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1、1 1 嵌入式系统概述嵌入式系统概述1.1 1.1 嵌入式系统嵌入式系统1.2 1.2 嵌入式处理器嵌入式处理器1.3 1.3 嵌入式操作系统嵌入式操作系统1.4 1.4 嵌入式系统基本组成嵌入式系统基本组成1.1 嵌入式系统uu概述概述概述概述l l嵌入式系统诞生于微型计算机时代，与通用计算机的发展嵌入式系统诞生于微型计算机时代，与通用计算机的发展嵌入式系统诞生于微型计算机时代，与通用计算机的发展嵌入式系统诞生于微型计算机时代，与通用计算机的发展道路完全不同，形成了单芯片为基础的技术发展道路。道路完全不同，形成了单芯片为基础的技术发展道路。道路完全不同，形成了单芯片为基础的技术发展道路。道路
2、完全不同，形成了单芯片为基础的技术发展道路。通用计算机按高速、海量的技术发展通用计算机按高速、海量的技术发展通用计算机按高速、海量的技术发展通用计算机按高速、海量的技术发展嵌入式系统则为满足对象要求，按照嵌入式、智能化嵌入式系统则为满足对象要求，按照嵌入式、智能化嵌入式系统则为满足对象要求，按照嵌入式、智能化嵌入式系统则为满足对象要求，按照嵌入式、智能化控制的要求发展控制的要求发展控制的要求发展控制的要求发展l l随着半导体工艺的提高，经过最近二十几年的发展，已经随着半导体工艺的提高，经过最近二十几年的发展，已经随着半导体工艺的提高，经过最近二十几年的发展，已经随着半导体工艺的提高，经过最近二
3、十几年的发展，已经在很大程度上改变了人们的生活、工作和娱乐方式，而且在很大程度上改变了人们的生活、工作和娱乐方式，而且在很大程度上改变了人们的生活、工作和娱乐方式，而且在很大程度上改变了人们的生活、工作和娱乐方式，而且这些改变还在加速这些改变还在加速这些改变还在加速这些改变还在加速l l应用广泛，具有无数的种类，每类都具有自己独特的个性应用广泛，具有无数的种类，每类都具有自己独特的个性应用广泛，具有无数的种类，每类都具有自己独特的个性应用广泛，具有无数的种类，每类都具有自己独特的个性mp3mp3mp3mp3、数码相机与打印机就有很大的不同、数码相机与打印机就有很大的不同、数码相机与打印机就有很
4、大的不同、数码相机与打印机就有很大的不同汽车中更是具有多个嵌入式系统，使汽车更轻快、更汽车中更是具有多个嵌入式系统，使汽车更轻快、更汽车中更是具有多个嵌入式系统，使汽车更轻快、更汽车中更是具有多个嵌入式系统，使汽车更轻快、更干净、更容易驾驶干净、更容易驾驶干净、更容易驾驶干净、更容易驾驶3什么是嵌入式系统？1.1 嵌入式系统uu现实现实中的嵌入式系中的嵌入式系中的嵌入式系中的嵌入式系统统l l无处不在无处不在无处不在无处不在嵌入式系统也无处不在。工业自动化、国防、运输和航嵌入式系统也无处不在。工业自动化、国防、运输和航嵌入式系统也无处不在。工业自动化、国防、运输和航嵌入式系统也无处不在。工业自
5、动化、国防、运输和航天领域。如神州飞船和长征火箭中肯定有很多嵌入式系天领域。如神州飞船和长征火箭中肯定有很多嵌入式系天领域。如神州飞船和长征火箭中肯定有很多嵌入式系天领域。如神州飞船和长征火箭中肯定有很多嵌入式系统，导弹制导系统也是嵌入式系统，高档汽车中有多达统，导弹制导系统也是嵌入式系统，高档汽车中有多达统，导弹制导系统也是嵌入式系统，高档汽车中有多达统，导弹制导系统也是嵌入式系统，高档汽车中有多达几十个嵌入式系统几十个嵌入式系统几十个嵌入式系统几十个嵌入式系统l l难以分开（相当重要）难以分开（相当重要）难以分开（相当重要）难以分开（相当重要）事实上，几乎所有带有一点事实上，几乎所有带有一
6、点事实上，几乎所有带有一点事实上，几乎所有带有一点“智能智能智能智能”的家电（全自动洗的家电（全自动洗的家电（全自动洗的家电（全自动洗衣机、电脑电饭煲衣机、电脑电饭煲衣机、电脑电饭煲衣机、电脑电饭煲）都是嵌入式系统。嵌入式系统广）都是嵌入式系统。嵌入式系统广）都是嵌入式系统。嵌入式系统广）都是嵌入式系统。嵌入式系统广泛的适应能力和多样性，使得视听、工作场所甚至健身泛的适应能力和多样性，使得视听、工作场所甚至健身泛的适应能力和多样性，使得视听、工作场所甚至健身泛的适应能力和多样性，使得视听、工作场所甚至健身设备中到处都有嵌入式系统。设备中到处都有嵌入式系统。设备中到处都有嵌入式系统。设备中到处都
7、有嵌入式系统。1.1 嵌入式系统uu现实现实中的嵌入式系中的嵌入式系中的嵌入式系中的嵌入式系统统6uu用于水下勘测的螃蟹机器人用于水下勘测的螃蟹机器人用于水下勘测的螃蟹机器人用于水下勘测的螃蟹机器人英国巴斯大学英国巴斯大学英国巴斯大学英国巴斯大学一位研究生一位研究生一位研究生一位研究生设计设计的，它的，它的，它的，它目前可以在目前可以在目前可以在目前可以在陆陆地上任意地上任意地上任意地上任意移移移移动动，未来，未来，未来，未来的开的开的开的开发设计发设计将将将将计计划将它划将它划将它划将它用于完全的用于完全的用于完全的用于完全的水下勘水下勘水下勘水下勘测测任任任任务务操作。操作。操作。操作。
8、1.1 嵌入式系统1.1 嵌入式系统uu嵌入式系嵌入式系嵌入式系嵌入式系统统示例示例示例示例汽汽汽汽车车控制系控制系控制系控制系统统马达马达控制器控制器车灯车灯1.1 嵌入式系统uu嵌入式系统示例嵌入式系统示例嵌入式系统示例嵌入式系统示例汽车控制系统汽车控制系统汽车控制系统汽车控制系统尾灯控制尾灯控制系统系统后车门控后车门控制系统制系统前车门控前车门控制系统制系统座椅控制座椅控制系统系统发动器控发动器控制系统制系统所有的控所有的控制系统都制系统都是一个完是一个完整的嵌入整的嵌入式系统式系统1.1 嵌入式系统uu嵌入式系嵌入式系嵌入式系嵌入式系统统示例示例示例示例电动电动汽汽汽汽车车10uu嵌入
9、式系统示例嵌入式系统示例嵌入式系统示例嵌入式系统示例finepixfinepixfinepixfinepix数码相机的解剖照片数码相机的解剖照片数码相机的解剖照片数码相机的解剖照片1.1 嵌入式系统uu嵌入式系嵌入式系嵌入式系嵌入式系统统的概念的概念的概念的概念l l嵌入机械或电气系统内部、具有专属功能的嵌入机械或电气系统内部、具有专属功能的嵌入机械或电气系统内部、具有专属功能的嵌入机械或电气系统内部、具有专属功能的智能化计算机智能化计算机智能化计算机智能化计算机算机系统。算机系统。算机系统。算机系统。通常要求实时计算性能，具有一定的复杂性。被嵌入的系统通常是包通常要求实时计算性能，具有一定的
10、复杂性。被嵌入的系统通常是包通常要求实时计算性能，具有一定的复杂性。被嵌入的系统通常是包通常要求实时计算性能，具有一定的复杂性。被嵌入的系统通常是包含硬件和机械部件的完整设备。含硬件和机械部件的完整设备。含硬件和机械部件的完整设备。含硬件和机械部件的完整设备。l l由于微型计算机无法满足绝大多数对象体系嵌入式要求的体积、价位、由于微型计算机无法满足绝大多数对象体系嵌入式要求的体积、价位、由于微型计算机无法满足绝大多数对象体系嵌入式要求的体积、价位、由于微型计算机无法满足绝大多数对象体系嵌入式要求的体积、价位、可靠性，因此嵌入式系统的发展需要依靠集成度的提高。可靠性，因此嵌入式系统的发展需要依靠
11、集成度的提高。可靠性，因此嵌入式系统的发展需要依靠集成度的提高。可靠性，因此嵌入式系统的发展需要依靠集成度的提高。首先是计算机芯片化，成为单片微型计算机首先是计算机芯片化，成为单片微型计算机首先是计算机芯片化，成为单片微型计算机首先是计算机芯片化，成为单片微型计算机(scmp)(scmp)(scmp)(scmp)其后是满足对象体系的控制要求，单片机不断从其后是满足对象体系的控制要求，单片机不断从其后是满足对象体系的控制要求，单片机不断从其后是满足对象体系的控制要求，单片机不断从scmpscmpscmpscmp向微控制器向微控制器向微控制器向微控制器（mcumcumcumcu）和片上系统（）和片
12、上系统（）和片上系统（）和片上系统（socsocsocsoc）发展）发展）发展）发展l l软件具有可裁剪性、通用性、可移植性软件具有可裁剪性、通用性、可移植性软件具有可裁剪性、通用性、可移植性软件具有可裁剪性、通用性、可移植性 l l无论怎么发展变化，都改变不了以下技术本质无论怎么发展变化，都改变不了以下技术本质无论怎么发展变化，都改变不了以下技术本质无论怎么发展变化，都改变不了以下技术本质内含计算机内含计算机内含计算机内含计算机嵌入到对象体系中嵌入到对象体系中嵌入到对象体系中嵌入到对象体系中满足对象智能化满足对象智能化满足对象智能化满足对象智能化控制要求控制要求控制要求控制要求1.1 嵌入式
13、系统uu嵌入式系嵌入式系嵌入式系嵌入式系统统的定的定的定的定义义l l目前，对嵌入式系统的定义多种多样，但没有一种定义是目前，对嵌入式系统的定义多种多样，但没有一种定义是目前，对嵌入式系统的定义多种多样，但没有一种定义是目前，对嵌入式系统的定义多种多样，但没有一种定义是全面的。下面给出两种比较合理定义：全面的。下面给出两种比较合理定义：全面的。下面给出两种比较合理定义：全面的。下面给出两种比较合理定义： 从从从从技术技术技术技术的角度定义：以应用为中心、以计算机技术为基础、软件的角度定义：以应用为中心、以计算机技术为基础、软件的角度定义：以应用为中心、以计算机技术为基础、软件的角度定义：以应用
14、为中心、以计算机技术为基础、软件硬件可裁剪、适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗硬件可裁剪、适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗硬件可裁剪、适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗硬件可裁剪、适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统严格要求的专用计算机系统严格要求的专用计算机系统严格要求的专用计算机系统从从从从系统系统系统系统的角度定义：嵌入式系统是设计完成复杂功能的硬件和软的角度定义：嵌入式系统是设计完成复杂功能的硬件和软的角度定义：嵌入式系统是设计完成复杂功能的硬件和软的角度定义：嵌入式系统是设计完成复杂功能的硬件和软件，并使其紧密耦合在一起
15、的计算机系统。术语嵌入式反映了这件，并使其紧密耦合在一起的计算机系统。术语嵌入式反映了这件，并使其紧密耦合在一起的计算机系统。术语嵌入式反映了这件，并使其紧密耦合在一起的计算机系统。术语嵌入式反映了这些系统通常是更大系统中的一个完整的部分，称为嵌入的系统。些系统通常是更大系统中的一个完整的部分，称为嵌入的系统。些系统通常是更大系统中的一个完整的部分，称为嵌入的系统。些系统通常是更大系统中的一个完整的部分，称为嵌入的系统。嵌入的系统中可以共存多个嵌入式系统嵌入的系统中可以共存多个嵌入式系统嵌入的系统中可以共存多个嵌入式系统嵌入的系统中可以共存多个嵌入式系统l l根据根据根据根据ieeeieeei
