【復(fù)習(xí)資料】單?機(jī)與嵌?式系統(tǒng)原理及應(yīng)?嵌?式系統(tǒng)的概念1.第?種定義：嵌?式系統(tǒng)是以應(yīng)?為中?、計算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，軟硬件可裁剪，適應(yīng)應(yīng)?系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴(yán)格要求的專?計算機(jī)系統(tǒng)。2.第?種定義：把基于處理器（通?處理器和嵌?式處理器）的設(shè)備成為計算機(jī)，把計算機(jī)分為兩?部分，即通?計算機(jī)和嵌?式計算機(jī)。嵌?式系統(tǒng)也被成為嵌?式計算機(jī)，因此嵌?式系統(tǒng)被定義為?通?計算機(jī)系統(tǒng)。3.嵌?式系統(tǒng)應(yīng)定義為：嵌?到對象體系中的專?計算機(jī)系統(tǒng)，“嵌?式”、“專?性”與“計算機(jī)系統(tǒng)”是嵌?式系統(tǒng)的三個基本要素，對象系統(tǒng)則是指嵌?式系統(tǒng)所嵌?的宿主系統(tǒng)。嵌?式系統(tǒng)的分類1.按嵌?式微處理器的位數(shù)分類：8位、16位、32位和64位。2.按實時性分類：嵌?式實時系統(tǒng)（硬實時系統(tǒng)和軟實時系統(tǒng)）、嵌?式?實時系統(tǒng)。3.按嵌?式軟件結(jié)構(gòu)分類：1.循環(huán)輪詢系統(tǒng)。2.前后臺系統(tǒng)：中斷驅(qū)動機(jī)制。3.多任務(wù)系統(tǒng)：降低系統(tǒng)復(fù)雜度，保證系統(tǒng)的實時性和可維護(hù)性。4.按應(yīng)?領(lǐng)域分類：信息家電類、汽車電?類、航空電?類、軍事電?類等。按軟件結(jié)構(gòu)分三種系統(tǒng)的優(yōu)缺點系統(tǒng)分類優(yōu)點缺點循環(huán)輪詢系統(tǒng)編程簡單，沒有中斷，不會出現(xiàn)隨機(jī)問題。應(yīng)?領(lǐng)域有限，不適合有?量輸?輸出的服務(wù)，軟件規(guī)模增?后不便于調(diào)試。前后臺系統(tǒng)可并發(fā)處理不同的異步事件，設(shè)計簡單，?須學(xué)習(xí)操作系統(tǒng)的相關(guān)知識。對于復(fù)雜系統(tǒng)，其主程序設(shè)計復(fù)雜，可靠性降低。實時性只能通過中斷來保證，?旦主程序介?處理事件，其實時性難以保證。中斷服務(wù)程序與主程序之間共享、互斥的問題需要??解決。多任務(wù)系統(tǒng)復(fù)雜的系統(tǒng)被分解成相對獨?的多個任務(wù)，降低了系統(tǒng)的復(fù)雜度。可以保證系統(tǒng)的實時性。系統(tǒng)模塊化，可維護(hù)性?。需要引?新的軟件設(shè)計?法。需要對每個共享資源進(jìn)?互斥。任務(wù)間存在競爭。嵌?式操作系統(tǒng)的使?將會增加系統(tǒng)開銷。嵌?式系統(tǒng)的組成1.嵌?式處理器：嵌?式系統(tǒng)的核?部件。2.外圍設(shè)備：?于完成存儲、通信、調(diào)試、顯?燈輔助功能。3.嵌?式操作系統(tǒng)：軟件模塊的集合。4.應(yīng)?軟件：完成?戶預(yù)期任務(wù)的計算機(jī)軟件。嵌?式操作系統(tǒng)的概念：嵌?式操作系統(tǒng)是?以完成任務(wù)調(diào)度、任務(wù)間通信與同步、任務(wù)管理、時間管理、內(nèi)存管理等的軟件模塊集合。嵌?式操作系統(tǒng)的引???提?了嵌?式系統(tǒng)的性能、?便了應(yīng)?軟件的設(shè)計、但同時也占?了嵌?式系統(tǒng)的資源。嵌?