第2章嵌入式軟硬件系統(tǒng)

1、第第2 2章章 嵌入式軟硬件系統(tǒng)嵌入式軟硬件系統(tǒng)在學習嵌入式開發(fā)之前，需要了解一下嵌入式系統(tǒng)基在學習嵌入式開發(fā)之前，需要了解一下嵌入式系統(tǒng)基本知識。嵌入式系統(tǒng)是由軟件和硬件組成的，與傳統(tǒng)的本知識。嵌入式系統(tǒng)是由軟件和硬件組成的，與傳統(tǒng)的PC不同，在設計嵌入式系統(tǒng)的時候通常是軟件和硬件都需要設不同，在設計嵌入式系統(tǒng)的時候通常是軟件和硬件都需要設計。對于一個嵌入式系統(tǒng)開發(fā)來說，無論是硬件開發(fā)人員還計。對于一個嵌入式系統(tǒng)開發(fā)來說，無論是硬件開發(fā)人員還是軟件開發(fā)人員，都需要掌握基本的軟件和硬件知識。本章是軟件開發(fā)人員，都需要掌握基本的軟件和硬件知識。本章的主要目的是通過講解基本的軟硬件知識，幫助讀者建

2、立嵌的主要目的是通過講解基本的軟硬件知識，幫助讀者建立嵌入式系統(tǒng)概念，主要內容包括：入式系統(tǒng)概念，主要內容包括：模擬電路和數(shù)字電路模擬電路和數(shù)字電路基本的數(shù)制轉換基本的數(shù)制轉換計算機的工作原理計算機的工作原理軟件的基礎知識軟件的基礎知識操作系統(tǒng)概要操作系統(tǒng)概要2.1 2.1 電路基本知識電路基本知識初中物理知識講過，電流就是電流通過的路徑。一個初中物理知識講過，電流就是電流通過的路徑。一個最簡單的電路是由電源、負載和導線構成的。復雜的電路還最簡單的電路是由電源、負載和導線構成的。復雜的電路還有電阻、電容、晶體管、集成電路等元件。這些元件的功能有電阻、電容、晶體管、集成電路等元件。這些元件的功能

3、不同，通過不同的組織方式構成了不同功能的電路。無論什不同，通過不同的組織方式構成了不同功能的電路。無論什么樣的電路，最終的功能都是處理電子信號的。按照電子信么樣的電路，最終的功能都是處理電子信號的。按照電子信號的工作方式可以把電路分成模擬電路和數(shù)字緶貳號的工作方式可以把電路分成模擬電路和數(shù)字緶貳2.1.1 2.1.1 什么是模擬電路什么是模擬電路處理模擬信號的電路稱作模擬電路。模擬信號的特點處理模擬信號的電路稱作模擬電路。模擬信號的特點是信號是線性變化的，意思是信號變化是連續(xù)的。如經常使是信號是線性變化的，意思是信號變化是連續(xù)的。如經常使用的收音機、電視機和電話都是使用的模擬信號。常見的模用的

4、收音機、電視機和電話都是使用的模擬信號。常見的模擬電路有變壓電路、放大電路。評估一個模擬電路常見的參擬電路有變壓電路、放大電路。評估一個模擬電路常見的參數(shù)有放大率、信噪比和工作頻率等。模擬電路是數(shù)字電路的數(shù)有放大率、信噪比和工作頻率等。模擬電路是數(shù)字電路的基礎，數(shù)字電路可以看做是模擬電路的一種特殊形式。基礎，數(shù)字電路可以看做是模擬電路的一種特殊形式。2.1.2 2.1.2 什么是數(shù)字電路什么是數(shù)字電路數(shù)字電路顧名思義是處理數(shù)字信號的電路，通常數(shù)字數(shù)字電路顧名思義是處理數(shù)字信號的電路，通常數(shù)字電路具有邏輯運算和邏輯處理的功能。與模擬信號不同，數(shù)電路具有邏輯運算和邏輯處理的功能。與模擬信號不同，數(shù)

