嵌入式系統(tǒng)開發(fā)基礎(chǔ)

嵌入式系統(tǒng)開發(fā)基礎(chǔ)第一頁，共九十三頁，2022年，8月28日參考資料：1、黃智偉等嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)教程北京航空航天大學(xué)；2、馬洪連嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)教程電子工業(yè)出版社；3、王田苗嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)例開發(fā)北京航空航天大學(xué)；4、S3C2410數(shù)據(jù)手冊(cè)。第二頁，共九十三頁，2022年，8月28日第一章 嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí)

本章從嵌入式計(jì)算機(jī)的歷史由來、嵌入式系統(tǒng)的定義、嵌入式系統(tǒng)的基本特點(diǎn)、嵌入式系統(tǒng)的分類及應(yīng)用、嵌入式系統(tǒng)軟硬件各部分組成、嵌入式技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)等方面進(jìn)行了介紹，建立起的嵌入式系統(tǒng)整體概念。

第三頁，共九十三頁，2022年，8月28日1.1 嵌入式系統(tǒng)概述

一、嵌入式計(jì)算機(jī) 二、嵌入式系統(tǒng)的概念 三、嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn) 四、嵌入式系統(tǒng)的分類

第四頁，共九十三頁，2022年，8月28日一、嵌入式計(jì)算機(jī)在電子計(jì)算機(jī)發(fā)展的初期，計(jì)算機(jī)一直是“供養(yǎng)”在特殊的機(jī)房中的大型、昂貴的專用設(shè)備，主要是實(shí)現(xiàn)一些特殊的數(shù)值計(jì)算。直到20世紀(jì)70年代微處理器的出現(xiàn)，計(jì)算機(jī)應(yīng)用才出現(xiàn)了歷史性的變化。這也使計(jì)算機(jī)摘掉神圣的光環(huán)走下了神壇，步入平民化的時(shí)代。同時(shí)微處理器表現(xiàn)出的智能化水平引起了設(shè)備制造、機(jī)電控制等專業(yè)人士的興趣，要求將微型機(jī)嵌入到一個(gè)控制對(duì)象的體系中，實(shí)現(xiàn)對(duì)象體系的智能化控制。第五頁，共九十三頁，2022年，8月28日 嵌入式計(jì)算機(jī)微處理器的問世極大的促進(jìn)了控制領(lǐng)域的發(fā)展，復(fù)雜的控制系統(tǒng)最初只是由簡(jiǎn)單的設(shè)備組成，以微處理器這樣的部件作為主要的控制和反饋器件，極大的提高了系統(tǒng)的可控性和智能化。經(jīng)過發(fā)展，到80年代初微處理器及微控制器各自已發(fā)展為一個(gè)龐大的家族，以Intel公司x86為主流的應(yīng)用于個(gè)人計(jì)算機(jī)PC的微處理器格局已形成。為了區(qū)別于原有使用在PC的通用計(jì)算機(jī)，把嵌入到對(duì)象體系中、實(shí)現(xiàn)對(duì)象體系智能化控制的微控制器的計(jì)算機(jī)，稱作嵌入式計(jì)算機(jī)。第六頁，共九十三頁，2022年，8月28日 嵌入式計(jì)算機(jī)因此，嵌入式計(jì)算機(jī)是誕生于微處理器發(fā)展時(shí)代;早期嵌入式計(jì)算機(jī)是將一個(gè)計(jì)算機(jī)嵌入到一個(gè)具體應(yīng)用的控制對(duì)象的體系中去，這些是嵌入式系統(tǒng)發(fā)展的起點(diǎn)。這也標(biāo)志著計(jì)算機(jī)進(jìn)入了通用計(jì)算機(jī)與嵌入式計(jì)算機(jī)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)應(yīng)用的高速發(fā)展并由此引發(fā)了計(jì)算機(jī)分類方式的變化。第七頁，共九十三頁，2022年，8月28日

