第1章+嵌入式系統(tǒng)1

第1章嵌入式系統(tǒng)概述龔梅gongmei@主要內(nèi)容嵌入式系統(tǒng)定義嵌入式系統(tǒng)起源發(fā)展及應(yīng)用領(lǐng)域嵌入式系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)嵌入式系統(tǒng)硬件嵌入式系統(tǒng)軟件嵌入式操作系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)實(shí)例2主要內(nèi)容嵌入式系統(tǒng)定義嵌入式系統(tǒng)起源發(fā)展及應(yīng)用領(lǐng)域嵌入式系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)嵌入式系統(tǒng)硬件嵌入式系統(tǒng)軟件嵌入式操作系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)實(shí)例3什么是嵌入式系統(tǒng)？嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域有哪些？嵌入式系統(tǒng)與通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)有何區(qū)別？4嵌入式系統(tǒng)無(wú)處不在5微波爐、洗衣機(jī)、汽車(chē)、數(shù)碼相機(jī)、兒童玩耍的智能視頻游戲、自動(dòng)售賣(mài)機(jī)、汽車(chē)的自動(dòng)巡航控制等等6嵌入式系統(tǒng)定義來(lái)自IEEE的定義Embeddedsystemisdevicesusedtocontrol,monitor,orassisttheoperationofequipment,machineryorplants嵌入式系統(tǒng)是用于控制、監(jiān)視或者輔助操作機(jī)器和設(shè)備的裝置?？梢钥闯?，上述定義主要從應(yīng)用上加以定義。嵌入式系統(tǒng)是軟硬件的綜合體，還可以涵蓋機(jī)械等附屬裝置。7廣義上：嵌入式系統(tǒng)是一種應(yīng)用系統(tǒng)，它至少包含一個(gè)可編程的計(jì)算機(jī)（通常是某種形式的微控制器、微處理器或數(shù)字信號(hào)處理芯片（DSP））且使用該系統(tǒng)的人一般并未意識(shí)到該系統(tǒng)是基于計(jì)算機(jī)的。嵌入式系統(tǒng)定義8國(guó)內(nèi)的經(jīng)典定義：嵌入式系統(tǒng)是

“以應(yīng)用為中心，以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，并且軟硬件可裁剪，適用于應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)功能、可靠性、成本、體積、功耗有嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)”一般由嵌入式微處理器、外圍硬件設(shè)備、嵌入式操作系統(tǒng)以及用戶的應(yīng)用程序等部分組成，用于實(shí)現(xiàn)對(duì)其他設(shè)備的控制、監(jiān)視或管理等功能。嵌入式系統(tǒng)定義9嵌入式系統(tǒng)定義可以從以下幾個(gè)方面來(lái)理解國(guó)內(nèi)對(duì)嵌入式系統(tǒng)的定義：1.嵌入式系統(tǒng)是面向用戶、面向產(chǎn)品、面向應(yīng)用的，它必須與具體應(yīng)用相結(jié)合才會(huì)具有生命力、才更具有優(yōu)勢(shì)。即嵌入式系統(tǒng)是與應(yīng)用緊密結(jié)合的，它具有很強(qiáng)的專用性，必須結(jié)合實(shí)際系統(tǒng)需求進(jìn)行合理的裁減利用。10嵌入式系統(tǒng)定義2.嵌入式系統(tǒng)是將先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)和電子技術(shù)以及各個(gè)行業(yè)的具體應(yīng)用相結(jié)合后的產(chǎn)物。這就決定了它必然是一個(gè)技術(shù)密集、資金密集、高度分散、不斷創(chuàng)新的知識(shí)集成系統(tǒng)。所以，介入嵌入式系統(tǒng)行業(yè)，必須有一個(gè)正確的定位。11例如PalmOS之所以在PDA領(lǐng)域占有70％以上的市場(chǎng)，就是因?yàn)槠淞⒆阌趥€(gè)人電子消費(fèi)品，著重發(fā)展圖形界面和多任務(wù)管理；而WindRiver的vxWorks之所以在火星車(chē)上得以應(yīng)用，則是因?yàn)槠涓邔?shí)時(shí)性和高可靠性。123.嵌入式系統(tǒng)必須根據(jù)應(yīng)用需求可對(duì)軟硬件進(jìn)行裁剪，滿足應(yīng)用系統(tǒng)的功能、可靠性、成本、體積等要求。所以，如果能建立相對(duì)通用的軟硬件基礎(chǔ)，然后在其上開(kāi)發(fā)出適應(yīng)各種需要的系統(tǒng)，是一個(gè)比較好的發(fā)展模式。目前的嵌入式系統(tǒng)的核心往往是一個(gè)只有幾KB到幾十KB的微內(nèi)核，需要根據(jù)實(shí)際的使用進(jìn)行功能擴(kuò)展或者裁減，但是由于微內(nèi)核的存在，使得這種擴(kuò)展能夠非常順利地進(jìn)行。嵌入式系統(tǒng)定義134.嵌入式系統(tǒng)本身還是一個(gè)外延極廣的名詞。凡是與產(chǎn)品結(jié)合在一起的具有嵌入式特點(diǎn)的控制系統(tǒng)都可以叫嵌入式系統(tǒng)，而且有時(shí)很難給它下一個(gè)準(zhǔn)確的定義。嵌入式系統(tǒng)定義14主要內(nèi)容嵌入式系統(tǒng)定義嵌入式系統(tǒng)起源發(fā)展及應(yīng)用領(lǐng)域嵌入式系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)嵌入式系統(tǒng)硬件嵌入式系統(tǒng)軟件嵌入式操作系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)實(shí)例15嵌入式系統(tǒng)起源發(fā)展及應(yīng)用領(lǐng)域21世紀(jì)，形式多樣的數(shù)字化智能產(chǎn)品已開(kāi)始繼PC機(jī)之后成為信息處理的一大主力，并且正在逐步形成一個(gè)充滿商機(jī)的巨大產(chǎn)業(yè)。思考-----嵌入式系統(tǒng)起源？16嵌入式系統(tǒng)起源發(fā)展及應(yīng)用領(lǐng)域始于微型機(jī)時(shí)代的嵌入式應(yīng)用計(jì)算機(jī)1946年，但當(dāng)時(shí)沒(méi)有嵌入式，工業(yè)界大量需要計(jì)算機(jī)，出現(xiàn)嵌入式嵌入式系統(tǒng)誕生于微型機(jī)時(shí)代，嵌入式系統(tǒng)的嵌入性本質(zhì)是將一個(gè)計(jì)算機(jī)嵌入到一個(gè)對(duì)象體系中去，這些是理解嵌入式系統(tǒng)的基本出發(fā)點(diǎn)。

臺(tái)式機(jī)應(yīng)用遠(yuǎn)不如嵌入式多看起來(lái)不像是計(jì)算機(jī)17嵌入式系統(tǒng)起源發(fā)展及應(yīng)用領(lǐng)域計(jì)算機(jī)系統(tǒng)兩大分支：通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)：硬件以標(biāo)準(zhǔn)化形態(tài)出現(xiàn)，通過(guò)安裝不同軟件滿足各種需求嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)根據(jù)具體應(yīng)用對(duì)象，軟硬件剪裁現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展的兩大分支的里程碑意義？18計(jì)算機(jī)系統(tǒng)兩大分支的技術(shù)要求與發(fā)展方向：通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的技術(shù)要求是高速、海量的數(shù)值計(jì)算；技術(shù)發(fā)展方向是總線速度的無(wú)限提升，存儲(chǔ)容量的無(wú)限擴(kuò)大。嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的技術(shù)要求則是對(duì)象的智能化控制能力；技術(shù)發(fā)展方向是與對(duì)象系統(tǒng)密切相關(guān)的嵌入性能、控制能力與控制的可靠性。19如果說(shuō)微型機(jī)的出現(xiàn)，使計(jì)算機(jī)進(jìn)入到現(xiàn)代計(jì)算機(jī)發(fā)展階段，那么嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的誕生，則標(biāo)志了計(jì)算機(jī)進(jìn)入了通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)兩大分支并行發(fā)展時(shí)代，從而導(dǎo)致20世紀(jì)末，計(jì)算機(jī)的高速發(fā)展時(shí)期。20現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展的兩大分支的里程碑意義在于：它不僅形成了計(jì)算機(jī)發(fā)展的專業(yè)化分工，而且將發(fā)展計(jì)算機(jī)技術(shù)的任務(wù)擴(kuò)展到傳統(tǒng)的電子系統(tǒng)領(lǐng)域，使計(jì)算機(jī)成為進(jìn)入人類社會(huì)全面智能化時(shí)代的有力工具。