5、字信號使用電壓的高低或者電流的有無表示邏輯上的字信號使用電壓的高低或者電流的有無表示邏輯上的1或或0，因此數(shù)字電路可以方便地表示出二進制數(shù)。數(shù)字電路可以分因此數(shù)字電路可以方便地表示出二進制數(shù)。數(shù)字電路可以分成脈沖電路和邏輯電路兩部分，脈沖電路負責對信號變換和成脈沖電路和邏輯電路兩部分，脈沖電路負責對信號變換和測量；邏輯電路負責處理數(shù)字邏輯。測量；邏輯電路負責處理數(shù)字邏輯。與模擬電路不同，數(shù)字電路關心的是信號狀態(tài)的變化與模擬電路不同，數(shù)字電路關心的是信號狀態(tài)的變化。通過數(shù)字邏輯可以處理復雜的二進制信息，因此數(shù)字電路。通過數(shù)字邏輯可以處理復雜的二進制信息，因此數(shù)字電路是計算機的基礎。由于數(shù)字電路的

6、工作特點，它具有電路結是計算機的基礎。由于數(shù)字電路的工作特點，它具有電路結構簡單、容易加工制造等優(yōu)點，可以大批量的生產制造，成構簡單、容易加工制造等優(yōu)點，可以大批量的生產制造，成本也變得低廉。數(shù)字電路廣泛應用在測量、科學計算、自動本也變得低廉。數(shù)字電路廣泛應用在測量、科學計算、自動控制等領域?？刂频阮I域。2.1.3 2.1.3 數(shù)制轉換數(shù)制轉換計算機是由數(shù)字電路構成的，其內部數(shù)據(jù)的傳輸和處計算機是由數(shù)字電路構成的，其內部數(shù)據(jù)的傳輸和處理都使用二進制方式。日常生活中普遍使用十進制方式表示理都使用二進制方式。日常生活中普遍使用十進制方式表示數(shù)字，所以在使用計算機的時候需要用到數(shù)制轉換。常見的數(shù)字，

7、所以在使用計算機的時候需要用到數(shù)制轉換。常見的有二進制到十進制的轉換，從事嵌入式開發(fā)經常會用到十六有二進制到十進制的轉換，從事嵌入式開發(fā)經常會用到十六進制，有的時候還會用到八進制。進制，有的時候還會用到八進制。二進制的特點是二進制的特點是“逢逢2進進1”。如十進制的。如十進制的0對應二進制對應二進制的的0，十進制的，十進制的1對應二進制的對應二進制的1，十進制的，十進制的2對應二進制的對應二進制的10，以此類推。從這個推演規(guī)律中可以看出，二進制數(shù)從右往，以此類推。從這個推演規(guī)律中可以看出，二進制數(shù)從右往左每個位數(shù)都是左每個位數(shù)都是2的位數(shù)次冪。舉個例子，二進制數(shù)的位數(shù)次冪。舉個例子，二進制數(shù)1

8、010轉轉換為十進制數(shù)：換為十進制數(shù)：(1010)2 = (23x1) + (22x0) + (21x1) + (20 x0) = 8 + 0 + 2 + 0 = (10)102.1.3 2.1.3 數(shù)制轉換數(shù)制轉換十六進制二進制00000100012001030011401005010160110701118100091001A1010B1011C1100D1101E1110F11112.2 2.2 計算機組成原理計算機組成原理現(xiàn)代計算機的構造越來越復雜，功能也日新月異。但現(xiàn)代計算機的構造越來越復雜，功能也日新月異。但是計算機的組成結構從本質來說仍然是相同的。一個計算機是計算機的組成結構從本

9、質來說仍然是相同的。一個計算機系統(tǒng)硬件是由中央處理器、存儲系統(tǒng)、總線系統(tǒng)和輸入輸出系統(tǒng)硬件是由中央處理器、存儲系統(tǒng)、總線系統(tǒng)和輸入輸出系統(tǒng)幾個基本部分組成的。本節(jié)從計算機系統(tǒng)結構發(fā)展的角系統(tǒng)幾個基本部分組成的。本節(jié)從計算機系統(tǒng)結構發(fā)展的角度介紹計算機組成和工作原理。度介紹計算機組成和工作原理。2.2.1 2.2.1 計算機體系的發(fā)展計算機體系的發(fā)展計算機是由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大部分組成的。按計算機是由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大部分組成的。按照功能又可以劃分為指令系統(tǒng)、存儲系統(tǒng)、輸入輸出系統(tǒng)等照功能又可以劃分為指令系統(tǒng)、存儲系統(tǒng)、輸入輸出系統(tǒng)等。計算機體系結構簡單的說就是研究計算機各系統(tǒng)和組成部。