嵌入式系統(tǒng)的概念隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)其它行業(yè)的廣泛滲透和與其它行業(yè)應(yīng)用技術(shù)的相互結(jié)合，以應(yīng)用為中心的分類方法變得似乎更加切合實(shí)際發(fā)展;按計(jì)算機(jī)的嵌入式應(yīng)用和非嵌入式應(yīng)用將其分為通用計(jì)算機(jī)和嵌入式計(jì)算機(jī)。而通用計(jì)算機(jī)具有一般計(jì)算機(jī)的基本標(biāo)準(zhǔn)形態(tài)，通過裝配不同的應(yīng)用軟件，以基本雷同的面目出現(xiàn)并應(yīng)用在社會(huì)的各個(gè)方面，其典型產(chǎn)品為PC；第八頁，共九十三頁，2022年，8月28日 嵌入式系統(tǒng)的概念而非通用計(jì)算機(jī)－嵌入式計(jì)算機(jī)，則是非通用計(jì)算機(jī)形態(tài)的計(jì)算機(jī)應(yīng)用，它是以作為嵌入式系統(tǒng)的核心部件的形式隱藏在各種裝置、設(shè)備、產(chǎn)品和系統(tǒng)中。嵌入式計(jì)算機(jī)是計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展中的一種計(jì)算機(jī)存在的形式，是從計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展中分離出來的。第九頁，共九十三頁，2022年，8月28日從技術(shù)角度定義:嵌入式系統(tǒng)是指以應(yīng)用為中心，以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，軟件硬件可剪裁，適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)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(gè)完整的部分，稱為嵌入的系統(tǒng)。根據(jù)IEEE（國(guó)際電氣和電子工程師協(xié)會(huì)）的定義，嵌入式系統(tǒng)是“控制、監(jiān)視或者輔助設(shè)備、機(jī)器和車間運(yùn)行的裝置”（原文為devicesusedtocontrol，monitor，orassisttheoperationofequipment，machineryorplants）。二、嵌入式系統(tǒng)的概念第十頁，共九十三頁，2022年，8月28日可以這樣認(rèn)為，嵌入式系統(tǒng)是一種專用的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，作為裝置或設(shè)備的一部分。嵌入式系統(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)以及用戶應(yīng)用程序4個(gè)部分組成?！扒度胄浴薄ⅰ皩Ｓ眯浴迸c“計(jì)算機(jī)系統(tǒng)”是嵌入式系統(tǒng)的三個(gè)基本要素，對(duì)象系統(tǒng)則是指嵌入式系統(tǒng)所嵌入的宿主系統(tǒng)。第十一頁，共九十三頁，2022年，8月28日三、嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn)它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)在較少的資源上實(shí)現(xiàn)更高的性能。它與通用的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)相比具有以下顯著特點(diǎn)：功耗低、體積小、具有專用性嵌入式系統(tǒng)“嵌入”到對(duì)象的體系中，對(duì)對(duì)象、環(huán)境和嵌入式系統(tǒng)自身具有嚴(yán)格的要求，一般的嵌入式系統(tǒng)具有低功耗、體積小、集成度高、成本低等特點(diǎn)；是專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)第十二頁，共九十三頁，2022年，8月28日 嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn)嵌入式系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境差異很大；嵌入式系統(tǒng)比通用PC系統(tǒng)資源少得多；實(shí)時(shí)性強(qiáng)，系統(tǒng)內(nèi)核?。磺度胧较到y(tǒng)的目標(biāo)代碼通常是固化在非易失性存儲(chǔ)器（ROM，EPROM，EEPROM，F(xiàn)LASH）芯片中；嵌入式系統(tǒng)高效、可靠、穩(wěn)定工作；第十三頁，共九十三頁，2022年，8月28日 嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn)具有較長(zhǎng)的生命周期；嵌入式系統(tǒng)使用的操作系統(tǒng)一般是實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)（RTOS），系統(tǒng)有實(shí)時(shí)約束；嵌入式系統(tǒng)需要專用開發(fā)工具和方法進(jìn)行設(shè)計(jì)；嵌入式微處理器通常包含專用調(diào)試電路；嵌入式系統(tǒng)是技術(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)；第十四頁，共九十三頁，2022年，8月28日四、嵌入式系統(tǒng)的分類嵌入式系統(tǒng)按表現(xiàn)形式及使用硬件種類分為：系統(tǒng)中使用含程序或算法的處理器的嵌入式系統(tǒng)為芯片級(jí)嵌入；系統(tǒng)中使用某個(gè)核心模塊的嵌入式系統(tǒng)為模塊級(jí)嵌入；嵌入式系統(tǒng)按軟件實(shí)時(shí)性需求分：

非實(shí)時(shí)系統(tǒng)（如PDA）；

軟實(shí)時(shí)系統(tǒng)（如消費(fèi)類產(chǎn)品）；

硬實(shí)時(shí)系統(tǒng)（工業(yè)實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)）

第十五頁，共九十三頁，2022年，8月28日1.2嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域及發(fā)展趨勢(shì)