21通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與嵌入式系統(tǒng)的比較22嵌入式系統(tǒng)起源發(fā)展及應(yīng)用領(lǐng)域嵌入式系統(tǒng)主要應(yīng)用于以下幾個(gè)大的方面:國(guó)防武器設(shè)備，如導(dǎo)彈瞄準(zhǔn)、雷達(dá)識(shí)別、電子對(duì)抗設(shè)備等。通信信息設(shè)備，如路由器、程控交換機(jī)、移動(dòng)電話、MODEM等。過(guò)程控制，即對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中各種動(dòng)作流程的控制，這種控制是在對(duì)被控對(duì)象和環(huán)境進(jìn)行不斷觀測(cè)的基礎(chǔ)上做出及時(shí)反應(yīng)的，如流水線控制、金屬加工控制等。23嵌入式系統(tǒng)起源發(fā)展及應(yīng)用領(lǐng)域嵌入式系統(tǒng)主要應(yīng)用于以下幾個(gè)大的方面:智能儀器，如網(wǎng)絡(luò)分析儀、示波器、醫(yī)療儀器等。消費(fèi)產(chǎn)品，各式各樣的信息家電產(chǎn)品，如數(shù)字電視、微波爐等。生物微電子技術(shù)，這是當(dāng)今嵌入式技術(shù)的前沿應(yīng)用，有著廣闊的市場(chǎng)空間。24嵌入式系統(tǒng)起源發(fā)展及應(yīng)用領(lǐng)域手機(jī)：錄像、上網(wǎng)表面是電話，內(nèi)部計(jì)算機(jī)。25嵌入式系統(tǒng)起源發(fā)展及應(yīng)用領(lǐng)域數(shù)碼相機(jī)、數(shù)碼攝像機(jī)：原來(lái)是機(jī)械時(shí)無(wú)嵌入式系統(tǒng)可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送，連接其他設(shè)備26嵌入式系統(tǒng)起源發(fā)展及應(yīng)用領(lǐng)域高清晰度數(shù)字電視：電視機(jī)清晰度可以達(dá)到計(jì)算機(jī)機(jī)頂盒：一種依托電視終端提供綜合信息業(yè)務(wù)的家電設(shè)備。使用戶能在現(xiàn)有電視機(jī)上觀看數(shù)字電視節(jié)目，并可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行交互式數(shù)字化娛樂(lè)、教育和商業(yè)化活動(dòng)。

微軟推出上網(wǎng)機(jī)頂盒，上網(wǎng)設(shè)備27嵌入式系統(tǒng)起源發(fā)展及應(yīng)用領(lǐng)域路由器、上網(wǎng)電話：普通電話只能打電話而上網(wǎng)電話，可以上網(wǎng)28嵌入式系統(tǒng)起源發(fā)展及應(yīng)用領(lǐng)域全球定位系統(tǒng)（GPS）衛(wèi)星信號(hào)傳送給嵌入式系統(tǒng)，再傳送給需要的設(shè)備，汽車(chē)上、遠(yuǎn)洋輪上汽車(chē)駕駛模擬器計(jì)算機(jī)，模擬環(huán)292002年11月28日，以色列一選舉投票點(diǎn)，發(fā)生槍擊事件，造成至少7人死亡，數(shù)十人受傷。以警方用機(jī)器人在檢查一具巴勒斯坦槍手的尸體。嵌入式系統(tǒng)起源發(fā)展及應(yīng)用領(lǐng)域30嵌入式系統(tǒng)起源發(fā)展及應(yīng)用領(lǐng)域31嵌入式系統(tǒng)起源發(fā)展及應(yīng)用領(lǐng)域基于VXworks的火星探路者32

嵌入式系統(tǒng)起源發(fā)展及應(yīng)用領(lǐng)域33嵌入式系統(tǒng)起源發(fā)展及應(yīng)用領(lǐng)域汽車(chē)電子汽車(chē)上各種電子設(shè)備，幾十個(gè)計(jì)算機(jī)甚至上百個(gè)，每個(gè)儀表設(shè)備都是一個(gè)計(jì)算機(jī)在工作，如電子控制自動(dòng)變速器34嵌入式系統(tǒng)起源發(fā)展及應(yīng)用領(lǐng)域醫(yī)院用B超、CT、核磁共振小區(qū)智能管理工業(yè)控制油田鉆井35嵌入式系統(tǒng)起源發(fā)展及應(yīng)用領(lǐng)域社會(huì)發(fā)展方面：嵌入式Internet應(yīng)用36嵌入式系統(tǒng)起源發(fā)展及應(yīng)用領(lǐng)域強(qiáng)調(diào)應(yīng)用，若無(wú)應(yīng)用，什么都不是了在嵌入式應(yīng)用的驅(qū)動(dòng)下，全球IC產(chǎn)量急劇增長(zhǎng)集成電路（integratedcircuit,IC）、或稱微電路、微芯片、芯片在電子學(xué)中是一種把電路小型化的方式，并通常制造在半導(dǎo)體晶圓表面上。37主要內(nèi)容嵌入式系統(tǒng)定義嵌入式系統(tǒng)起源發(fā)展及應(yīng)用領(lǐng)域嵌入式系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)嵌入式系統(tǒng)硬件嵌入式系統(tǒng)軟件嵌入式操作系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)實(shí)例381、嵌入式系統(tǒng)的組成：整個(gè)嵌入式系統(tǒng)由硬件和軟件兩部分組成。硬件部分包括處理器、存儲(chǔ)器和各類輸入／輸出模塊。軟件部分包括板級(jí)支持包（BSP）、嵌入式操作系統(tǒng)（可選）和應(yīng)用程序。嵌入式系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)軟件處理器存儲(chǔ)器輸入輸出多數(shù)嵌入式設(shè)備的應(yīng)用軟件和操作系統(tǒng)都緊密結(jié)合，在這里對(duì)其不加區(qū)分。392、嵌入式系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)框架一般由硬件層、中間層、系統(tǒng)軟件、應(yīng)用層軟件組成嵌入式系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)系統(tǒng)軟件層中間層（BSP/HAL硬件抽象層）硬件層應(yīng)用軟件層微處理器、存儲(chǔ)器、設(shè)備IO操作系統(tǒng)、文件系統(tǒng)、通用組件模塊40嵌入式系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)同通用型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)相比具有以下特點(diǎn)：嵌入式系統(tǒng)通常是面向特定應(yīng)用的。

嵌入式CPU與通用型的最大不同就是嵌入式CPU大多工作在為特定用戶群設(shè)計(jì)的系統(tǒng)中，它通常都具有低功耗、體積小、集成度高等特點(diǎn)，能夠把通用CPU中許多由板卡完成的任務(wù)集成在芯片內(nèi)部，從而有利于嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)趨于小型化，移動(dòng)能力大大增強(qiáng)，跟網(wǎng)絡(luò)的耦合也越來(lái)越緊密。41嵌入式系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)嵌入式系統(tǒng)的硬件和軟件都必須高效率地設(shè)計(jì)，量體裁衣、去除冗余，力爭(zhēng)在同樣的硅片面積上實(shí)現(xiàn)更高的性能，這樣才能在具體應(yīng)用中對(duì)處理器的選擇更具有競(jìng)爭(zhēng)力嵌入式系統(tǒng)和具體應(yīng)用有機(jī)地結(jié)合在一起，它的升級(jí)換代也是和具體產(chǎn)品同步進(jìn)行，因此嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)品一旦進(jìn)入市場(chǎng)，具有較長(zhǎng)的生命周期。42嵌入式系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)為了提高執(zhí)行速度和系統(tǒng)可靠性，嵌入式系統(tǒng)中的軟件一般都固化在存儲(chǔ)器芯片或單片機(jī)本身中，而不是存貯于磁盤(pán)等載體中嵌入式系統(tǒng)本身不具備自舉開(kāi)發(fā)能力，即使設(shè)計(jì)完成以后用戶通常也不能對(duì)其中的程序功能進(jìn)行修改，必須有一套開(kāi)發(fā)工具和環(huán)境才能進(jìn)行開(kāi)發(fā)。43主要內(nèi)容嵌入式系統(tǒng)定義嵌入式系統(tǒng)起源發(fā)展及應(yīng)用領(lǐng)域嵌入式系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)嵌入式系統(tǒng)硬件嵌入式系統(tǒng)軟件嵌入式操作系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)實(shí)例44嵌入式系統(tǒng)硬件嵌入式系統(tǒng)硬件分類：嵌入式處理器存儲(chǔ)器輸入輸出設(shè)備通訊與擴(kuò)展接口嵌入式處理器是嵌入式系統(tǒng)硬件中的最核心的部分45嵌入式系統(tǒng)硬件嵌入式處理器目前，世界上具有嵌入式功能特點(diǎn)的處理器已超過(guò)1000種,流行體系結(jié)構(gòu)包括MCU、MPU等30多個(gè)系列。目前嵌入式處理器