10、計算機體系結構簡單的說就是研究計算機各系統(tǒng)和組成部分結構的一門學問。計算機的誕生到現(xiàn)在時間僅有半個世紀分結構的一門學問。計算機的誕生到現(xiàn)在時間僅有半個世紀，但是計算機體系結構卻有很大的發(fā)展，出現(xiàn)了許多的體系，但是計算機體系結構卻有很大的發(fā)展，出現(xiàn)了許多的體系結構設計思想和設計方法。從存儲結構來說可以把計算機體結構設計思想和設計方法。從存儲結構來說可以把計算機體系分成馮諾依曼結構和哈佛結構。系分成馮諾依曼結構和哈佛結構。2.2.2 2.2.2 中央處理器中央處理器中央處理器英文全稱是（中央處理器英文全稱是（Central Process Unit），簡稱），簡稱CPU，是一個計算機系統(tǒng)的核心。，

11、是一個計算機系統(tǒng)的核心。CPU是由運算器、控制器是由運算器、控制器、寄存器和內部總線組成的。在、寄存器和內部總線組成的。在CPU之外再加入總線，存儲之外再加入總線，存儲設備輸入輸出設備就可以構成一個完整的計算機系統(tǒng)。設備輸入輸出設備就可以構成一個完整的計算機系統(tǒng)。CPU有幾個重要的參數(shù)，包括工作頻率、字長、指令有幾個重要的參數(shù)，包括工作頻率、字長、指令集和緩存。工作頻率通常是用戶最多聽到的參數(shù)，一個集和緩存。工作頻率通常是用戶最多聽到的參數(shù)，一個CPU的工作頻率包括了主頻和外頻以及外部總線頻率。主頻是的工作頻率包括了主頻和外頻以及外部總線頻率。主頻是CPU的實際工作頻率，外頻是的實際工作頻率，

12、外頻是CPU工作的基準頻率，還有一工作的基準頻率，還有一個是總線的工作頻率。一般來說，工作頻率越高的個是總線的工作頻率。一般來說，工作頻率越高的CPU執(zhí)行執(zhí)行指令的速度就越快，但是也不完全如此。指令的速度就越快，但是也不完全如此。2.2.3 2.2.3 存儲系統(tǒng)存儲系統(tǒng)計算機在工作中需要從內部存儲器中讀取指令和數(shù)據(jù)，計算機在工作中需要從內部存儲器中讀取指令和數(shù)據(jù)，并且把計算的結果存入外部存儲器。由于材料和價格因素的并且把計算的結果存入外部存儲器。由于材料和價格因素的限制，計算機的存儲器件在容量、速度等方面需要匹配。存限制，計算機的存儲器件在容量、速度等方面需要匹配。存儲系統(tǒng)的作用就是設計一個讓

13、各種存儲器相互配置達到最優(yōu)儲系統(tǒng)的作用就是設計一個讓各種存儲器相互配置達到最優(yōu)性價比的方案。性價比的方案。CPU高速緩存：Cache內部存儲：RAM外部存儲：硬盤、Flash速度容量價格快慢小大高低2.2.4 2.2.4 總線系統(tǒng)總線系統(tǒng)總線是總線是CPU連接外部設備的通道。通常包括數(shù)據(jù)總線連接外部設備的通道。通常包括數(shù)據(jù)總線（DataBus）、地址總線（）、地址總線（AddressBus）和控制總線（）和控制總線（ControlBus）。地址總線負責向外部設備發(fā)送地址信息；數(shù)）。地址總線負責向外部設備發(fā)送地址信息；數(shù)據(jù)總線負責從外部設備讀取或者寫入信息；控制總線負責發(fā)據(jù)總線負責從外部設備讀取

14、或者寫入信息；控制總線負責發(fā)送信號控制外部設備。送信號控制外部設備。計算機的總線系統(tǒng)是由總線和相應的控制器構成的。計算機的總線系統(tǒng)是由總線和相應的控制器構成的。如嵌入式系統(tǒng)中常見的如嵌入式系統(tǒng)中常見的I2C總線和總線和SPI總線，特點是控制簡單總線，特點是控制簡單，成本低廉，本書后面會做具體介紹。其他的還有，成本低廉，本書后面會做具體介紹。其他的還有PCI總線總線，支持復雜的功能和很高的系統(tǒng)吞吐量。，支持復雜的功能和很高的系統(tǒng)吞吐量?？偩€的出現(xiàn)規(guī)范了總線的出現(xiàn)規(guī)范了CPU和外設之間的通信標準，簡化和外設之間的通信標準，簡化了外部器件的設計。使用一些通用的總線可以有效降低開發(fā)了外部器件的設計。使

