嵌入式之智能手機(jī)論

1、. 嵌入式之智能手機(jī) 學(xué)號： 班級： 姓名：;1.嵌入式系統(tǒng)定義32.嵌入式系統(tǒng)的分層43.實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)54.智能手機(jī)定義65.實(shí)時(shí)進(jìn)程調(diào)度66.智能手機(jī)的特點(diǎn)77.智能手機(jī)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)88.智能手機(jī)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)方法99.嵌入式系統(tǒng)智能手機(jī)的特點(diǎn)1010.總結(jié)11引言隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和微電子技術(shù)的迅速發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛。下面來介紹一下嵌入式系統(tǒng)知識及典型的嵌入式產(chǎn)品智能手機(jī)。1.嵌入式系統(tǒng)定義嵌入式系統(tǒng)一般指非PC系統(tǒng)，有計(jì)算機(jī)功能但又不稱之為計(jì)算機(jī)的設(shè)備或器材。它是以應(yīng)用為中心，軟硬件可裁減的，適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗等綜合性嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。

2、嵌入式系統(tǒng)主要由嵌入式微處理器、外圍硬件設(shè)備、嵌入式操作系統(tǒng)以及用戶的應(yīng)用程序等4個(gè)部分組成，它是集軟硬件于一體的可獨(dú)立工作的"器件"。嵌入式系統(tǒng)的軟件部分包括操作系統(tǒng)軟件(要求實(shí)時(shí)和多任務(wù)操作)和應(yīng)用程序編程。操作系統(tǒng)控制著應(yīng)用程序編程與硬件的交互作用，而應(yīng)用程序控制著系統(tǒng)的運(yùn)作和行為。嵌入式操作系統(tǒng)是一種支持嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用的操作系統(tǒng)軟件，它是嵌入式系統(tǒng)(包括硬、軟件系統(tǒng))極為重要的組成部分，通常包括與硬件相關(guān)的底層驅(qū)動軟件、系統(tǒng)內(nèi)核、設(shè)備驅(qū)動接口、通信協(xié)議、圖形界面、標(biāo)準(zhǔn)化瀏覽器等Browser。嵌入式操作系統(tǒng)具有通用操作系統(tǒng)的基本特點(diǎn)，如能夠有效管理越來越復(fù)雜的系統(tǒng)資

3、源；能夠把硬件虛擬化，使得開發(fā)人員從繁忙的驅(qū)動程序移植和維護(hù)中解脫出來；能夠提供庫函數(shù)、驅(qū)動程序、工具集以及應(yīng)用程序。與通用操作系統(tǒng)相比較，嵌入式操作系統(tǒng)在系統(tǒng)實(shí)時(shí)高效性、硬件的相關(guān)依賴性、軟件固態(tài)化以及應(yīng)用的專用性等方面具有較為突出的特點(diǎn)。2.嵌入式系統(tǒng)的分層   嵌入式系統(tǒng)分為4層，硬件層、驅(qū)動層、操作系統(tǒng)層和應(yīng)用層。 1、硬件層，是整個(gè)嵌入式系統(tǒng)的根本，如果現(xiàn)在單片機(jī)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(tǒng)的硬件層走起來相對容易，硬件層也是驅(qū)動層的基礎(chǔ)，一個(gè)優(yōu)秀的驅(qū)動工程師是要能夠看懂硬件的電路圖和自行完成CPLD的邏輯設(shè)計(jì)的，同時(shí)還要對操作系統(tǒng)

4、內(nèi)核及其調(diào)度性相當(dāng)?shù)氖煜さ?。但硬件平臺是基礎(chǔ)，增值還要靠軟件。  2、驅(qū)動層，這部分比較難，驅(qū)動工程師不僅要能看懂電路圖還要能對操作系統(tǒng)內(nèi)核十分的精通，以便其所寫的驅(qū)動程序在系統(tǒng)調(diào)用時(shí)，不會獨(dú)占操作系統(tǒng)時(shí)間片，而導(dǎo)至其它任務(wù)不能動行，不懂操作系統(tǒng)內(nèi)核架構(gòu)和實(shí)時(shí)調(diào)度性，沒有良好的驅(qū)動編寫風(fēng)格，按大多數(shù)書上所說添加的驅(qū)動的方式，很多人都能做到，但可能連個(gè)初級的驅(qū)動工程師的水平都達(dá)不到，這樣所寫的驅(qū)動在應(yīng)用調(diào)用時(shí)就如同windows下我們打開一個(gè)程序運(yùn)行后，再打開一個(gè)程序時(shí)，要不就是中斷以前的程序，要不就是等上一會才能運(yùn)行后來打開的程序。想做個(gè)好的驅(qū)動人員沒有三、四年功底，操作系