尋址空間：可以從64KB到16MB，處理速度：最快可以達(dá)到2000MIPS。封裝：從幾個(gè)引腳到幾百個(gè)引腳不等。MillionInstructionsPerSecond的縮寫(xiě)，即每秒能處理多少個(gè)百萬(wàn)條指令。CPU對(duì)于內(nèi)存尋址的能力，就是最多能用到多少內(nèi)存。46嵌入式系統(tǒng)硬件目前來(lái)講，嵌入式處理器可以分成這樣一些類型：嵌入式微處理器（MPU）嵌入式微控制器（MCU）嵌入式DSP處理器嵌入式片上系統(tǒng)（SoC）47目前來(lái)講，嵌入式處理器可以分成這樣一些類型嵌入式微處理器（MPU）

嵌入式微控制器（MCU）嵌入式DSP處理器嵌入式片上系統(tǒng)（SoC）嵌入式系統(tǒng)硬件48嵌入式微處理MPUMPU（MicroprocessorUnit）≈CPUMPU是由通用計(jì)算機(jī)中的CPU演變而來(lái)的，在本質(zhì)上與通用計(jì)算機(jī)的CPU是一樣的，只是在具體的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)和功能上有所不同。裝配在專門(mén)設(shè)計(jì)的電路板上，只保留跟嵌入式應(yīng)用緊密相關(guān)的功能部件，去除其他冗余功能部件，從而大幅減小系統(tǒng)的體積和功耗。為了滿足嵌入式應(yīng)用的特殊需求，MPU在工作溫度、抗電磁干擾、可靠性方面一般都做了各種增強(qiáng)，在功能上會(huì)失去一些在嵌入式領(lǐng)域不常用的功能單元。49和工業(yè)控制計(jì)算機(jī)相比，MPU具有體積小、質(zhì)量輕、成本低、可靠性高的優(yōu)點(diǎn)，但是在電路板上必須包括ROM、RAM、總線接口、各種外設(shè)等器件，從而降低了系統(tǒng)的可靠性，技術(shù)保密性也比較差。50由于MPU及其存儲(chǔ)器、總線、外設(shè)等安裝在一塊電路板上，稱為單板計(jì)算機(jī)，如PC104等。MPU目前主要有：intelx86、PowerPC、motorola68K/coldfire、MIPS、ARM、HitachiSuperH等系列51嵌入式系統(tǒng)硬件常用嵌入式處理器ARMMIPSPowerPCx8652常用嵌入式微處理器ARM系列是ARM（AdvancedRISCMachines）公司的高性能、廉價(jià)、低功耗的RISC處理器，適用于多種領(lǐng)域如嵌入控制、消費(fèi)/教育類多媒體、DSP和移動(dòng)式應(yīng)用等。

ARM處理器有三大特點(diǎn)：小體積、低功耗、低成本而高性能。53ARM(AdvancedRISCMachines)公司是全球領(lǐng)先的16/32位RISC微處理器知識(shí)產(chǎn)權(quán)設(shè)計(jì)供應(yīng)商。ARM公司通過(guò)轉(zhuǎn)讓高性能、低成本、低功耗的RISC微處理器、外圍和系統(tǒng)芯片設(shè)計(jì)技術(shù)給合作伙伴，使他們能用這些技術(shù)來(lái)生產(chǎn)各具特色的芯片。ARM公司將其硬件技術(shù)授權(quán)給世界上許多著名的半導(dǎo)體廠商，包括Intel，IBM，LG，NEC，SONY，Philps這樣的大公司。關(guān)于軟件系統(tǒng)的合伙人，則包括Microsoft、SUN等一系列著名公司54ARM公司提供一系列CPU內(nèi)核、體系擴(kuò)展、微處理器和系統(tǒng)芯片方案。由于所有產(chǎn)品均采用一個(gè)通用的基本體系結(jié)構(gòu)，所以相同的軟件理論上可在所有產(chǎn)品中運(yùn)行目前，ARM公司常見(jiàn)的處理器系列有：ARM7、ARM9、ARM10、ARM11等555657Cortex-A系列應(yīng)用型處理器，可運(yùn)行豐富的操作系統(tǒng)功能。應(yīng)用包括超低成本的手機(jī)、智能手機(jī)、移動(dòng)計(jì)算平臺(tái)、數(shù)字電視、機(jī)頂盒、企業(yè)網(wǎng)絡(luò)、打印機(jī)和服務(wù)器解決方案。ARM處理器概述

Cortex-A系列58ARM處理器概述

Cortex-A系列Cortex-A高性能的Cortex-A15、可伸縮的Cortex-A9、成熟的Cortex-A8處理器高效的Cortex-A5處理器共享同一體系結(jié)構(gòu)，因此具有完整的應(yīng)用兼容性，支持傳統(tǒng)的ARM、Thumb?

指令集和新增的高性能緊湊型Thumb-2指令集。59ARM處理器概述

Cortex-R系列Cortex-R快速-以高時(shí)鐘頻率獲得高處理性能。確定性-處理在所有場(chǎng)合都必須符合硬實(shí)時(shí)限制。安全-系統(tǒng)必須可靠且可信。某些系統(tǒng)將是安全關(guān)鍵系統(tǒng)。成本效益-在處理器及其內(nèi)存系統(tǒng)中都具有競(jìng)爭(zhēng)力的成本和功耗。60ARM處理器概述

Cortex-R系列應(yīng)用包括61ARM處理器概述

Cortex-M系列Cortex-MCortex-M系列針對(duì)成本和功耗敏感的MCU和終端應(yīng)用:智能測(cè)量、人機(jī)接口設(shè)備、汽車(chē)和工業(yè)控制系統(tǒng)、大型家用電器、消費(fèi)性產(chǎn)品和醫(yī)療器械62常用嵌入式微處理器MIPS：

MicroprocessorwithoutInterlockedPipedStages，無(wú)內(nèi)部互鎖流水線微處理器是由MIPS技術(shù)公司開(kāi)發(fā)的。MIPS技術(shù)公司是一家設(shè)計(jì)制造高性能、高檔次的嵌入式32位和64位處理器的廠商。63常用嵌入式微處理器MIPS也是現(xiàn)在比較流行的一種RISC處理器，其機(jī)制是盡量利用軟件辦法避免流水線中的數(shù)據(jù)相關(guān)問(wèn)題最早是在20世紀(jì)80年代初由美國(guó)斯坦福大學(xué)Hennessy教授領(lǐng)導(dǎo)的研究小組研制出來(lái)的在嵌入式方面，僅次于ARM應(yīng)用領(lǐng)域覆蓋游戲機(jī)，移動(dòng)電話，數(shù)碼相機(jī)，ATM，路由器，打印機(jī)，掌上電腦等等各個(gè)方面，非常廣泛64常用嵌入式微處理器PowerPC：是一種RISC架構(gòu)的CPU，其基本的設(shè)計(jì)源自IBM的POWER架構(gòu)。