15、用一些通用的總線可以有效降低開發(fā)成本。成本。2.2.5 2.2.5 輸入輸出系統(tǒng)輸入輸出系統(tǒng)輸入輸出系統(tǒng)由外部設備和輸入輸出控制器組成，是輸入輸出系統(tǒng)由外部設備和輸入輸出控制器組成，是CPU與外部通信的系統(tǒng)。與外部通信的系統(tǒng)。CPU通過總線與輸入輸出系統(tǒng)相連通過總線與輸入輸出系統(tǒng)相連。由于外部設備的速度差異，。由于外部設備的速度差異，CPU可以使用不同的方式控制可以使用不同的方式控制外部設備的訪問。常見的有輪詢方式、中斷控制方式和外部設備的訪問。常見的有輪詢方式、中斷控制方式和DMA方式。方式。程序中斷方式最簡單，程序中斷方式最簡單，CPU通過不斷的查詢某個外部通過不斷的查詢某個外部設備的狀態(tài)

16、，如果外部設備準備好，就可以向其發(fā)送數(shù)據(jù)或設備的狀態(tài)，如果外部設備準備好，就可以向其發(fā)送數(shù)據(jù)或者讀取數(shù)據(jù)。這種方式由于者讀取數(shù)據(jù)。這種方式由于CPU不斷查詢總線，導致指令執(zhí)不斷查詢總線，導致指令執(zhí)行受到影響，效率非常低。行受到影響，效率非常低。2.3 2.3 軟件基礎知識軟件基礎知識嵌入式系統(tǒng)的基礎是硬件，軟件是嵌入式系統(tǒng)的靈魂嵌入式系統(tǒng)的基礎是硬件，軟件是嵌入式系統(tǒng)的靈魂。離開了軟件，一個系統(tǒng)的功能就無法發(fā)揮。因此軟件設計。離開了軟件，一個系統(tǒng)的功能就無法發(fā)揮。因此軟件設計開發(fā)是嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的一個重要環(huán)節(jié)。本節(jié)介紹軟件的基開發(fā)是嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的一個重要環(huán)節(jié)。本節(jié)介紹軟件的基礎知識，開發(fā)流程

17、以及基本的技術。礎知識，開發(fā)流程以及基本的技術。2.3.1 2.3.1 什么是軟件什么是軟件使用過計算機的讀者都使用過各種各樣的軟件，例如使用過計算機的讀者都使用過各種各樣的軟件，例如最常見的最常見的Word文字處理軟件，還有上網使用的瀏覽器等。文字處理軟件，還有上網使用的瀏覽器等。嚴格的說，軟件是由程序和文檔構成的，程序是一組按照特嚴格的說，軟件是由程序和文檔構成的，程序是一組按照特定結構組織的指令和數(shù)據(jù)集合。定結構組織的指令和數(shù)據(jù)集合。通常軟件可以分成系統(tǒng)軟件和應用軟件，以及目前興通常軟件可以分成系統(tǒng)軟件和應用軟件，以及目前興起的介于二者之間的中間件軟件。系統(tǒng)軟件是使用計算機提起的介于二者

18、之間的中間件軟件。系統(tǒng)軟件是使用計算機提供的基本功能，例如操作系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。它們都不是針供的基本功能，例如操作系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。它們都不是針對某種特殊需求，而是面向通用的領域。應用軟件是針對某對某種特殊需求，而是面向通用的領域。應用軟件是針對某種特殊需求設計的，一般來說具有專門的功能。比如種特殊需求設計的，一般來說具有專門的功能。比如MP3播播放軟件就是針對播放音樂設計的。放軟件就是針對播放音樂設計的。軟件的另一個組成部分是文檔。隨著軟件復雜程度的軟件的另一個組成部分是文檔。隨著軟件復雜程度的提高，文檔也越來越重要。常見的軟件文檔有開發(fā)文檔和用提高，文檔也越來越重要。常見的軟件文檔有開發(fā)文