5、統(tǒng)內(nèi)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(tǒng)四層中可是最高的。  3、 操作系統(tǒng)層，對于操作系統(tǒng)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(tǒng)，或者寫出缺胳膊少腿的操作系統(tǒng)來，這部分工作大都由驅(qū)動工程師來完成。操作系統(tǒng)是負(fù)責(zé)系統(tǒng)任務(wù)的調(diào)試、磁盤和文件的管理，而嵌入式系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性十分重要。據(jù)說，XP操作系統(tǒng)是微軟投入300人用兩年時(shí)間才搞定的，總時(shí)工時(shí)是600人年，中科院軟件所自己的女媧Hopen操作系統(tǒng)估計(jì)也得花遇幾百人年才能搞定。因此這部分工作相對來講沒有太大意義。  4、應(yīng)用層，相對來講較為容易的，如果會在windows下如何進(jìn)行編程接口函數(shù)調(diào)用

6、，到操作系統(tǒng)下只是編譯和開發(fā)環(huán)境有相應(yīng)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(tǒng)中涉及算法的由專業(yè)算法的人來處理的，不必歸結(jié)到嵌入式系統(tǒng)范疇內(nèi)。但如果涉及嵌入式系統(tǒng)下面嵌入式數(shù)據(jù)庫、基于嵌入式系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)編程和基于某此應(yīng)用層面的協(xié)議應(yīng)用開發(fā)（比如基于SIP、H.323、Astrisk）方面又較為復(fù)雜，并且有難度了。3.實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)RTOS(Real Time multi-tasking Operation System),即實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)是嵌入式應(yīng)用軟件的基礎(chǔ)和開發(fā)平臺。目前在中國大多數(shù)嵌入式軟件開發(fā)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(tǒng)軟件和

7、應(yīng)用軟件分開處理。RTOS是一段嵌入在目標(biāo)代碼中的軟件，用戶的其它應(yīng)用程序都建立在RTOS之上。不但如此，RTOS還是一個(gè)可靠性和可信性很高的實(shí)時(shí)內(nèi)核，將CPU時(shí)間、中斷、I/O、定時(shí)器等資源都包裝起來，留給用戶一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的API，并根據(jù)各個(gè)任務(wù)的優(yōu)先級，合理地在不同任務(wù)之間分配CPU時(shí)間。 RTOS是針對不同處理器優(yōu)化設(shè)計(jì)的高效率實(shí)時(shí)多任務(wù)內(nèi)核，優(yōu)秀商品化的RTOS可以面對幾十個(gè)系列的嵌入式處理器MPU、MCU、DSP、SOC等提供類同的API接口，這是RTOS基于設(shè)備獨(dú)立的應(yīng)用程序開發(fā)基礎(chǔ)。因此基于RTOS上的C語言程序具有極大的可移植性。據(jù)專家測算，優(yōu)秀RTOS上跨處理器平臺的程序移植只需

8、要修改15%的內(nèi)容。在RTOS基礎(chǔ)上可以編寫出各種硬件驅(qū)動程序、專家?guī)旌瘮?shù)、行業(yè)庫函數(shù)、產(chǎn)品庫函數(shù)，和通用性的應(yīng)用程序一起，可以作為產(chǎn)品銷售，促進(jìn)行業(yè)內(nèi)的知識產(chǎn)權(quán)交流，因此RTOS又是一個(gè)軟件開發(fā)平臺。 RTOS是嵌入式系統(tǒng)的軟件開發(fā)平臺。RTOS最關(guān)鍵的部分是實(shí)時(shí)多任務(wù)內(nèi)核，它的基本功能包括任務(wù)管理、定時(shí)器管理、存儲器管理、資源管理、事件管理、系統(tǒng)管理、消息管理、隊(duì)列管理、旗語管理等, 這些管理功能是通過內(nèi)核服務(wù)函數(shù)形式交給用戶調(diào)用的，也就是RTOS的API。 RTOS的引入，解決了嵌入式軟件開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)化的難題。隨著嵌入式系統(tǒng)中軟件比重不斷上升、應(yīng)用程序越來越大，對開發(fā)人員、應(yīng)用程序接口、程序

