1、嵌入式系統(xtng)設計與應用教師(jiosh)：張勁松共九十一頁各種嵌入式系統(xtng)裝置 Hy-wire未來(wili)汽車 NASA火星漫游者 Roomba機器人真空吸塵器 狗語翻譯機 共九十一頁高度(god)整合的嵌入式系統 共九十一頁平時40%、考試(kosh)60%教學目的：ARM體系結構、嵌入式開發過程(無操作系統和有操作系統）共九十一頁第一章嵌入式系統(xtng)開發基礎本章介紹了嵌入式系統開發的基礎知識：嵌入式計算機的歷史由來、嵌入式系統的定義、嵌入式系統的基本特點、嵌入式系統的分類及應用、嵌入式系統軟硬件各部分組成、嵌入式系統的開發流程、嵌入式技術的發展趨勢等方面進行

2、了介紹，涉及到嵌入式系統開發的基本內容，使大家(dji)系統地建立起的嵌入式系統整體概念。 共九十一頁本章(bn zhn)主要內容有 1. 1嵌入式系統(xtng)基本概念1.2嵌入式系統的組成結構1.3嵌入式系統硬件組成1.4嵌入式操作系統1.5嵌入式應用軟件開發1.6嵌入式系統開發流程1.7嵌入式系統發展的趨勢 共九十一頁1.1嵌入式系統(xtng)基本概念 1.1.1 嵌入式計算機1.1.2 嵌入式系統的概念1.1.3 嵌入式系統的特點1.1.4 嵌入式系統的分類(fn li)1.1.5 嵌入式系統的應用范圍共九十一頁1.1.1嵌入式計算機在電子計算機發展的初期，計算機一直是“供養”在特

3、殊的機房中的大型、昂貴的專用設備，主要是實現一些特殊的數值計算。直到20世紀70年代微處理器的出現，計算機應用才出現了歷史性的變化。這也使計算機摘掉神圣的光環走下了神壇，步入平民化的時代。同時微處理器表現出的智能化水平引起了設備制造、機電(jdin)控制等專業人士的興趣，要求將微型機嵌入到一個控制對象的體系中，實現對象體系的智能化控制。共九十一頁 嵌入式計算機微處理器的問世極大的促進了控制領域的發展，復雜的控制系統以微處理器這樣的部件作為(zuwi)主要的控制和反饋器件，極大的提高了系統的可控性和智能化。為了滿足控制領域對微處理器的需求，1976年出現微控制器經過發展，到80年代初微處理器及微

4、控制器各自 已發展為一個龐大的家族，以Intel公司x86為主流的應用于個人計算機PC的微處理器格局已形成。為了區別于原有使用的通用計算機（PC ） ，把嵌入到對象體系中、實現對象體系智能化控制的計算機，稱作嵌入式計算機。共九十一頁嵌入式計算機嵌入式計算機是誕生于微處理器發展時代;早期(zoq)嵌入式計算機是將一個計算機嵌入到一個具體應用的控制對象的體系中去，這些是嵌入式系統發展的起點。 標志著計算機進入了通用計算機與嵌入式計算機兩大分支、并行發展時代，從而導致20世紀末，計算機應用的高速發展并由此引發了計算機分類方式的變化。 共九十一頁1.1.2 嵌入式系統(xtng)的概念傳統的計算機分類

5、是按照計算機的處理字長、體系結構、運算速度、結構規模、適用領域進行的，如通常所說的大型計算機、中型機、小型機和微型計算機，并以此標準來組織學科和產業分工，這種分類方法也沿襲了多年。隨著近30年來微電子技術、計算機技術和移動通信技術的迅速發展以及網絡技術的廣泛應用，實際情況已經產生(chnshng)了根本性的變化。例如由在70年代末定義的微型計算機演變出來的個人計算機PC其處理速度已遠遠超過了當年對大、中、小型計算機的定義。共九十一頁嵌入式系統(xtng)的概念隨著計算機技術對其它行業的廣泛滲透和與其它行業應用技術的相互結合，以應用為中心的分類方法變得似乎更加切合實際發展;按計算機的嵌入式應用和