消費(fèi)電子嵌入式應(yīng)用信息家電智能玩具軍事電子通信設(shè)備移動(dòng)存貯工控設(shè)備智能儀表汽車電子網(wǎng)絡(luò)設(shè)備工業(yè)軍事國(guó)防電子商務(wù)網(wǎng)絡(luò)第十六頁，共九十三頁，2022年，8月28日第十七頁，共九十三頁，2022年，8月28日第十八頁，共九十三頁，2022年，8月28日第十九頁，共九十三頁，2022年，8月28日現(xiàn)實(shí)中的嵌入式系統(tǒng)第二十頁，共九十三頁，2022年，8月28日第二十一頁，共九十三頁，2022年，8月28日第二十二頁，共九十三頁，2022年，8月28日第二十三頁，共九十三頁，2022年，8月28日第二十四頁，共九十三頁，2022年，8月28日第二十五頁，共九十三頁，2022年，8月28日第二十六頁，共九十三頁，2022年，8月28日Technologieschangeourlife/work第二十七頁，共九十三頁，2022年，8月28日第二十八頁，共九十三頁，2022年，8月28日第二十九頁，共九十三頁，2022年，8月28日第三十頁，共九十三頁，2022年，8月28日1.2.2嵌入式技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)1．嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展歷史從單片機(jī)的出現(xiàn)到今天各種嵌入式微處理器、微控制器的廣泛應(yīng)用，嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用可以追溯到20世紀(jì)60年代中期，例如阿波羅飛船的導(dǎo)航控制系統(tǒng)AGC（ApolloGuidanceComputer）。嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展歷程，大致經(jīng)歷了以下4個(gè)階段。（1）無操作系統(tǒng)階段單片機(jī)是最早應(yīng)用的嵌入式系統(tǒng)，單片機(jī)作為各類工業(yè)控制和飛機(jī)、導(dǎo)彈等武器裝備中的微控制器，用來執(zhí)行一些單線程的程序，完成監(jiān)測(cè)、伺服和設(shè)備指示等多種功能，一般沒有操作系統(tǒng)的支持，程序設(shè)計(jì)采用匯編語言。由單片機(jī)構(gòu)成的這種嵌入式系統(tǒng)使用簡(jiǎn)便、價(jià)格低廉，在工業(yè)控制領(lǐng)域中得到了非常廣泛的應(yīng)用。第三十一頁，共九十三頁，2022年，8月28日（2）簡(jiǎn)單操作系統(tǒng)階段20世紀(jì)80年代，出現(xiàn)了大量具有高可靠性、低功耗的嵌入式CPU（如PowerPC等），芯片上集成有微處理器、I/O接口、串行接口及RAM、ROM等部件，面向I/O設(shè)計(jì)的微控制器在嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)用。一些簡(jiǎn)單的嵌入式操作系統(tǒng)開始出現(xiàn)并得到迅速發(fā)展，程序設(shè)計(jì)人員也開始基于一些簡(jiǎn)單的“操作系統(tǒng)”開發(fā)嵌入式應(yīng)用軟件。此時(shí)的嵌入式操作系統(tǒng)雖然還比較簡(jiǎn)單，但已經(jīng)初步具有了一定的兼容性和擴(kuò)展性，內(nèi)核精巧且效率高，大大縮短了開發(fā)周期，提高了開發(fā)效率。（3）實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)階段20世紀(jì)90年代，面對(duì)分布控制、柔性制造、數(shù)字化通信和信息家電等巨大市場(chǎng)的需求，嵌入式系統(tǒng)飛速發(fā)展。隨著硬件實(shí)時(shí)性要求的提高，嵌入式系統(tǒng)的軟件規(guī)模也不斷擴(kuò)大，實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)（Real-timeOperationSystem，RTOS）逐漸形成。第三十二頁，共九十三頁，2022年，8月28日系統(tǒng)能夠運(yùn)行在各種不同類型的微處理器上，具備了文件和目錄管理、設(shè)備管理、多任務(wù)、網(wǎng)絡(luò)、圖形用戶界面GraphicUserInterface，GUI）等功能，并提供了大量的應(yīng)用程序接口ApplicationProgrammingInterface，API），從而使應(yīng)用軟件的開發(fā)變得更加簡(jiǎn)單。（4）面向Internet階段進(jìn)入21世紀(jì)，Internet技術(shù)與信息家電、工業(yè)控制技術(shù)等的結(jié)合日益緊密，嵌入式技術(shù)與Internet技術(shù)的結(jié)合正在推動(dòng)著嵌入式系統(tǒng)的飛速發(fā)展。第三十三頁，共九十三頁，2022年，8月28日1.2.2嵌入式技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)成了一項(xiàng)系統(tǒng)工程，開發(fā)廠商不僅要提供嵌入式軟硬件系統(tǒng)本身，同時(shí)還要提供強(qiáng)大的硬件開發(fā)工具和軟件支持包。嵌入式應(yīng)用的開發(fā)需要強(qiáng)大的開發(fā)工具和操作系統(tǒng)的支持。Linux、WindowsCE、PalmOS等嵌入式操作系統(tǒng)迅速發(fā)展。嵌入式操作系統(tǒng)自身結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)更加便于移植，具有源代碼開放、系統(tǒng)內(nèi)核小、執(zhí)行效率高、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)完整等特點(diǎn)，能夠在短時(shí)間內(nèi)支持更多的微處理器。計(jì)算機(jī)的新技術(shù)、新觀念開始逐步移植到嵌入式系統(tǒng)中，嵌入式軟件平臺(tái)得到進(jìn)一步完善。新的微處理器層出不窮，精簡(jiǎn)系統(tǒng)內(nèi)核，優(yōu)化關(guān)鍵算法，降低功耗和軟硬件成本。提供更加友好的多媒體人機(jī)交互界面。設(shè)備實(shí)現(xiàn)小尺寸、微功耗和低成本。連網(wǎng)成為必然趨勢(shì)。物聯(lián)網(wǎng)嵌入式軟件開發(fā)走向標(biāo)準(zhǔn)化第三十四頁，共九十三頁，2022年，8月28日1.3嵌入式系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)1.3.1嵌入式系統(tǒng)硬件基本結(jié)構(gòu)介紹1.3.2嵌入式微處理器體系結(jié)構(gòu)1.3.3嵌入式微處理器的結(jié)構(gòu)和類型 1.3.3嵌入式系統(tǒng)軟件的層次結(jié)構(gòu) 第三十五頁，共九十三頁，2022年，8月28日