9、檔案的組織管理成為一個(gè)大的課題。引入RTOS相當(dāng)于引入了一種新的管理模式，對于開發(fā)單位和開發(fā)人員都是一個(gè)提高。 基于RTOS開發(fā)出的程序，具有較高的可移植性，實(shí)現(xiàn)90%以上設(shè)備獨(dú)立，一些成熟的通用程序可以作為專家?guī)旌瘮?shù)產(chǎn)品推向社會。嵌入式軟件的函數(shù)化、產(chǎn)品化能夠促進(jìn)行業(yè)交流以及社會分工專業(yè)化，減少重復(fù)勞動，提高知識創(chuàng)新的效率。 嵌入式工業(yè)的基礎(chǔ)是以應(yīng)用為中心的芯片設(shè)計(jì)和面向應(yīng)用的軟件開發(fā)。實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)(RTOS)進(jìn)入嵌入式工業(yè)的意義不亞于歷史上機(jī)械工業(yè)采用三視圖的貢獻(xiàn)，對嵌入式軟件的標(biāo)準(zhǔn)化和加速知識創(chuàng)新是一個(gè)里程碑。 目前，商品化的RTOS可支持從8BIT的8051到32BIT的Powe

10、rPC及DSP等幾十個(gè)系列的嵌入式處理器。提供高質(zhì)量源代碼RTOS的著名公司主要集中在美4.智能手機(jī)定義所謂的智能手機(jī)是指像個(gè)人電腦一樣，具有獨(dú)立的操作系統(tǒng)，可以由用戶自行安裝軟件、游戲等第三方服務(wù)商提供的程序，通過此類程序來不斷對手機(jī)的功能進(jìn)行擴(kuò)充，并可以通過移動通訊網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)無線網(wǎng)絡(luò)接入的這樣一類手機(jī)的總稱。智能手機(jī)是掌上電腦和移動電話的結(jié)合品，使移動電話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。智能手機(jī)是針對功能手機(jī)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手機(jī)本身能夠有多智能化。實(shí)現(xiàn)智能手機(jī)的智能化是因?yàn)樵谑謾C(jī)內(nèi)安裝了相應(yīng)開放式操作系統(tǒng)，而無論是何種

11、智能化手機(jī)，嵌入式系統(tǒng)的身影都無處不在。常見的智能手機(jī)有三星、蘋果、安卓等。5.實(shí)時(shí)進(jìn)程調(diào)度 內(nèi)核的基本功能是提供實(shí)時(shí)進(jìn)程調(diào)度、中斷處理等操作，在手機(jī)應(yīng)用上，滿足客戶的需要，通過實(shí)時(shí)進(jìn)程調(diào)度為程序提供一個(gè)運(yùn)行平臺，將電源的管理實(shí)現(xiàn)動態(tài)化，在低耗能的情況下將啟動速度進(jìn)一步的提高。 智能手機(jī)的核心可以說是進(jìn)程，所有的操作系統(tǒng)，說到底就是為編輯好的程序提供一個(gè)運(yùn)行的平臺。在這個(gè)平臺上，多項(xiàng)程序可以有序的運(yùn)行，不會出現(xiàn)程序沖突導(dǎo)致智能手機(jī)出現(xiàn)功能障礙，減少了使用時(shí)出現(xiàn)的死機(jī)、程序未響應(yīng)等情況。嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)是一個(gè)可以多項(xiàng)操作系統(tǒng)，使多個(gè)進(jìn)程同時(shí)進(jìn)行工作。當(dāng)系統(tǒng)在運(yùn)行多個(gè)進(jìn)程時(shí)，進(jìn)程調(diào)度會做出以下選