6、非嵌入式應用將其分為(fn wi)通用計算機和嵌入式計算機。而通用計算機具有一般計算機的基本標準形態，通過裝配不同的應用軟件，以基本雷同的面目出現并應用在社會的各個方面，其典型產品為PC、服務器；共九十一頁嵌入式系統(xtng)的概念而非通用計算機的計算機嵌入式計算機，則是非通用計算機形態的計算機應用，它是以作為嵌入式系統的核心部件的形式隱藏在各種裝置、設備、產品和系統中。因此嵌入式計算機是計算機技術發展中的一種(y zhn)計算機存在的形式，是從計算機技術的發展中分離出來的。共九十一頁用于控制、監視或者輔助操作機器和設備的裝置。 IEEE 以應用(yngyng)為中心，以計算機技術為基礎，軟

7、硬件可裁剪，適應應用(yngyng)系統對功能、可靠性、成本、體積、功耗等嚴格要求的專用計算機系統。-嵌入式系統相比較而言國內的定義更全面一些，體現了嵌入式系統“嵌入”、“專用性”、“計算機”的基本要素和特征。共九十一頁1.1.3 嵌入式系統(xtng)的特點嵌入式系統是應用于特定環境下，針對特定用途來設計的系統，所以不同于通用計算機系統。 同樣是計算機系統，嵌入式系統是針對具體應用設計的“專用(zhunyng)系統”。 它的硬件和軟件都必須高效率地設計、“量體裁衣”、去除冗余，力爭在較少的資源上實現更高的性能。它與通用的計算機系統相比具有以下顯著特點： 共九十一頁嵌入式系統(xtng)的特點

8、嵌入式系統通常是面向特定任務的，而不同于一般通用PC計算平臺，是“專用”的計算機系統；嵌入式系統運行環境(hunjng)差異很大； 嵌入式系統比通用PC系統資源少得多； 嵌入式系統“嵌入”到對象的體系中，對對象、環境和嵌入式系統自身具有嚴格的要求，一般的嵌入式系統具有低功耗、體積小、集成度高、成本低等特點； 具有完整的系統測試和可靠性評估體系，保證嵌入式系統高效、可靠、穩定工作； 共九十一頁嵌入式系統(xtng)的特點具有較長的生命周期；嵌入式系統(xtng)的目標代碼通常是固化在非易失性存儲器（ROM，EPROM，EEPROM，FLASH）芯片中；嵌入式系統使用的操作系統一般是實時操作系統（

9、RTOS），系統有實時約束；嵌入式系統需要專用開發工具和方法進行設計； 嵌入式微處理器通常包含專用調試電路； 嵌入式系統是技術密集、資金密集、高度分散、不斷創新的知識集成系統；共九十一頁1.1.4嵌入式系統(xtng)的應用范圍 共九十一頁嵌入式系統的應用(yngyng)范圍 消費電子嵌入式應用信息家電智能玩具軍事電子通信設備移動存貯工控設備智能儀表汽車電子網絡設備工業軍事國防電子商務網絡共九十一頁1.1.5嵌入式技術是中國IT發展(fzhn)的難得機遇當前信息技術和網絡技術高速發展和后PC（Post-PC）時代到來，嵌入式系統已經廣泛地滲透到科學研究、工程設計、軍事技術、各類產業和商業文化藝

10、術以及人們的日常生活等方方面面中。 后PC時代，即非PC信息設備大顯神通的時代，嵌入式系統正是非PC設備的主體，由于(yuy)其應用廣、領域特色突出，誰也無力獨吞這一市場。 互聯網技術在世界范圍的擴展和中國通信事業的高速發展，已為我國開發嵌入式產品造就了廣大市場，此外我國是人口大國，素有智力優勢 。共九十一頁1.2 嵌入式系統(xtng)的組成結構1.2.1 嵌入式系統硬件基本結構介紹 1.2.2 嵌入式系統軟件的層次結構1.2.3 啟動(qdng)程序BootLoader介紹 共九十一頁 應用程序實時操作系統（RTOS）輸入輸出接口處理器/ARM核MMU/CacheSOC/SOPCUSBGP

11、IOIISLCDUART和IrDAADC/DACFPGA/CPLDDSP/浮點運算協處理器DMA電源管理典型的嵌入式系統組成人機交互接口LCD/觸摸屏、鍵盤、鼠標Boot、HAL、設備驅動程序文件系統/圖形用戶應用程序接口BSPOS層應用層軟件硬件以太網看門狗及復位電路Timer/RTCCANFlashEEPROMSDRAMSRAM內存共九十一頁1.2.1嵌入式系統(xtng)硬件基本結構介紹 嵌入式系統以嵌入式處理器為中心，配置存儲器、I/O設備、通信模塊以及電源等必要的輔助接口組成。嵌入式系統是“量身定做”的“專用計算機應用系統”，又不同于普通計算機組成，在實際應用中的嵌入式系統硬件配置非