式操作系統(tǒng)的分類：1.按源代碼類型：可分為商?型和開源型。2.按實時性能：可分為強(qiáng)實時型和普通實時型。3.按內(nèi)核結(jié)構(gòu)：單內(nèi)核型（串?）和微內(nèi)核型（并列式）。嵌?式操作系統(tǒng)的優(yōu)點1.提?了嵌?式系統(tǒng)的性能。2.?便了應(yīng)?軟件的設(shè)計。3.可裁剪和可移植性強(qiáng)，?持開放性和可伸縮性的體系結(jié)構(gòu)。4.內(nèi)核精簡，占?空間?，內(nèi)核?傳統(tǒng)的操作系統(tǒng)?很多。5.?實時性，可?于各種設(shè)備控制中。6.為設(shè)備提供統(tǒng)?的驅(qū)動接?。7.?可靠性，嵌?式操作系統(tǒng)可長期穩(wěn)定運?。使?嵌?式操作系統(tǒng)的必要性：1.?先，嵌?式實時操作系統(tǒng)提?了系統(tǒng)的可靠性。2.其次，提?了開發(fā)效率，縮短了開發(fā)周期。3.再次，嵌?式實時操作系統(tǒng)充分發(fā)揮了32位CPU的多任務(wù)潛?。A/D轉(zhuǎn)換：定義：A/D轉(zhuǎn)換是將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量的器件。模擬量可以是電壓、電流等電信號，也可以是聲、光、壓?和溫度等隨時間連續(xù)變化的?電物理量。轉(zhuǎn)換?法：1.電壓頻率式：精度?、價格低，但轉(zhuǎn)換速度不?。2.積分式：抗?擾能?好，轉(zhuǎn)換速度低。3.逐次逼近式：轉(zhuǎn)換速度較快。4.并?轉(zhuǎn)換。5.串?轉(zhuǎn)換。D/A轉(zhuǎn)換：定義：D/A轉(zhuǎn)換器是實現(xiàn)數(shù)模轉(zhuǎn)換功能的部件。衡量D/A轉(zhuǎn)換器性能的主要參數(shù)有：1.分辨率：即輸出的模擬量的最?變化量。2.滿刻度誤差：即輸?為全1時輸出電壓與理想值之間的誤差。3.輸出范圍。4.轉(zhuǎn)換時間：指從轉(zhuǎn)換器的輸?改變到輸出穩(wěn)點的時間間隔。5.是否容易和CPU接?。ARM的概念1.ARM是AdvancedRISCMachines公司的縮寫。各半導(dǎo)體公司根據(jù)ARM內(nèi)核技術(shù)開發(fā)出ARM內(nèi)核的嵌?式SOC系統(tǒng)的系列芯?。2.從編程?度來看，ARM處理器的?作狀態(tài)?般有兩種：ARM狀態(tài)和Thumb狀態(tài)。處理器?作狀態(tài)的轉(zhuǎn)變不影響處理器的?作模式和相應(yīng)寄存器中的內(nèi)容。1.ARM狀態(tài)：處理器執(zhí)?32位的字對齊的ARM指令。2.Thumb狀態(tài)：處理器執(zhí)?16位的半字對齊的Thumb指令。ARM的運?模式?戶模式、系統(tǒng)模式、管理模式、未定義模式、快速中斷模式、外部中斷模式、數(shù)據(jù)訪問中?模式。任務(wù)的定義1.在嵌?式系統(tǒng)中，?個任務(wù)也稱作?個線程，即為?個程序。線程分為?戶級線程和內(nèi)核級線程。2.該程序在運?時可以認(rèn)為CPU完全屬于??。3.在實時應(yīng)?程序的設(shè)計過程中，要考慮如何將應(yīng)?功能合理地劃分為多個任務(wù)，讓每個任務(wù)完成?定的功能，成為整個應(yīng)?的?部分。4.每個任務(wù)都被賦予?定的優(yōu)先級，有?套CPU存儲器和棧空間。5.任務(wù)越重要，賦予的優(yōu)先級越?。就?多數(shù)內(nèi)核??，任務(wù)的優(yōu)先級由?戶決定。任務(wù)的分類：1.按照到達(dá)情況的可預(yù)測性，任務(wù)可劃分為周期任務(wù)和?周期任務(wù)。周期任務(wù)每隔?