ARM嵌入式第一章

第1章嵌入式系統(tǒng)概述第1章目錄1.嵌入式系統(tǒng)2.嵌入式處理器3.嵌入式操作系統(tǒng)第1章目錄1.嵌入式系統(tǒng)2.嵌入式處理器3.嵌入式操作系統(tǒng)1.1嵌入式系統(tǒng)概述經(jīng)過幾十年的發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)在很大程度改變了人們的生活、工作和娛樂方式，而且這些改變還在加速。嵌入式系統(tǒng)具有無數(shù)的種類，每類都具有自己獨特的個性。例如，MP3、數(shù)碼相機與打印機就有很大的不同。汽車中更是具有多個嵌入式系統(tǒng)，使汽車更輕快、更干凈、更容易駕駛?，F(xiàn)實中的嵌入式系統(tǒng)即使不可見，嵌入式系統(tǒng)也無處不在。嵌入式系統(tǒng)在很多產(chǎn)業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用并逐步改變著這些產(chǎn)業(yè)，包括工業(yè)自動化、國防、運輸和航天領(lǐng)域。例如神州飛船和長征火箭中肯定有很多嵌入式系統(tǒng)，導(dǎo)彈的制導(dǎo)系統(tǒng)也是嵌入式系統(tǒng)，高檔汽車中也有多達(dá)幾十個嵌入式系統(tǒng)。在日常生活中，人們使用各種嵌入式系統(tǒng)，但未必知道它們。事實上，幾乎所有帶有一點“智能”的家電（全自動洗衣機、電腦電飯煲…）都是嵌入式系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)廣泛的適應(yīng)能力和多樣性，使得視聽、工作場所甚至健身設(shè)備中到處都有嵌入式系統(tǒng)。現(xiàn)實中的嵌入式系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)的概念目前，對嵌入式系統(tǒng)的定義多種多樣，但沒有一種定義是全面的。下面給出兩種比較合理定義：從技術(shù)的角度定義：以應(yīng)用為中心、以計算機技術(shù)為基礎(chǔ)、軟件硬件可裁剪、適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴(yán)格要求的專用計算機系統(tǒng)。從系統(tǒng)的角度定義：嵌入式系統(tǒng)是設(shè)計完成復(fù)雜功能的硬件和軟件，并使其緊密耦合在一起的計算機系統(tǒng)。術(shù)語嵌入式反映了這些系統(tǒng)通常是更大系統(tǒng)中的一個完整的部分，稱為嵌入的系統(tǒng)。嵌入的系統(tǒng)中可以共存多個嵌入式系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)示示例——汽車控制制系統(tǒng)馬達(dá)控制器車燈嵌入式系統(tǒng)示示例——汽車控制制系統(tǒng)尾燈控制系統(tǒng)統(tǒng)后車門控制系系統(tǒng)前車門控制系系統(tǒng)座椅控制系統(tǒng)統(tǒng)發(fā)動器控制系系統(tǒng)所有的控制系系統(tǒng)都是一個個完整的嵌入入式系統(tǒng)美國風(fēng)河公司司W(wǎng)RS微軟軍工軍工女媧計劃電子科大中中國依靠自己己的技術(shù)和力力量自主開發(fā)發(fā)的最成熟的的嵌入式實時時操作系統(tǒng)浙大如今的智能手手機用戶很少少有人知道HOPEN。。這是一個完完全國產(chǎn)化的的嵌入式操作作系統(tǒng)，是當(dāng)當(dāng)年名噪一時時的女媧計劃劃的產(chǎn)物。這這款產(chǎn)品被應(yīng)應(yīng)用在很多手手機上，如熊熊貓EMOL98，CECT紫光920，聯(lián)想想G900及及NEC多款款機型上，不不過，HOPEN系統(tǒng)也也缺乏第三方方軟件支持。。作為國產(chǎn)智智能手機操作作系統(tǒng)的一面面旗幟，HOPEN代表表了國產(chǎn)操作作系統(tǒng)的希望望。不過由于于智能手機操操作系統(tǒng)現(xiàn)只只被幾大巨頭頭掌握，HOPEN要想想突圍尚需一一定時日。嵌入式系統(tǒng)的的未來早在1990年之前，嵌嵌入式系統(tǒng)通通常是很簡單單的且具有很很長的產(chǎn)品生生命周期的自自主設(shè)備。近近些年來，嵌嵌入式工業(yè)經(jīng)經(jīng)歷了巨大的的變革。