應(yīng)用程序?qū)崟r(shí)操作系統(tǒng)（RTOS）輸入輸出接口處理器/ARM核MMU/CacheSOC/SOPCUSBGPIOIISLCDUART和IrDAADC/DACFPGA/CPLDDSP/浮點(diǎn)運(yùn)算協(xié)處理器DMA電源管理典型的嵌入式系統(tǒng)組成人機(jī)交互接口LCD/觸摸屏、鍵盤、鼠標(biāo)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序、HAL、BSP文件系統(tǒng)/圖形用戶應(yīng)用程序接口驅(qū)動(dòng)層OS層應(yīng)用層軟件硬件以太網(wǎng)看門狗及復(fù)位電路Timer/RTCCANFlashEEPROMSDRAMSRAM內(nèi)存第三十六頁，共九十三頁，2022年，8月28日嵌入式系統(tǒng)硬件基本結(jié)構(gòu)介紹 嵌入式系統(tǒng)的硬件架構(gòu)如圖下半部分所示，是以嵌入式處理器為中心，配置存儲(chǔ)器、I/O設(shè)備、通信模塊以及電源等必要的輔助接口組成。嵌入式系統(tǒng)是“量身定做”的“專用計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)”，又不同于普通計(jì)算機(jī)組成，在實(shí)際應(yīng)用中的嵌入式系統(tǒng)硬件配置非常精簡(jiǎn)，除了微處理器和基本的外圍電路以外，其余的電路都可以根據(jù)需要和成本進(jìn)行“裁剪”、“定制化”（Customize），非常經(jīng)濟(jì)、可靠。

第三十七頁，共九十三頁，2022年，8月28日 嵌入式系統(tǒng)硬件基本結(jié)構(gòu)介紹 嵌入式系統(tǒng)硬件核心是嵌入式微處理器，有時(shí)為了提高系統(tǒng)的信息處理能力，常常外接DSP和DSP協(xié)處理器（也可內(nèi)部集成）完成高性能信號(hào)處理。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)、應(yīng)用技術(shù)的不斷發(fā)展和納米芯片加工工藝技術(shù)的發(fā)展，以微處理器為核心的集成多種功能的SoC系統(tǒng)芯片已成為嵌入式系統(tǒng)的核心，在嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，要盡可能的選擇能滿足系統(tǒng)功能接口的SoC芯片，這些SoC集成了大量的外圍USB、UART、以太網(wǎng)、AD/DA、IIS等功能模塊。

第三十八頁，共九十三頁，2022年，8月28日 嵌入式系統(tǒng)硬件基本結(jié)構(gòu)介紹可編程片上系統(tǒng)SOPC(SystemOnProgrammableChip)結(jié)合了SoC和PLD、FPGA各自的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)，使得系統(tǒng)具有可編程的功能，是可編程邏輯器件在嵌入式應(yīng)用中的完美體現(xiàn)，極大的提高了系統(tǒng)的在線升級(jí)、換代能力。以SoC/SOPC為核心，可以用最少的外圍部件和連接部件構(gòu)成一個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)，滿足系統(tǒng)的功能需求，也是嵌入式系統(tǒng)發(fā)展的一個(gè)方向因此現(xiàn)代嵌入式設(shè)計(jì)是以處理器/SoC/SOPC為核心，完成系統(tǒng)設(shè)計(jì)的，其外圍接口包括存儲(chǔ)設(shè)備、通信接口設(shè)備、擴(kuò)展設(shè)備接口和輔助的機(jī)電設(shè)備（電源、連接器、傳感器等）構(gòu)成硬件系統(tǒng)。對(duì)于嵌入式硬件的各個(gè)模塊將在第三部分作全面介紹。第三十九頁，共九十三頁，2022年，8月28日嵌入式處理器嵌入式微處理器

嵌入式微控制器

嵌入式DSP嵌入式片上系統(tǒng)（SOC）多核處理器第四十頁，共九十三頁，2022年，8月28日

嵌入式微處理器嵌入式微處理器就是和通用計(jì)算機(jī)的微處理器對(duì)應(yīng)的CPU。在應(yīng)用中，早期的嵌入式系統(tǒng)是將微處理器裝配在專門設(shè)計(jì)的電路板上，在電路板上設(shè)計(jì)了和嵌入式系統(tǒng)相關(guān)的功能模塊，這樣可以滿足嵌入式系統(tǒng)體積小和功耗低的要求。目前的嵌入式處理器主要包括：Am186/88、386EX、PowerPC、Motorola68000、ARM、MIPS系列等等。第四十一頁，共九十三頁，2022年，8月28日

嵌入式微控制器

嵌入式微控制器又稱為單片機(jī)，它將CPU、存儲(chǔ)器（少量的RAM、ROM或兩者都有）和其它外設(shè)封裝在同一片集成電路里。常見的有8051。嵌入式微控制器又稱單片機(jī)，顧名思義，就是將整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)集成到一塊芯片中。和嵌入式微處理器相比，微控制器的最大特點(diǎn)是單片化，體積大大減小，從而使功耗和成本下降、可靠性提高。第四十二頁，共九十三頁，2022年，8月28日嵌入式DSP