19、檔和用戶文檔，前者面向開發(fā)人員，后者面向最終用戶。軟件開發(fā)戶文檔，前者面向開發(fā)人員，后者面向最終用戶。軟件開發(fā)人員應該樹立起編寫文檔的好習慣。人員應該樹立起編寫文檔的好習慣。2.3.2 2.3.2 軟件開發(fā)流程軟件開發(fā)流程軟件開發(fā)流程是軟件在開發(fā)過程中需要走的步驟，經軟件開發(fā)流程是軟件在開發(fā)過程中需要走的步驟，經過幾十年的發(fā)展形成一套公認的開發(fā)流程。大致可以分成過幾十年的發(fā)展形成一套公認的開發(fā)流程。大致可以分成4個部分：需求分析、設計、編碼調試、測試和維護。個部分：需求分析、設計、編碼調試、測試和維護。需求分析概要設計&詳細設計編碼&調試測試&維護2.3.3 2.3.3

20、 常見的軟件開發(fā)模型常見的軟件開發(fā)模型軟件的發(fā)展過程中，經過前人的總結，設計出幾種軟軟件的發(fā)展過程中，經過前人的總結，設計出幾種軟件開發(fā)模型。軟件開發(fā)模型指定了軟件開發(fā)流程中的規(guī)范和件開發(fā)模型。軟件開發(fā)模型指定了軟件開發(fā)流程中的規(guī)范和參考原則，指導開發(fā)人員按照特定的步驟工作。但是，由于參考原則，指導開發(fā)人員按照特定的步驟工作。但是，由于現(xiàn)實的差異性，很少有適用與所有軟件的開發(fā)模型，有一些現(xiàn)實的差異性，很少有適用與所有軟件的開發(fā)模型，有一些經過驗證比較有效的模型供開發(fā)人員參考。常見的有瀑布開經過驗證比較有效的模型供開發(fā)人員參考。常見的有瀑布開汀汀雋靠雋靠鴕約跋衷詒冉先讓諾耐騁蝗砑鴕約跋衷詒冉先讓

21、諾耐騁蝗砑停停UML）。）。2.3.4 2.3.4 計算機編程語言計算機編程語言計算機內部是通過執(zhí)行指令完成各種操作的，無論是計算機內部是通過執(zhí)行指令完成各種操作的，無論是指令還是數(shù)據(jù)在計算機內部都使用二進制表示，對于用戶的指令還是數(shù)據(jù)在計算機內部都使用二進制表示，對于用戶的識別和輸入都很困難。計算機編程語言就是為解決這個問題識別和輸入都很困難。計算機編程語言就是為解決這個問題設計的。計算機編程語言是一種有規(guī)范格式和語法供人類描設計的。計算機編程語言是一種有規(guī)范格式和語法供人類描述計算機指令的字符串集合。舉個例子來說，計算機內部使述計算機指令的字符串集合。舉個例子來說，計算機內部使用二進制用二

22、進制10100101表示一個求加法操作，計算機語言可以通表示一個求加法操作，計算機語言可以通過過add字符串表示這個加法操作，便于人類識別。字符串表示這個加法操作，便于人類識別。計算機語言可以分成機器語言、匯編語言和高級語言計算機語言可以分成機器語言、匯編語言和高級語言。其中機器語言是供計算機本身識別的，為二進制串。匯編。其中機器語言是供計算機本身識別的，為二進制串。匯編語言是對機器語言的抽象，其實質與機器語言是相同的。匯語言是對機器語言的抽象，其實質與機器語言是相同的。匯編語言的指令與機器語言是一一對應的。此外，匯編語言還編語言的指令與機器語言是一一對應的。此外，匯編語言還設計了偽指令和宏指

23、令，幫助編程人員提高開發(fā)效率。匯編設計了偽指令和宏指令，幫助編程人員提高開發(fā)效率。匯編語言是依賴體系結構的，在一種語言是依賴體系結構的，在一種CPU上能執(zhí)行的匯編語言在上能執(zhí)行的匯編語言在其他的其他的CPU很可能就無法執(zhí)行了。很可能就無法執(zhí)行了。2.3.5 2.3.5 數(shù)據(jù)結構數(shù)據(jù)結構數(shù)據(jù)的物理結構描述數(shù)據(jù)元素的存儲結構，依賴于具數(shù)據(jù)的物理結構描述數(shù)據(jù)元素的存儲結構，依賴于具體的計算機實現(xiàn)。例如，一個統(tǒng)計表格是數(shù)據(jù)元素之間的邏體的計算機實現(xiàn)。例如，一個統(tǒng)計表格是數(shù)據(jù)元素之間的邏輯結構，但是把表格存放到計算機中需要考慮存儲結構，可輯結構，但是把表格存放到計算機中需要考慮存儲結構，可以按照行的順序