PowerPC架構(gòu)的特點(diǎn)是可伸縮性好，方便靈活。PowerPC處理器品種很多，既有通用的處理器，又有嵌入式控制器和內(nèi)核，應(yīng)用范圍非常廣泛，從高端的工作站、服務(wù)器到桌面計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，從消費(fèi)類電子產(chǎn)品到大型通信設(shè)備等各個(gè)方面。PerformanceOptimizedWithEnhancedRISC的縮寫(xiě)POWER是1991年，Apple、IBM、Motorola組成的AIM聯(lián)盟所發(fā)展出的微處理器架構(gòu)。65嵌入式系統(tǒng)硬件x86x86系列處理器是我們最熟悉的了，它起源于Intel架構(gòu)的8080,再發(fā)展出286、386、486，直到現(xiàn)在的Pentium4、core和AMD的Athlon、64位處理器Hammer。從嵌入式市場(chǎng)來(lái)看，486DX是當(dāng)時(shí)和ARM、68K、MIPS和SuperH齊名的五大嵌入式處理器之一，8080是第一款主流的處理器。66國(guó)內(nèi)的嵌入式微處理器：龍芯中國(guó)科學(xué)院計(jì)算所研制具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)龍芯1號(hào)：32位MIPS處理器龍芯2號(hào)龍芯3號(hào)龍芯+Linux67手機(jī)的大概組成68嵌入式系統(tǒng)硬件分類目前來(lái)講，嵌入式處理器可以分成這樣一些類型嵌入式微處理器（MPU）嵌入式微控制器（MCU）

嵌入式DSP處理器嵌入式片上系統(tǒng)（SoC）69嵌入式微控制器MCU

MCU--MicrocontrollerUnit

一般又稱為單片機(jī)，即將整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)集成到一塊芯片中MCU一般以某種微處理器內(nèi)核為核心，芯片內(nèi)部集成ROM/EPROM，總線，總線邏輯，定時(shí)器，I/O單元，串口，A/D,D/A，flash等各種必要功能和外設(shè)為適應(yīng)不同的應(yīng)用需求，一般一個(gè)系列的單片機(jī)具有多種衍生產(chǎn)品，每種衍生產(chǎn)品的處理器內(nèi)核基本都是一樣的，不同的是存儲(chǔ)器和外設(shè)的配置及封裝70嵌入式微控制器MCU與MPU相比，MCU的特點(diǎn)是：?jiǎn)纹?，體積大大減小，成本和功耗下降，可靠性提高。微控制器的片上資源一般比較豐富，適合于比較簡(jiǎn)單的控制過(guò)程（得名的來(lái)由）71嵌入式微控制器MCU代表性的通用系列intel8051，P51XA，MCS系列，motorola68300等等半通用系列支持USB接口的MCU8XC930/932、C540、C541支持CAN-bus、LCD的MCU等等72嵌入式系統(tǒng)硬件分類目前來(lái)講，嵌入式處理器可以分成這樣一些類型嵌入式微控制器（MCU）嵌入式微處理器（MPU）嵌入式DSP處理器嵌入式片上系統(tǒng)（SoC）73嵌入式DSP處理器EDSPEDSP=EmbeddedDigitalSignalProcessor

專門(mén)用于信號(hào)處理方面的處理器DSP在運(yùn)算量較大（特別是向量運(yùn)算、指針線性尋址很多）的場(chǎng)合發(fā)揮重要作用對(duì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和指令進(jìn)行了特殊設(shè)計(jì)，使其適合與執(zhí)行DSP算法，編譯效率較高，指令執(zhí)行速度也較高74嵌入式DSP處理器EDSPEDSP=EmbeddedDigitalSignalProcessor

除了數(shù)字濾波，F(xiàn)FT等之外，DSP處理器在各種帶有智能邏輯的產(chǎn)品，生物信息識(shí)別終端，實(shí)時(shí)語(yǔ)音編碼解碼系統(tǒng)中都得到了廣泛的應(yīng)用代表性的產(chǎn)品是TexasInstruments公司的TMS320系列和Motorola的DSP56000系列

75嵌入式系統(tǒng)硬件分類目前來(lái)講，嵌入式處理器可以分成這樣一些類型嵌入式微控制器（MCU）嵌入式微處理器（MPU）嵌入式DSP處理器嵌入式片上系統(tǒng)（SoC）

76SOC=SystemonChip狹義上，它是信息系統(tǒng)核心的芯片集成，是將系統(tǒng)關(guān)鍵部件集成在一塊芯片上廣義上，SOC是一個(gè)微小型系統(tǒng)，如果說(shuō)中央處理器（CPU）是大腦，那么SOC就是包括大腦、心臟、眼睛和手的系統(tǒng)。嵌入式片上系統(tǒng)SOC77嵌入式片上系統(tǒng)SOCSoC：SoC追求產(chǎn)品系統(tǒng)最大包容的集成器件，是目前嵌入式應(yīng)用領(lǐng)域的熱門(mén)話題之一。SoC最大的特點(diǎn)是成功實(shí)現(xiàn)了軟硬件無(wú)縫結(jié)合，直接在處理器片內(nèi)嵌入操作系統(tǒng)的代碼模塊。CPU：對(duì)PC機(jī)而言，CPU

對(duì)嵌入式而言，稱為SOC，CPU+各種控制器（外設(shè)）7879主要內(nèi)容嵌入式系統(tǒng)定義嵌入式系統(tǒng)起源發(fā)展及應(yīng)用領(lǐng)域嵌入式系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)嵌入式系統(tǒng)硬件嵌入式系統(tǒng)軟件嵌入式操作系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)實(shí)例80嵌入式系統(tǒng)軟件簡(jiǎn)單的嵌入式應(yīng)用若嵌入式系統(tǒng)的功能需求比較簡(jiǎn)單，如電動(dòng)玩具、空調(diào)、冰箱等，則嵌入式系統(tǒng)軟件只需完成較簡(jiǎn)單的功能，就不需要嵌入式操作系統(tǒng)的支持。如：兒童玩具、汽車(chē)系統(tǒng)等等復(fù)雜的嵌入式應(yīng)用若功能比較復(fù)雜，需要網(wǎng)絡(luò)功能、存儲(chǔ)器管理、進(jìn)程/線程管理等，則通過(guò)嵌入式操作系統(tǒng)的幫助，可以加快嵌入式系統(tǒng)軟件的開(kāi)發(fā)進(jìn)度和可靠性。81簡(jiǎn)單的嵌入式應(yīng)用簡(jiǎn)單的嵌入式應(yīng)用不需要使用操作系統(tǒng)當(dāng)系統(tǒng)上電后，main函數(shù)將被調(diào)用，首先初始化，然后進(jìn)入循環(huán)直到系統(tǒng)停電或者出現(xiàn)重大錯(cuò)誤。超級(jí)循環(huán)voidmain(void){ //prepareforfunctionX X_init(); While(1)X();}82簡(jiǎn)單的嵌入式應(yīng)用的開(kāi)發(fā)過(guò)程簡(jiǎn)單的嵌入式應(yīng)用的開(kāi)發(fā)過(guò)程在個(gè)人電腦上配置交叉開(kāi)發(fā)環(huán)境、安裝仿真器，編寫(xiě)程序，交叉編譯，在仿真器上運(yùn)行測(cè)試并修改直到軟件滿足需求；利用面包板開(kāi)發(fā)和調(diào)試軟、硬件利用編程器將軟件燒到開(kāi)發(fā)好的系統(tǒng)中進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行測(cè)試83嵌入式操作系統(tǒng)嵌入式操作系統(tǒng)：就是支持嵌入式系統(tǒng)工作的操作系統(tǒng)。在本質(zhì)上與通用的操作系統(tǒng)沒(méi)有太大的區(qū)別，一般用于比較復(fù)雜的嵌入式系統(tǒng)中，例如手機(jī)、PDA等電子類消費(fèi)產(chǎn)品機(jī)頂盒、路由器等對(duì)嵌入式系統(tǒng)的硬件有較高的要求84基于嵌入式操作系統(tǒng)的嵌入式應(yīng)用開(kāi)發(fā)確定需求根據(jù)需求選擇合適的硬件硬實(shí)時(shí)/軟實(shí)時(shí)系統(tǒng)？什么處理器？哪些輔助硬件？選擇嵌入式操作系統(tǒng)選擇開(kāi)發(fā)平臺(tái)編程語(yǔ)言、軟件開(kāi)發(fā)工具實(shí)際的開(kāi)發(fā)平臺(tái)包括硬件開(kāi)發(fā)平臺(tái)、操作系統(tǒng)、編程語(yǔ)言以及軟件開(kāi)發(fā)工具85編寫(xiě)并優(yōu)化代碼一般在主機(jī)系統(tǒng)上進(jìn)行開(kāi)發(fā)和優(yōu)化工作。代碼優(yōu)化主要在軟件執(zhí)行速度和軟件尺寸之間取得平衡，滿足嵌入式系統(tǒng)對(duì)速度和存儲(chǔ)空間的限制。在嵌入式開(kāi)發(fā)中，一般需要避免使用大型的軟件庫(kù)，避免使用遞歸編程，減少堆棧的消耗。在模擬器或者開(kāi)發(fā)板上調(diào)試86嵌入式軟件系統(tǒng)的指標(biāo)尺寸滿足硬件限制實(shí)時(shí)性硬實(shí)時(shí)，軟實(shí)時(shí)和非實(shí)時(shí)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)能力人機(jī)交互能力87按是否具有實(shí)時(shí)性能分類，嵌入式系統(tǒng)分為：實(shí)時(shí)系統(tǒng)和非實(shí)時(shí)系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)實(shí)時(shí)系統(tǒng)非實(shí)時(shí)系統(tǒng)硬實(shí)時(shí)系統(tǒng)軟實(shí)時(shí)系統(tǒng)圖１－２嵌入式軟件系統(tǒng)的分類嵌入式系統(tǒng)軟件88嵌入式非實(shí)時(shí)系統(tǒng)：嵌入式非實(shí)時(shí)系統(tǒng)的正確性僅僅依賴于計(jì)算處理的邏輯結(jié)果，與結(jié)果產(chǎn)生的時(shí)間無(wú)關(guān)。這類系統(tǒng)主要應(yīng)用于科學(xué)計(jì)算和一般實(shí)時(shí)性要求不高的場(chǎng)合，如掌上電腦、電子詞典等。89嵌入式系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性嵌入式系統(tǒng)一般具有實(shí)時(shí)的特點(diǎn)。