個固定的時間間隔就會執(zhí)??次，?周期任務(wù)執(zhí)?的間隔時間不確定。2.按照重要程度，可分為關(guān)鍵任務(wù)和?關(guān)鍵任務(wù)。關(guān)鍵任務(wù)為需要得到及時執(zhí)?的任務(wù)，否則將可能出現(xiàn)災(zāi)難性的后果，?關(guān)鍵任務(wù)如果沒有及時執(zhí)?，不會產(chǎn)?嚴(yán)重的后果，擁有關(guān)鍵任務(wù)的實時系統(tǒng)?被稱為強(qiáng)實時系統(tǒng)，否則稱為弱實時系統(tǒng)。任務(wù)的調(diào)度是內(nèi)核的主要職責(zé)之?，就是決定該輪到哪個任務(wù)運?。任務(wù)調(diào)度器從當(dāng)前就緒的所有任務(wù)中依照任務(wù)調(diào)度算法選擇?個最符合算法要求的任務(wù)，使其獲得CPU的使?權(quán)，從就緒態(tài)進(jìn)?運?態(tài)。通常，基于優(yōu)先級調(diào)度法的內(nèi)核有兩種：搶占式內(nèi)核和?搶占式內(nèi)核。在多任務(wù)系統(tǒng)中，都會提供?個系統(tǒng)函數(shù)來進(jìn)?進(jìn)程（任務(wù)）間的切換。1.由進(jìn)程（任務(wù)）本?直接調(diào)?任務(wù)切換函數(shù)進(jìn)?進(jìn)程（任務(wù)）切換。2.延遲調(diào)?任務(wù)切換函數(shù)進(jìn)?進(jìn)程（任務(wù)）切換。任務(wù)的5種狀態(tài)1.休眠態(tài)（Dormant）：任務(wù)駐留在內(nèi)存的程序空間中，并未被多內(nèi)核所調(diào)度。2.就緒態(tài)（Ready）：任務(wù)已經(jīng)準(zhǔn)備好，可以運?，但是由于該任務(wù)的優(yōu)先級?正在運?的任務(wù)的優(yōu)先級低，暫時還不能運?。3.運?態(tài)（Running）：任務(wù)獲得了CPU的控制權(quán)，正在運?中。基于優(yōu)先級調(diào)度的實時內(nèi)核總是讓處于就緒態(tài)的優(yōu)先級最?的任務(wù)運?。4.掛起態(tài)（Pending）：也叫等待事件態(tài)（waiting），是指任務(wù)在等待某?事件的發(fā)?（如等待某外設(shè)的IO操作、等待定時脈沖的到來、等待超時信號的到來）。正在運?的任務(wù)由于調(diào)?了延時函數(shù)或等待某事件發(fā)??將??掛起，就轉(zhuǎn)變成了掛起態(tài)。5.被中斷態(tài)（Intermpt）：是指發(fā)?中斷時，CPU提供相應(yīng)的中斷服務(wù)，原來正在運?的任務(wù)暫時不能運?，?進(jìn)?了被中斷態(tài)。任務(wù)切換1.概念：任務(wù)轉(zhuǎn)換是指CPU寄存器內(nèi)容切換。2.過程：1.當(dāng)多任務(wù)內(nèi)核決定運?另外的任務(wù)時，它保存正在運?的任務(wù)的當(dāng)前狀態(tài)，即當(dāng)前CPU寄存器中的全部內(nèi)容。2.內(nèi)核將這些內(nèi)容保存在該任務(wù)的當(dāng)前狀態(tài)保存區(qū)，也就是該任務(wù)??的棧區(qū)中（這個過程稱為“?棧”）。3.把將要運?的任務(wù)的當(dāng)前狀態(tài)從該任務(wù)的棧中裝?CPU寄存器（這個過程稱為“出棧”），并開始這個任務(wù)的運?。3.特點：任務(wù)切換過程增加了應(yīng)?程序的額外負(fù)荷，CPU的內(nèi)部寄存器越多，額外負(fù)荷就越重。任務(wù)切換所需要的時間取決于CPU有多少寄存器要?棧。單?機(jī)應(yīng)?系統(tǒng)單?機(jī)的應(yīng)?