16、eeeieee（国际电机工程师协会）的定义，嵌入式系统是国际电机工程师协会）的定义，嵌入式系统是国际电机工程师协会）的定义，嵌入式系统是国际电机工程师协会）的定义，嵌入式系统是“控制、监视或者辅助装置、机器和设备运行的装置控制、监视或者辅助装置、机器和设备运行的装置控制、监视或者辅助装置、机器和设备运行的装置控制、监视或者辅助装置、机器和设备运行的装置”（原文为（原文为（原文为（原文为devices used to control, monitor, or devices used to control, monitor, or devices used to control, monitor
17、, or devices used to control, monitor, or assist the operation of equipment,machinery assist the operation of equipment,machinery assist the operation of equipment,machinery assist the operation of equipment,machinery orplantsorplantsorplantsorplants）。）。）。）。1.1 嵌入式系统uu嵌入式系嵌入式系嵌入式系嵌入式系统统的特点的特点的特点的特点l
18、 l嵌入性：嵌入产品内部嵌入性：嵌入产品内部嵌入性：嵌入产品内部嵌入性：嵌入产品内部l l内含计算机：嵌有微处理器或微计算机内含计算机：嵌有微处理器或微计算机内含计算机：嵌有微处理器或微计算机内含计算机：嵌有微处理器或微计算机l l专用性：按要求的软、硬件剪裁专用性：按要求的软、硬件剪裁专用性：按要求的软、硬件剪裁专用性：按要求的软、硬件剪裁uu嵌入式系嵌入式系嵌入式系嵌入式系统统的相关技的相关技的相关技的相关技术术l l多学科：计算机、电子技术、集成电路、通信技术等多学科：计算机、电子技术、集成电路、通信技术等多学科：计算机、电子技术、集成电路、通信技术等多学科：计算机、电子技术、集成电路、
19、通信技术等l l更新速度快更新速度快更新速度快更新速度快: : : :应用要求、硬件技术、软件技术应用要求、硬件技术、软件技术应用要求、硬件技术、软件技术应用要求、硬件技术、软件技术uu嵌入式系嵌入式系嵌入式系嵌入式系统统的前沿技的前沿技的前沿技的前沿技术术l l基于集成开发环境的应用开发基于集成开发环境的应用开发基于集成开发环境的应用开发基于集成开发环境的应用开发l l应用系统的用户应用系统的用户应用系统的用户应用系统的用户socsocsocsoc设计设计设计设计l l操作系统的普遍应用操作系统的普遍应用操作系统的普遍应用操作系统的普遍应用l l普遍的网络接入普遍的网络接入普遍的网络接入普遍
20、的网络接入l l先进的电源技术先进的电源技术先进的电源技术先进的电源技术l l多处理器多处理器多处理器多处理器socsocsocsoc技术技术技术技术14uu用用用用4 4个个个个阶阶段来刻画嵌入式系段来刻画嵌入式系段来刻画嵌入式系段来刻画嵌入式系统统的的的的发发展展展展简简史史史史l l第一阶段第一阶段第一阶段第一阶段以以以以4 4 4 4到到到到8 8 8 8位单片机为核心的可编程控制器系统位单片机为核心的可编程控制器系统位单片机为核心的可编程控制器系统位单片机为核心的可编程控制器系统l l第二阶段第二阶段第二阶段第二阶段以以以以8 8 8 8到到到到16161616位嵌入式处理器（位嵌入
21、式处理器（位嵌入式处理器（位嵌入式处理器（cpucpucpucpu）为基础）为基础）为基础）为基础l l第三阶段第三阶段第三阶段第三阶段32323232位位位位riscriscriscrisc嵌入式中央处理器嵌入式中央处理器嵌入式中央处理器嵌入式中央处理器嵌入式操作系统嵌入式操作系统嵌入式操作系统嵌入式操作系统l l第四阶段第四阶段第四阶段第四阶段基于基于基于基于internetinternetinternetinternet接入为标志的嵌入式系统接入为标志的嵌入式系统接入为标志的嵌入式系统接入为标志的嵌入式系统1.1 嵌入式系统15uu按照控制技按照控制技按照控制技按照控制技术术的复的复的复
22、的复杂杂度来描述嵌入式系度来描述嵌入式系度来描述嵌入式系度来描述嵌入式系统统l l低端嵌入式系统低端嵌入式系统低端嵌入式系统低端嵌入式系统以以以以4 4 4 4到到到到8 8 8 8位单片机为核心，以循环程序为主控制程序。位单片机为核心，以循环程序为主控制程序。位单片机为核心，以循环程序为主控制程序。位单片机为核心，以循环程序为主控制程序。l l中端嵌入式系统中端嵌入式系统中端嵌入式系统中端嵌入式系统采用简单的操作系统采用简单的操作系统采用简单的操作系统采用简单的操作系统l l高端嵌入式系统高端嵌入式系统高端嵌入式系统高端嵌入式系统采用实时操作系统采用实时操作系统采用实时操作系统采用实时操作系
23、统uu按照用途可以把嵌入式系按照用途可以把嵌入式系按照用途可以把嵌入式系按照用途可以把嵌入式系统统分成以下三分成以下三分成以下三分成以下三类类l l工业用工业用工业用工业用/ / / /军用军用军用军用/ / / /民用民用民用民用1.1 嵌入式系统16uu有以下有以下有以下有以下发发展展展展趋势趋势：l l32323232位处理器更广泛地得到普及位处理器更广泛地得到普及位处理器更广泛地得到普及位处理器更广泛地得到普及l l单核向多核过渡，单核向多核过渡，单核向多核过渡，单核向多核过渡，64646464位处理器核逐步普及位处理器核逐步普及位处理器核逐步普及位处理器核逐步普及l l向网络化功能发
24、展向网络化功能发展向网络化功能发展向网络化功能发展l l更加友好的多媒体人机界面更加友好的多媒体人机界面更加友好的多媒体人机界面更加友好的多媒体人机界面l lmcumcumcumcu、fpgafpgafpgafpga、armarmarmarm、dspdspdspdsp等齐头并进等齐头并进等齐头并进等齐头并进l l嵌入式操作系统呈多元化趋势嵌入式操作系统呈多元化趋势嵌入式操作系统呈多元化趋势嵌入式操作系统呈多元化趋势l l无线应用（无线应用（无线应用（无线应用（gpsgpsgpsgps、gprsgprsgprsgprs、4g4g4g4g、fridfridfridfrid）将普及）将普及）将普及）
25、将普及l l平台技术更加成熟平台技术更加成熟平台技术更加成熟平台技术更加成熟1.1 嵌入式系统17uu主要包括以下几个主要包括以下几个主要包括以下几个主要包括以下几个边缘边缘学科学科学科学科l l物联网物联网物联网物联网l l普适计算普适计算普适计算普适计算l l人机交互人机交互人机交互人机交互l l多媒体技术多媒体技术多媒体技术多媒体技术l l无线传感器网络无线传感器网络无线传感器网络无线传感器网络l l信息安全信息安全信息安全信息安全l l轻量级数据库轻量级数据库轻量级数据库轻量级数据库1.1 嵌入式系统18简明扼要地了解一个嵌入式系统uu为为了了了了简洁简洁地描述描述一个嵌入式地描述描述
26、一个嵌入式地描述描述一个嵌入式地描述描述一个嵌入式产产品和与之配套的品和与之配套的品和与之配套的品和与之配套的专专用用用用计计算机系算机系算机系算机系统统，我，我，我，我们们主要了解它的三个核心要素：主要了解它的三个核心要素：主要了解它的三个核心要素：主要了解它的三个核心要素：l l功能和性能功能和性能功能和性能功能和性能l l处理器芯片处理器芯片处理器芯片处理器芯片l l操作系统或者监控程序操作系统或者监控程序操作系统或者监控程序操作系统或者监控程序 1 1 嵌入式系统概述嵌入式系统概述1.1 1.1 嵌入式系统嵌入式系统1.2 1.2 嵌入式处理器嵌入式处理器1.3 1.3 嵌入式操作系统
27、嵌入式操作系统1.4 1.4 嵌入式系统基本组成嵌入式系统基本组成1.2 嵌入式处理器uu简简介介介介l l早期的嵌入式系统通常使用普通个人计算机（早期的嵌入式系统通常使用普通个人计算机（早期的嵌入式系统通常使用普通个人计算机（早期的嵌入式系统通常使用普通个人计算机（pcpcpcpc）中）中）中）中的通用处理器。近年来，随着大量先进的微处理器制的通用处理器。近年来，随着大量先进的微处理器制的通用处理器。近年来，随着大量先进的微处理器制的通用处理器。近年来，随着大量先进的微处理器制造技术的发展，越来越多的嵌入式系统用嵌入式处理造技术的发展，越来越多的嵌入式系统用嵌入式处理造技术的发展，越来越多的
28、嵌入式系统用嵌入式处理造技术的发展，越来越多的嵌入式系统用嵌入式处理器建造，而不是用通用目的的处理器。这些嵌入式处器建造，而不是用通用目的的处理器。这些嵌入式处器建造，而不是用通用目的的处理器。这些嵌入式处器建造，而不是用通用目的的处理器。这些嵌入式处理器可以大致分为以下几类：理器可以大致分为以下几类：理器可以大致分为以下几类：理器可以大致分为以下几类：注重嵌入式处理器的注重嵌入式处理器的注重嵌入式处理器的注重嵌入式处理器的尺寸尺寸尺寸尺寸、能耗能耗能耗能耗和和和和价格价格价格价格应用于应用于应用于应用于pdapdapdapda等不注重计算的设备等不注重计算的设备等不注重计算的设备等不注重计算
29、的设备注重嵌入式处理器的注重嵌入式处理器的注重嵌入式处理器的注重嵌入式处理器的性能性能性能性能应用于路由器等计算密应用于路由器等计算密应用于路由器等计算密应用于路由器等计算密集型的设备集型的设备集型的设备集型的设备注重嵌入式处理器的注重嵌入式处理器的注重嵌入式处理器的注重嵌入式处理器的性能性能性能性能、尺寸尺寸尺寸尺寸、能耗能耗能耗能耗和和和和价格价格价格价格应应应应用于蜂窝电话等设备用于蜂窝电话等设备用于蜂窝电话等设备用于蜂窝电话等设备1.2 嵌入式处理器uu分分分分类类嵌入式处理器可以分为以下几大类：嵌入式处理器可以分为以下几大类：嵌入式处理器可以分为以下几大类：嵌入式处理器可以分为以下几
30、大类：l l嵌入式微处理器嵌入式微处理器嵌入式微处理器嵌入式微处理器embedded micro-processor uintembedded micro-processor uintembedded micro-processor uintembedded micro-processor uint，empuempuempuempul l微控制器微控制器微控制器微控制器micro-controller uintmicro-controller uintmicro-controller uintmicro-controller uint，mcumcumcumcul ldspdspdspdsp处理
31、器处理器处理器处理器digital signal processor uintdigital signal processor uintdigital signal processor uintdigital signal processor uint，dspdspdspdspl l片上系统（片上系统（片上系统（片上系统（socsocsocsoc）system on chipsystem on chipsystem on chipsystem on chip，socsocsocsoc1.2 嵌入式处理器uu分分分分类类嵌入式微嵌入式微嵌入式微嵌入式微处处理器理器理器理器l l嵌入式微处理器的基