所謂實(shí)時(shí)系統(tǒng)是指在這種系統(tǒng)中，一個(gè)優(yōu)先級(jí)高的任務(wù)能夠得到立即的、沒(méi)有延遲的服務(wù)，不需要等待任何其他優(yōu)先級(jí)低的任務(wù)，一旦它得到CPU的使用權(quán)，將一直執(zhí)行直到工作結(jié)束或者出現(xiàn)更高級(jí)別的進(jìn)程。為了滿足這樣的需求，嵌入式操作系統(tǒng)必須具有高效的中斷處理能力和高效的IO能力90實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)是指具有實(shí)時(shí)性，能支持實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)工作的操作系統(tǒng)。實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的首要任務(wù)是調(diào)度一切可利用的資源完成實(shí)時(shí)控制任務(wù)；其次才著眼于提高計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的使用效率，其重要特點(diǎn)是通過(guò)任務(wù)調(diào)度來(lái)滿足對(duì)于重要事件在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)做出正確的響應(yīng)。91實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)與分時(shí)操作系統(tǒng)的區(qū)別:對(duì)于分時(shí)操作系統(tǒng)，軟件的執(zhí)行在時(shí)間上的要求并不嚴(yán)格，時(shí)間上的延誤或者時(shí)序上的錯(cuò)誤，一般不會(huì)造成災(zāi)難性的后果。而對(duì)于實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，主要任務(wù)是對(duì)事件進(jìn)行實(shí)時(shí)的處理，雖然事件可能在無(wú)法預(yù)知的時(shí)刻到達(dá)，但是軟件必須在事件隨機(jī)發(fā)生時(shí)，在嚴(yán)格的時(shí)限內(nèi)做出響應(yīng)(系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間)。即使是系統(tǒng)處在尖峰負(fù)荷下，也應(yīng)如此，系統(tǒng)時(shí)間響應(yīng)的超時(shí)就意味著致命的失敗。另外，實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的重要特點(diǎn)是具有系統(tǒng)的可確定性，即系統(tǒng)能對(duì)運(yùn)行的最好和最壞情況做出精確的估計(jì)。嵌入式系統(tǒng)軟件92嵌入式系統(tǒng)軟件實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)分硬實(shí)時(shí)系統(tǒng)和軟實(shí)時(shí)系統(tǒng)硬實(shí)時(shí)系統(tǒng)：確保系統(tǒng)中的關(guān)鍵任務(wù)在確定的時(shí)間得到響應(yīng)，不能有失敗的情況，否則會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重后果。如航天飛機(jī)的控制系統(tǒng)，如果出現(xiàn)故障，后果不堪想象。軟實(shí)時(shí)系統(tǒng)：設(shè)計(jì)的時(shí)候是有響應(yīng)時(shí)間要求的，但是偶爾某些任務(wù)的響應(yīng)時(shí)間超過(guò)這個(gè)限制也不會(huì)有嚴(yán)重的后果。如液晶屏刷新允許有短暫的延遲，音頻視頻流系統(tǒng)等93嵌入式系統(tǒng)軟件實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)舉例：限定的時(shí)間范圍很廣，完全由需要確定例：電話語(yǔ)音、數(shù)據(jù)采集適時(shí)控制系統(tǒng)，如機(jī)器人適時(shí)信息處理系統(tǒng)，如證券交易、銀行取款機(jī)導(dǎo)彈發(fā)射，如命令反映不能大于一定時(shí)間94實(shí)時(shí)系統(tǒng)的幾個(gè)指標(biāo)預(yù)測(cè)反應(yīng)時(shí)間可調(diào)度性強(qiáng)負(fù)載下的穩(wěn)定性95預(yù)測(cè)反應(yīng)時(shí)間在工業(yè)控制系統(tǒng)中，實(shí)時(shí)可定義為系統(tǒng)對(duì)某事件響應(yīng)時(shí)間的可預(yù)測(cè)性。一個(gè)事件發(fā)生后，系統(tǒng)須在一個(gè)可準(zhǔn)確預(yù)見(jiàn)的時(shí)間范圍內(nèi)作出反應(yīng)。96可調(diào)度性實(shí)時(shí)任務(wù)具有時(shí)限要求，調(diào)度實(shí)時(shí)任務(wù)時(shí)，需要判斷是否每個(gè)任務(wù)的執(zhí)行都能夠在其截止期限內(nèi)完成。如果每個(gè)任務(wù)的執(zhí)行都能夠在其截止期限內(nèi)完成，則稱該調(diào)度是可行的可調(diào)度性判定(或稱調(diào)度可行性判定)就是判定給定的n個(gè)實(shí)時(shí)任務(wù)在應(yīng)用某種調(diào)度算法的前提下能否產(chǎn)生一個(gè)可行的調(diào)度。調(diào)度算法的設(shè)計(jì)要盡可能滿足任務(wù)可調(diào)度性的要求97強(qiáng)負(fù)載下的穩(wěn)定性實(shí)時(shí)穩(wěn)定性隨著系統(tǒng)的負(fù)載有所不同當(dāng)系統(tǒng)的負(fù)載變得很大時(shí)，如果系統(tǒng)不能保證所有任務(wù)的時(shí)間要求，應(yīng)當(dāng)能使其中一部分關(guān)鍵任務(wù)始終滿足時(shí)限要求98主要內(nèi)容嵌入式系統(tǒng)起源及發(fā)展嵌入式系統(tǒng)定義嵌入式系統(tǒng)硬件嵌入式系統(tǒng)軟件嵌入式操作系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)實(shí)例99嵌入式操作系統(tǒng)100常見(jiàn)嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)RTlinux及其他嵌入式實(shí)時(shí)LinuxuC/OSIIwindriversystems公司的VxworksQNXsoftwaresystems公司的QNX。pSOSOS/9VRTXeCOS101常見(jiàn)嵌入式非實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)Microsoft公司的windowsCE、EmbeddedwindowsxpPalm公司的PalmOSsymbian公司的EPOC一些嵌入式linux系統(tǒng)102嵌入式操作系統(tǒng)幾款典型的嵌入式操作系統(tǒng)uC/OSIIWindows系列的嵌入式操作系統(tǒng)PalmOS