產(chǎn)品市場窗口口現(xiàn)在預(yù)計翻翻番的周期狂狂熱到6～9個月。全球重新定義義市場的機會會和膨脹的應(yīng)應(yīng)用空間?；ヂ?lián)現(xiàn)在是一一個需求而不不是輔助性的的，包括用有有線和剛剛顯顯露頭角的無無線技術(shù)?；陔娮拥漠a(chǎn)產(chǎn)品更復(fù)雜化化?；ヂ?lián)嵌入式系系統(tǒng)產(chǎn)生新的的依賴網(wǎng)絡(luò)基基礎(chǔ)設(shè)施的應(yīng)應(yīng)用。微處理器的處處理能力按莫莫爾定律（Moore’’sLaw）預(yù)計的的速度在增加加。該定律認(rèn)認(rèn)為集成電路路和晶體管個個數(shù)每18個個月翻一番。。第1章目目錄1.嵌入式式系統(tǒng)2.嵌入式式處理器3.嵌入式式操作系統(tǒng)1.2嵌嵌入式處理器器分類嵌入式處理器器可以分為以以下幾大類：：嵌入式微微處理器器；嵌入式微微控制器器；嵌入式DSP處處理器；；嵌入式片片上系統(tǒng)統(tǒng)（SOC）。。嵌入式處處理器早期的嵌嵌入式系系統(tǒng)通常常使用普普通個人人計算機機（PC）中的的通用處處理器。。近年來來，隨著著大量先先進(jìn)的微微處理器器制造技技術(shù)的發(fā)發(fā)展，越越來越多多的嵌入入式系統(tǒng)統(tǒng)用嵌入入式處理理器建造造，而不不是用通通用目的的的處理理器。這這些嵌嵌入式處處理器可可以大致致分為以以下幾類類：注重嵌入入式處理理器的尺尺寸、能能耗和價價格。應(yīng)應(yīng)用于PDA等等不注重重計算的的設(shè)備；；注重嵌入入式處理理器的性性能。應(yīng)應(yīng)用于路路由器等等計算密密集型的的設(shè)備；；注重嵌入入式處理理器的性性能、尺尺寸、能能耗和價價格。應(yīng)應(yīng)用于蜂蜂窩電話話等設(shè)備備；——概述述嵌入式處處理器嵌入式微微處理器器的基礎(chǔ)礎(chǔ)是通用用計算機機中的CPU。。在應(yīng)用用中，將將微處理理器裝配配在專門門設(shè)計的的電路板板上，只只保留和和嵌入式式應(yīng)用有有關(guān)的母母板功能能，這樣樣可以大大幅度減減小系統(tǒng)統(tǒng)體積和和功耗。。為了滿滿足嵌入入式應(yīng)用用的特殊殊要求，，嵌入式式微處理理器雖然然在功能能上和標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)微處處理器基基本是一一樣的，，但在工工作溫度度、抗電電磁干擾擾、可靠靠性等方方面一般般都做了了各種增增強。和工業(yè)控控制計算算機相比比，嵌入入式微處處理器具具有體積積小、重重量輕、、成本低低、可靠靠性高的的優(yōu)點，，但是在在電路板板上必須須包括ROM、、RAM、總線線接口、、各種外外設(shè)等器器件，從從而降低低了系統(tǒng)統(tǒng)的可靠靠性，技技術(shù)保密密性也較較差。嵌嵌入式微微處理器器及其存存儲器、、總線、、外設(shè)等等安裝在在一塊電電路板上上，稱為為單板計算算機。如STD-BUS、、PC104等等。——嵌入式微微處理器器CPUROMRAM外設(shè)1外設(shè)2單板計算機嵌入式處處理器嵌入式微微控制器器又稱單片機，它是將將整個計計算機系系統(tǒng)集成成到一塊塊芯片中中。嵌入入式微控控制器一一般以某某一種微微處理器器內(nèi)核為為核心，，芯片內(nèi)內(nèi)部集成成ROM/EPROM、RAM、總總線、總總線邏輯輯、定時時/計數(shù)數(shù)器、WatchDog、I/O、、串行口口、脈寬寬調(diào)制輸輸出、A/D、、D/A、FlashRAM、EEPROM等等各種必必要功能能和外設(shè)設(shè)。為適適應(yīng)不同同的應(yīng)用用需求，，一般一一個系列列的單片片機具有有多種衍衍生產(chǎn)品品，每種種衍生產(chǎn)產(chǎn)品的處處理器內(nèi)內(nèi)核都是是一樣的的，不同同的是存存儲器和和外設(shè)的的配置及及封裝。。這樣可可以使單單片機最最大限度度地和應(yīng)應(yīng)用需求求相匹配配，功能能不多不不少，從從而減少少功耗和和成本。。和嵌入式式微處理理器相比比，微控控制器的的最大特特點是單單片化，，體積大大大減小小，從而而使功耗耗和成本本下降、、可靠性性提高。。微控制制器是目目前嵌入入式系統(tǒng)統(tǒng)工業(yè)的的主流。。微控制制器的片片上外設(shè)設(shè)資源一一般比較較豐富，，適合于于控制，，因此稱稱微控制器器。