12、常(fichng)精簡，除了微處理器和基本的外圍電路以外，其余的電路都可以根據需要和成本進行“裁剪”、“定制化”（Customize），非常(fichng)經濟、可靠。 共九十一頁嵌入式系統硬件基本(jbn)結構介紹 嵌入式系統硬件核心是嵌入式微處理器，有時為了提高系統的信息處理能力，常常外接DSP和DSP協處理器（也可內部集成）完成(wn chng)高性能信號處理。隨著計算機技術、微電子技術、應用技術的不斷發展和納米芯片加工工藝技術的發展，以微處理器為核心的集成多種功能的SoC系統芯片已成為嵌入式系統的核心，在嵌入式系統設計中，要盡可能的選擇能滿足系統功能接口的SoC芯片，這些SoC集成了大

13、量的外圍USB、UART、以太網、AD/DA、IIS等功能模塊。 共九十一頁嵌入式系統硬件(yn jin)基本結構介紹 可編程片上系統SOPC( System On Programmable Chip ) 結合了SoC和PLD、FPGA各自的技術優點(yudin)，使得系統具有可編程的功能，是可編程邏輯器件在嵌入式應用中的完美體現，極大的提高了系統的在線升級、換代能力。以SoC/SOPC為核心，可以用最少的外圍部件和連接部件構成一個應用系統，滿足系統的功能需求，也是嵌入式系統發展的一個方向因此現代嵌入式設計是以處理器/SoC/SOPC為核心，完成系統設計的，其外圍接口包括存儲設備、通信接口設備

14、、擴展設備接口和輔助的機電設備（電源、連接器、傳感器等）構成硬件系統。共九十一頁1.2.2 嵌入式系統軟件(x tn run jin)的層次結構如當設計一個簡單的應用程序時，可以不使用操作系統，但是當設計較復雜的程序時，可能就需要一個操作系統（OS）來管理、控制內存、多任務、周邊資源等等。依據系統所提供的程序界面來編寫應用程序，可以大大的減少應用程序員的負擔。對于使用操作系統的嵌入式系統來說，嵌入式系統軟件結構一般(ybn)包含四個層面：板級支持包(BSP)、實時操作系統（RTOS）、應用程序接口（API）層、實際應用程序層。有些資料將應用程序接口API歸屬于OS層。由于硬件電路的可裁減性和嵌

15、入式系統本身的特點，其軟件部分也是可裁減的。對于功能簡單僅包括應用程序的嵌入式系統一般不使用操作系統，僅有應用程序和設備驅動程序。現代高性能嵌入式系統應用越來越廣泛，操作系統使用成為必然發展趨勢。本節主要講述的具有操作系統的嵌入式軟件層次。共九十一頁嵌入式系統軟件(x tn run jin)的層次結構具有操作系統的嵌入式軟件層次：1.板級支持(zhch)包（BSP） 2.實時操作系統（RTOS） 3.操作系統的應用程序接口（API） 4.應用程序 共九十一頁嵌入式系統軟件(x tn run jin)的層次結構1. 板級支持包(BSP)為上層軟件提供了設備的操作接口，上層軟件不用理會設備的具體內

16、部操作，只需調用驅動(q dn)層程序提供接口即可。板級支持包(BSP)一般包括硬件抽象層HAL、BootLoader和設備驅動程序，通常使用匯編語言和C語言實現。共九十一頁嵌入式系統軟件(x tn run jin)的層次結構2. 實時操作系統RTOS操作系統一般以內核映射的形式下載到目標系統中。例。在系統開發完成后，將整個操作系統部分做成內核映像文件(wnjin)，與文件(wnjin)系統一起傳送到目標系統中，然后通過BOOTLOADER指定地址運行uclinux內核，啟動已經下載好的嵌入式linux系統，再通過嵌入式操作系統解開文件(wnjin)系統，運行應用程序。內核中通常必需的基本部件