系統(tǒng)由硬件和軟件所組成。1.硬件指單?機(jī)、擴(kuò)展的存儲器、擴(kuò)展的輸?輸出設(shè)備。2.軟件是各種?作程序的總稱。硬件和軟件只有緊密配合、協(xié)調(diào)?致，才能提?系統(tǒng)的性能。3.單?機(jī)應(yīng)?系統(tǒng)的研制過程包括總體設(shè)計、硬件設(shè)計與加?、軟件設(shè)計、聯(lián)機(jī)調(diào)試、產(chǎn)品定型等?個階段，但它們不是絕對分開的，有時是交叉進(jìn)?的。P17重點SPISPI實際上是?種串?總線接?標(biāo)準(zhǔn)。SPI?式可允許同時同步傳送和接受8位數(shù)據(jù)，他的?作時傳輸速率最?可達(dá)到??兆位/秒。SPI?以下3個引腳來完成通信：*串?數(shù)據(jù)輸出SDO（SerialDataOut）。*串?數(shù)據(jù)輸?SDI（SerialDataIn）。*串?時鐘SCK（SerialClock）。主機(jī)、從機(jī)之間SPI總線連接?意圖SPI通訊的時序圖I2C也是?種串?總線的外設(shè)接?，它采?同步?式串?接收或發(fā)送信息，兩個設(shè)備在同?個時鐘下?作。與SPI不同的是I2C只?兩根線：*串?數(shù)據(jù)SDA（SerialData）。*串?時鐘SCL（SerialClock）。由于I2C只有?根數(shù)據(jù)線，因此其發(fā)送信息和接收信息不能同時進(jìn)?。信息的發(fā)送接收只能分時進(jìn)?，I2C串?總線?作時傳輸速率最?位400K位/秒。計算題?、輪詢?式得到鍵值（獨?鍵盤實驗）實驗現(xiàn)象：下載程序后按下K1按鍵可以對D1?燈狀態(tài)取反。注意事項：?。#include"reg52.h"http://此?件中定義了單?機(jī)的?些特殊功能寄存器typedefunsignedintu16;//對數(shù)據(jù)類型進(jìn)?聲明定義typedefunsignedcharu8;sbitk1=P3^1;//定義P31?是k1sbitled=P2^0;//定義P20?是led//函數(shù)名:delay:延時函數(shù)，i=1時，?約延時10ms//函數(shù)功能voiddelay(u16i){while(i--);}//函數(shù)名:keypros:按鍵處理函數(shù)，判斷按鍵K1是否按下//函數(shù)功能voidkeypros(){if(k1==0){delay(1000);if(k1==0){led=~led;}//檢測按鍵K1是否按下//消除抖動?般?約10ms//再次判斷按鍵是否按下//led狀態(tài)取反while(!k1);}//檢測按鍵是否松開}voidmain(){while(1){keypros();//按鍵處理函數(shù)}}?、中斷?法（1、2?選?）2.LED燈閃爍（T0）定時器0實驗實現(xiàn)現(xiàn)象：下載程序后D1?燈循環(huán)點亮1秒，熄滅1秒。使?單?機(jī)內(nèi)部定時器可以實現(xiàn)準(zhǔn)確延時。注意事項：?。#include"reg52.h"http://此?件中定義了單?機(jī)的?些特殊功能寄存器typedefunsignedintu16;//對數(shù)據(jù)類型進(jìn)?聲明定義typedefunsignedcharu8;sbitled=P2^0;//定義P20?是led//*函數(shù)名:Timer0Init//*函數(shù)功能:定時器0初始化voidTimer0Init(){TMOD|=0X01;//選擇為定時器0模式，?作?式1，僅?TR0打開啟動。TH0=0XFC;//給定時器賦初值，定時1msTL0=0X18;ET0=1;//打開定時器0中斷允許EA=1;//打開總中斷TR0=1;