嵌入式微微控制器器目前的的品種和和數(shù)量最最多，比比較有代代表性的的通用系系列包括括8051、P51XA、MCS-251、MCS-96/196/296、C166/167、MC68HC05/11/12/16、68300、數(shù)目目眾多ARM芯芯片等。。目前MCU占占嵌入式式系統(tǒng)約約70％％的市場場份額。?！度胧轿⒖乜刂破鲝?fù)位部件看門狗部件晶振部件I/O部件中斷部件ROM部件SRAM部件定時器部件CPU核嵌入式處理理器DSP處理理器對系統(tǒng)統(tǒng)結(jié)構(gòu)和指指令進(jìn)行了了特殊設(shè)計計，使其適適合于執(zhí)行行DSP算算法，編譯譯效率較高高，指令執(zhí)執(zhí)行速度也也較高。在在數(shù)字濾波波、FFT、譜分析析等方面DSP算法法正在大量量進(jìn)入嵌入入式領(lǐng)域，，DSP應(yīng)應(yīng)用正從在在通用單片片機中以普普通指令實實現(xiàn)DSP功能，過過渡到采用用嵌入式DSP處理理器。嵌入式DSP處理器比較較有代表性的的產(chǎn)品是TexasInstruments的TMS320系列和和Motorola的DSP56000系列列。TMS320系列處處理器包括用用于控制的C2000系列，移動動通信的C5000系列列，以及性能能更高的C6000和C8000系系列。DSP56000目前已經(jīng)發(fā)發(fā)展成為DSP56000，DSP56100，DSP56200和和DSP56300等幾幾個不同系列列的處理器。。另外PHILIPS公公司近年也推推出了基于可可重置嵌入式式DSP結(jié)構(gòu)構(gòu)低成本、低低功耗技術(shù)上上制造的R.E.A.LDSP處理器器，特點是具具備雙Harvard結(jié)結(jié)構(gòu)和雙乘/累加單元，，應(yīng)用目標(biāo)是是大批量消費費類產(chǎn)品?！度胧紻SP處理器嵌入式處理器器隨著EDA的的推廣和VLSI設(shè)計的的普及化及半半導(dǎo)體工藝的的迅速發(fā)展，，在一個硅片片上實現(xiàn)一個個更為復(fù)雜的的系統(tǒng)的時代代已來臨，這這就是SystemOnChip(SOC)。各種通通用處理器內(nèi)內(nèi)核將作為SOC設(shè)計公公司的標(biāo)準(zhǔn)庫庫，和許多其其它嵌入式系系統(tǒng)外設(shè)一樣樣，成為VLSI設(shè)計計中一種標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)的器件，用用標(biāo)準(zhǔn)的VHDL等語語言描述，存存儲在器件庫庫中。用戶只只需定義出其其整個應(yīng)用系系統(tǒng)，仿真通通過后就可以以將設(shè)計圖交交給半導(dǎo)體工工廠制作樣品品。這樣除個個別無法集成成的器件以外外，整個嵌入入式系統(tǒng)大部部分均可集成成到一塊或幾幾塊芯片中去去，應(yīng)用系統(tǒng)統(tǒng)電路板將變變得很簡潔，，對于減小體體積和功耗、、提高可靠性性非常有利。。SoC可以分分為通用和專專用兩類。通通用系列包括括Infineon的TriCore、Motorola的M-Core、某些些ARM系列列器件、Echelon和Motorola聯(lián)聯(lián)合研制的Neuron芯片等。專專用SoC一一般專用于某某個或某類系系統(tǒng)中，不為為一般用戶所所知。一個有有代表性的產(chǎn)產(chǎn)品是Philips的的SmartXA，它它將XA單片片機內(nèi)核和支支持超過2048位復(fù)復(fù)雜RSA算算法的CCU單元制作在在一塊硅片上上，形成一個個可加載JAVA或C語語言的專用的的SOC，可可用于公眾互互聯(lián)網(wǎng)如Internet安全方面面?！度胧狡舷迪到y(tǒng)(SOC)第1章目目錄1.嵌入式式系統(tǒng)2.嵌入式式處理器3.嵌入式式操作系統(tǒng)1.3嵌嵌入式操作系系統(tǒng)概述計算機系統(tǒng)由由硬件和軟件件組成，在發(fā)發(fā)展初期沒有有操作系統(tǒng)這這個概念，用用戶使用監(jiān)控控程序來使用用計算機。隨隨著計算機技技術(shù)的發(fā)展，，計算機系統(tǒng)統(tǒng)的硬件、軟軟件資源也愈愈來愈豐富，，監(jiān)控程序已已不能適應(yīng)計計算機應(yīng)用的的要求。