嵌入式DSP處理器有兩個(gè)發(fā)展方向：是嵌入式DSP處理器和嵌入式處理器經(jīng)過單片化設(shè)計(jì)，片上增加豐富的外設(shè)成為具有高性能DSP功能的SoC；是在通用微處理器、微控制器或SoC中增加DSP協(xié)處理器，例如Intel的MCS-296和Siemens的TriCore。第四十三頁，共九十三頁，2022年，8月28日典型嵌入式處理器介紹MIPS處理器

PowerPC處理器

Sparc處理器

ARM處理器

第四十四頁，共九十三頁，2022年，8月28日嵌入式SoC20世紀(jì)90年代后，嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)從以嵌入式微處理器/DSP為核心的“集成電路”級(jí)設(shè)計(jì)不斷轉(zhuǎn)向“集成系統(tǒng)”級(jí)設(shè)計(jì)，提出了SoC的基本概念。目前嵌入式系統(tǒng)已進(jìn)入單片系統(tǒng)SoC的設(shè)計(jì)階段，并開始逐步進(jìn)入實(shí)用化、規(guī)范化階段，集成電路已進(jìn)入SoC的設(shè)計(jì)流程。第四十五頁，共九十三頁，2022年，8月28日嵌入式SoC單片系統(tǒng)設(shè)計(jì)如果從零開始，這既不現(xiàn)實(shí)也無必要。因?yàn)槌嗽O(shè)計(jì)不成熟、未經(jīng)過時(shí)間考驗(yàn)，系統(tǒng)性能和質(zhì)量得不到保證外，還會(huì)因?yàn)樵O(shè)計(jì)周期太長(zhǎng)而失去商業(yè)價(jià)值。為了加快單片系統(tǒng)設(shè)計(jì)周期和提高系統(tǒng)的可靠性，目前最有效的一個(gè)途徑就是通過授權(quán)，使用已成熟且經(jīng)過優(yōu)化的IP內(nèi)核模塊來進(jìn)行設(shè)計(jì)集成和二次開發(fā)，利用膠粘邏輯技術(shù)GLT（GlueLogicTechnology），把這些IP內(nèi)核模塊嵌入到SoC中。第四十六頁，共九十三頁，2022年，8月28日嵌入式片上系統(tǒng)IP核（IntellectualPropertyCore，知識(shí)產(chǎn)權(quán)核）SOC（SystemOnChip，片上系統(tǒng)）是90年代中期出現(xiàn)的一個(gè)概念，并成為現(xiàn)代集成電路設(shè)計(jì)的發(fā)展方向。SOC是指在單芯片上集成數(shù)字信號(hào)處理器、微控制器、存儲(chǔ)器、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器、接口電路等電路模塊，可以直接實(shí)現(xiàn)信號(hào)采集、轉(zhuǎn)換、存儲(chǔ)、處理等功能。IP核是指具有知識(shí)產(chǎn)權(quán)的、功能具體、接口規(guī)范、可在多個(gè)集成電路設(shè)計(jì)中重復(fù)使用的功能模塊，是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)芯片（SOC）的基本構(gòu)件。