32、础是通用计算机中的嵌入式微处理器的基础是通用计算机中的嵌入式微处理器的基础是通用计算机中的嵌入式微处理器的基础是通用计算机中的cpucpucpucpu将微处理器装配在专门设计的电路板上，只保留和嵌入将微处理器装配在专门设计的电路板上，只保留和嵌入将微处理器装配在专门设计的电路板上，只保留和嵌入将微处理器装配在专门设计的电路板上，只保留和嵌入式应用有关的母板功能，可以大幅度减小系统体积和功式应用有关的母板功能，可以大幅度减小系统体积和功式应用有关的母板功能，可以大幅度减小系统体积和功式应用有关的母板功能，可以大幅度减小系统体积和功耗。为了满足嵌入式应用的特殊要求，嵌入式微处理器耗。为了满足嵌入式
33、应用的特殊要求，嵌入式微处理器耗。为了满足嵌入式应用的特殊要求，嵌入式微处理器耗。为了满足嵌入式应用的特殊要求，嵌入式微处理器在功能上和标准微处理器基本是一样的，但在工作温度、在功能上和标准微处理器基本是一样的，但在工作温度、在功能上和标准微处理器基本是一样的，但在工作温度、在功能上和标准微处理器基本是一样的，但在工作温度、抗电磁干扰、可靠性等方面一般都做了各种增强抗电磁干扰、可靠性等方面一般都做了各种增强抗电磁干扰、可靠性等方面一般都做了各种增强抗电磁干扰、可靠性等方面一般都做了各种增强l l单板计算机单板计算机单板计算机单板计算机和工控计算机相比，嵌入式微处理器具有体积小、重量和工控计算机
34、相比，嵌入式微处理器具有体积小、重量和工控计算机相比，嵌入式微处理器具有体积小、重量和工控计算机相比，嵌入式微处理器具有体积小、重量轻、成本低、可靠性高的优点，但是在电路板上必须包轻、成本低、可靠性高的优点，但是在电路板上必须包轻、成本低、可靠性高的优点，但是在电路板上必须包轻、成本低、可靠性高的优点，但是在电路板上必须包括括括括romromromrom、ramramramram、总线接口、各种外设等器件，又降低了系、总线接口、各种外设等器件，又降低了系、总线接口、各种外设等器件，又降低了系、总线接口、各种外设等器件，又降低了系统的可靠性，技术保密性也较差。嵌入式微处理器及其统的可靠性，技术保
35、密性也较差。嵌入式微处理器及其统的可靠性，技术保密性也较差。嵌入式微处理器及其统的可靠性，技术保密性也较差。嵌入式微处理器及其存储器、总线、外设等安装在一块电路板上，称为单板存储器、总线、外设等安装在一块电路板上，称为单板存储器、总线、外设等安装在一块电路板上，称为单板存储器、总线、外设等安装在一块电路板上，称为单板计算机。如计算机。如计算机。如计算机。如std-busstd-busstd-busstd-bus、pc104pc104pc104pc104等等等等1.2 嵌入式处理器uu分分分分类类嵌入式微嵌入式微嵌入式微嵌入式微处处理器理器理器理器cpucpuromromramram外设外设1
36、1外设外设2 2单板计算机单板计算机1.2 嵌入式处理器uu分分分分类类嵌入式微控制器嵌入式微控制器嵌入式微控制器嵌入式微控制器l l又称单片机又称单片机又称单片机又称单片机是将整个计算机系统集成到一块芯片中。以某一种微处理器内核为是将整个计算机系统集成到一块芯片中。以某一种微处理器内核为是将整个计算机系统集成到一块芯片中。以某一种微处理器内核为是将整个计算机系统集成到一块芯片中。以某一种微处理器内核为核心，内部集成核心，内部集成核心，内部集成核心，内部集成rom/epromrom/epromrom/epromrom/eprom、ramramramram、总线、总线逻辑、定时、总线、总线逻辑、
37、定时、总线、总线逻辑、定时、总线、总线逻辑、定时/ / / /计数器、计数器、计数器、计数器、watchdogwatchdogwatchdogwatchdog、i/oi/oi/oi/o、串行口、串行口、串行口、串行口、pwmpwmpwmpwm、a/da/da/da/d、d/ad/ad/ad/a、flashflashflashflash、eepromeepromeepromeeprom等必要功等必要功等必要功等必要功能和外设。为适应不同应用，一个系列的具有多种衍生品，衍生品能和外设。为适应不同应用，一个系列的具有多种衍生品，衍生品能和外设。为适应不同应用，一个系列的具有多种衍生品，衍生品能和外设
38、。为适应不同应用，一个系列的具有多种衍生品，衍生品处理器内核一样，不同的是存储器、外设的配置及封装。可以最大处理器内核一样，不同的是存储器、外设的配置及封装。可以最大处理器内核一样，不同的是存储器、外设的配置及封装。可以最大处理器内核一样，不同的是存储器、外设的配置及封装。可以最大限度地和应用需求相匹配，功能不多不少，从而减少功耗和成本限度地和应用需求相匹配，功能不多不少，从而减少功耗和成本限度地和应用需求相匹配，功能不多不少，从而减少功耗和成本限度地和应用需求相匹配，功能不多不少，从而减少功耗和成本l l微控制器微控制器微控制器微控制器和嵌入式微处理器相比，最大特点是单片化，体积大大减小，功
39、耗和嵌入式微处理器相比，最大特点是单片化，体积大大减小，功耗和嵌入式微处理器相比，最大特点是单片化，体积大大减小，功耗和嵌入式微处理器相比，最大特点是单片化，体积大大减小，功耗和成本下降、可靠性提高。是目前嵌入式系统工业的主流。片上外和成本下降、可靠性提高。是目前嵌入式系统工业的主流。片上外和成本下降、可靠性提高。是目前嵌入式系统工业的主流。片上外和成本下降、可靠性提高。是目前嵌入式系统工业的主流。片上外设资源一般比较丰富，适合于控制，因此称微控制器设资源一般比较丰富，适合于控制，因此称微控制器设资源一般比较丰富，适合于控制，因此称微控制器设资源一般比较丰富，适合于控制，因此称微控制器l l数
40、量最多数量最多数量最多数量最多品种和数量最多，有代表性的通用系列包括品种和数量最多，有代表性的通用系列包括品种和数量最多，有代表性的通用系列包括品种和数量最多，有代表性的通用系列包括8051805180518051、p51xap51xap51xap51xa、mcs-251mcs-251mcs-251mcs-251、mcs-96/196/296mcs-96/196/296mcs-96/196/296mcs-96/196/296、c166/167c166/167c166/167c166/167、mc68hc05/11/12/16mc68hc05/11/12/16mc68hc05/11/12/16m
41、c68hc05/11/12/16、68300683006830068300、数目众、数目众、数目众、数目众多多多多armarmarmarm芯片等。目前芯片等。目前芯片等。目前芯片等。目前mcumcumcumcu占嵌入式系统约占嵌入式系统约占嵌入式系统约占嵌入式系统约70707070的市场份额的市场份额的市场份额的市场份额1.2 嵌入式处理器uu分分分分类类嵌入式微控制器嵌入式微控制器嵌入式微控制器嵌入式微控制器复位复位部件部件看门狗看门狗部件部件晶振晶振部件部件i/oi/o部件部件中断中断部件部件romrom部件部件sramsram部件部件定时器定时器部件部件cpucpu核核1.2 嵌入式处理
42、器uu分分分分类类嵌入式嵌入式嵌入式嵌入式dspdsp处处理器理器理器理器l l特殊设计特殊设计特殊设计特殊设计对系统结构和指令进行了特殊设计，适合于执行对系统结构和指令进行了特殊设计，适合于执行对系统结构和指令进行了特殊设计，适合于执行对系统结构和指令进行了特殊设计，适合于执行dspdspdspdsp算法，算法，算法，算法，编译效率较高，指令执行速度也较高。在数字滤波、编译效率较高，指令执行速度也较高。在数字滤波、编译效率较高，指令执行速度也较高。在数字滤波、编译效率较高，指令执行速度也较高。在数字滤波、fftfftfftfft、谱分析等方面，谱分析等方面，谱分析等方面，谱分析等方面，dsp
43、dspdspdsp算法正在大量进入嵌入式领域，算法正在大量进入嵌入式领域，算法正在大量进入嵌入式领域，算法正在大量进入嵌入式领域，dspdspdspdsp应用正从在通用单片机中以普通指令实现应用正从在通用单片机中以普通指令实现应用正从在通用单片机中以普通指令实现应用正从在通用单片机中以普通指令实现dspdspdspdsp功能，过渡功能，过渡功能，过渡功能，过渡到采用嵌入式到采用嵌入式到采用嵌入式到采用嵌入式dspdspdspdsp处理器处理器处理器处理器l ltitititi、motorolamotorolamotorolamotorola有代表性的产品是有代表性的产品是有代表性的产品是有代表
44、性的产品是texas instrumentstexas instrumentstexas instrumentstexas instruments的的的的tms320tms320tms320tms320系列、系列、系列、系列、motorolamotorolamotorolamotorola的的的的dsp56000dsp56000dsp56000dsp56000系列。系列。系列。系列。tms320tms320tms320tms320包括用于控制的包括用于控制的包括用于控制的包括用于控制的c2000c2000c2000c2000系列、移动通信的系列、移动通信的系列、移动通信的系列、移动通信的c50
45、00c5000c5000c5000系列、性能更高的系列、性能更高的系列、性能更高的系列、性能更高的c6000c6000c6000c6000和和和和c8000c8000c8000c8000系列。系列。系列。系列。dsp56000dsp56000dsp56000dsp56000目前已经发展成为目前已经发展成为目前已经发展成为目前已经发展成为dsp56000dsp56000dsp56000dsp56000、56100561005610056100、56200562005620056200、56300563005630056300等几个不同系列。等几个不同系列。等几个不同系列。等几个不同系列。phil
46、ipsphilipsphilipsphilips公司近年也推出公司近年也推出公司近年也推出公司近年也推出了基于可重置嵌入式了基于可重置嵌入式了基于可重置嵌入式了基于可重置嵌入式dspdspdspdsp结构、低成本、低功耗技术上制结构、低成本、低功耗技术上制结构、低成本、低功耗技术上制结构、低成本、低功耗技术上制造的造的造的造的r.e.a.l dspr.e.a.l dspr.e.a.l dspr.e.a.l dsp处理器，特点是具备双处理器，特点是具备双处理器，特点是具备双处理器，特点是具备双harvardharvardharvardharvard结构和结构和结构和结构和双乘双乘双乘双乘/ /