于是是在六十年代代中期監(jiān)控程程序又進(jìn)一步步發(fā)展形成了了操作系統(tǒng)(OperatingSystem)。發(fā)展展到現(xiàn)在，廣廣泛使用的有有三種操作系系統(tǒng)即多道批批處理操作系系統(tǒng)、分時操操作系統(tǒng)以及及實時操作系系統(tǒng)。1.3嵌嵌入式操作系系統(tǒng)概述監(jiān)控程序操作系統(tǒng)實時操作系統(tǒng)分時操作系統(tǒng)多道批處理操作系統(tǒng)時間先先后適用于多個用戶共享系統(tǒng)資源適用于計算中心等較大的計算機系統(tǒng)適用于嵌入式設(shè)備和有實時性要求的系統(tǒng)中1.3嵌嵌入式操作系系統(tǒng)概述監(jiān)控程序操作系統(tǒng)實時操作系統(tǒng)統(tǒng)分時操作系統(tǒng)統(tǒng)多道批處理操操作系統(tǒng)時間先先后適用于多個用戶共享系統(tǒng)資源適用于計算中心等較大的計算機系統(tǒng)適用于嵌入式設(shè)備和有實時性要求的系統(tǒng)中實時操作系統(tǒng)統(tǒng)是我們介紹紹的重點1.3嵌嵌入式操作系系統(tǒng)實時操作系統(tǒng)統(tǒng)的特點IEEE的的實時UNIX分委會認(rèn)認(rèn)為實時操作作系統(tǒng)應(yīng)具備備以下的幾點點:異步的事件響響應(yīng)切換時間和中中斷延遲時間間確定優(yōu)先級中斷和和調(diào)度搶占式調(diào)度內(nèi)存鎖定連續(xù)文件同步1.3嵌嵌入式操作系系統(tǒng)實時操作系統(tǒng)統(tǒng)的特點總的來說實時時操作系統(tǒng)是是事件驅(qū)動的的，能對來自自外界的作用用和信號在限限定的時間范范圍內(nèi)作出響響應(yīng)。它強調(diào)調(diào)的是實時性、可靠性和靈活性,與實時應(yīng)應(yīng)用軟件相結(jié)結(jié)合成為有機機的整體起著著核心作用,由它來管管理和協(xié)調(diào)各各項工作,為為應(yīng)用軟件提提供良好的運運行軟件環(huán)境境及開發(fā)環(huán)境境。從實時系統(tǒng)的的應(yīng)用特點來來看實時操作作系統(tǒng)可以分分為兩種：一般實時操作作系統(tǒng)和嵌入式實時操操作系統(tǒng)。1.3嵌嵌入式操作系系統(tǒng)實時操作系統(tǒng)統(tǒng)的特點一般實時操作作系統(tǒng)應(yīng)用于實時處處理系統(tǒng)的上上位機和實時時查詢系統(tǒng)等等實時性較弱弱的實時系統(tǒng)統(tǒng)，并且提供供了開發(fā)、調(diào)調(diào)試、運用一一致的環(huán)境。。嵌入式實時操操作系統(tǒng)應(yīng)用于實時性性要求高的實實時控制系統(tǒng)統(tǒng)，而且應(yīng)用用程序的開發(fā)發(fā)過程是通過過交叉開發(fā)來來完成的，即即開發(fā)環(huán)境與與運行環(huán)境是是不一致。嵌嵌入式實時操操作系統(tǒng)具有有規(guī)模小(一一般在幾K～～幾十K內(nèi)內(nèi))、可固化化使用實時性性強(在毫秒秒或微秒數(shù)量量級上)的特特點。1.3嵌嵌入式操作系系統(tǒng)基本概念對基于芯片的的開發(fā)來說，，應(yīng)用程序一一般是一個無無限的循環(huán)，，可稱為前后后臺系統(tǒng)或超超循環(huán)系統(tǒng)。。很多基于微微處理器的的產(chǎn)品采用用前后臺系系統(tǒng)設(shè)計，，例如微波波爐、電話話機、玩具具等。在另另外一些基基于微處理理器應(yīng)用中中，從省電電的角度出出發(fā)，平時時微處理器器處在停機機狀態(tài)，所所有事都靠靠中斷服務(wù)務(wù)來完成。?！昂笈_系統(tǒng)統(tǒng)基本概念中斷服務(wù)程程序處理異異步事件，，這部分可可以看成前臺行為，前臺也叫叫中斷級。。時間相關(guān)關(guān)性很強的的關(guān)鍵操作作一定是靠靠中斷服務(wù)務(wù)程序來保保證的。循環(huán)中調(diào)用用相應(yīng)的函函數(shù)完成相相應(yīng)的操作作，這部分分可以看成成后臺行為，后臺也可可以叫做任任務(wù)級。這這種系統(tǒng)在在處理的及及時性上比比實際可以以做到的要要差。ISRISRISRISR后臺前臺中斷服務(wù)程序時間——前后臺系統(tǒng)統(tǒng)ISR:中中斷服務(wù)程程序InterruptServiceRoutines1.3嵌嵌入式操操作系統(tǒng)基本概念操作系統(tǒng)是是計算機中中最基本的的程序。