17、是進程管理、進程間通訊、內存管理部分；文件系統、驅動程序、網絡協議等可按要求配置。3. API4. 應用程序 建立在主任務基礎之上共九十一頁1.2.3啟動(qdng)程序BootLoader介紹對于PC機，其開機后的初始化處理器配置、硬件初始化等操作是由BIOS（Basic Input /Output System）完成的，但對于嵌入式系統來說，出于經濟性、價格方面考慮一般不配置BIOS，因此我們必須自行編寫完成這些工作的程序。這就是所需要的開機程序，在嵌入式中稱為BootLoader程序。系統加電復位后，幾乎所有(suyu)的 CPU都從由復位地址上取指令。在系統加電復位后，處理器將首先執行

18、 Boot Loader 程序。共九十一頁 啟動(qdng)程序BootLoader介紹BootLoader是系統加電后、操作系統內核或用戶應用程序運行之前，首先必須運行的一段程序代碼。通過這段程序,為最終調用操作系統內核、運行用戶應用程序準備好正確的環境(hunjng)。對于嵌入式系統來說，有的使用操作系統，也有的不使用操作系統，但在系統啟動時都必須運行BootLoader，為系統運行準備好軟硬件環境。共九十一頁系統啟動代碼完成基本軟硬件環境初始化后，對于有操作系統的情況下，啟動操作系統、啟動內存管理、任務調度、加載驅動程序等，最后執行應用程序或等待用戶命令(mng lng)；對于沒有操作系

19、統的系統直接執行應用程序或等待用戶命令共九十一頁1.3 嵌入式系統(xtng)硬件組成 1.3.1嵌入式處理器1.3.2典型(dinxng)嵌入式處理器介紹1.3.3嵌入式SoC1.3.4可編程片上系統SOPC1.3.5嵌入式外圍接口電路和設備接口 共九十一頁1.3.1嵌入式處理器嵌入式微處理器 嵌入式微控制器 嵌入式DSP 共九十一頁 嵌入式微處理器嵌入式微處理器就是和通用(tngyng)計算機的微處理器對應的CPU。目前的嵌入式處理器主要包括：Am186/88、386EX、PowerPC、Motorola 68000、ARM、MIPS系列等等。 共九十一頁 嵌入式微控制器嵌入式微控制器又稱

20、為單片機，它將CPU、存儲器（少量的RAM、ROM或兩者都有）和其它外設封裝在同一片集成電路里。常見的有8051。嵌入式微控制器又稱單片機，顧名思義(g mng s y)，就是將整個計算機系統集成到一塊芯片中。和嵌入式微處理器相比，微控制器的最大特點是單片化，體積大大減小，從而使功耗和成本下降、可靠性提高。共九十一頁 嵌入式DSP嵌入式DSP處理器有兩個發展方向(fngxing)：嵌入式DSP處理器和嵌入式處理器經過單片化設計，片上增加豐富的外設成為具有高性能DSP功能的SoC；在通用微處理器、微控制器或SoC中增加DSP協處理器，例如Intel的MCS-296和Siemens的TriCore

21、。共九十一頁嵌入式系統(xtng)核心是嵌入式的處理器，因此學習、研究、開發嵌入式系統(xtng)要從學習嵌入式處理器開始。共九十一頁1.3.2 典型(dinxng)嵌入式處理器介紹 MIPS 處理器 PowerPC 處理器 Sparc 處理器 ARM 處理器 共九十一頁 MIPS處理器MIPS技術公司是一家設計(shj)制造高性能、高檔次及嵌入式32位和64位處理器的廠商。在RISC處理器方面占有重要地位。MIPS的意思是“無內部互鎖流水級的微處理器”（Microprocessor without interlocked piped stages），最早是在80年代初期由美國斯坦福大學Hen

22、nessy教授領導的研究小組研制出來的。 1986年推出R2000處理器，1988年推出R3000處理器，1991年推出第一款64位商用微處理器R4000。之后，又陸續推出R8000（于1994年）、R10000（于1996年）和R12000（于1997年）等型號。之后，MIPS公司的戰略發生變化，把重點放在嵌入式系統上。共九十一頁 MIPS處理器在嵌入式方面，MIPS 系列微處理器是目前僅次于ARM的用得最多的處理器之一（1999年以前MIPS是世界(shji)上用得最多的處理器），其應用領域覆蓋游戲機、路由器、激光打印機、掌上電腦等各個方面。MIPS的系統結構及設計理念比較先進，在設計理念

