秀RTOSh跨處理器平臺的程序移

8、植只需要修改15%勺內容.在RTOSS礎上可以編寫出各種硬件驅動程序、專家庫 函數、行業庫函數、產品庫函數,和通用性的應用程序一起,可以作為產品銷售, 促進行業內的知識產權交流,因此 RTOS是一個軟件開發平臺.RTOS是嵌入式系統的軟件開發平臺.RTOS最關鍵的局部是實時多任務內核, 它的根本功能包括任務治理、定時器治理、存儲器治理、資源治理、事件治理、 系統治理、消息治理、隊列治理、旗語治理等,這些治理功能是通過內核效勞函數形式交給用戶調用的,也就是RTOS的API.RTOS的引入,解決了嵌入式軟件開發標準化的難題.隨著嵌入式系統中軟 件比重不斷上升、應用程序越來越大,對開發人員、應用程序

9、接口、程序檔案的 組織治理成為一個大的課題.引入 RTOS1當于引入了一種新的治理模式,對于 開發單位和開發人員都是一個提升.基于RTOS開發出的程序,具有較高的可移植性,實現 90%以上設備獨立, 一些成熟的通用程序可以作為專家庫函數產品推向社會.嵌入式軟件的函數化、 產品化能夠促進行業交流以及社會分工專業化,減少重復勞動,提升知識創新的效率.嵌入式工業的根底是以應用為中央的芯片設計和面向應用的軟件開發.實時多任務操作系統RTOS進入嵌入式工業的意義不亞于歷史上機械工業采用三視 圖的奉獻,對嵌入式軟件的標準化和加速知識創新是一個里程碑.目前,商品化的 RTO舸支持從8BIT的8051到32B

10、IT的PowerPC及DSP等幾十個系列的嵌入式處理器.提供高質量源代碼RTOS勺著名公司主要集中在美4. 智能 定義所謂的智能 是指像個人電腦一樣, 具有獨立的操作系統,可以由用戶自行安 裝軟件、游戲等第三方效勞商提供的程序,通過此類程序來不斷對 的功能進 行擴充,并可以通過移動通訊網絡來實現無線網絡接入的這樣一類 的總稱. 智能 是掌上電腦和移動 的結合品, 使移動 具有電腦的功能同樣是掌 上電腦獲得通話功能,操作更為方便快捷.智能 是針對功能 而言,就是 簡單像電腦一樣可以隨意的卸載安裝所需的軟件并不是說 本身能夠有多智 能化.實現智能 的智能化是由于在 內安裝了相應開放式操作系統,而無

11、論是何種智能化 ,嵌入式系統的身影都無處不在.常見的智能 有三星、 蘋果、安卓等.5. 實時進程調度內核的根本功能是提供實時進程調度、 中斷處理等操作,在 應用上,滿足客 戶的需要,通過實時進程調度為程序提供一個運行平臺,將電源的治理實現動態化,在低耗能的情況下將啟動速度進一步的提升.智能 的核心可以說是進程,所有的操作系統,說到底就是為編輯好的程序提 供一個運行的平臺.在這個平臺上,多項程序可以有序的運行,不會出現程序沖 突導致智能 出現功能障礙,減少了使用時出現的死機、程序未響應等情況. 嵌入式實時操作系統是一個可以多項操作系統,使多個進程同時進行工作.當系統在運行多個進程時,進程調度會做

12、出以下選擇：一直占有CPU正在運行的進程一直運行,使得其他的程序沒有方法進行工作,這是在缺省狀態下的選擇； 通過時間片,保證相同等級的進程有相同的時間進行處理,這是內核將CPU在任務治理上的作用6. 智能 的特點 具備無線接入互聯網的水平即需要支持 GSM網絡下的 GPRSE者 CDM網絡的 CDMA1或 3( WCDMADMA-2000 TD-CDM)網絡,甚至 4G( HSPA+ FDD-LTE TDD-LTE,可以隨時隨地的連接 無線網絡,這些網絡端口,滿足現在生活的需要； 具有PDA的功能PDA可以理解為個人數字助理,這是一種可以隨身攜帶的設備,具有電腦的許多 功能.不僅可以治理個人的

13、信息界面,還可以瀏覽網頁、收發郵件、短訊、甚至 還可以當做普通的 使用,都是通過無線電來連接,不需要其他設備輔助.這 種功能包括可以進行個人的信息治理,日程記事、播放音樂視頻,上網等； 更加人性化這是交互界面要求得一種,使功能的執行更符合人的需求.智能 可以根據使 用者的需求對其軟件進行更改、替換,軟件的升級與軟件市場同步,隨時提供市 場軟件信息,使使用者能夠及時獲取信息并對自己的設備進行更新. 更增強大功能隨著智能機的普及,社交、購物、旅游等事件均可以通過智能機來完成.旅游可 以隨時獲取資訊,閱讀可以足不出戶便知天下事,隨時隨地有朋友進行交流. 需求分析嵌入式系統的應用,使 的掌上電腦功能越