操操作系統(tǒng)負(fù)負(fù)責(zé)計算機機系統(tǒng)中全全部軟硬資資源的分配配與回收、、控制與協(xié)協(xié)調(diào)等并發(fā)發(fā)的活動；；操作系統(tǒng)統(tǒng)提供用戶戶接口，使使用戶獲得得良好的工工作環(huán)境；；操作系統(tǒng)統(tǒng)為用戶擴擴展新的系系統(tǒng)功能提提供軟件平平臺?！僮飨到y(tǒng)硬件硬件驅(qū)動操作系統(tǒng)用戶程序1.3嵌嵌入式操操作系統(tǒng)基本概念實時操作系系統(tǒng)是一段段在嵌入式式系統(tǒng)啟動動后首先執(zhí)執(zhí)行的背景景程序，用用戶的應(yīng)用用程序是運運行于RTOS之上上的各個任任務(wù)，RTOS根據(jù)據(jù)各個任務(wù)務(wù)的要求，，進(jìn)行資源源(包括存存儲器、外外設(shè)等)管管理、消息息管理、任任務(wù)調(diào)度、、異常處理理等工作。。在RTOS支持的的系統(tǒng)中，，每個任任務(wù)均有一一個優(yōu)先級級，RTOS根據(jù)各各個任務(wù)的的優(yōu)先級，，動態(tài)地切切換各個任任務(wù)，保證證對實時性性的要求。?！獙崟r操作系系統(tǒng)（RTOS）RealTimeOperatingSystem1.3嵌嵌入式操操作系統(tǒng)基本概念代碼的臨界界區(qū)也稱為為臨界區(qū)，，指處理時時不可分割割的代碼，，運行這些些代碼不允允許被打斷斷。一旦這這部分代碼碼開始執(zhí)行行，則不允允許任何中中斷打入（（這不是絕絕對的，如如果中斷不不調(diào)用任何何包含臨界界區(qū)的代碼碼，也不訪訪問任何臨臨界區(qū)使用用的共享資資源，這個個中斷可能能可以執(zhí)行行）。為確確保臨界區(qū)區(qū)代碼的執(zhí)執(zhí)行，在進(jìn)進(jìn)入臨界區(qū)區(qū)之前要關(guān)關(guān)中斷，而而臨界區(qū)代代碼執(zhí)行完完成以后要要立即開中中斷?！a的臨界界區(qū)1.3嵌嵌入式操操作系統(tǒng)基本概念程序運行時時可使用的的軟、硬件件環(huán)境統(tǒng)稱稱為資源。。資源可以以是輸入輸輸出設(shè)備，，例如打印印機、鍵盤盤、顯示器器。資源也也可以是一一個變量、、一個結(jié)構(gòu)構(gòu)或一個數(shù)數(shù)組等。——資源任務(wù)A共享資源任務(wù)B任務(wù)C信號量1.3嵌嵌入式操操作系統(tǒng)基本概念可以被一個個以上任務(wù)務(wù)使用的資資源叫做共享資源。為了防止止數(shù)據(jù)被破破壞，每個個任務(wù)在與與共享資源源打交道時時，必須獨獨占該資源源，這叫做做互斥?！蚕碣Y源訪問共享資資源之前申申請信號量量其它任務(wù)訪訪問受阻而不能使用用共享資源源得到允許后后，才能使使用共享資資源1.3嵌嵌入式操操作系統(tǒng)基本概念一個任務(wù)，，也稱作一一個線程，，是一個簡簡單的程序序，該程序序可以認(rèn)為為CPU完完全屬于該該程序自己己。實時應(yīng)應(yīng)用程序的的設(shè)計過程程，包括如如何把問題題分割成多多個任務(wù)，，每個任務(wù)務(wù)都是整個個應(yīng)用的某某一部分，，每個任務(wù)務(wù)被賦予一一定的優(yōu)先先級，有它它自己的一一套CPU寄存器和和自己的棧?？臻g?！蝿?wù)務(wù)1.3嵌嵌入入式式操操作作系系統(tǒng)統(tǒng)基本本概概念念當(dāng)多多任任務(wù)務(wù)內(nèi)內(nèi)核核決決定定運運行行另另外外的的任任務(wù)務(wù)時時，，它它保保存存正正在在運運行行任任務(wù)務(wù)的的當(dāng)當(dāng)前前狀狀態(tài)態(tài)，，即即CPU寄寄存存器器中中的的全全部部內(nèi)內(nèi)容容。。這這些些內(nèi)內(nèi)容容保保存存在在任任務(wù)務(wù)的的當(dāng)當(dāng)前前狀狀態(tài)態(tài)保保存存區(qū)區(qū)，，也也就就是是任任務(wù)務(wù)自自已已的的棧棧區(qū)區(qū)之之中中。。入入棧棧工工作作完完成成以以后后，，就就把把下下一一個個將將要要運運行行的的任任務(wù)務(wù)的的當(dāng)當(dāng)前前狀狀態(tài)態(tài)從從任任務(wù)務(wù)的的棧棧中中重重新新裝裝入入CPU的的寄寄予予存存器器，，并并開開始始下下一一個個任任務(wù)務(wù)的的運運行行。。