24、存儲，也可以按照列的順序存儲，這就是數(shù)以按照行的順序存儲，也可以按照列的順序存儲，這就是數(shù)據(jù)的物理結構。據(jù)的物理結構。數(shù)據(jù)結構還定義了數(shù)據(jù)元素上的操作方法，通常也稱數(shù)據(jù)結構還定義了數(shù)據(jù)元素上的操作方法，通常也稱作算法。算法可以理解為一種思路。例如，對作算法。算法可以理解為一種思路。例如，對10個無序的數(shù)個無序的數(shù)字按照大小排序，可以有冒泡排序、二分排序、插入排序等字按照大小排序，可以有冒泡排序、二分排序、插入排序等多種方法。在計算機編程中，一個好的算法可以起到事半功多種方法。在計算機編程中，一個好的算法可以起到事半功倍的效果。倍的效果。2.4 2.4 操作系統(tǒng)知識操作系統(tǒng)知識現(xiàn)代計算機的應用軟

25、件都是在操作系統(tǒng)下面工作的?，F(xiàn)代計算機的應用軟件都是在操作系統(tǒng)下面工作的。嵌入式系統(tǒng)早期應用程序是直接運行在嵌入式系統(tǒng)早期應用程序是直接運行在CPU上，比如單片機上，比如單片機。隨著嵌入式系統(tǒng)硬件處理能力的提升，應用也越來越復雜。隨著嵌入式系統(tǒng)硬件處理能力的提升，應用也越來越復雜，目前主流的嵌入式系統(tǒng)都配備了操作系統(tǒng)，應用軟件使用，目前主流的嵌入式系統(tǒng)都配備了操作系統(tǒng)，應用軟件使用操作系統(tǒng)提供的功能。本節(jié)介紹操作系統(tǒng)的知識。操作系統(tǒng)提供的功能。本節(jié)介紹操作系統(tǒng)的知識。2.4.1 2.4.1 什么是操作系統(tǒng)什么是操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)是一類特殊的系統(tǒng)軟件。它管理整個系統(tǒng)的操作系統(tǒng)是一類特殊的系統(tǒng)軟件。

26、它管理整個系統(tǒng)的所有硬件和軟件，通常是整個計算機系統(tǒng)中最接近硬件的系所有硬件和軟件，通常是整個計算機系統(tǒng)中最接近硬件的系統(tǒng)軟件。操作系統(tǒng)屏蔽了硬件的底層特性，向應用軟件提供統(tǒng)軟件。操作系統(tǒng)屏蔽了硬件的底層特性，向應用軟件提供了一個統(tǒng)一的接口。對于應用軟件來說，不需要知道硬件的了一個統(tǒng)一的接口。對于應用軟件來說，不需要知道硬件的具體特性，使用操作系統(tǒng)提供的接口即可完成相應的功能。具體特性，使用操作系統(tǒng)提供的接口即可完成相應的功能。除此之外，操作系統(tǒng)通過特定的算法統(tǒng)籌安排整個計算機系除此之外，操作系統(tǒng)通過特定的算法統(tǒng)籌安排整個計算機系統(tǒng)軟硬件資源，使計算機的資源利用率更高，甚至獲得比硬統(tǒng)軟硬件資源

27、，使計算機的資源利用率更高，甚至獲得比硬件更多的功能。件更多的功能。操作系統(tǒng)是軟件領域一個重要部分。常見的嵌入式操操作系統(tǒng)是軟件領域一個重要部分。常見的嵌入式操作系統(tǒng)有作系統(tǒng)有cLinux、vxWorks等。本書第等。本書第4章將詳細講解嵌入章將詳細講解嵌入式式Linux操作系統(tǒng)以及與其他系統(tǒng)之間的對比。操作系統(tǒng)以及與其他系統(tǒng)之間的對比。2.4.2 2.4.2 操作系統(tǒng)發(fā)展歷史操作系統(tǒng)發(fā)展歷史最早的計算機沒有操作系統(tǒng)。在同一時間，用戶只能最早的計算機沒有操作系統(tǒng)。在同一時間，用戶只能通過打孔機等外部設備把程序輸入，計算機按照程序執(zhí)行。通過打孔機等外部設備把程序輸入，計算機按照程序執(zhí)行。如果程序