12、擇：一直占有CPU，正在運(yùn)行的進(jìn)程一直運(yùn)行，使得其他的程序沒有辦法進(jìn)行工作，這是在缺省狀態(tài)下的選擇；通過時(shí)間片，確保相同等級的進(jìn)程有相同的時(shí)間進(jìn)行處理，這是內(nèi)核將CPU在任務(wù)管理上的作用。6.智能手機(jī)的特點(diǎn) 具備無線接入互聯(lián)網(wǎng)的能力 即需要支持GSM網(wǎng)絡(luò)下的GPRS或者CDMA網(wǎng)絡(luò)的CDMA1X或3G（WCDMA、CDMA-2000、TD-CDMA）網(wǎng)絡(luò)，甚至4G（HSPA+、FDD-LTE、TDD-LTE），可以隨時(shí)隨地的連接無線網(wǎng)絡(luò)，這些網(wǎng)絡(luò)端口，滿足現(xiàn)在生活的需要； 具有PDA的功能 PDA可以理解為個(gè)人數(shù)字助理，這是一種可以隨身攜帶的設(shè)備，具有電腦的許多功能。不僅可以管理個(gè)人的信息界面

13、，還可以瀏覽網(wǎng)頁、收發(fā)郵件、短訊、甚至還可以當(dāng)做普通的手機(jī)使用，都是通過無線電來連接，不需要其他設(shè)備輔助。這種功能包括可以進(jìn)行個(gè)人的信息管理，日程記事、播放音樂視頻，上網(wǎng)等； 更加人性化 這是交互界面要求得一種，使功能的執(zhí)行更符合人的需求。智能手機(jī)可以根據(jù)使用者的需求對其軟件進(jìn)行更改、替換，軟件的升級與軟件市場同步，隨時(shí)提供市場軟件信息，使使用者能夠及時(shí)獲取信息并對自己的設(shè)備進(jìn)行更新。 更加強(qiáng)大功能隨著智能機(jī)的普及，社交、購物、旅游等事件均可以通過智能機(jī)來完成。旅游可以隨時(shí)獲取資訊，閱讀可以足不出戶便知天下事，隨時(shí)隨地有朋友進(jìn)行交流。 需求分析 嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用，使手機(jī)的掌上電腦功能越來越齊全

14、，3G在智能手機(jī)的應(yīng)用，為智能手機(jī)許多新的功能提供保證，使得在運(yùn)行程序時(shí)更加流暢、穩(wěn)定。清晰的顯示畫面、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(diǎn)還是要繼續(xù)改進(jìn)，逐漸完善。 7.智能手機(jī)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)智能手機(jī)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)如圖1所示。聽筒/喇叭SIM卡無線通信模塊 UART音頻轉(zhuǎn)換器 微處理器 ARM FlashSDRAM JTAG顯示模塊時(shí)鐘模塊鍵盤觸摸屏電源模塊 圖1智能手機(jī)系統(tǒng)的硬件組成框圖微處理器：采用ARM處理器，內(nèi)部帶有高性能MMU(內(nèi)存處理單元)，速度快，適用于手持移動設(shè)備，具有高性能、低功耗、集成有LCD控制器，一個(gè)SD主機(jī)端控制器，并提供SRAM、USB等多種功能

15、接口資源。通信模塊：具有數(shù)據(jù)、傳真、短消息和語音傳輸?shù)裙δ?。支持AT指令集，通過RS232與ARM處理器通信，可實(shí)現(xiàn)智能手機(jī)的GSM通語、GPRS上網(wǎng)及其它PDA應(yīng)用等功能。8.智能手機(jī)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)方法 智能手機(jī)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)如圖2所示。 手機(jī)應(yīng)用軟件（電話，短信，游戲，音樂，辦公） 嵌入式GUI 經(jīng)過裁剪的嵌入式Linux操作系統(tǒng)（ARM核） 內(nèi)存管理 進(jìn)程調(diào)度 文件系統(tǒng) 各種硬件驅(qū)動軟件 基于已設(shè)計(jì)的手機(jī)硬件平臺 圖2智能手機(jī)系統(tǒng)的軟件組成框圖系統(tǒng)層軟件：完成對ARM-Linux操作系統(tǒng)的定制、裁剪、編譯和移植。編寫硬件設(shè)備驅(qū)動程序，如鍵盤、LCD、flash、RTC、串口、USB、SIM卡