第四十七頁，共九十三頁，2022年，8月28日IP核分為用硬件描述語言（hardwareDescriptionLanguage，HDL）文本形式提交給用戶，經(jīng)過RTL級(jí)設(shè)計(jì)優(yōu)化和功能驗(yàn)證，但其中不含有任何具體的物理信息的軟核（SoftIPCore）；完成軟核所有的設(shè)計(jì)外，還完成了門級(jí)電路綜合和時(shí)序仿真等設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，一般以門級(jí)電路網(wǎng)表的形式提供給用戶的固核（FirmIPCore）；基于物理描述，并經(jīng)過工藝驗(yàn)證，具有可保證的性能，提供給用戶的形式是電路物理結(jié)構(gòu)掩模版圖和全套工藝文件的硬核（HardIPCore）。IP軟核以源代碼的形式提供的，IP知識(shí)產(chǎn)權(quán)不易保護(hù)。IP硬核易于實(shí)現(xiàn)IP保護(hù)，缺點(diǎn)是靈活性和可移植性差。目前全球IP核市場(chǎng)處于快速成長(zhǎng)的階段，EDA聯(lián)盟、RAPID聯(lián)盟、VCX聯(lián)盟與VSIA聯(lián)盟等都在積極推動(dòng)IP核的開發(fā)、應(yīng)用及推廣。其中，EDA聯(lián)盟主要是以如何提供更好的EDA軟件工具為主，VSIA聯(lián)盟主要針對(duì)IP核的定義、開發(fā)、授權(quán)及測(cè)試等建立一個(gè)公開的共性規(guī)范。ARM、Rambus和MIPS在十大IP供應(yīng)商排行中居前3位。第四十八頁，共九十三頁，2022年，8月28日嵌入式SoC當(dāng)然，并不是所需要的IP內(nèi)核模塊都可以從市場(chǎng)上買得到。為了壟斷市場(chǎng)，有一些公司開發(fā)出來的關(guān)鍵IP內(nèi)核模塊（至少暫時(shí)）是不愿意授權(quán)轉(zhuǎn)讓使用的。像這樣的IP內(nèi)核模塊就不得不自己組織力量來開發(fā)。而ARM公司以IP提供者的身份向各大半導(dǎo)體制造商出售知識(shí)產(chǎn)權(quán)，自己卻不介入芯片的生產(chǎn)和銷售。ARM芯核的卓越特性，使其成為32位嵌入式應(yīng)用開發(fā)工程師的首選;基于ARM處理器核的SoC芯片的應(yīng)用開發(fā)得到廣泛的應(yīng)用。SoC芯片已經(jīng)成為提高移動(dòng)通信、網(wǎng)絡(luò)、信息家電、高速計(jì)算、多媒體應(yīng)用及軍用電子系統(tǒng)性能的核心器件，是嵌入式系統(tǒng)的硬件核心。第四十九頁，共九十三頁，2022年，8月28日嵌入式SoC舉例我們以HMS30C7202為例講述一個(gè)實(shí)際的SoC。HMS30C7202是韓國(guó)現(xiàn)代公司開發(fā)的基于ARM720T內(nèi)核、主頻為70MHz、功能非常強(qiáng)大高集成度的片上系統(tǒng)，它片內(nèi)外設(shè)的資源很多，廣泛應(yīng)用于PDA、智能電器、工業(yè)控制、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、音頻設(shè)備、電子圖書、POS等。圖是HMS30C7202的功能和系統(tǒng)配置圖。其片上外圍設(shè)備包括UART、USB、PS2和CAN接口，I2S接口通過外部DAC提供高質(zhì)量的音頻輸出。電源管理單元的特點(diǎn)是低功耗。第五十頁，共九十三頁，2022年，8月28日第五十一頁，共九十三頁，2022年，8月28日多核處理器雙核或多核處理器早已在SOC、多媒體、網(wǎng)絡(luò)等一些嵌入式處理器中采用。但真正引人注目的是多核技術(shù)被引入到最高性能的通用處理器中。將兩個(gè)或多個(gè)CPU核封裝在一個(gè)芯片內(nèi)部，可節(jié)省大量的晶體管和封裝成本，同時(shí)還能顯著提高處理器的性能。另外，由于多核處理器對(duì)外的“界面”是統(tǒng)一的，用戶不會(huì)在主板、硬件體系方面做大的改變，從兼容性和系統(tǒng)升級(jí)成本方面來考慮有諸多的優(yōu)勢(shì)。實(shí)現(xiàn)兩個(gè)或多個(gè)內(nèi)核協(xié)調(diào)工作通常采用對(duì)稱（Symmetric）多處理技術(shù)和非對(duì)稱多處理（Asymmetric）兩種方式。例如IBMPower4處理器采用對(duì)稱多處理技術(shù)，將兩顆完全一樣的處理器封裝在一個(gè)芯片內(nèi)，達(dá)到雙倍或接近雙倍的處理性能，由于共享了緩存和系統(tǒng)總線，因此這種做法的優(yōu)點(diǎn)是能節(jié)省運(yùn)算資源。例如TI公司的OMAP5910雙核處理器采用一種非對(duì)稱多處理的工作方式，即兩個(gè)處理內(nèi)核彼此不同，各自處理和執(zhí)行特定的功能，在軟件的協(xié)調(diào)下分擔(dān)不同的計(jì)算任務(wù)，比如一個(gè)執(zhí)行加密，而另一個(gè)執(zhí)行TCP/IP協(xié)議處理。第五十二頁，共九十三頁，2022年，8月28日嵌入式外圍接口電路和設(shè)備接口根據(jù)外圍設(shè)備的功能可分為以下5類

存儲(chǔ)器類型通信接口輸入輸出設(shè)備設(shè)備擴(kuò)展接口電源及輔助設(shè)備第五十三頁，共九十三頁，2022年，8月28日設(shè)備擴(kuò)展接口

簡(jiǎn)單的嵌入式系統(tǒng)如具有簡(jiǎn)單的記事本、備忘錄以及日程計(jì)劃等功能的PDA，它所需要存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)量并不需要很大的內(nèi)存。由于目前的嵌入式系統(tǒng)功能越來越復(fù)雜，需要大容量?jī)?nèi)存，大的內(nèi)存使得系統(tǒng)成本和體積加大。目前一些高端的嵌入式系統(tǒng)都會(huì)預(yù)留可擴(kuò)展存儲(chǔ)設(shè)備接口，為日后用戶有特別需求時(shí)，可購(gòu)買符合擴(kuò)展接口規(guī)格的裝置直接接入系統(tǒng)使用。