47、/ /累加单元，应用目标是大批量消费类产品累加单元，应用目标是大批量消费类产品累加单元，应用目标是大批量消费类产品累加单元，应用目标是大批量消费类产品1.2 嵌入式处理器uu分分分分类类嵌入式嵌入式嵌入式嵌入式dspdsp处处理器理器理器理器1.2 嵌入式处理器uu分分分分类类嵌入式片上系嵌入式片上系嵌入式片上系嵌入式片上系统统(soc)(soc)l leda / vlsieda / vlsieda / vlsieda / vlsi随着随着随着随着edaedaedaeda的推广和的推广和的推广和的推广和vlsivlsivlsivlsi设计的普及化及半导体工艺的迅速发展，在一设计的普及化及半导体
48、工艺的迅速发展，在一设计的普及化及半导体工艺的迅速发展，在一设计的普及化及半导体工艺的迅速发展，在一个硅片上实现一个更为复杂的系统的时代已来临，这就是个硅片上实现一个更为复杂的系统的时代已来临，这就是个硅片上实现一个更为复杂的系统的时代已来临，这就是个硅片上实现一个更为复杂的系统的时代已来临，这就是system on system on system on system on chip(soc)chip(soc)chip(soc)chip(soc)。各种通用处理器内核将作为。各种通用处理器内核将作为。各种通用处理器内核将作为。各种通用处理器内核将作为socsocsocsoc设计公司的标准库，和
49、设计公司的标准库，和设计公司的标准库，和设计公司的标准库，和许多其它嵌入式系统外设一样，成为许多其它嵌入式系统外设一样，成为许多其它嵌入式系统外设一样，成为许多其它嵌入式系统外设一样，成为vlsivlsivlsivlsi设计中一种标准的器件，设计中一种标准的器件，设计中一种标准的器件，设计中一种标准的器件，用标准的用标准的用标准的用标准的vhdlvhdlvhdlvhdl等语言描述，存储在器件库中。用户只需定义出其整等语言描述，存储在器件库中。用户只需定义出其整等语言描述，存储在器件库中。用户只需定义出其整等语言描述，存储在器件库中。用户只需定义出其整个应用系统，仿真通过后就可以将设计图交给半导
50、体工厂制作样品。个应用系统，仿真通过后就可以将设计图交给半导体工厂制作样品。个应用系统，仿真通过后就可以将设计图交给半导体工厂制作样品。个应用系统，仿真通过后就可以将设计图交给半导体工厂制作样品。这样除个别无法集成的器件以外，整个嵌入式系统大部分均可集成这样除个别无法集成的器件以外，整个嵌入式系统大部分均可集成这样除个别无法集成的器件以外，整个嵌入式系统大部分均可集成这样除个别无法集成的器件以外，整个嵌入式系统大部分均可集成到一块或几块芯片中去，应用系统电路板将变得很简洁，对于减小到一块或几块芯片中去，应用系统电路板将变得很简洁，对于减小到一块或几块芯片中去，应用系统电路板将变得很简洁，对于减
51、小到一块或几块芯片中去，应用系统电路板将变得很简洁，对于减小体积和功耗、提高可靠性非常有利体积和功耗、提高可靠性非常有利体积和功耗、提高可靠性非常有利体积和功耗、提高可靠性非常有利l l通用通用通用通用 / / / / 专用专用专用专用socsocsocsoc可以分为通用和专用两类。通用系列包括可以分为通用和专用两类。通用系列包括可以分为通用和专用两类。通用系列包括可以分为通用和专用两类。通用系列包括infineoninfineoninfineoninfineon的的的的tricoretricoretricoretricore、motorolamotorolamotorolamotorola的
52、的的的m-corem-corem-corem-core、某些、某些、某些、某些armarmarmarm系列器件、系列器件、系列器件、系列器件、echelonechelonechelonechelon和和和和motorolamotorolamotorolamotorola联合研联合研联合研联合研制的制的制的制的neuronneuronneuronneuron芯片等。专用芯片等。专用芯片等。专用芯片等。专用socsocsocsoc一般专用于某个或某类系统中，不为一一般专用于某个或某类系统中，不为一一般专用于某个或某类系统中，不为一一般专用于某个或某类系统中，不为一般用户所知。一个有代表性的产品是般
53、用户所知。一个有代表性的产品是般用户所知。一个有代表性的产品是般用户所知。一个有代表性的产品是philipsphilipsphilipsphilips的的的的smart xasmart xasmart xasmart xa，它将，它将，它将，它将xaxaxaxa单单单单片机内核和支持超过片机内核和支持超过片机内核和支持超过片机内核和支持超过2048204820482048位复杂位复杂位复杂位复杂rsarsarsarsa算法的算法的算法的算法的ccuccuccuccu单元制作在一块硅片单元制作在一块硅片单元制作在一块硅片单元制作在一块硅片上，形成一个可加载上，形成一个可加载上，形成一个可加载上，
54、形成一个可加载javajavajavajava或或或或c c c c语言的专用的语言的专用的语言的专用的语言的专用的socsocsocsoc，可用于公众互联网，可用于公众互联网，可用于公众互联网，可用于公众互联网如如如如internetinternetinternetinternet安全方面安全方面安全方面安全方面1 1 嵌入式系统概述嵌入式系统概述1.1 1.1 嵌入式系统嵌入式系统1.2 1.2 嵌入式处理器嵌入式处理器1.3 1.3 嵌入式操作系统嵌入式操作系统1.4 1.4 嵌入式系统基本组成嵌入式系统基本组成1.3 嵌入式操作系统uu概述概述概述概述l l监控程序监控程序监控程序监控
55、程序计算机系统由硬件和软件组成，在发展初期没有操作系计算机系统由硬件和软件组成，在发展初期没有操作系计算机系统由硬件和软件组成，在发展初期没有操作系计算机系统由硬件和软件组成，在发展初期没有操作系统这个概念，用户使用监控程序来使用计算机统这个概念，用户使用监控程序来使用计算机统这个概念，用户使用监控程序来使用计算机统这个概念，用户使用监控程序来使用计算机l l操作系统操作系统操作系统操作系统随着计算机技术发展，计算机系统硬件、软件资源也愈随着计算机技术发展，计算机系统硬件、软件资源也愈随着计算机技术发展，计算机系统硬件、软件资源也愈随着计算机技术发展，计算机系统硬件、软件资源也愈来愈丰富，监控
56、程序已不能适应计算机应用的要求。于来愈丰富，监控程序已不能适应计算机应用的要求。于来愈丰富，监控程序已不能适应计算机应用的要求。于来愈丰富，监控程序已不能适应计算机应用的要求。于是在六十年代中期监控程序又进一步发展形成了操作系是在六十年代中期监控程序又进一步发展形成了操作系是在六十年代中期监控程序又进一步发展形成了操作系是在六十年代中期监控程序又进一步发展形成了操作系统统统统(operating system)(operating system)(operating system)(operating system)l l发展到现在，广泛使用的有三种操作系统：发展到现在，广泛使用的有三种操作系
57、统：发展到现在，广泛使用的有三种操作系统：发展到现在，广泛使用的有三种操作系统：多道批处理操作系统多道批处理操作系统多道批处理操作系统多道批处理操作系统分时操作系统分时操作系统分时操作系统分时操作系统实时操作系统实时操作系统实时操作系统实时操作系统1.3 嵌入式操作系统uu概述概述概述概述监监控控程程序序操操作作系系统统实时操作系统实时操作系统分时操作系统分时操作系统多道批处理操作系统多道批处理操作系统 时时 间间 先先 后后 适用于多个用户适用于多个用户共享系统资源共享系统资源适用于计算中心等适用于计算中心等较大的计算机系统较大的计算机系统适用于嵌入式设备和适用于嵌入式设备和有实时性要求的系
58、统中有实时性要求的系统中1.3 嵌入式操作系统uu概述概述概述概述监监控控程程序序操操作作系系统统实时操作系统实时操作系统分时操作系统分时操作系统多道批处理操作系统多道批处理操作系统 时时 间间 先先 后后 适用于多个用户适用于多个用户共享系统资源共享系统资源适用于计算中心等适用于计算中心等较大的计算机系统较大的计算机系统适用于嵌入式设备和适用于嵌入式设备和有实时性要求的系统中有实时性要求的系统中实时操作系统是实时操作系统是我们介绍的重点我们介绍的重点1.3 嵌入式操作系统uu实时操作系操作系统的特点的特点l lieeeieee实时实时unixunix分会认为实时操作系统应具备：分会认为实时操
59、作系统应具备：异步的事件响应异步的事件响应异步的事件响应异步的事件响应( ( ( (在要求的时间内响应异步的外部事在要求的时间内响应异步的外部事在要求的时间内响应异步的外部事在要求的时间内响应异步的外部事件，有异步件，有异步件，有异步件，有异步ioioioio和中断处理能力。受内存访问、盘访问、和中断处理能力。受内存访问、盘访问、和中断处理能力。受内存访问、盘访问、和中断处理能力。受内存访问、盘访问、总线速度的限制总线速度的限制总线速度的限制总线速度的限制) ) ) )切换时间和中断延迟时间确定切换时间和中断延迟时间确定切换时间和中断延迟时间确定切换时间和中断延迟时间确定优先级中断和调度优先级
60、中断和调度优先级中断和调度优先级中断和调度抢占式调度抢占式调度抢占式调度抢占式调度( ( ( (高优先级任务一旦准备好马上抢占低优高优先级任务一旦准备好马上抢占低优高优先级任务一旦准备好马上抢占低优高优先级任务一旦准备好马上抢占低优先级任务的执行先级任务的执行先级任务的执行先级任务的执行) ) ) )内存锁定内存锁定内存锁定内存锁定( ( ( (将程序或部分程序锁定在内存的能力将程序或部分程序锁定在内存的能力将程序或部分程序锁定在内存的能力将程序或部分程序锁定在内存的能力) ) ) )连续文件连续文件连续文件连续文件( ( ( (提供存取盘上数据的优化方法提供存取盘上数据的优化方法提供存取盘上
61、数据的优化方法提供存取盘上数据的优化方法) ) ) ) 同步同步同步同步( ( ( (提供同步和协调共享数据使用和时间执行的手提供同步和协调共享数据使用和时间执行的手提供同步和协调共享数据使用和时间执行的手提供同步和协调共享数据使用和时间执行的手段段段段) ) ) )1.3 嵌入式操作系统uu实时实时操作系操作系操作系操作系统统的特点的特点的特点的特点l l总的来说实时操作系统是事件驱动的，能对来自外界总的来说实时操作系统是事件驱动的，能对来自外界总的来说实时操作系统是事件驱动的，能对来自外界总的来说实时操作系统是事件驱动的，能对来自外界的作用和信号在限定的时间范围内作出响应的作用和信号在限定
62、的时间范围内作出响应的作用和信号在限定的时间范围内作出响应的作用和信号在限定的时间范围内作出响应l l它强调的是它强调的是它强调的是它强调的是实时性实时性实时性实时性、可靠性可靠性可靠性可靠性和和和和灵活性灵活性灵活性灵活性, , , , 与实时应用软与实时应用软与实时应用软与实时应用软件相结合成为有机的整体起着核心作用件相结合成为有机的整体起着核心作用件相结合成为有机的整体起着核心作用件相结合成为有机的整体起着核心作用, , , , 由它来管理由它来管理由它来管理由它来管理和协调各项工作和协调各项工作和协调各项工作和协调各项工作, , , ,为应用软件提供良好的运行软件环境为应用软件提供良好