16、或UIM卡、射頻模塊等。服務(wù)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服務(wù)程序，它們是上層應(yīng)用賴以實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)。應(yīng)用層客戶程序：智能手機(jī)系統(tǒng)中應(yīng)用程序設(shè)計(jì)。利用圖形用戶平臺和通信服務(wù)平臺提供的接口進(jìn)行用戶程序開發(fā)和移植。在手機(jī)軟件整體解決方案中，操作系統(tǒng)負(fù)責(zé)提供多任務(wù)調(diào)度、動態(tài)內(nèi)存分配、數(shù)據(jù)通信機(jī)制的管理等。前些年市場上主流智能手機(jī)所采用的操作系統(tǒng)主要有Windows Mobile、Symbian 、Palm、Android、Linux等。目前Android系統(tǒng)的手機(jī)風(fēng)靡一時(shí)，而Symbian 、Palm系統(tǒng)已經(jīng)湮滅在歷史的長河中了。手機(jī)更新?lián)Q代非常的快，不知道以后操作系統(tǒng)的歷史會怎

17、樣的發(fā)展。Linux手機(jī)操作系統(tǒng)是由計(jì)算機(jī)Linux操作系統(tǒng)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(fā)布的，源代碼公開、可免費(fèi)使用的操作系統(tǒng)。后來，又通過Intemet上成百上千的程序員加入，使Linux成為一個(gè)幾乎支持所有主流32位CPU的操作系統(tǒng)。其特點(diǎn)有：內(nèi)核高效穩(wěn)定、公開源代碼、可移植性、可裁減、支持多任務(wù)等，有強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)功能。在相關(guān)軟件的支持下，可實(shí)現(xiàn)WWW、FTP、DNS、DHCP、E-mail等服務(wù)。9.嵌入式系統(tǒng)智能手機(jī)的特點(diǎn)1.實(shí)時(shí)約束與功能約束大家都知道智能手機(jī)的缺點(diǎn)是耗電量大，待機(jī)時(shí)間短。所以對功耗有嚴(yán)格地要求，一般情況下智

18、能手機(jī)待機(jī)一周，良好的電源管理系統(tǒng)，就是嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的特點(diǎn)之一。現(xiàn)在的智能手機(jī)，在電源管理能力上得到了很大的改善。 2.可靠性能高 高可靠性的智能手機(jī)操作系統(tǒng)，有助于開發(fā)出高性能的應(yīng)用程序。這是所有智能機(jī)必須要考慮到的問題之一，好的操作系統(tǒng)所占的空間很小，在一定程度上占有優(yōu)勢，但是應(yīng)用程序的可靠性對于用戶來說是最關(guān)心，性能穩(wěn)定，運(yùn)行可靠的應(yīng)用程序才能得到大家的信賴。3.對第三方提供平臺 智能手機(jī)原有的系統(tǒng)不一定都能滿足用戶的需求，在某些時(shí)候需要更換應(yīng)用程序軟件，在這種情況下，智能手機(jī)操作系統(tǒng)就需要為第三方的用戶提供平臺，是開發(fā)這迅速的進(jìn)入手機(jī)軟件的開發(fā)，加速智能手機(jī)功能的改革。10.總結(jié) 隨著科技的不斷進(jìn)步，對于芯片的生產(chǎn)技術(shù)不斷進(jìn)步，使智能手機(jī)的原件逐漸的縮小，系統(tǒng)功能越來越強(qiáng)，為智能手機(jī)嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的進(jìn)一步開發(fā)提供強(qiáng)大支撐，智能手機(jī)系統(tǒng)與無線網(wǎng)絡(luò)的鏈接天衣無縫，開放式的系統(tǒng)將會融合更多的第三方軟件，使智能手機(jī)的功能更加完善，逐漸成為生活、工作的必備