23、上MIPS強調軟硬件協同提高性能，同時簡化硬件設計。 共九十一頁 PowerPC處理器PowerPC架構的特點是可伸縮性好，方便靈活。PowerPC處理器品種很多，既有通用的處理器，又有嵌入式控制器和內核，應用范圍非常廣泛，從高端的工作站、服務器到桌面計算機系統，從消費類電子產品到大型通信設備，無所不包。處理器芯片(xn pin)主要型號是PowerPC 750，它于1997年研制成功，最高的工作頻率可以達到500MHz，采用先進的銅線技術。該處理器有許多品種，以便適合各種不同的系統。包括IBM小型機、蘋果電腦和其他系統。嵌入式的PowerPC 405（主頻最高為266MHz）和PowerPC

24、 440（主頻最高為550MHz）處理器內核可以用于各種SoC設計上，在電信、金融和其他許多行業具有廣泛的應用。共九十一頁 Sparc處理器全稱為“可擴充處理器架構”（Scalable Processor Architecture）， Sun公司以其性能優秀的工作站聞名，這些工作站的心臟全都是采用Sun/TI公司自己研發的Sparc芯片。 根據Sun公司未來的發展(fzhn)規劃，在64位UltraSparc處理器方面，主要有3個系列，首先是可擴展式s系列，主要用于高性能、易擴展的多處理器系統。目前UltraSparc s的頻率已經達到750MHz。將推出UltraSparc s和UltraS

25、parc s等型號。其中UltraSparc s的頻率為1GHz，UltraSparc s則為1.5GHz.其次是集成式i系列，它將多種系統功能集成在一個處理器上，為單處理器系統提供了更高的效益。已經推出的UltraSparc i的頻率達到700MHz，未來的UltraSparc i的頻率將達到1GHz。最后是嵌入式e系列，為用戶提供理想的性能價格比，嵌入式應用包括瘦客戶機、電纜調制解調器和網絡接口等。Sun公司還將推出主頻300、400、500MHz等版本的處理器。共九十一頁ARM處理器ARM （Advanced RISC Machines)世界第一大IP知識產權廠商(chngshng)只提

26、供IP授權，不生產具體芯片，Chipless高性能，低功耗。共九十一頁 1.3.3 嵌入式SoC 隨著半導體產業進入超深亞微米乃至納米加工時代，在單一集成電路芯片上就可以實現一個復雜的電子系統，諸如手機芯片、數字電視芯片、DVD 芯片等。隨著半導體工藝技術的發展,IC設計者能夠將愈來愈復雜的功能集成到單硅片上, SoC正是在集成電路( IC)向集成系統( IS)轉變(zhunbin)的大方向下產生的。 注：通常把08035m稱為(chn wi)亞微米，025m及其以下稱為(chn wi)深亞微米，005m及其以下稱為(chn wi)納米級。 共九十一頁所謂SoC技術，是一種高度集成化、固件化的

27、系統集成技術。使用SoC技術設計系統的核心思想，就是要把整個應用電子系統全部集成在一個芯片中。在使用SoC技術設計應用系統，除了那些無法集成的外部電路或機械部分(b fen)以外，其他所有的系統電路全部集成在一起。 共九十一頁SoC技術(jsh)的特點SoC具有以下幾方面的優勢，因而創造其產品價值與市場需求：降低(jingd)耗電量減少體積增加系統功能提高速度節省成本共九十一頁IP核（Intellectual Property core）是一段具有特定電路功能的硬件描述語言程序，該程序與集成電路工藝無關，可以(ky)移植到不同的半導體工藝中去生產集成電路芯片。利用IP核設計電子系統，引用方便，

28、修改基本元件的功能容易。具有復雜功能和商業價值的IP核一般具有知識產權。共九十一頁 嵌入式SoC IP內核模塊是SOC設計的基礎，究竟購買哪一級IP內核模塊，要根據現有基礎、時間、資金和其他條件權衡(qunhng)確定。但總的來說，通過購買IP內核模塊不僅可以降低開發風險，還能節省開發費用，因為一般購買IP內核模塊的費用要低于自己單獨設計和驗證的費用。 共九十一頁 嵌入式SoC當然，并不是所需要的IP內核模塊都可以從市場上買的到。為了壟斷市場，有一些公司開發出來的關鍵IP內核模塊（至少暫時）是不愿意授權轉讓使用的。像這樣的IP內核模塊就不得不自己組織力量來開發。ARM公司以IP提供者的身份向各