這這個個過過程程就就稱稱為為任任務(wù)務(wù)切切換換。。這這個個過過程程增增加加了了應(yīng)應(yīng)用用程程序序的的額額外外負(fù)負(fù)荷荷。。CPU的的內(nèi)內(nèi)部部寄寄存存器器越越多多，，額額外外負(fù)負(fù)荷荷就就越越重重。。做做任任務(wù)務(wù)切切換換所所需需要要的的時時間間取取決決于于CPU有有多多少少寄寄存存器器要要入入棧棧。?！蝿?wù)切換換1.3嵌嵌入入式操作作系統(tǒng)基本概念念多任務(wù)系系統(tǒng)中，，內(nèi)核負(fù)負(fù)責(zé)管理理各個任任務(wù)，或或者說為為每個任任務(wù)分配配CPU時間，，并且負(fù)負(fù)責(zé)任務(wù)務(wù)之間的的通信。。內(nèi)核提提供的基基本服務(wù)務(wù)是任務(wù)務(wù)切換。。使用實實時內(nèi)核核可以大大大簡化化應(yīng)用系系統(tǒng)的設(shè)設(shè)計，是是因為實實時內(nèi)核核允許將將應(yīng)用分分成若干干個任務(wù)務(wù)，由實實時內(nèi)核核來管理理它們。。內(nèi)核需需要消耗耗一定的的系統(tǒng)資資源，比比如2％％～5％％的CPU運行行時間、、RAM和ROM等。。內(nèi)核提供供必不可可少的系系統(tǒng)服務(wù)務(wù)，如信信號量、、消息隊隊列、延延時等。?！獌?nèi)核1.3嵌嵌入入式操作作系統(tǒng)基本概念念調(diào)度是內(nèi)內(nèi)核的主主要職責(zé)責(zé)之一。。調(diào)度就是是決定該該輪到哪哪個任務(wù)務(wù)運行了了。多數(shù)實時時內(nèi)核是是基于優(yōu)優(yōu)先級調(diào)調(diào)度法的的。每個個任務(wù)根根據(jù)其重重要程序序的不同同被賦予予一定的的優(yōu)先級級?；谟趦?yōu)先級級的調(diào)度度法指CPU總總是讓處處在就緒緒態(tài)的優(yōu)優(yōu)先級最最高的任任務(wù)先運運行。然然而究竟竟何時讓讓高優(yōu)先先級任務(wù)務(wù)掌握CPU的的使用權(quán)權(quán)，有兩兩種不同同的情況況，這要要看用的的是什么么類型的的內(nèi)核，，是非占占先式的的還是占占先式的的內(nèi)核。?！{(diào)度1.3嵌嵌入入式操作作系統(tǒng)基本概念念非占先式式內(nèi)核要要求每個個任務(wù)自自我放棄棄CPU的所所有權(quán)。。非占先先式調(diào)度度法也稱稱作合作作型多任任務(wù)，各各個任務(wù)務(wù)彼此合合作共享享一個CPU。。異步事事件還是是由中斷斷服務(wù)來來處理。。中斷服服務(wù)可以以使一個個高優(yōu)先先級的任任務(wù)由掛掛起狀態(tài)態(tài)變?yōu)榫途途w狀態(tài)態(tài)。但中中斷服務(wù)務(wù)以后控控制權(quán)還還是回到到原來被被中斷了了的那個個任務(wù)，，直到該該任務(wù)主主動放棄棄CPU的使用用權(quán)時，，那個高高優(yōu)先級級的任務(wù)務(wù)才能獲獲得CPU的使使用權(quán)。?！钦枷认仁絻?nèi)內(nèi)核1.3嵌嵌入入式操操作系系統(tǒng)基本概概念當(dāng)系統(tǒng)統(tǒng)響應(yīng)應(yīng)時間間很重重要時時，要要使用用占先先式內(nèi)內(nèi)核。。因此此絕大大多數(shù)數(shù)商業(yè)業(yè)上銷銷售的的實時時內(nèi)核核都是是占先先式內(nèi)內(nèi)核。。最高高優(yōu)先先級的的任務(wù)務(wù)一旦旦就緒緒，總總能得得到CPU的控控制權(quán)權(quán)。當(dāng)當(dāng)一個個運行行著的的任務(wù)務(wù)使一一個比比它優(yōu)優(yōu)先級級高的的任務(wù)務(wù)進(jìn)入入了就就緒狀狀態(tài)，，當(dāng)前前任務(wù)務(wù)的CPU使用用權(quán)就就被剝剝奪了了，或或者說說被掛掛起了了，那那個高高優(yōu)先先級的的任務(wù)務(wù)立刻刻得到到了CPU的控控制權(quán)權(quán)。