常用的擴(kuò)展卡還有各種CF卡、SD卡、MemoryStick等。目前高端的嵌入式系統(tǒng)都留有一定的擴(kuò)展卡接口。

第五十四頁，共九十三頁，2022年，8月28日1.3.3嵌入式系統(tǒng)軟件的層次結(jié)構(gòu)如當(dāng)設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單的應(yīng)用程序時(shí)，可以不使用操作系統(tǒng)，但是當(dāng)設(shè)計(jì)較復(fù)雜的程序時(shí)，可能就需要一個(gè)操作系統(tǒng)（OS）來管理、控制內(nèi)存、多任務(wù)、周邊資源等等。依據(jù)系統(tǒng)所提供的程序界面來編寫應(yīng)用程序，可以大大的減少應(yīng)用程序員的負(fù)擔(dān)。對(duì)于使用操作系統(tǒng)的嵌入式系統(tǒng)來說，嵌入式系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)一般包含四個(gè)層面：設(shè)備驅(qū)動(dòng)層、實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)（RTOS）、應(yīng)用程序接口（API）層、實(shí)際應(yīng)用程序?qū)印Ｓ行┵Y料將應(yīng)用程序接口API歸屬于OS層，如圖1-1的上半部分所示的嵌入式系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)，是按三層劃分的。由于硬件電路的可裁減性和嵌入式系統(tǒng)本身的特點(diǎn)，其軟件部分也是可裁減的。對(duì)于功能簡(jiǎn)單僅包括應(yīng)用程序的嵌入式系統(tǒng)一般不使用操作系統(tǒng)，僅有應(yīng)用程序和設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序。現(xiàn)代高性能嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用越來越廣泛，操作系統(tǒng)使用成為必然發(fā)展趨勢(shì)。本節(jié)主要講述的具有操作系統(tǒng)的嵌入式軟件層次。第五十五頁，共九十三頁，2022年，8月28日1．中間層中間層也稱為硬件抽象層（HardwareAbstractLayer，HAL）或板級(jí)支持包（BoardSupportPackage，BSP），位于硬件層和軟件層之間，將系統(tǒng)上層軟件與底層硬件分離開來。BSP作為上層軟件與硬件平臺(tái)之間的接口，需要為操作系統(tǒng)提供操作和控制具體硬件的方法。不同的操作系統(tǒng)具有各自的軟件層次結(jié)構(gòu)，BSP需要為不同的操作系統(tǒng)提供特定的硬件接口形式。BSP使上層軟件開發(fā)人員無需關(guān)心底層硬件的具體情況，根據(jù)BSP層提供的接口即可進(jìn)行開發(fā)。BSP是一個(gè)介于操作系統(tǒng)和底層硬件之間的軟件層次，包括了系統(tǒng)中大部分與硬件聯(lián)系緊密的軟件模塊。BSP一般包含相關(guān)底層硬件的初始化、數(shù)據(jù)的輸入／輸出操作和硬件設(shè)備的配置等功能。第五十六頁，共九十三頁，2022年，8月28日（1）嵌入式系統(tǒng)硬件初始化系統(tǒng)初始化過程按照自底向上、從硬件到軟件的次序依次可以分為片級(jí)初始化、板級(jí)初始化和系統(tǒng)級(jí)初始化3個(gè)主要環(huán)節(jié)。①片級(jí)初始化是一個(gè)純硬件的初始化過程，包括設(shè)置嵌入式微處理器的核心寄存器和控制寄存器、嵌入式微處理器核心工作模式和嵌入式微處理器的局部總線模式等。片級(jí)初始化把嵌入式微處理器從上電時(shí)的默認(rèn)狀態(tài)設(shè)置成系統(tǒng)所要求的工作狀態(tài)。②板級(jí)初始化是一個(gè)同時(shí)包含軟硬件兩部分在內(nèi)的初始化過程，完成嵌入式微處理器以外的其他硬件設(shè)備的初始化，設(shè)置某些軟件的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和參數(shù)，為隨后的系統(tǒng)級(jí)初始化和應(yīng)用程序的運(yùn)行建立硬件和軟件環(huán)境。③系統(tǒng)級(jí)初始化主要進(jìn)行操作系統(tǒng)的初始化。BSP將對(duì)嵌入式微處理器的控制權(quán)轉(zhuǎn)交給嵌入式操作系統(tǒng)，由操作系統(tǒng)完成余下的初始化操作，包含加載和初始化與硬件無關(guān)的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，建立系統(tǒng)內(nèi)存區(qū)，加載并初始化其他系統(tǒng)軟件模塊，如網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、文件系統(tǒng)等。最后，操作系統(tǒng)創(chuàng)建應(yīng)用程序環(huán)境，并將控制權(quán)交給應(yīng)用程序的入口。第五十七頁，共九十三頁，2022年，8月28日（2）硬件相關(guān)的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序

BSP中包含硬件相關(guān)的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，但是這些設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序通常不直接由BSP使用，而是在系統(tǒng)初始化過程中由BSP將他們與操作系統(tǒng)中通用的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序關(guān)聯(lián)起來，并在隨后的應(yīng)用中由通用的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序調(diào)用，實(shí)現(xiàn)對(duì)硬件設(shè)備的操作。2．系統(tǒng)軟件層