29、大半導體制造商出售知識產權(zh sh chn qun)，自己卻不介入芯片的生產和銷售。ARM芯核的卓越特性，使其成為32位嵌入式應用開發工程師的首選;基于ARM處理器核的SoC芯片的應用開發得到廣泛的應用。SoC芯片已經成為提高移動通信、網絡、信息家電、高速計算、多媒體應用及軍用電子系統性能的核心器件，是嵌入式系統的硬件核心。 共九十一頁1.3.4 可編程片上系統(xtng)SOPC SOPC它是用可編程邏輯技術把整個系統放到一塊硅片上,來用于嵌入式系統的研究和電子信息處理. SOPC是一種特殊的嵌入式系統,它是片上系統（SOC），即由單個芯片完成整個系統的主要邏輯功能。但它不是簡單(jin

30、dn)的SOC,它也是可編程系統，具有靈活的設計方式，可裁減、可擴充、可升級，并具備軟硬件在系統可編程的功能。 共九十一頁可編程片上系統(xtng)SOPC SOPC的技術基礎：超大規模可編程邏輯器件及其開發工具的成熟；-FPGA密度提高；-FPGA成本大大下降；-FPGA設計(shj)、綜合、仿真、測試工具性能飛速提高。微處理器/DSP以IP核的形式方便的嵌入到FPGA中；基于IP Core的開發模式深入人心。 共九十一頁SOPC是PLD和ASIC技術的結合，集成(j chn)了CPU、DSP、存儲器、外圍I/O及可編程邏輯的SOPC芯片在應用上具有極大的靈活性。在價格上具有極大優勢，SOP

31、C被稱為半導體產業的未來。ASIC (Application Specific Integrated Circuit)：專用集成電路 共九十一頁1.3.5嵌入式外圍接口(ji ku)電路和設備接口(ji ku) 根據外圍設備的功能(gngnng)可分為以下5類 存儲器類型通信接口輸入輸出設備 設備擴展接口 電源及輔助設備 共九十一頁 存儲器類型(lixng)：存儲器是嵌入式系統中存儲數據和程序的功能部件，目前常見的存儲設備按使用(shyng)的存儲器類型分為： 靜態易失型存儲器（RAM，SRAM）； 動態易失型存儲器（DRAM）； 非易失性存儲器ROM（MASK ROM，EPROM， EEPR

32、OM，FLASH）； 硬盤、軟盤、CDROM等。共九十一頁 通信接口 目前存在的所有計算機通信接口在嵌入式領域中都有其廣泛的應用，應用最為廣泛的接口設備包括 RS-232接口（串口UART） USB接口（通用串行總線接口） IrDA（Infra Red Data Association紅外線接口）、 SPI（串行外圍設備接口）、 I2C、CAN總線(zn xin)接口、 藍牙接口（Bluetooth） Ethernet（以太網接口）、 IEEE1394接口和通用可編程接口GPIO。 共九十一頁 輸入輸出設備(shbi) CRT、LCD和觸摸屏等，構成了嵌入式系統中重要的信息(xnx)輸入輸出設

33、備，應用廣泛。 觸摸屏可以方便的實現鼠標和鍵盤功能。 共九十一頁 設備擴展(kuzhn)接口 簡單的嵌入式系統如具有簡單的記事本、備忘錄以及日程計劃等功能的PDA，它所需要存儲的數據量并不需要很大的內存。由于目前的嵌入式系統功能越來越復雜，需要大容量內存，大的內存使得系統成本和體積加大。目前一些高端的嵌入式系統都會預留可擴展存儲設備接口，為日后用戶有特別(tbi)需求時，可購買符合擴展接口規格的裝置直接接入系統使用。 常用的擴展卡還有各種CF卡、SD卡、Memory Stick等。目前高端的嵌入式系統都留有一定的擴展卡接口。CF卡-Compact Flash SD卡-Secure Digita

34、l Memory Card 共九十一頁 電源及輔助(fzh)設備 嵌人式系統力求外觀小型化、重量輕以及電源使用壽命長，例如移動電話或PDA，體積較大或者過重的機型已經被淘汰。目前發展的目標是體積小、易攜帶和外觀設計新穎等。在便攜式嵌入式系統的應用中，必須特別(tbi)關注電源裝置等輔助設備。 共九十一頁1.4 嵌入式操作系統 1.4.1嵌入式操作系統1.4.2嵌入式實時操作系統1.4.3典型(dinxng)嵌入式操作系統介紹 共九十一頁1.4.1嵌入式操作系統計算機由硬件和軟件兩部分組成，操作系統OS(Operating System)是配置在計算機硬件上的第一層軟件，在計算機系統中占據了特殊