VxWorks嵌入式Linux103嵌入式操作系統(tǒng)uC/OSII免費(fèi)的公開(kāi)源碼實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)

內(nèi)核提供任務(wù)調(diào)度和管理、時(shí)鐘管理、任務(wù)間同步與通信、內(nèi)存管理和中斷服務(wù)等功能最多支持64個(gè)任務(wù)，分別對(duì)應(yīng)優(yōu)先級(jí)0～63，其中0為最高優(yōu)先級(jí)可剝奪實(shí)時(shí)多任務(wù)內(nèi)核調(diào)度工作的內(nèi)容分為兩部分：最高優(yōu)先級(jí)任務(wù)的尋找和任務(wù)切換104嵌入式操作系統(tǒng)uC/OSII內(nèi)核是針對(duì)實(shí)時(shí)系統(tǒng)的要求來(lái)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的，相對(duì)比較簡(jiǎn)單，可以滿足較高的實(shí)時(shí)性要求但是沒(méi)有網(wǎng)絡(luò)功能和文件系統(tǒng)，對(duì)于像媒體播放、需要網(wǎng)絡(luò)和圖形界面支持的應(yīng)用就比較差105嵌入式操作系統(tǒng)WindowsEmbedded家族106WindowsCE主要用于PDA，smartphone等個(gè)人手持終端上支持多線程支持多種軟硬件最大的特點(diǎn)就是能提供與pc機(jī)類似的圖形界面和主要的應(yīng)用程序地道的商業(yè)操作系統(tǒng)107WindowsCE主要模塊內(nèi)核模塊：支持進(jìn)程和線程處理及內(nèi)存管理等基本服務(wù)內(nèi)核系統(tǒng)調(diào)用接口模塊：運(yùn)行應(yīng)用程序訪問(wèn)操作系統(tǒng)提供的服務(wù)文件系統(tǒng)模塊：支持dos，fat等格式的文件系統(tǒng)圖形窗口和事件子系統(tǒng)模塊：控制圖形顯示，并提供windowsGUI界面通信模塊：運(yùn)行同其他設(shè)備進(jìn)行信息交換108嵌入式操作系統(tǒng)PalmOS

PalmComputing公司的嵌入式操作系統(tǒng);目前最大的應(yīng)用在PDA，是市場(chǎng)占有率最高的PDA操作系統(tǒng);Palm操作系統(tǒng)架構(gòu)非常簡(jiǎn)潔，因?yàn)樯偃チ撕芏喙δ?，如?nèi)存管理、多任務(wù)等等，使得Palm可以非常不耗系統(tǒng)資源，硬件需求低，連帶的整體耗電量便可壓縮到非常低，因此采用Palm操作系統(tǒng)的PDA都有待機(jī)時(shí)間長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)。109嵌入式操作系統(tǒng)VxWorksVxWorks是美國(guó)風(fēng)河（WindRiver）公司于1983年設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的一種嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)支持主流的32位CPU，包括x86、68K、PowerPC、MIPS、ARM等基于微內(nèi)核結(jié)構(gòu)，由400多個(gè)相對(duì)獨(dú)立的，短小精悍的目標(biāo)模塊組成，可裁剪性和可配置性相當(dāng)出色110嵌入式操作系統(tǒng)VxWorks以其良好的可靠性和卓越的實(shí)時(shí)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(shí)時(shí)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(jī)導(dǎo)航等。在美國(guó)的F-16、FA-18戰(zhàn)斗機(jī)、B-2隱形轟炸機(jī)和愛(ài)國(guó)者導(dǎo)彈上，甚至連1997年4月在火星表面登陸的火星探測(cè)器、2008年5月登陸的鳳凰號(hào)，和2012年8月登陸的好奇號(hào)也都使用到了VxWorks上

111VxWorksVxworks的基本構(gòu)成模塊包括以下部分：高效實(shí)時(shí)微內(nèi)核wind：

Vxworks實(shí)時(shí)微內(nèi)核wind以靈活性和可配置性為設(shè)計(jì)目標(biāo)，它主要包括基于優(yōu)先級(jí)的任務(wù)調(diào)度任務(wù)同步和通信中斷處理定時(shí)器內(nèi)存管理兼容POSIX實(shí)時(shí)系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)112I/O處理系統(tǒng)：

Vxworks提供與ANSIC兼容的I/O處理系統(tǒng)，主要包括UNIX緩沖I/O處理系統(tǒng)，和面向?qū)崟r(shí)的異步I/O處理系統(tǒng)本機(jī)文件系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)處理模塊：

Vxworks網(wǎng)絡(luò)處理模塊能與許多運(yùn)行其他協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信，如TCP/IP、NFS、UDP、SNMP、FTP等113