14、來越齊全, 3G在智能 的應用, 為智能 許多新的功能提供保證, 使得在運行程序時更加流暢、穩定.清楚的 顯示畫面、各種播放器播放流暢,雖已取得如此可喜的成果,但是存在的缺點還 是要繼續改良,逐漸完善.7. 智能 系統硬件設計智能 系統硬件設計如圖i所示音頻轉換器顯示模塊聽筒/喇叭無線通信模塊UART “11T微處理器補 ARMSIM卡FlashSDRAMJTAG時鐘模塊電源模塊圖1智能 系統的硬件組成框圖微處理器：采用ARM處理器,內部帶有高性能 MMU內存處理單元,速度快, 適用于手持移動設備,具有高性能、低功耗、集成有 LCD限制器,一個SD主 機端限制器,并提供SRAM、USB等多種功

15、能接口資源.通信模塊：具有數據、 、短消息和語音傳輸等功能.支持 AT指令集,通過 RS232與ARM處理器通信,可實現智能 的 GSM通語、GPRS上網及其它 PDA應用等功能.智能 系統軟件設計方法智能 系統軟件設計如圖2所示 應用軟件 ,短信,游戲,音樂,辦公1L r嵌入式GUI1r經過裁剪的嵌入式 Linux操作系統ARM核內存治理進程調度文件系統各種硬件驅動軟件基于已設計的 硬件平臺圖2智能 系統的軟件組成框圖系統層軟件：完成對ARM-Linux操作系統的定制、裁剪、編譯和移植.編寫硬件設備驅動程序,如鍵盤、LCD、flash、RTC、串口、USB、SIM卡或UIM卡、 射頻模塊等.

16、效勞層程序：主要包含圖形用戶界面平臺以及基頻處理器平臺通信效勞程序,它們是上層應用賴以實現的根底.應用層客戶程序：智能 系統中應用程序設計.利用圖形用戶平臺和通信效勞 平臺提供的接口進行用戶程序開發和移植.在 軟件整體解決方案中,操作系統負責提供多任務調度、動態內存分配、數 據通信機制的治理等.前些年市場上主流智能 所采用的操作系統主要有Win dows Mobile、Symbia n、Palm、An droid、Lin ux 等.目前 An droid 系統的 風行一時,而Symbian、Palm系統已經湮滅在歷史的長河中了. 更新 換代非常的快,不知道以后操作系統的歷史會怎樣的開展.Lin

17、ux 操作系統是由計算機Linux操作系統變化而來,支持32位和64 位處理器.Linux最初是由Linux Torvalds 編寫及發布的,源代碼公開、可免 費使用的操作系統.后來,又通過Intemet上成百上千的程序員參加,使Linux 成為一個幾乎支持所有主流32位CPU的操作系統.其特點有：內核高效穩定、 公開源代碼、可移植性、可裁減、支持多任務等,有強大的網絡功能.在相關軟 件的支持下,可實現 WWWFTP DNS DHCP E-mail等效勞.9.嵌入式系統智能 的特點1. 實時約束與功能約束大家都知道智能 的缺點是耗電量大,待機時間短.所以對功耗有嚴格地要求, 一般情況下智能 待

18、機一周,良好的電源治理系統,就是嵌入式實時操作系統 的特點之一.現在的智能 ,在電源治理水平上得到了很大的改善.2. 可靠性能高高可靠性的智能 操作系統,有助于開發出高性能的應用程序.這是所有智能 機必須要考慮到的問題之一,好的操作系統所占的空間很小,在一定程度上占有 優勢,但是應用程序的可靠性對于用戶來說是最關心, 性能穩定,運行可靠的應 用程序才能得到大家的信賴.3. 對第三方提供平臺智能 原有的系統不一定都能滿足用戶的需求, 在某些時候需要更換應用程序 軟件,在這種情況下,智能 操作系統就需要為第三方的用戶提供平臺,是開發這迅速的進入 軟件的開發,加速智能 功能的改革.10.總結隨著科技的不斷進步,對于芯片的生產技術不斷進步,使智能 的原件 逐漸的縮小,系統功能越來越強,為智能 嵌入式實時操作系統的進一步開發 提供強大支撐,智能 系統與無線網絡的鏈接天衣無縫, 開放式的系統將會融 合更多的第三方軟件,使智能 的功能更加完善,逐漸成為生活、工作的必