63、的运行软件环境为应用软件提供良好的运行软件环境为应用软件提供良好的运行软件环境及开发环境及开发环境及开发环境及开发环境l l从实时系统的应用特点来看实时操作系统可以分为两从实时系统的应用特点来看实时操作系统可以分为两从实时系统的应用特点来看实时操作系统可以分为两从实时系统的应用特点来看实时操作系统可以分为两种：种：种：种：一般实时操作系统一般实时操作系统一般实时操作系统一般实时操作系统嵌入式实时操作系统嵌入式实时操作系统嵌入式实时操作系统嵌入式实时操作系统1.3 嵌入式操作系统uu实时实时操作系操作系操作系操作系统统的特点的特点的特点的特点l l一般实时操作系统一般实时操作系统一般实时操作系统
64、一般实时操作系统应用于实时处理系统的上位机和实时查询系统等实时性应用于实时处理系统的上位机和实时查询系统等实时性应用于实时处理系统的上位机和实时查询系统等实时性应用于实时处理系统的上位机和实时查询系统等实时性较弱的实时系统，并且提供了开发、调试、运用一致的较弱的实时系统，并且提供了开发、调试、运用一致的较弱的实时系统，并且提供了开发、调试、运用一致的较弱的实时系统，并且提供了开发、调试、运用一致的环境环境环境环境l l嵌入式实时操作系统嵌入式实时操作系统嵌入式实时操作系统嵌入式实时操作系统应用于实时性要求高的实时控制系统，而且应用程序的应用于实时性要求高的实时控制系统，而且应用程序的应用于实时
65、性要求高的实时控制系统，而且应用程序的应用于实时性要求高的实时控制系统，而且应用程序的开发过程是通过交叉开发来完成的，即开发环境与运行开发过程是通过交叉开发来完成的，即开发环境与运行开发过程是通过交叉开发来完成的，即开发环境与运行开发过程是通过交叉开发来完成的，即开发环境与运行环境是不一致环境是不一致环境是不一致环境是不一致嵌入式实时操作系统具有规模小嵌入式实时操作系统具有规模小嵌入式实时操作系统具有规模小嵌入式实时操作系统具有规模小( ( ( (一般在几一般在几一般在几一般在几k k k k几十几十几十几十k k k k 内内内内) ) ) )、可固化使用、实时性强可固化使用、实时性强可固化
66、使用、实时性强可固化使用、实时性强( ( ( (在毫秒或微秒数量级上在毫秒或微秒数量级上在毫秒或微秒数量级上在毫秒或微秒数量级上) ) ) )的特点的特点的特点的特点1.3 嵌入式操作系统uu基本概念基本概念基本概念基本概念前后台系前后台系前后台系前后台系统统l l对基于芯片的开发来说，应用程序一般是一个无限的对基于芯片的开发来说，应用程序一般是一个无限的对基于芯片的开发来说，应用程序一般是一个无限的对基于芯片的开发来说，应用程序一般是一个无限的循环，可称为前后台系统或超循环系统循环，可称为前后台系统或超循环系统循环，可称为前后台系统或超循环系统循环，可称为前后台系统或超循环系统l l很多基于
67、微处理器的产品采用前后台系统设计，例如很多基于微处理器的产品采用前后台系统设计，例如很多基于微处理器的产品采用前后台系统设计，例如很多基于微处理器的产品采用前后台系统设计，例如微波炉、电话机、玩具等微波炉、电话机、玩具等微波炉、电话机、玩具等微波炉、电话机、玩具等l l在另外一些基于微处理器应用中，从省电的角度出发，在另外一些基于微处理器应用中，从省电的角度出发，在另外一些基于微处理器应用中，从省电的角度出发，在另外一些基于微处理器应用中，从省电的角度出发，平时微处理器处在停机状态，所有事都靠中断服务来平时微处理器处在停机状态，所有事都靠中断服务来平时微处理器处在停机状态，所有事都靠中断服务来
68、平时微处理器处在停机状态，所有事都靠中断服务来完成完成完成完成1.3 嵌入式操作系统uu基本概念基本概念基本概念基本概念前后台系前后台系前后台系前后台系统统 中断服务程中断服务程序处理异步事件，序处理异步事件，这部分可以看成这部分可以看成前台行为，前台前台行为，前台也叫中断级。时也叫中断级。时间相关性很强的间相关性很强的关键操作一定是关键操作一定是靠中断服务程序靠中断服务程序来保证的。来保证的。 循环中调用循环中调用相应的函数完成相应的函数完成相应的操作，这相应的操作，这部分可以看成后部分可以看成后台行为，后台也台行为，后台也可以叫做任务级。可以叫做任务级。这种系统在处理这种系统在处理的及时性
69、上比实的及时性上比实际可以做到的要际可以做到的要差。差。 isrisrisrisrisrisrisrisr后台后台前台前台中断服务程序中断服务程序时时间间1.3 嵌入式操作系统uu基本概念基本概念基本概念基本概念操作系操作系操作系操作系统统l l操作系统是计算机中最基本的程序。负责计算机系统操作系统是计算机中最基本的程序。负责计算机系统操作系统是计算机中最基本的程序。负责计算机系统操作系统是计算机中最基本的程序。负责计算机系统中全部软硬资源的分配与回收、控制与协调等并发的中全部软硬资源的分配与回收、控制与协调等并发的中全部软硬资源的分配与回收、控制与协调等并发的中全部软硬资源的分配与回收、控制
70、与协调等并发的活动；提供用户接口，使用户获得良好的工作环境；活动；提供用户接口，使用户获得良好的工作环境；活动；提供用户接口，使用户获得良好的工作环境；活动；提供用户接口，使用户获得良好的工作环境；为用户扩展新的系统功能提供软件平台为用户扩展新的系统功能提供软件平台为用户扩展新的系统功能提供软件平台为用户扩展新的系统功能提供软件平台硬件硬件硬件驱动硬件驱动操作系统操作系统用户程序用户程序1.3 嵌入式操作系统uu基本概念基本概念基本概念基本概念实时实时操作系操作系操作系操作系统统(rtos)(rtos)l lrtosrtosrtosrtos是一段在嵌入式系统启动后首先执行的背景程序，用户是一段
71、在嵌入式系统启动后首先执行的背景程序，用户是一段在嵌入式系统启动后首先执行的背景程序，用户是一段在嵌入式系统启动后首先执行的背景程序，用户的应用程序是运行于的应用程序是运行于的应用程序是运行于的应用程序是运行于rtosrtosrtosrtos之上的各个任务，之上的各个任务，之上的各个任务，之上的各个任务，rtosrtosrtosrtos根据各个任根据各个任根据各个任根据各个任务的要求，进行资源务的要求，进行资源务的要求，进行资源务的要求，进行资源( ( ( (包括存储器、外设等包括存储器、外设等包括存储器、外设等包括存储器、外设等) ) ) )管理、消息管理、管理、消息管理、管理、消息管理、管
72、理、消息管理、任务调度、异常处理等工作。在任务调度、异常处理等工作。在任务调度、异常处理等工作。在任务调度、异常处理等工作。在rtosrtosrtosrtos支持的系统中，每个任支持的系统中，每个任支持的系统中，每个任支持的系统中，每个任务均有一个优先级，务均有一个优先级，务均有一个优先级，务均有一个优先级，rtosrtosrtosrtos根据各个任务的优先级，动态地切根据各个任务的优先级，动态地切根据各个任务的优先级，动态地切根据各个任务的优先级，动态地切换各个任务，保证对实时性的要求换各个任务，保证对实时性的要求换各个任务，保证对实时性的要求换各个任务，保证对实时性的要求l lrtiosr
73、tiosrtiosrtios下，可以分别编写各个任务，不必同时将所有任务运行下，可以分别编写各个任务，不必同时将所有任务运行下，可以分别编写各个任务，不必同时将所有任务运行下，可以分别编写各个任务，不必同时将所有任务运行的各种可能记在心中，减少工作量，减少出错，保证高可靠的各种可能记在心中，减少工作量，减少出错，保证高可靠的各种可能记在心中，减少工作量，减少出错，保证高可靠的各种可能记在心中，减少工作量，减少出错，保证高可靠性性性性l l实时多任务操作系统，以分时方式运行多个任务，任务之间实时多任务操作系统，以分时方式运行多个任务，任务之间实时多任务操作系统，以分时方式运行多个任务，任务之间实
74、时多任务操作系统，以分时方式运行多个任务，任务之间的切换以优先级为根据的切换以优先级为根据的切换以优先级为根据的切换以优先级为根据l l只有优先服务方式的只有优先服务方式的只有优先服务方式的只有优先服务方式的rtosrtosrtosrtos才是真正的实时操作系统才是真正的实时操作系统才是真正的实时操作系统才是真正的实时操作系统l l时间分片方式和协作方式的时间分片方式和协作方式的时间分片方式和协作方式的时间分片方式和协作方式的rtosrtosrtosrtos并不是真正的并不是真正的并不是真正的并不是真正的“实时实时实时实时”1.3 嵌入式操作系统uu基本概念基本概念基本概念基本概念l l代码的
75、临界区代码的临界区代码的临界区代码的临界区也称为临界区，指处理时不可分割的代码，运行这些代也称为临界区，指处理时不可分割的代码，运行这些代也称为临界区，指处理时不可分割的代码，运行这些代也称为临界区，指处理时不可分割的代码，运行这些代码不允许被打断。为保证临界区代码的执行，进入临界码不允许被打断。为保证临界区代码的执行，进入临界码不允许被打断。为保证临界区代码的执行，进入临界码不允许被打断。为保证临界区代码的执行，进入临界区之前要关中断，执行完成后要立即开中断区之前要关中断，执行完成后要立即开中断区之前要关中断，执行完成后要立即开中断区之前要关中断，执行完成后要立即开中断l l资源资源资源资源
76、程序运行时可使用的软、硬件环境。可以是程序运行时可使用的软、硬件环境。可以是程序运行时可使用的软、硬件环境。可以是程序运行时可使用的软、硬件环境。可以是ioioioio设备、也设备、也设备、也设备、也可以是一个变量、一个结构、一个数组可以是一个变量、一个结构、一个数组可以是一个变量、一个结构、一个数组可以是一个变量、一个结构、一个数组l l共享资源共享资源共享资源共享资源可以被一个以上任务使用的资源。为防止数据被破坏，可以被一个以上任务使用的资源。为防止数据被破坏，可以被一个以上任务使用的资源。为防止数据被破坏，可以被一个以上任务使用的资源。为防止数据被破坏，每个任务在与共享资源打交道时，必须
77、独占该资源，这每个任务在与共享资源打交道时，必须独占该资源，这每个任务在与共享资源打交道时，必须独占该资源，这每个任务在与共享资源打交道时，必须独占该资源，这叫互斥叫互斥叫互斥叫互斥1.3 嵌入式操作系统uu基本概念基本概念基本概念基本概念l l任务任务任务任务也称为线程，是一个简单的程序，该程序可以认为也称为线程，是一个简单的程序，该程序可以认为也称为线程，是一个简单的程序，该程序可以认为也称为线程，是一个简单的程序，该程序可以认为cpucpucpucpu完完完完全属于该程序本身。实时应用程序的设计过程，包括如全属于该程序本身。实时应用程序的设计过程，包括如全属于该程序本身。实时应用程序的设