虛擬內(nèi)存模塊VxVMI：

VxVMI主要用于對(duì)指定內(nèi)存區(qū)的保護(hù)，如內(nèi)存塊只讀等共享內(nèi)存模塊VxMP：

主要用于多處理器行運(yùn)行任務(wù)之間的共享信號(hào)量、消息隊(duì)列、內(nèi)存塊管理板級(jí)支持包BSP：

提供各種硬件的初始化、中斷的建立、定時(shí)器、內(nèi)存映象114VxWorks的評(píng)價(jià)Vxworks是一款非常出色的嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，但是它是不公開(kāi)源碼的商業(yè)化操作系統(tǒng)，價(jià)格比較高為追求系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性而設(shè)計(jì)的，并不是以通用OS為設(shè)計(jì)目標(biāo)。去掉了一些OS模塊，因?yàn)檫@些模塊在某種程度上會(huì)影響系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性（如在內(nèi)存管理中沒(méi)有采用頁(yè)面管理模式，采用的是平板式內(nèi)存）。115任務(wù)調(diào)度采用的是基于優(yōu)先級(jí)的搶占式任務(wù)調(diào)度模式，優(yōu)先級(jí)分256級(jí)(0-255)用戶可以動(dòng)態(tài)的改變優(yōu)先級(jí)，但是這種做法不提倡用戶可以鎖定一個(gè)任務(wù)使它不被更高的任務(wù)或中斷搶占允許使用固定優(yōu)先級(jí)響應(yīng)時(shí)間來(lái)檢查任務(wù)調(diào)度的性能116資源共享和優(yōu)先級(jí)繼承機(jī)制采用最優(yōu)化的上下文切換和中斷返回機(jī)制.內(nèi)核從不禁止非屏蔽中斷NMI(non-maskableinterrupts)117VxWorks缺點(diǎn)缺少某些OS特性保證時(shí)限要求是設(shè)計(jì)者自己的任務(wù)(系統(tǒng)的靈活性帶來(lái)的弊端)不支持很多應(yīng)用和APIs(只支持部分POSIX標(biāo)準(zhǔn)的函數(shù)集)盡管采用了平板式內(nèi)存管理，但是由于內(nèi)存的動(dòng)態(tài)分配，仍然存在內(nèi)存段，這樣仍然存在時(shí)間上的不可預(yù)測(cè)性118VxWorks應(yīng)用領(lǐng)域主要局限在對(duì)實(shí)時(shí)性要求較嚴(yán)格的硬實(shí)時(shí)系統(tǒng)中帶給用戶最大的控制權(quán)的同時(shí)，用戶對(duì)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性調(diào)度責(zé)任也更大嵌入式操作系統(tǒng)119Tornado——集成開(kāi)發(fā)環(huán)境120Tornado是開(kāi)發(fā)調(diào)試VxWorks系統(tǒng)不可缺少的組成部分，安裝并運(yùn)行在主機(jī)上。其基本功能是將與操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序運(yùn)行無(wú)關(guān)的工作（如編輯、編譯、調(diào)試、配置等）與目標(biāo)機(jī)分離，使這些工作一方面不會(huì)與操作系統(tǒng)爭(zhēng)搶目標(biāo)機(jī)上有限的資源，另一方面它們集成在一個(gè)開(kāi)發(fā)環(huán)境中以方便系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)和調(diào)試工作。121Tornado的特點(diǎn)主要體現(xiàn)在它的集成性和開(kāi)放性：作為一集成開(kāi)發(fā)環(huán)境，Tornado集成了編譯、編輯、調(diào)試、仿真測(cè)試、項(xiàng)目管理等方面的一系列工具；作為一開(kāi)放的開(kāi)發(fā)環(huán)境，Tornado與目標(biāo)機(jī)的連接是通過(guò)統(tǒng)一的接口進(jìn)行，接口提供了豐富的API，因此用戶可以方便地定制和擴(kuò)展各開(kāi)發(fā)工具。122Tornado的獨(dú)特之處在于其所有開(kāi)發(fā)工具能夠使用在應(yīng)用開(kāi)發(fā)的任意階段以及任何檔次的硬件資源上。而且，完整集的Tornado工具可以使開(kāi)發(fā)人員完全不用考慮與目標(biāo)連接的策略或目標(biāo)存儲(chǔ)區(qū)大小。Tornado結(jié)構(gòu)的專門(mén)設(shè)計(jì)為開(kāi)發(fā)人員和第三方工具廠商提供了一個(gè)開(kāi)放環(huán)境。已有部分應(yīng)用程序接口可以利用并附帶參考書(shū)目，內(nèi)容從開(kāi)發(fā)環(huán)境接口到連接實(shí)現(xiàn)。123Tornado包括強(qiáng)大的開(kāi)發(fā)和調(diào)試工具，尤其適用于面對(duì)大量問(wèn)題的嵌入式開(kāi)發(fā)人員。這些工具包括C和C++源碼級(jí)別的調(diào)試器，目標(biāo)和工具管理，系統(tǒng)目標(biāo)跟蹤，內(nèi)存使用分析和自動(dòng)配置.另外，所有工具能很方便地同時(shí)運(yùn)行，很容易增加和交互式開(kāi)發(fā)。124實(shí)際應(yīng)用---Tornado：IDS“狂風(fēng)”戰(zhàn)斗機(jī)由英國(guó)、德國(guó)和意大利三國(guó)聯(lián)合成立的帕那維亞飛機(jī)公司l969年3月設(shè)計(jì)。該機(jī)是為適應(yīng)北約組織對(duì)付突發(fā)事件的“靈活反應(yīng)”戰(zhàn)略思想而研制的，主要用來(lái)代替F-4、F-104、“火神”、“坎培拉”、“掠奪者”等戰(zhàn)斗機(jī)和轟炸機(jī)，執(zhí)行截?fù)?、攻擊等常?guī)作戰(zhàn)任務(wù)。該機(jī)擁有的高精度攻擊武器和精確導(dǎo)航系統(tǒng)，先進(jìn)的地形自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)等。125GDB——調(diào)試工具126WindView——多任務(wù)跟蹤和觀察工具127嵌入式操作系統(tǒng)幾款典型的嵌入式操作系統(tǒng)uC/OSIIWindows系列的嵌入式操作系統(tǒng)PalmOS

VxWorks嵌入式Linux★128將Linux嵌入到各種設(shè)備中:NASA個(gè)人助理129開(kāi)發(fā)過(guò)程Linux操作系統(tǒng)選擇操作系統(tǒng)的移植與改進(jìn)DriverandApplicationsoftwaredevelopment從系統(tǒng)設(shè)計(jì)

測(cè)試

Rehat,bluecat,RTLinux,MontaVistaLinux,RTAI,……Tekram,HP,Intel,…130Linux簡(jiǎn)介什么是LinuxLinux發(fā)展簡(jiǎn)史Linux系統(tǒng)的好處Linux系統(tǒng)組成Linux版本131什么是Linux？Linux是一個(gè)類似Unix（Unix-like）的操作系統(tǒng)，在1991年發(fā)行了它的第一個(gè)版本在不同的語(yǔ)境下，“Linux”具有不同的內(nèi)涵，例如：Linux內(nèi)核、Linux系統(tǒng)或Linux開(kāi)發(fā)套件等術(shù)語(yǔ)。嚴(yán)格來(lái)說(shuō)，Linux指的是LinuxTorvalds維護(hù)的（及通過(guò)主要和鏡像網(wǎng)站發(fā)布的）內(nèi)核。GNU/LinuxGNU/Linux的擁護(hù)者們認(rèn)為，Linux僅僅是指Linux內(nèi)核，而整個(gè)Linux系統(tǒng)的大部分都建立在GNU軟件之上。132Linux發(fā)展簡(jiǎn)史1991年11月，芬蘭赫爾辛基大學(xué)的學(xué)生LinusTorvalds寫(xiě)了個(gè)小程序，取名為L(zhǎng)inux，放在互聯(lián)網(wǎng)上。他表達(dá)了一個(gè)愿望，希望借此實(shí)現(xiàn)出一個(gè)操作系統(tǒng)的“內(nèi)核”，這完全是一個(gè)偶然事件1993，在一批高水平黑客的參與下，誕生了Linux1.0版1994年，Linux的第一個(gè)商業(yè)發(fā)行版Slackware問(wèn)世133

Linux1996年，美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)局的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室確認(rèn)Linux版本1.2.13（由OpenLinux公司打包）符合POSIX標(biāo)準(zhǔn)2001年，Linux2.4版內(nèi)核發(fā)布2003年，Linux2.6版內(nèi)核發(fā)布……134名詞解釋POSIX

PortableOperatingSystemInterfaceStandard

中文：可移植操作系統(tǒng)接口標(biāo)準(zhǔn)

由IEEE制訂，并由ISO接受為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。IEEE

InstituteforElectricalandElectronicEngineers

中文：電氣電子工程師學(xué)會(huì)[美]ISO

InternationalOrganizationforStandardization

中文：國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織

制定各行各業(yè)各種產(chǎn)品和服務(wù)的技術(shù)規(guī)范（國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)）135Linux操作系統(tǒng)的主要內(nèi)容Linux是免費(fèi)的、源代碼開(kāi)放的、符合POSIX標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的操作系統(tǒng)擁有現(xiàn)代操作系統(tǒng)具有的所有內(nèi)容，例如搶占式多任務(wù)處理，支持多用戶內(nèi)存保護(hù)，支持SMP，支持TCP/IP，支持絕大多數(shù)的32位和64位CPU等還有一些其他操作系統(tǒng)沒(méi)有的特色，比如NFS，VFS，高效的EXT系列文件系統(tǒng)等136Linux版本Linux的內(nèi)核版本幾種流行的Linux發(fā)行版本137Linux的內(nèi)核版本Linux內(nèi)核版本是由LinusTorvalds作為總體協(xié)調(diào)人的Linux開(kāi)發(fā)小組（分布在各個(gè)國(guó)家的近百位高手）開(kāi)發(fā)出的系統(tǒng)內(nèi)核的版本號(hào)Linux內(nèi)核采用的是雙樹(shù)系統(tǒng)一棵是穩(wěn)定樹(shù)，主要用于發(fā)行另一棵是非穩(wěn)定樹(shù)或稱為開(kāi)發(fā)樹(shù)，用于產(chǎn)品開(kāi)發(fā)和改進(jìn)Linux內(nèi)核版本號(hào)由3位數(shù)字組成