如如果是是中斷斷服務(wù)務(wù)子程程序使使一個個高優(yōu)優(yōu)先級級的任任務(wù)進(jìn)進(jìn)入就就緒態(tài)態(tài)，中中斷完完成時時，中中斷了了的任任務(wù)被被掛起起，優(yōu)優(yōu)先級級高的的那個個任務(wù)務(wù)開始始運行行?！枷仁絻?nèi)核核1.3嵌嵌入式操作系系統(tǒng)基本概念任務(wù)的優(yōu)先級級是表示任務(wù)務(wù)被調(diào)度的優(yōu)優(yōu)先程度。每每個任務(wù)都具具有優(yōu)先級。。任務(wù)越重要要，賦予的優(yōu)優(yōu)先級應(yīng)越高高，越容易被被調(diào)度而進(jìn)入入運行態(tài)?！蝿?wù)優(yōu)先級1.3嵌嵌入式操作系系統(tǒng)基本概念中斷是一種硬硬件機制，用用于通知CPU有個異步步事件發(fā)生了了。中斷一旦旦被識別，CPU保存部部分（或全部部）上下文即即部分或全部部寄存器的值值，跳轉(zhuǎn)到專專門的子程序序，稱為中斷斷服務(wù)子程序序（ISR））。中斷服務(wù)務(wù)子程序做事事件處理，處處理完成后，，程序回到：：1.在前后臺臺系統(tǒng)中，程程序回到后臺臺程序；2.對非占先先式內(nèi)核而言言，程序回到到被中斷了的的任務(wù)；3.對占先式式內(nèi)核而言，，讓進(jìn)入就緒緒態(tài)的優(yōu)先級級最高的任務(wù)務(wù)開始運行。?！袛嗲昂笈_系統(tǒng)1.3嵌嵌入式操作系系統(tǒng)基本概念——中斷ISR任務(wù)ISR非占先操作系統(tǒng)任務(wù)A任務(wù)B任務(wù)CISR占先操作系統(tǒng)任務(wù)A任務(wù)B任務(wù)C1.3嵌嵌入式操作系系統(tǒng)基本概念時鐘節(jié)拍是特特定的周期性性中斷。這個個中斷可以看看作是系統(tǒng)心心臟的脈動。。中斷之間的的時間間隔取取決于不同應(yīng)應(yīng)用，一般在在10ms到到200ms之間。時鐘鐘的節(jié)拍式中中斷使得內(nèi)核核可以將任務(wù)務(wù)延時若干個個整數(shù)時鐘節(jié)節(jié)拍，以及當(dāng)當(dāng)任務(wù)等待事事件發(fā)生時，，提供等待超超時的依據(jù)。。時鐘節(jié)拍率率越快，系統(tǒng)統(tǒng)的額外開銷銷就越大?！獣r鐘節(jié)拍1.3嵌嵌入式操作系系統(tǒng)使用實時操作作系統(tǒng)的必要要性嵌入式實時操操作系統(tǒng)在目目前的嵌入式式應(yīng)用中用得得越來越廣泛泛，尤其在功功能復(fù)雜、系系統(tǒng)龐大的應(yīng)應(yīng)用中顯得愈愈來愈重要。。在嵌入式應(yīng)應(yīng)用中，只有有把CPU嵌嵌入到系統(tǒng)中中，同時又把把操作系統(tǒng)嵌嵌入進(jìn)去，才才是真正的計計算機嵌入式式應(yīng)用。使用用實時操作系系統(tǒng)主要有以以下幾個因素素：嵌入式實時操操作系統(tǒng)提高高了系統(tǒng)的可可靠性。提高了開發(fā)效效率，縮短了了開發(fā)周期。。嵌入式實時操操作系統(tǒng)充分分發(fā)揮了32位CPU的的多任務(wù)潛力力。1.3嵌嵌入式操作系系統(tǒng)實時操作系統(tǒng)統(tǒng)的優(yōu)缺點優(yōu)點：在嵌入式實實時操作系統(tǒng)統(tǒng)環(huán)境下開發(fā)發(fā)實時應(yīng)用程程序使程序的的設(shè)計和擴展展變得容易，，不需要大的的改動就可以以增加新的功功能。通過將將應(yīng)用程序分分割成若干獨獨立的任務(wù)模模塊，使應(yīng)用用程序的設(shè)計計過程大為簡簡化；而且對對實時性要求求苛刻的事件件都得到了快快速、可靠的的處理。通過過有效的系統(tǒng)統(tǒng)服務(wù)，嵌入入式實時操作作系統(tǒng)使得系系統(tǒng)資源得到到更好的利用用。缺點：但是，使用用嵌入式實時時操作系統(tǒng)還還需要額外的的ROM/RAM開銷，，2~5%的的CPU額外外負(fù)荷，以及及內(nèi)核的費用用。uClinux是一個完完全符合GNU/GPL公約的操作作系統(tǒng)，完全全開放代碼。。uClinux從Linux2.0/2.4內(nèi)核派生生而來，沿襲襲了主流Linux的絕絕大部分特性性。它是專門門針對沒有內(nèi)存管理單元元MMU的CPU，并且為為嵌入式系統(tǒng)統(tǒng)做了許多小小型化的工作作。適用于沒沒有虛擬內(nèi)存存或內(nèi)存管理理單元(MMU)的處理理器，例如ARM7TDMI。