78、计过程，包括如全属于该程序本身。实时应用程序的设计过程，包括如何把问题分割成多个任务，赋予一定的优先级，有它自何把问题分割成多个任务，赋予一定的优先级，有它自何把问题分割成多个任务，赋予一定的优先级，有它自何把问题分割成多个任务，赋予一定的优先级，有它自己的一套己的一套己的一套己的一套cpucpucpucpu寄存器和自己的栈空间寄存器和自己的栈空间寄存器和自己的栈空间寄存器和自己的栈空间l l任务切换任务切换任务切换任务切换当多任务内核决定运行另外的任务时，保存正在运行任当多任务内核决定运行另外的任务时，保存正在运行任当多任务内核决定运行另外的任务时，保存正在运行任当多任务内核决定运行另外的任
79、务时，保存正在运行任务的当前状态务的当前状态务的当前状态务的当前状态(cpu(cpu(cpu(cpu寄存器中的全部内容寄存器中的全部内容寄存器中的全部内容寄存器中的全部内容) ) ) )，保存在任务的，保存在任务的，保存在任务的，保存在任务的当前状态保存区当前状态保存区当前状态保存区当前状态保存区( ( ( (任务自己的栈任务自己的栈任务自己的栈任务自己的栈) ) ) )，入栈工作完成后，把，入栈工作完成后，把，入栈工作完成后，把，入栈工作完成后，把下一任务的当前状态从任务的栈中重新装入下一任务的当前状态从任务的栈中重新装入下一任务的当前状态从任务的栈中重新装入下一任务的当前状态从任务的栈中重
80、新装入cpucpucpucpu寄存器，寄存器，寄存器，寄存器，开始下一任务的执行。任务切换增加了应用程序的额外开始下一任务的执行。任务切换增加了应用程序的额外开始下一任务的执行。任务切换增加了应用程序的额外开始下一任务的执行。任务切换增加了应用程序的额外负荷。负荷。负荷。负荷。cpucpucpucpu寄存器越多，额外负荷越重。任务切换所需时寄存器越多，额外负荷越重。任务切换所需时寄存器越多，额外负荷越重。任务切换所需时寄存器越多，额外负荷越重。任务切换所需时间取决于间取决于间取决于间取决于cpucpucpucpu有多少寄存器要入栈有多少寄存器要入栈有多少寄存器要入栈有多少寄存器要入栈1.3 嵌
81、入式操作系统uu基本概念基本概念基本概念基本概念l l内核内核内核内核内核负责管理各个任务，为每个任务分配内核负责管理各个任务，为每个任务分配内核负责管理各个任务，为每个任务分配内核负责管理各个任务，为每个任务分配cpucpucpucpu时间，负责任务时间，负责任务时间，负责任务时间，负责任务间的通信。内核提供的基本服务是任务切换。使用实时内核可间的通信。内核提供的基本服务是任务切换。使用实时内核可间的通信。内核提供的基本服务是任务切换。使用实时内核可间的通信。内核提供的基本服务是任务切换。使用实时内核可以大大简化应用系统的设计，因为实时内核允许将应用分成若以大大简化应用系统的设计，因为实时内
82、核允许将应用分成若以大大简化应用系统的设计，因为实时内核允许将应用分成若以大大简化应用系统的设计，因为实时内核允许将应用分成若干个任务，由实时内核来管理它们。内核需要消耗一定的系统干个任务，由实时内核来管理它们。内核需要消耗一定的系统干个任务，由实时内核来管理它们。内核需要消耗一定的系统干个任务，由实时内核来管理它们。内核需要消耗一定的系统资源，比如资源，比如资源，比如资源，比如2 2 2 25 5 5 5的的的的cpucpucpucpu运行时间、运行时间、运行时间、运行时间、ramramramram和和和和romromromrom等。内核提供等。内核提供等。内核提供等。内核提供必不可少的系统
83、服务，如信号量、消息队列、延时等必不可少的系统服务，如信号量、消息队列、延时等必不可少的系统服务，如信号量、消息队列、延时等必不可少的系统服务，如信号量、消息队列、延时等l l调度调度调度调度是内核的主要职责之一。是内核的主要职责之一。是内核的主要职责之一。是内核的主要职责之一。决定该轮到哪个任务运行了。决定该轮到哪个任务运行了。决定该轮到哪个任务运行了。决定该轮到哪个任务运行了。多数实多数实多数实多数实时内核是基于优先级调度法的。每个任务根据其重要程度的不时内核是基于优先级调度法的。每个任务根据其重要程度的不时内核是基于优先级调度法的。每个任务根据其重要程度的不时内核是基于优先级调度法的。每
84、个任务根据其重要程度的不同被赋予一定的优先级。基于优先级的调度法指同被赋予一定的优先级。基于优先级的调度法指同被赋予一定的优先级。基于优先级的调度法指同被赋予一定的优先级。基于优先级的调度法指cpucpucpucpu总是让处总是让处总是让处总是让处在就绪态的优先级最高的任务先运行。然而究竟何时让高优先在就绪态的优先级最高的任务先运行。然而究竟何时让高优先在就绪态的优先级最高的任务先运行。然而究竟何时让高优先在就绪态的优先级最高的任务先运行。然而究竟何时让高优先级任务掌握级任务掌握级任务掌握级任务掌握cpucpucpucpu的使用权，有两种不同的情况，这要看用的是的使用权，有两种不同的情况，这要
85、看用的是的使用权，有两种不同的情况，这要看用的是的使用权，有两种不同的情况，这要看用的是什么类型的内核，是什么类型的内核，是什么类型的内核，是什么类型的内核，是非占先式非占先式非占先式非占先式的还是的还是的还是的还是占先式占先式占先式占先式的内核的内核的内核的内核1.3 嵌入式操作系统uu基本概念基本概念基本概念基本概念l l非占先式内核非占先式内核非占先式内核非占先式内核非占先式内核要求每个任务自我放弃非占先式内核要求每个任务自我放弃非占先式内核要求每个任务自我放弃非占先式内核要求每个任务自我放弃cpucpucpucpu的所有权。非占先式的所有权。非占先式的所有权。非占先式的所有权。非占先式
86、调度法也称调度法也称调度法也称调度法也称合作型多任务合作型多任务合作型多任务合作型多任务，各个任务彼此合作共享一个，各个任务彼此合作共享一个，各个任务彼此合作共享一个，各个任务彼此合作共享一个cpucpucpucpu。异步事件还是由中断服务来处理。中断服务可以使一个高优先异步事件还是由中断服务来处理。中断服务可以使一个高优先异步事件还是由中断服务来处理。中断服务可以使一个高优先异步事件还是由中断服务来处理。中断服务可以使一个高优先级的任务由挂起状态变为就绪状态。但中断服务以后控制权还级的任务由挂起状态变为就绪状态。但中断服务以后控制权还级的任务由挂起状态变为就绪状态。但中断服务以后控制权还级的
87、任务由挂起状态变为就绪状态。但中断服务以后控制权还是回到原来被中断了的那个任务，直到该任务主动放弃是回到原来被中断了的那个任务，直到该任务主动放弃是回到原来被中断了的那个任务，直到该任务主动放弃是回到原来被中断了的那个任务，直到该任务主动放弃cpucpucpucpu的的的的使用权时，那个高优先级的任务才能获得使用权时，那个高优先级的任务才能获得使用权时，那个高优先级的任务才能获得使用权时，那个高优先级的任务才能获得cpucpucpucpu的使用权的使用权的使用权的使用权l l占先式内核占先式内核占先式内核占先式内核系统响应时间很重要时，要使用占先式内核。绝大多数商业实系统响应时间很重要时，要使
88、用占先式内核。绝大多数商业实系统响应时间很重要时，要使用占先式内核。绝大多数商业实系统响应时间很重要时，要使用占先式内核。绝大多数商业实时内核都是占先式内核。最高优先级的任务一旦就绪，总能得时内核都是占先式内核。最高优先级的任务一旦就绪，总能得时内核都是占先式内核。最高优先级的任务一旦就绪，总能得时内核都是占先式内核。最高优先级的任务一旦就绪，总能得到到到到cpucpucpucpu控制权。一个运行着的任务使一个比它优先级高的任务控制权。一个运行着的任务使一个比它优先级高的任务控制权。一个运行着的任务使一个比它优先级高的任务控制权。一个运行着的任务使一个比它优先级高的任务进入了就绪状态，当前任务
89、的进入了就绪状态，当前任务的进入了就绪状态，当前任务的进入了就绪状态，当前任务的cpucpucpucpu使用权就被剥夺使用权就被剥夺使用权就被剥夺使用权就被剥夺( ( ( (被挂起被挂起被挂起被挂起) ) ) )，那个高优先级的任务立刻得到那个高优先级的任务立刻得到那个高优先级的任务立刻得到那个高优先级的任务立刻得到cpucpucpucpu的控制权。如果是中断服务的控制权。如果是中断服务的控制权。如果是中断服务的控制权。如果是中断服务子程序使一个高优先级的任务进入就绪态，中断完成时，中断子程序使一个高优先级的任务进入就绪态，中断完成时，中断子程序使一个高优先级的任务进入就绪态，中断完成时，中断
90、子程序使一个高优先级的任务进入就绪态，中断完成时，中断了的任务被挂起，优先级高的那个任务开始运行了的任务被挂起，优先级高的那个任务开始运行了的任务被挂起，优先级高的那个任务开始运行了的任务被挂起，优先级高的那个任务开始运行1.3 嵌入式操作系统uu基本概念基本概念基本概念基本概念l l任务优先级任务优先级任务优先级任务优先级任务的优先级是表示任务被调度的优先程度。每个任务都具有任务的优先级是表示任务被调度的优先程度。每个任务都具有任务的优先级是表示任务被调度的优先程度。每个任务都具有任务的优先级是表示任务被调度的优先程度。每个任务都具有优先级。任务越重要，赋予的优先级应越高，越容易被调度而优先
91、级。任务越重要，赋予的优先级应越高，越容易被调度而优先级。任务越重要，赋予的优先级应越高，越容易被调度而优先级。任务越重要，赋予的优先级应越高，越容易被调度而进入运行态进入运行态进入运行态进入运行态l l中断中断中断中断中断是一种硬件机制，用于通知中断是一种硬件机制，用于通知中断是一种硬件机制，用于通知中断是一种硬件机制，用于通知cpucpucpucpu有个异步事件发生了。中有个异步事件发生了。中有个异步事件发生了。中有个异步事件发生了。中断一旦被识别，断一旦被识别，断一旦被识别，断一旦被识别，cpucpucpucpu保存部分保存部分保存部分保存部分( ( ( (或全部或全部或全部或全部) )
92、 ) )上下文即部分或全部寄上下文即部分或全部寄上下文即部分或全部寄上下文即部分或全部寄存器的值，跳转到专门的子程序存器的值，跳转到专门的子程序存器的值，跳转到专门的子程序存器的值，跳转到专门的子程序( ( ( (中断服务子程序中断服务子程序中断服务子程序中断服务子程序isr)isr)isr)isr)。中断。中断。中断。中断服务子程序做事件处理，处理完成后，程序回到：服务子程序做事件处理，处理完成后，程序回到：服务子程序做事件处理，处理完成后，程序回到：服务子程序做事件处理，处理完成后，程序回到：1. 1. 1. 1. 在前后台系统中，程序回到后台程序在前后台系统中，程序回到后台程序在前后台系
93、统中，程序回到后台程序在前后台系统中，程序回到后台程序2. 2. 2. 2. 对非占先式内核而言，程序回到被中断了的任务对非占先式内核而言，程序回到被中断了的任务对非占先式内核而言，程序回到被中断了的任务对非占先式内核而言，程序回到被中断了的任务3. 3. 3. 3. 对占先式内核而言，让进入就绪态的优先级最高的对占先式内核而言，让进入就绪态的优先级最高的对占先式内核而言，让进入就绪态的优先级最高的对占先式内核而言，让进入就绪态的优先级最高的任务开始运行任务开始运行任务开始运行任务开始运行1.3 嵌入式操作系统uu基本概念基本概念基本概念基本概念中断中断中断中断前后台系统前后台系统isrisr