35、(tsh)重要的地位；操作系統可以解釋或理解為補平硬件差異的界面或是說隱藏硬件，讓應用程序可以在上面運行。通過由操作系統統一提供出來的系統界面來寫應用程序，無須考慮到不同硬件所造成的差異，讓程序設計人員能夠專注于所擅長領域的開發 共九十一頁 嵌入式操作系統從用戶的觀點看 OS是用戶與計算機硬件系統之間的接口，用戶在OS的幫助下能夠方便、快捷、安全、可靠地操縱計算機硬件和運行自己的程序(chngx)；從資源管理觀點 可以把OS視為計算機系統資源的管理者。嵌入式操作系統就是支持嵌入式系統工作的操作系統。它在知識體系和技術本質上與通用操作系統沒有太大的區別，一般用于比較復雜的嵌入式系統軟件開發中共九

36、十一頁1.4.2嵌入式實時操作系統大多嵌入式系統應用在實時環境中，因此嵌入式操作系統跟實時（Real-Time）操作系統密切聯系在一起。 實時操作系統可以根據(gnj)實際應用環境的要求對內核進行剪裁和重新配置，組成可根據(gnj)實際的不同應用領域而有所不同。但以下幾個重要組成部分是不太變化的：實時內核、網絡組件、文件系統和圖形接口等。共九十一頁嵌入式操作系統嵌入式操作系統相對于一般操作系統而言，僅指操作系統的內核（或者微內核），其他的諸如窗口系統界面(jimin)或是通訊協議等模塊，可以另外選擇，目前大多數的嵌入式操作系統必須提供以下管理功能： （1）多任務管理 （2）存儲管理 （3）周邊

37、資源管理 （4）中斷管理 共九十一頁所有的嵌入式操作系統都是多任務的，目前說的多任務大都是指多線程（Multi-Threads）方式或多進程（Multi-Procosses）方式。操作系統主要是提供調度機制來控制這些執行程序的起始、執行、暫停、結束。 嵌入式操作系統中的進程狀態有如下三種： 運行狀態（running）就緒(jix)狀態（ready）等待狀態（waitting） （1）多任務管理(gunl)共九十一頁（2）存儲管理在系統(xtng)資源非常有限的嵌入式系統(xtng)中一般不采用虛擬內存管理，而采用動態內存管理方式，當程序的某一部分需要使用內存時，利用操作系統提供的分配函數來處理

38、，一旦使用完畢，可以通過釋放函數來釋放所占用的內存，這樣內存可以重復使用。 共九十一頁（3）周邊(zhu bin)資源管理在一個嵌入式系統里，除了系統本身的中央處理器、內存之外，還有許多不同的周邊系統，例如輸入/輸出設備、通訊(tngxn)端口、或是外接的控制器等，操作系統中必須提供周邊資源的驅動程序，以方便資源管理和應用程序使用。對于應用程序來說，則必須向操作系統注冊一個請求機制，然后等待操作系統將資源安排給應用程序。 共九十一頁（4）中斷(zhngdun)管理因為查詢方式(fngsh)需要占用大量CPU時間，因此，嵌入式操作系統和一般操作系統一樣，一般都是用中斷方式(fngsh)來處理外部

39、事件和I/O請求。中斷管理負責中斷的初始化安裝、現場的保存和恢復、中斷棧的嵌套管理等。共九十一頁1.4.3典型(dinxng)嵌入式操作系統介紹 嵌入式操作系統的種類繁多，但大體上可分為兩種商用型和免費型。商用型的操作系統主要(zhyo)有VxWorks、Windows CE 、Psos、Palm OS、OS-9、LynxOS、QNX、LYNX等 諾基亞的Symbian（塞班）免費型的操作系統主要有Linux和C/OS-II 嵌入式系統需要的是一套高度簡練、界面友善、質量可靠、應用廣泛、易開發、多任務，并且價格低廉的操作系統 共九十一頁典型(dinxng)嵌入式操作系統介紹 C/OS-II 嵌

40、入式操作系統內核(ni h) VxWorks嵌入式實時操作系統 WinCE操作系統 Linux操作系統 共九十一頁C/OS-II 嵌入式操作系統內核(ni h) C/OS-II是一個可裁減的、源碼開放的、結構小巧、可剝奪型的實時多任務內核，主要面向中小型嵌入式系統，具有執行效率高、占用(zhn yn)空間小、可移植性強、實時性能優良和可擴展性強等特點。C/OS-II中最多可以支持64個任務，分別對應優先級063，其中0為最高優先級。實時內核在任何時候都是運行就緒了的最高優先級的任務，是真正的實時操作系統。C/OS-II最大程度上使用ANSI C語言開發，現已成功移植到近40多種處理器體系上。共