它通通常用于具有有很少內(nèi)存或或Flash的嵌入式系系統(tǒng)。它保留留了Linux的大部分分優(yōu)點：穩(wěn)定、良好的的移植性、優(yōu)優(yōu)秀的網(wǎng)絡(luò)功功能、完備的的對各種文件件系統(tǒng)的支持持、以及標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)豐富的API等。1.3嵌嵌入式操作系系統(tǒng)常見的嵌入式式操作系統(tǒng)——嵌入式Linux1.3嵌嵌入式操作系系統(tǒng)常見的嵌入式式操作系統(tǒng)WindowsCE是微軟開發(fā)的的一個開放的的、可升級的的32位嵌入入式操作系統(tǒng)統(tǒng)，是基于掌掌上型電腦類類的電子設(shè)備備操作，它是是精簡的Windows95。WindowsCE的的圖形用戶界界面相當(dāng)出色色。WinCE具有模模塊化、結(jié)構(gòu)構(gòu)化和基于Win32應(yīng)應(yīng)用程序接口口以及與處理理器無關(guān)等特特點。WinCE不僅僅繼承了傳統(tǒng)統(tǒng)的Windows圖形形界面，并且且在WinCE平臺上上可以使用Windows95/98上的編編程工具（如如VisualBasic、VisualC++等））、使絕大多數(shù)的的應(yīng)用軟件只只需簡單的修修改和移植就就可以在WindowsCE平臺臺上繼續(xù)使用用?！猈inCE1.3嵌嵌入式操作系系統(tǒng)常見的嵌入式式操作系統(tǒng)——VxWorksVxWorks操作系統(tǒng)是美國公司于1983年設(shè)計開發(fā)的一種嵌入式實時操作系統(tǒng)（RTOS），是嵌入式開發(fā)環(huán)境的關(guān)鍵組成部分。良好的持續(xù)發(fā)展能力、高性能的內(nèi)核以及友好的用戶開發(fā)環(huán)境，在嵌入式實時操作系統(tǒng)領(lǐng)域占據(jù)一席之地。它以其良好的可靠性和卓越的實時性被廣泛地應(yīng)用在通信、軍事、航空、航天等高精尖技術(shù)及實時性要求極高的領(lǐng)域中，如衛(wèi)星通訊、軍事演習(xí)、彈道制導(dǎo)、飛機導(dǎo)航等，甚至在1997年4月登陸火星表面的火星探測器上也使用到了VxWorks。1.3嵌嵌入式操作系系統(tǒng)常見的嵌入式式操作系統(tǒng)OSE主要是是由ENEADataAB（瑞典典ENEA嵌入入式技技術(shù)有有限公公司））下屬的的ENEAOSESystemsAB負(fù)負(fù)責(zé)開開發(fā)和和技術(shù)術(shù)服務(wù)務(wù)的，，一直直以來來都充充當(dāng)著著實時時操作作系統(tǒng)統(tǒng)以及及分布布式和和容錯錯性應(yīng)應(yīng)用的的先鋒鋒，并并保持持良好好的發(fā)發(fā)展態(tài)態(tài)勢。。OSE的客戶戶深入入到電電信，，數(shù)據(jù)據(jù)，工工控，，航空空等領(lǐng)領(lǐng)域，，尤其其在電電信方方面，，該公公司已已經(jīng)有有了十十余年年的開開發(fā)經(jīng)經(jīng)驗，，同諸諸如愛愛立信信，諾諾基亞亞，西西門子子等知知名公公司確確定了了良好好的關(guān)關(guān)系。?！狾SE1.3嵌嵌入入式操操作系系統(tǒng)常見的的嵌入入式操操作系系統(tǒng)NucleusPLUS是為實實時嵌嵌入式式應(yīng)用用而設(shè)設(shè)計的的一個個搶先先式多多任務(wù)務(wù)操作作系統(tǒng)統(tǒng)內(nèi)核核，其其95％的的代碼碼是用用ANSIC寫寫成的的，因因此非非常便便于移移植并并能夠夠支持持大多多數(shù)類類型的的處理理器。。從實實現(xiàn)角角度來來看，，NucleusPLUS是是一組組C函函數(shù)庫庫，應(yīng)應(yīng)用程程序代代碼與與核心心函數(shù)數(shù)庫連連接在在一起起，生生成一一個目目標(biāo)代代碼，，下載載到目目標(biāo)板板的RAM中或或直接接燒錄錄到目目標(biāo)板板的ROM中執(zhí)執(zhí)行。。NucleusPLUS采用了軟軟件組件件的方法法。每個個組件具具有單一一而明確確的目的的，通常常由幾個個C及匯匯編語言言模塊構(gòu)構(gòu)成，提提供清晰晰的外部部接口，，對組件件的引用用就是通通過這些些接口完完成的。。由于采采用了軟軟