94、任务任务isrisr非占先操作系统非占先操作系统任务任务a a任务任务b b任务任务c cisrisr占先操作系统占先操作系统任务任务a a任务任务b b任务任务c c1.3 嵌入式操作系统uu基本概念基本概念基本概念基本概念时钟节时钟节拍拍拍拍l l时钟节拍是特定的周期性中断。这个中断可以看作是系统心时钟节拍是特定的周期性中断。这个中断可以看作是系统心时钟节拍是特定的周期性中断。这个中断可以看作是系统心时钟节拍是特定的周期性中断。这个中断可以看作是系统心脏的脉动脏的脉动脏的脉动脏的脉动l l中断之间的时间间隔取决于不同应用，一般在中断之间的时间间隔取决于不同应用，一般在中断之间的时间间隔取决
95、于不同应用，一般在中断之间的时间间隔取决于不同应用，一般在10ms10ms10ms10ms到到到到200ms200ms200ms200ms之之之之间间间间l l时钟的节拍式中断使得内核可以将任务延时若干个整数时钟时钟的节拍式中断使得内核可以将任务延时若干个整数时钟时钟的节拍式中断使得内核可以将任务延时若干个整数时钟时钟的节拍式中断使得内核可以将任务延时若干个整数时钟节拍，以及当任务等待事件发生时，提供等待超时的依据节拍，以及当任务等待事件发生时，提供等待超时的依据节拍，以及当任务等待事件发生时，提供等待超时的依据节拍，以及当任务等待事件发生时，提供等待超时的依据l l时钟节拍率越快，系统的额外
96、开销就越大时钟节拍率越快，系统的额外开销就越大时钟节拍率越快，系统的额外开销就越大时钟节拍率越快，系统的额外开销就越大1.3 嵌入式操作系统uu基本概念基本概念基本概念基本概念进进程和程和程和程和线线程程程程l l概念概念概念概念l l管理管理管理管理1.3 嵌入式操作系统uu使用使用使用使用实时实时操作系操作系操作系操作系统统的必要性的必要性的必要性的必要性l l嵌入式实时操作系统在目前的嵌入式应用中用得越来嵌入式实时操作系统在目前的嵌入式应用中用得越来嵌入式实时操作系统在目前的嵌入式应用中用得越来嵌入式实时操作系统在目前的嵌入式应用中用得越来越广泛，尤其在功能复杂、系统庞大的应用中显得愈越
97、广泛，尤其在功能复杂、系统庞大的应用中显得愈越广泛，尤其在功能复杂、系统庞大的应用中显得愈越广泛，尤其在功能复杂、系统庞大的应用中显得愈来愈重要来愈重要来愈重要来愈重要l l在嵌入式应用中，只有把在嵌入式应用中，只有把在嵌入式应用中，只有把在嵌入式应用中，只有把cpucpucpucpu嵌入到系统中，同时又把嵌入到系统中，同时又把嵌入到系统中，同时又把嵌入到系统中，同时又把操作系统嵌入进去，才是真正的计算机嵌入式应用操作系统嵌入进去，才是真正的计算机嵌入式应用操作系统嵌入进去，才是真正的计算机嵌入式应用操作系统嵌入进去，才是真正的计算机嵌入式应用l l使用实时操作系统主要有以下几个因素：使用实时
98、操作系统主要有以下几个因素：使用实时操作系统主要有以下几个因素：使用实时操作系统主要有以下几个因素： 嵌入式实时操作系统提高了系统的可靠性嵌入式实时操作系统提高了系统的可靠性嵌入式实时操作系统提高了系统的可靠性嵌入式实时操作系统提高了系统的可靠性 提高了开发效率，缩短了开发周期提高了开发效率，缩短了开发周期提高了开发效率，缩短了开发周期提高了开发效率，缩短了开发周期 嵌入式实时操作系统充分发挥了嵌入式实时操作系统充分发挥了嵌入式实时操作系统充分发挥了嵌入式实时操作系统充分发挥了32323232位位位位cpucpucpucpu的多任务潜力的多任务潜力的多任务潜力的多任务潜力运行速度快运行速度快运
99、行速度快运行速度快为运行多用户、多任务而设计为运行多用户、多任务而设计为运行多用户、多任务而设计为运行多用户、多任务而设计为提高可靠性、稳定性而设计，更易不崩溃为提高可靠性、稳定性而设计，更易不崩溃为提高可靠性、稳定性而设计，更易不崩溃为提高可靠性、稳定性而设计，更易不崩溃1.3 嵌入式操作系统uu实时实时操作系操作系操作系操作系统统的的的的优优缺点缺点缺点缺点l l优点：优点：优点：优点：在嵌入式实时操作系统环境下开发实时应用程序使程序在嵌入式实时操作系统环境下开发实时应用程序使程序在嵌入式实时操作系统环境下开发实时应用程序使程序在嵌入式实时操作系统环境下开发实时应用程序使程序的设计和扩展变
100、得容易，不需要大的改动就可以增加新的设计和扩展变得容易，不需要大的改动就可以增加新的设计和扩展变得容易，不需要大的改动就可以增加新的设计和扩展变得容易，不需要大的改动就可以增加新的功能。通过将应用程序分割成若干独立的任务模块，的功能。通过将应用程序分割成若干独立的任务模块，的功能。通过将应用程序分割成若干独立的任务模块，的功能。通过将应用程序分割成若干独立的任务模块，使应用程序的设计过程大为简化；且对实时性要求苛刻使应用程序的设计过程大为简化；且对实时性要求苛刻使应用程序的设计过程大为简化；且对实时性要求苛刻使应用程序的设计过程大为简化；且对实时性要求苛刻的事件都得到了快速、可靠的处理。通过有
101、效的系统服的事件都得到了快速、可靠的处理。通过有效的系统服的事件都得到了快速、可靠的处理。通过有效的系统服的事件都得到了快速、可靠的处理。通过有效的系统服务，嵌入式实时操作系统使得系统资源得到更好的利用务，嵌入式实时操作系统使得系统资源得到更好的利用务，嵌入式实时操作系统使得系统资源得到更好的利用务，嵌入式实时操作系统使得系统资源得到更好的利用l l缺点：缺点：缺点：缺点：使用嵌入式实时操作系统还需要额外的使用嵌入式实时操作系统还需要额外的使用嵌入式实时操作系统还需要额外的使用嵌入式实时操作系统还需要额外的rom / ramrom / ramrom / ramrom / ram开销，开销，开销
102、，开销，2 2 2 25%5%5%5%的的的的cpucpucpucpu额外负荷，以及内核的费用额外负荷，以及内核的费用额外负荷，以及内核的费用额外负荷，以及内核的费用1.3 嵌入式操作系统uu常常常常见见的嵌入式操作系的嵌入式操作系的嵌入式操作系的嵌入式操作系统统uclinuxuclinuxl l微微微微( ( ( () ) ) )控制（控制（控制（控制（c c c c）领域）领域）领域）领域linuxlinuxlinuxlinux系统系统系统系统l l是一个完全符合通用公共许可证是一个完全符合通用公共许可证是一个完全符合通用公共许可证是一个完全符合通用公共许可证(gnu/gpl)(gnu/g
103、pl)(gnu/gpl)(gnu/gpl)公约的操作系统，完全开公约的操作系统，完全开公约的操作系统，完全开公约的操作系统，完全开放代码。现由放代码。现由放代码。现由放代码。现由lineolineolineolineo公司维护公司维护公司维护公司维护l luclinuxuclinuxuclinuxuclinux从从从从linuxlinuxlinuxlinux2.0/2.42.0/2.42.0/2.42.0/2.4内核派生而来，沿袭了主流内核派生而来，沿袭了主流内核派生而来，沿袭了主流内核派生而来，沿袭了主流linuxlinuxlinuxlinux的绝大部分特性。专门针对没有内存管理单元的绝大部
104、分特性。专门针对没有内存管理单元的绝大部分特性。专门针对没有内存管理单元的绝大部分特性。专门针对没有内存管理单元(mmu)(mmu)(mmu)(mmu)的的的的cpucpucpucpu，且为嵌入式系统做了许多小型化的工作。，且为嵌入式系统做了许多小型化的工作。，且为嵌入式系统做了许多小型化的工作。，且为嵌入式系统做了许多小型化的工作。适于没有虚拟内存或适于没有虚拟内存或适于没有虚拟内存或适于没有虚拟内存或mmummummummu处理器，如处理器，如处理器，如处理器，如arm7tdmiarm7tdmiarm7tdmiarm7tdmi。通常用。通常用。通常用。通常用于具有很少内存或于具有很少内存或
105、于具有很少内存或于具有很少内存或flashflashflashflash的嵌入式系统的嵌入式系统的嵌入式系统的嵌入式系统l l它保留了它保留了它保留了它保留了linuxlinuxlinuxlinux的大部分优点：的大部分优点：的大部分优点：的大部分优点：稳定、良好的移植性、稳定、良好的移植性、稳定、良好的移植性、稳定、良好的移植性、优秀的网络功能、完备的对各种文件系统的支持、以优秀的网络功能、完备的对各种文件系统的支持、以优秀的网络功能、完备的对各种文件系统的支持、以优秀的网络功能、完备的对各种文件系统的支持、以及标准丰富的及标准丰富的及标准丰富的及标准丰富的apiapiapiapi等等等等
106、1.3 嵌入式操作系统uu常常常常见见的嵌入式操作系的嵌入式操作系的嵌入式操作系的嵌入式操作系统统wincewincel lwindows cewindows cewindows cewindows ce是微软开发的一个开放是微软开发的一个开放是微软开发的一个开放是微软开发的一个开放的、可升级的的、可升级的的、可升级的的、可升级的32323232位嵌入式操作系统，位嵌入式操作系统，位嵌入式操作系统，位嵌入式操作系统，基于掌上型电脑类的电子设备操作基于掌上型电脑类的电子设备操作基于掌上型电脑类的电子设备操作基于掌上型电脑类的电子设备操作系统，精简的系统，精简的系统，精简的系统，精简的window
107、s 95windows 95windows 95windows 95l l图形用户界面相当出色。模块化、图形用户界面相当出色。模块化、图形用户界面相当出色。模块化、图形用户界面相当出色。模块化、结构化和基于结构化和基于结构化和基于结构化和基于win32win32win32win32应用程序接口以应用程序接口以应用程序接口以应用程序接口以及与处理器无关等特点及与处理器无关等特点及与处理器无关等特点及与处理器无关等特点l l继承传统继承传统继承传统继承传统windowswindowswindowswindows图形界面，图形界面，图形界面，图形界面，win cewin cewin cewin ce
108、平台上可以使用平台上可以使用平台上可以使用平台上可以使用windows 95/98windows 95/98windows 95/98windows 95/98编程工具编程工具编程工具编程工具( ( ( (如如如如visual basicvisual basicvisual basicvisual basic、visual visual visual visual c c c c 等等等等) ) ) )，使绝大多数的应用软件只需简单的修改和移使绝大多数的应用软件只需简单的修改和移使绝大多数的应用软件只需简单的修改和移使绝大多数的应用软件只需简单的修改和移植就可以在植就可以在植就可以在植就可以在