41、九十一頁C/OS-II 嵌入式操作系統內核(ni h)C/OS-II結構小巧，最小內核可編譯至2k（這樣的內核沒有太大實用性），即使包含全部功能如信號量、消息郵箱、消息隊列及相關函數等，編譯后的C/OS-II內核也僅有610kb，所以它比較適用于小型(xioxng)控制系統。C/OS-II具有良好的擴展性能，比如系統本身不支持文件系統，但是如果需要的話也可自行加入文件系統的內容。共九十一頁VxWorks嵌入式實時操作系統是美國 Wind River System 公司（ 以下簡稱風河 公司 ，即 WRS 公司）推出的一個實時操作系統。支持多種處理器，如X86、i960、SUN Sparc、Mo

42、torola MC68xxx、MIPS RX000、PowerPC等。 VxWorks嵌入式實時操作系統基于微內核結構，由400多個相對獨立、短小精悍的目標模塊組成，用戶(yngh)可根據需要增加或刪減適當模塊來裁剪和配置系統。共九十一頁 WinCE操作系統(co zu x tn) Microsoft Windows CE是針對有限資源的平臺(pngti)而設計的多線程、完整優先權、多任務的操作系統，但它不是一個硬實時操作系統。高度模塊化是WinCE的一個鮮為人知的特性，這一特性有利與它對從掌上電腦到專用的工業控制器的用戶電子設備進行定制。WinCE操作系統的基本內核需要至少200K的ROM，

43、它支持 Win32 API子集、多種用戶界面硬件、多種的串行和網絡通訊技術、COM/OLE和其他的進程間通訊的先進方法。Microsoft公司為Windows CE提供了Platform Builder和Embedded Visual Studio開發工具。共九十一頁 WinCE操作系統(co zu x tn)Windows CE有五個主要的模塊 內核模塊：支持進程和線程處理及內存管理等基 本服務； 內核系統調用接口模塊：允許應用軟件訪問操作系統提供的服務； 文件系統模塊：支持DOS等格式的文件系統； 圖形窗口和事件子系統模塊：控制圖形顯示(xinsh)， 并提供Windows GUI界面；通

44、訊模塊：允許同其他的設備之間進行信息交換。共九十一頁 WinCE操作系統(co zu x tn)Windows CE嵌入式操作系統最大的特點是能提供與PC機類似的圖形界面和主要的應用程序。Windows CE嵌入式操作系統的界面顯示大多數在Windows里出現(chxin)的標準部件，包括桌面、任務欄、窗口、圖標和控件等等。共九十一頁共九十一頁Linux 介紹(jisho)簡單地說，Linux是一套免費使用和自由傳播的類Unix操作系統，這個系統是由世界各地的成千上萬的程序員設計和實現的。其目的是建立不受任何商品化軟件的版權制約的、全世界都能自由使用的Unix兼容(jin rn)產品。共九十一

45、頁uclinux表示micro-control linux.即“微控制器領域(ln y)中的Linux系統” 是開放源碼的嵌入式Linux的典范之作。uCLinux主要是針對目標處理器沒有MMU的嵌入式系統而設計的。 共九十一頁1.5 嵌入式應用軟件開發1.5.1 嵌入式軟件開發的特點和技術挑戰1.5.2 嵌入式軟件開發環境1.5.3 嵌入式應用軟件開發的基本(jbn)流程1.5.4 嵌入式軟件開發的可移植性和可重用性 共九十一頁1.5.1嵌入式軟件開發(kif)的特點和技術挑戰開發復雜程度增加嵌入式軟件開發需要軟硬件開發環境和工具 嵌入式軟硬件必須協同設計 需要新的任務設計方法 開發過程(guchng)完成后，系統應用程序代碼需要固化到系統中進行功能、性能和可靠性測試 技術要求高共九十一頁1.5.2嵌入式軟件開發(kif)環境1）交叉(jioch)開發環境 交叉開發軟件一般為一個整合編輯、編譯匯編鏈接、調試、工程管理及函數庫等功能模塊的集成開發環境IDE（Intergrated Development Environment）。 1）交叉開發環境2）軟件模擬環