28、出現(xiàn)問題，整個機器就會停止工作。后來把常用的如果程序出現(xiàn)問題，整個機器就會停止工作。后來把常用的程序設計成庫裝入計算機，方便用戶使用，這可以算是操作程序設計成庫裝入計算機，方便用戶使用，這可以算是操作系統(tǒng)的雛形。系統(tǒng)的雛形。早期的操作系統(tǒng)多種多樣，在大型機領域，幾乎每個早期的操作系統(tǒng)多種多樣，在大型機領域，幾乎每個系列的計算機都有自己的操作系統(tǒng)。這種方式造成資源很大系列的計算機都有自己的操作系統(tǒng)。這種方式造成資源很大的浪費，同樣功能的程序在不同的機器上由于操作系統(tǒng)的不的浪費，同樣功能的程序在不同的機器上由于操作系統(tǒng)的不同無法運行。后來，同無法運行。后來，AT&T公司在小型機上開發(fā)成功了

29、公司在小型機上開發(fā)成功了UNIX操作系統(tǒng)（幾乎同時操作系統(tǒng)（幾乎同時C語言也誕生了），并且免費發(fā)語言也誕生了），并且免費發(fā)放，用戶可以修改其代碼。放，用戶可以修改其代碼。UNIX的這種授權方式得到廣泛的這種授權方式得到廣泛應用，被移植到了各種計算機上，是現(xiàn)代操作系統(tǒng)的開端。應用，被移植到了各種計算機上，是現(xiàn)代操作系統(tǒng)的開端。UNIX操作系統(tǒng)的設計思想也是現(xiàn)在許多操作系統(tǒng)參考的基操作系統(tǒng)的設計思想也是現(xiàn)在許多操作系統(tǒng)參考的基礎。礎。2.4.3 2.4.3 操作系統(tǒng)由什么組成操作系統(tǒng)由什么組成按照軟件的結構劃分，操作系統(tǒng)可以分成內核、驅動按照軟件的結構劃分，操作系統(tǒng)可以分成內核、驅動程序和程序庫。

30、內核是操作系統(tǒng)的核心，也是整個系統(tǒng)軟件程序和程序庫。內核是操作系統(tǒng)的核心，也是整個系統(tǒng)軟件的核心。一般來說，內核從抽象的層面提供最基本的功能，的核心。一般來說，內核從抽象的層面提供最基本的功能，通常代碼短小精煉。驅動程序是計算機系統(tǒng)必不可少的一類通常代碼短小精煉。驅動程序是計算機系統(tǒng)必不可少的一類系統(tǒng)軟件，系統(tǒng)是和驅動程序打交道而不會直接訪問硬件，系統(tǒng)軟件，系統(tǒng)是和驅動程序打交道而不會直接訪問硬件，硬件的具體細節(jié)有驅動程序完成，是軟硬件的接口。程序庫硬件的具體細節(jié)有驅動程序完成，是軟硬件的接口。程序庫是操作系統(tǒng)向用戶提供的程序接口。是操作系統(tǒng)向用戶提供的程序接口。2.4.4 2.4.4 幾種操

31、作系統(tǒng)的設計思路幾種操作系統(tǒng)的設計思路層次結構的設計思想是把內核需要提供的功能劃分出層層次結構的設計思想是把內核需要提供的功能劃分出層次，最底層僅提供抽象出來的最基本的功能，每一層利用下次，最底層僅提供抽象出來的最基本的功能，每一層利用下面的一層的功能，依此類推最上面的一層可以提供豐富的功面的一層的功能，依此類推最上面的一層可以提供豐富的功能。這種設計思路結構清晰是操作系統(tǒng)內核的一大進步。能。這種設計思路結構清晰是操作系統(tǒng)內核的一大進步。微內核結構是微內核結構是19世紀世紀80年代產生的內核結構。其設計思年代產生的內核結構。其設計思想是內核提供最基本最核心的功能，注重把系統(tǒng)的服務功能想是內核提供最基本最核心的功能，注重把系