109、windows cewindows cewindows cewindows ce平台上继续使用平台上继续使用平台上继续使用平台上继续使用1.3 嵌入式操作系统uu常常常常见见的嵌入式操作系的嵌入式操作系的嵌入式操作系的嵌入式操作系统统vxworksvxworksl lvxworksvxworksvxworksvxworks操作系统是美国操作系统是美国操作系统是美国操作系统是美国windriverwindriverwindriverwindriver公司于公司于公司于公司于1983198319831983年设计开发的一种嵌入年设计开发的一种嵌入年设计开发的一种嵌入年设计开发的一种嵌入式实时操作系
110、统（式实时操作系统（式实时操作系统（式实时操作系统（rtosrtosrtosrtos），是嵌入），是嵌入），是嵌入），是嵌入式开发环境的关键组成部分式开发环境的关键组成部分式开发环境的关键组成部分式开发环境的关键组成部分l l它以其良好的可靠性和卓越的实时性被广泛地应用在它以其良好的可靠性和卓越的实时性被广泛地应用在它以其良好的可靠性和卓越的实时性被广泛地应用在它以其良好的可靠性和卓越的实时性被广泛地应用在通信、军事、航空、航天等高精尖技术及实时性要求通信、军事、航空、航天等高精尖技术及实时性要求通信、军事、航空、航天等高精尖技术及实时性要求通信、军事、航空、航天等高精尖技术及实时性要求极高的
111、领域中，如卫星通讯、军事演习、弹道制导、极高的领域中，如卫星通讯、军事演习、弹道制导、极高的领域中，如卫星通讯、军事演习、弹道制导、极高的领域中，如卫星通讯、军事演习、弹道制导、飞机导航等，甚至在飞机导航等，甚至在飞机导航等，甚至在飞机导航等，甚至在1997199719971997年年年年4 4 4 4月登陆火星表面的火星探月登陆火星表面的火星探月登陆火星表面的火星探月登陆火星表面的火星探测器上也使用到了测器上也使用到了测器上也使用到了测器上也使用到了vxworksvxworksvxworksvxworksl l良好的持续发展能力、高性能内核以及友好的用户开良好的持续发展能力、高性能内核以及友
112、好的用户开良好的持续发展能力、高性能内核以及友好的用户开良好的持续发展能力、高性能内核以及友好的用户开发环境，在嵌入式实时操作系统领域占据一席之地发环境，在嵌入式实时操作系统领域占据一席之地发环境，在嵌入式实时操作系统领域占据一席之地发环境，在嵌入式实时操作系统领域占据一席之地1.3 嵌入式操作系统uu常常常常见见的嵌入式操作系的嵌入式操作系的嵌入式操作系的嵌入式操作系统统uc/os-uc/os-l lc/os-iic/os-iic/os-iic/os-ii通过了联邦航空局通过了联邦航空局通过了联邦航空局通过了联邦航空局(faa)(faa)(faa)(faa)商用航行器认证。商用航行器认证。商
113、用航行器认证。商用航行器认证。自自自自1992199219921992年问世以来，年问世以来，年问世以来，年问世以来，c/os-iic/os-iic/os-iic/os-ii已经被应用到数以百计已经被应用到数以百计已经被应用到数以百计已经被应用到数以百计的产品中。的产品中。的产品中。的产品中。c/os-iic/os-iic/os-iic/os-ii占用很少的系统资源，并且在高占用很少的系统资源，并且在高占用很少的系统资源，并且在高占用很少的系统资源，并且在高校教学使用是不需要申请许可证。但将它的目标代码校教学使用是不需要申请许可证。但将它的目标代码校教学使用是不需要申请许可证。但将它的目标代码
114、校教学使用是不需要申请许可证。但将它的目标代码嵌入到产品中，应当购买目标代码销售许可证嵌入到产品中，应当购买目标代码销售许可证嵌入到产品中，应当购买目标代码销售许可证嵌入到产品中，应当购买目标代码销售许可证l lc/os-iic/os-iic/os-iic/os-ii是一个源码公开、是一个源码公开、是一个源码公开、是一个源码公开、可移植、可固化、可裁剪、占可移植、可固化、可裁剪、占可移植、可固化、可裁剪、占可移植、可固化、可裁剪、占先式的实时多任务操作系统先式的实时多任务操作系统先式的实时多任务操作系统先式的实时多任务操作系统l l其绝大部分源码是用其绝大部分源码是用其绝大部分源码是用其绝大部
115、分源码是用ansi cansi cansi cansi c写写写写的，使其可以方便的移植并支的，使其可以方便的移植并支的，使其可以方便的移植并支的，使其可以方便的移植并支持大多数类型的处理器持大多数类型的处理器持大多数类型的处理器持大多数类型的处理器嵌入式嵌入式 rtos uc/os-ii 简介简介nuc/os-iiuc/os-ii中的代码中的代码 90�%用用c c语言编写，时有少语言编写，时有少量的相关于硬件的代码用汇编编写，易移量的相关于硬件的代码用汇编编写，易移植到各类体系结构的植到各类体系结构的8 8位、位、1616位、位、3232位处位处 理器。理器。n 官方网站：官方网站：w
116、ww.ucos-ii.comwww.ucos-ii.com1.3 嵌入式操作系统1.3 嵌入式操作系统uuuc/os-uc/os-的特点的特点的特点的特点l l提供提供提供提供v2.52v2.52v2.52v2.52的所有源代码的所有源代码的所有源代码的所有源代码l l可移植可移植可移植可移植(portable)(portable)(portable)(portable)，使用汇编语言编写的代码已压缩到最低限度，使用汇编语言编写的代码已压缩到最低限度，使用汇编语言编写的代码已压缩到最低限度，使用汇编语言编写的代码已压缩到最低限度l l可固化可固化可固化可固化(rommable)(rommabl
117、e)(rommable)(rommable)l l可剪裁可剪裁可剪裁可剪裁(scalable)(scalable)(scalable)(scalable)，通过条件编译即可，通过条件编译即可，通过条件编译即可，通过条件编译即可l l可剥夺可剥夺可剥夺可剥夺(preemptive),(preemptive),(preemptive),(preemptive),完全可剥夺型实时内核完全可剥夺型实时内核完全可剥夺型实时内核完全可剥夺型实时内核l l多任务，最多可管理多任务，最多可管理多任务，最多可管理多任务，最多可管理64646464个个个个( ( ( (其中其中其中其中8 8 8 8个留给系统个留
118、给系统个留给系统个留给系统) ) ) )l l可确定性，绝大多数函数的调用和服务时间具有确定性可确定性，绝大多数函数的调用和服务时间具有确定性可确定性，绝大多数函数的调用和服务时间具有确定性可确定性，绝大多数函数的调用和服务时间具有确定性l l任务栈，每个任务都有自己独立的栈任务栈，每个任务都有自己独立的栈任务栈，每个任务都有自己独立的栈任务栈，每个任务都有自己独立的栈l l系统服务，多种系统服务，如信号量、互斥信号量、事件标志、消系统服务，多种系统服务，如信号量、互斥信号量、事件标志、消系统服务，多种系统服务，如信号量、互斥信号量、事件标志、消系统服务，多种系统服务，如信号量、互斥信号量、事
119、件标志、消息邮箱、消息队列、块大小固定的内存申请与释放、时间管理函数息邮箱、消息队列、块大小固定的内存申请与释放、时间管理函数息邮箱、消息队列、块大小固定的内存申请与释放、时间管理函数息邮箱、消息队列、块大小固定的内存申请与释放、时间管理函数l l中断管理，中断可以使正在执行的任务暂时挂起，如果优先级更高中断管理，中断可以使正在执行的任务暂时挂起，如果优先级更高中断管理，中断可以使正在执行的任务暂时挂起，如果优先级更高中断管理，中断可以使正在执行的任务暂时挂起，如果优先级更高的任务被中断唤醒，高优先级任务在中断嵌套全部退出后立即执行，的任务被中断唤醒，高优先级任务在中断嵌套全部退出后立即执行，
120、的任务被中断唤醒，高优先级任务在中断嵌套全部退出后立即执行，的任务被中断唤醒，高优先级任务在中断嵌套全部退出后立即执行，中断嵌套数最多可达中断嵌套数最多可达中断嵌套数最多可达中断嵌套数最多可达255255255255层层层层l l稳定性与可靠性，是基于稳定性与可靠性，是基于稳定性与可靠性，是基于稳定性与可靠性，是基于uc/osuc/osuc/osuc/os的升级版本，与之内核一样的升级版本，与之内核一样的升级版本，与之内核一样的升级版本，与之内核一样西安邮电学院 计算机系562024/8/291.3 嵌入式操作系统c/os-ii中的数据类型中的数据类型备注：这些类型定义在备注：这些类型定义在
121、armos_cpu.h 文件中。文件中。1.3 嵌入式操作系统1 1 嵌入式系统概述嵌入式系统概述1.1 1.1 嵌入式系统嵌入式系统1.2 1.2 嵌入式处理器嵌入式处理器1.3 1.3 嵌入式操作系统嵌入式操作系统1.4 1.4 嵌入式系统组成嵌入式系统组成59uu一般而言，整个嵌入式系一般而言，整个嵌入式系一般而言，整个嵌入式系一般而言，整个嵌入式系统统的体系的体系的体系的体系结结构可以分成构可以分成构可以分成构可以分成4 4个个个个部分：部分：部分：部分：嵌入式嵌入式嵌入式嵌入式处处理器、嵌入式外理器、嵌入式外理器、嵌入式外理器、嵌入式外围设备围设备、嵌入式操、嵌入式操、嵌入式操、嵌入
122、式操作系作系作系作系统统和嵌入式和嵌入式和嵌入式和嵌入式应应用用用用软软件。件。件。件。1.4 嵌入式系统组成嵌入式应用软件嵌入式应用软件嵌入式操作系统嵌入式操作系统嵌入式硬件平台嵌入式硬件平台嵌入式处理器嵌入式处理器嵌入式外围设备嵌入式外围设备60uu嵌入式系嵌入式系嵌入式系嵌入式系统统的硬件由嵌入式的硬件由嵌入式的硬件由嵌入式的硬件由嵌入式处处理器、外理器、外理器、外理器、外围电围电路和外路和外路和外路和外部部部部设备设备三大部分所三大部分所三大部分所三大部分所组组成。成。成。成。l l嵌入式处理器嵌入式处理器嵌入式处理器嵌入式处理器包括：嵌入式微处理器（包括：嵌入式微处理器（包括：嵌入式
123、微处理器（包括：嵌入式微处理器（mpumpumpumpu）、）、）、）、微控制器（微控制器（微控制器（微控制器（mcumcumcumcu）、数字信号处理器（）、数字信号处理器（）、数字信号处理器（）、数字信号处理器（dspdspdspdsp）。）。）。）。l l外围电路外围电路外围电路外围电路包括：各式存储器（包括：各式存储器（包括：各式存储器（包括：各式存储器（ramramramram、romromromrom、flashflashflashflash），时钟电路，各种），时钟电路，各种），时钟电路，各种），时钟电路，各种i/oi/oi/oi/o接口电路，调试接口电路，调试接口电路，调试接口电路，调试接口（接口（接口（接口（jtagjtagjtagjtag、bdmbdmbdmbdm等）。等）。等）。等）。l l外部设备外部设备外部设备外部设备包括：存储卡（包括：存储卡（包括：存储卡（包括：存储卡（cfcfcfcf、sdsdsdsd卡）、卡）、卡）、卡）、lcdlcdlcdlcd屏、屏、屏、屏、触摸屏、手写笔、键盘等。触摸屏、手写笔、键盘等。触摸屏、手写笔、键盘等。触摸屏、手写笔、键盘等。1.4 嵌入式系统组成61典型嵌入式系统硬件组成（1）62典型嵌入式系统硬件组成（2）63嵌入式系统的软件基本构成64三种分类的嵌入式系统软件结构