r.x.y第1位數(shù)字r為主版本號(hào)第2位數(shù)字x為說(shuō)明版本類型的次版本號(hào)，如果x為偶數(shù)，則表示為產(chǎn)品化版本，為奇數(shù)時(shí)表示為實(shí)驗(yàn)版本第3位數(shù)字y為修改號(hào)，表示錯(cuò)誤修補(bǔ)的次數(shù)138幾種流行的Linux發(fā)行版本139Linux系統(tǒng)的好處支持多種CPUX86,ARM,MIPS,SH,i960,PPC,etc.開(kāi)放源代碼（Opensource）強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)功能可移植性使用GNUtools140一個(gè)新潮，非常穩(wěn)定，多用戶，多任務(wù)的環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)的平臺(tái)無(wú)法超越的計(jì)算能力，可移動(dòng)性和適應(yīng)性先進(jìn)的圖形用戶界面幾十個(gè)異常出色而且免費(fèi)的桌面應(yīng)用程序成千上萬(wàn)個(gè)免費(fèi)的工具和應(yīng)用小程序幾百上千個(gè)專業(yè)程序由全世界的無(wú)數(shù)研究人員編制，覆蓋了天文，信息技術(shù)，化學(xué)，物理，工程，語(yǔ)言，生物等各個(gè)學(xué)科領(lǐng)域Linux系統(tǒng)的好處141一個(gè)真正杰出的學(xué)習(xí)系統(tǒng)很多頂級(jí)的系統(tǒng)開(kāi)發(fā)平臺(tái)，友好的編程語(yǔ)言及編程工具都免費(fèi)包含在操作系統(tǒng)里面病毒入侵，計(jì)算機(jī)的“后門(mén)”，軟件提供商的“特別要求”，強(qiáng)迫性的軟件升級(jí)，專有的文件格式，軟件使用許可證和市場(chǎng)策略，產(chǎn)品注冊(cè)登記，高得驚人的軟件價(jià)格，等等-------Linux都沒(méi)有Linux操作系統(tǒng)平臺(tái)保證它的“永久性”一個(gè)技術(shù)快速更新的平臺(tái)Linux系統(tǒng)的好處142嵌入式Linux介紹什么是嵌入式Linux嵌入式Linux的典型應(yīng)用嵌入式Linux的分類常見(jiàn)的嵌入式Linux143嵌入式Linux操作系統(tǒng)Linux是開(kāi)放源碼和免費(fèi)使用的，遍布全球的眾多Linux愛(ài)好者又是Linux開(kāi)發(fā)的強(qiáng)大技術(shù)后盾。Linux的內(nèi)核小、功能強(qiáng)大、API豐富，系統(tǒng)健壯、效率高，易于定制剪裁，在價(jià)格上極具競(jìng)爭(zhēng)力。Linux不僅支持x86CPU，還可以支持其他數(shù)十種CPU芯片。144嵌入式Linux操作系統(tǒng)嵌入式Linux(EmbeddedLinux)：是指對(duì)Linux經(jīng)過(guò)小型化裁剪后，能夠固化在容量只有幾百K字節(jié)或幾兆字節(jié)的存儲(chǔ)器芯片或單片機(jī)中，應(yīng)用于特定嵌入式場(chǎng)合的專用Linux操作系統(tǒng)。嵌入式Linux的開(kāi)發(fā)和研究是目前操作系統(tǒng)領(lǐng)域的一個(gè)熱點(diǎn)。145嵌入式操作系統(tǒng)嵌入式Linux種類uCLinuxARMLinuxRT-Linux/RTAIEmbedixBlueCatLinuxHardHatLinuxUbuntu146Ubuntu：烏班圖，大意是“人道待人”，“天下共享的信念，連接起每個(gè)人”。具有ubuntu精神的人心胸開(kāi)闊，樂(lè)于助人，見(jiàn)賢思齊而不忌妒賢能。Ubuntu是基于GNU/Linux，由全球化的專業(yè)開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)（CanonicalLtd）打造的開(kāi)源GNU/Linux操作系統(tǒng)。Ubuntu操作系統(tǒng)將ubuntu精神帶到了軟件世界。Ubuntu對(duì)GNU/Linux的普及特別是桌面普及作出了巨大貢獻(xiàn)，由此使更多人共享開(kāi)源的成果與精彩。

147Ubuntu：其首個(gè)版本于2004年10月20日發(fā)布，以每六個(gè)月發(fā)布一次新版本為目標(biāo)，使得人們得以更頻繁地獲取新軟件。開(kāi)發(fā)目的是為了使個(gè)人電腦變得簡(jiǎn)單易用。與大多數(shù)發(fā)行版附帶數(shù)量巨大的可用可不用的軟件不同，Ubuntu的軟件包清單只包含那些高質(zhì)量的重要應(yīng)用程序。注重質(zhì)量，Ubuntu提供了一個(gè)健壯、功能豐富的計(jì)算環(huán)境，既適合家用又適用于商業(yè)環(huán)境。2013年1月3日，Ubuntu正式發(fā)布面向智能手機(jī)的移動(dòng)操作系統(tǒng)。148選擇什么樣的嵌入式操作系統(tǒng)？149嵌入式操作系統(tǒng)選型

一般而言，在選擇嵌入式操作系統(tǒng)時(shí)，可以遵循以下6個(gè)原則：市場(chǎng)進(jìn)入時(shí)間可移植性可利用資源系統(tǒng)定制能力成本中文內(nèi)核支持150嵌入式操作系統(tǒng)選型市場(chǎng)進(jìn)入時(shí)間:制定產(chǎn)品時(shí)間表與選擇操作系統(tǒng)有關(guān)系例如Windows系列嵌入式操作系統(tǒng)WinCE，

由于具有豐富的人力資源。使用WinCE能夠很快進(jìn)入市場(chǎng)。因?yàn)閃inCE+X86做產(chǎn)品實(shí)際上是在做減法，去掉你不要的功能，能很快出產(chǎn)品。

缺點(diǎn)：成本偏高，核心競(jìng)爭(zhēng)力差。但一些高效的操作系統(tǒng)可能由于編程人員缺乏，或由于這方面的技術(shù)積累不夠，影響開(kāi)發(fā)進(jìn)度。151嵌入式操作系統(tǒng)選型可移植性:當(dāng)進(jìn)行嵌入式軟件開(kāi)發(fā)時(shí)，可移植性是要重點(diǎn)考慮的問(wèn)題好的軟件應(yīng)該是移植性應(yīng)該也比較好，可以在不同平臺(tái)、不同系統(tǒng)上運(yùn)行，跟操作系統(tǒng)無(wú)關(guān)。但軟件的通用性和軟件的性能通常是矛盾的。通用以損失某些特定情況下的優(yōu)化性能為代價(jià)。很難設(shè)想開(kāi)發(fā)一個(gè)嵌入式瀏覽器而僅能在某一特定環(huán)境下應(yīng)用。反過(guò)來(lái)說(shuō)，當(dāng)產(chǎn)品與平臺(tái)和操作系統(tǒng)緊密結(jié)合時(shí)，往往你的產(chǎn)品的特色就蘊(yùn)含其中。152嵌入式操作系統(tǒng)選型可利用資源:操作系統(tǒng)的可利用資源對(duì)于選型是一個(gè)重要參考條件產(chǎn)品開(kāi)發(fā)不同于學(xué)術(shù)課題研究，其目的是快速、低成本、高質(zhì)量的推出適合用戶需求的產(chǎn)品。因此，要集中精力研發(fā)出產(chǎn)品的特色，其他功能盡量由操作系統(tǒng)附加或采用第三方產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)。153嵌入式操作系統(tǒng)選型可利用資源:Linux和WinCE都有大量的資源可以利用。其它有些實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)由于比較封閉，開(kāi)發(fā)時(shí)可以利用的資源比較少，因此多數(shù)功能需要自己獨(dú)立開(kāi)發(fā)。從而影響開(kāi)發(fā)進(jìn)度。近來(lái)的市場(chǎng)需求顯示，越來(lái)越多的嵌入式系統(tǒng)，均要求提供全功能的Web瀏覽器。而這要求有一個(gè)高性能、高可靠的GUI的支持。154嵌入式操作系統(tǒng)選型系統(tǒng)定制能力信息產(chǎn)品不同于傳統(tǒng)PC，用戶的需求是千差萬(wàn)別的，硬件平臺(tái)也都不一樣，所以對(duì)系統(tǒng)的定制能力提出了要求。要分析產(chǎn)品是否對(duì)系統(tǒng)底層有改動(dòng)的需求，這種改動(dòng)是否伴生著產(chǎn)品特色？Linux由于其源代碼開(kāi)放的天生魅力，在定制能力方面具有優(yōu)勢(shì)。隨著Wince3.0原碼的開(kāi)放，以及微軟在嵌入式領(lǐng)域力度的加強(qiáng)，其定制能力會(huì)有所提升。155嵌入式操作系統(tǒng)選型成本:免費(fèi)。Linux免費(fèi)；而WinCE