系統(tǒng)軟件層通常包含有實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)（Real-timeOperationSystem，RTOS）、文件系統(tǒng)、圖形用戶接口（GraphicUserInterface，GUI）、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)及通用組件模塊組成。RTOS是嵌入式應(yīng)用軟件的基礎(chǔ)和開發(fā)平臺(tái)。（1）嵌入式操作系統(tǒng)（EmbeddedOperatingSystem，EOS）EOS負(fù)責(zé)嵌入式系統(tǒng)的軟件、硬件的資源分配、任務(wù)調(diào)度，控制協(xié)調(diào)。第五十八頁，共九十三頁，2022年，8月28日EOS除具備了一般操作系統(tǒng)最基本的任務(wù)調(diào)度、同步機(jī)制、中斷處理、文件處理等功能外，還具有如下特點(diǎn)：強(qiáng)實(shí)時(shí)性；支持開放性和可伸縮性的體系結(jié)構(gòu)，具有可裁減性；提供統(tǒng)一的設(shè)備驅(qū)動(dòng)接口；提供操作方便、簡(jiǎn)單、友好的圖形GUI和圖形界面；支持TCP/IP協(xié)議及其他協(xié)議，提供TCP/UDP/IP/PPP協(xié)議支持及統(tǒng)一的MAC訪問層接口，提供強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)功能；嵌入式操作系統(tǒng)的用戶接口通過系統(tǒng)的調(diào)用命令向用戶程序提供服務(wù)；嵌入式系統(tǒng)一旦開始運(yùn)行就不需要用戶過多的干預(yù)；嵌入式操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件被固化在嵌入式系統(tǒng)計(jì)算機(jī)的ROM中；具有良好的硬件適應(yīng)性（可移植性）。（2）文件系統(tǒng)嵌入式文件系統(tǒng)與通用操作系統(tǒng)的文件系統(tǒng)不完全相同，主要提供文件存儲(chǔ)、檢索和更新等功能，一般不提供保護(hù)和加密等安全機(jī)制。嵌入式文件系統(tǒng)通常支持FAT32、JFFS2、YAFFS等幾種標(biāo)準(zhǔn)的文件系統(tǒng)，一些嵌入式文件系統(tǒng)還支持自定義的實(shí)時(shí)文件系第五十九頁，共九十三頁，2022年，8月28日介質(zhì)，配置可同時(shí)打開的最大文件數(shù)等。同時(shí)，嵌入式文件系統(tǒng)可以方便的掛接不同存儲(chǔ)設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序，支持多種存儲(chǔ)設(shè)備。嵌入式文件系統(tǒng)以系統(tǒng)調(diào)用和命令方式提供文件的各種操作，如設(shè)置、修改對(duì)文件和目錄的存取權(quán)限，提供建立、修改、改變和刪除目錄等服務(wù)，提供創(chuàng)建、打開、讀寫、關(guān)閉和撤銷文件等服務(wù)。（3）圖形用戶接口（GUI）GUI使用戶可以通過窗口、菜單、按鍵等方式來方便地操作計(jì)算機(jī)或者嵌入式系統(tǒng)。嵌入式GUI與PC機(jī)上的GUI有著明顯的不同，嵌入式系統(tǒng)的GUI要求具有輕型、占用資源少、高性能、高可靠性、便于移植、可配置等特點(diǎn)。第六十頁，共九十三頁，2022年，8月28日實(shí)現(xiàn)嵌入式系統(tǒng)中的圖形界面一般采用下面的幾種方法：針對(duì)特定的圖形設(shè)備輸出接口，自行開發(fā)相應(yīng)的功能函數(shù)；購(gòu)買針對(duì)特定嵌入式系統(tǒng)的圖形中間軟件包；采用源碼開放的嵌入式GUI系統(tǒng)；使用獨(dú)立軟件開發(fā)商提供的嵌入式GUI產(chǎn)品。3．應(yīng)用軟件層應(yīng)用軟件層用來實(shí)現(xiàn)對(duì)被控對(duì)象的控制功能，由所開發(fā)的應(yīng)用程序組成，面向被控對(duì)象和用戶。為方便用戶操作，通常需要提供一個(gè)友好的人機(jī)界面。第六十一頁，共九十三頁，2022年，8月28日 嵌入式系統(tǒng)軟件的層次結(jié)構(gòu)具有操作系統(tǒng)的嵌入式軟件層次驅(qū)動(dòng)層程序?qū)崟r(shí)操作系統(tǒng)（RTOS）操作系統(tǒng)的應(yīng)用程序接口（API）應(yīng)用程序第六十二頁，共九十三頁，2022年，8月28日1.4嵌入式操作系統(tǒng)

嵌入式操作系統(tǒng) 嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng) 典型嵌入式操作系統(tǒng)介紹

第六十三頁，共九十三頁，2022年，8月28日嵌入式操作系統(tǒng)計(jì)算機(jī)由硬件和軟件兩部分組成，操作系統(tǒng)OS(OperatingSystem)是配置在計(jì)算機(jī)硬件上的第一層軟件，在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中占據(jù)了特殊重要的地位；操作系統(tǒng)可以解釋或理解為補(bǔ)平硬件差異的界面或是說隱藏硬件，讓應(yīng)用程序可以在上面運(yùn)行。通過由操作系統(tǒng)統(tǒng)一所提供出來的系統(tǒng)界面來寫應(yīng)用程序，無須考慮到不同硬件所造成的差異，讓程序設(shè)計(jì)人員能夠?qū)Ｗ⒂谒瞄L(zhǎng)領(lǐng)域的開發(fā)第六十四頁，共九十三頁，2022年，8月28日嵌入式操作系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)一般具有實(shí)時(shí)特點(diǎn)。所謂實(shí)時(shí)系統(tǒng)，是指一個(gè)優(yōu)先等級(jí)高的任務(wù)能夠獲得立即的、沒有延遲的服務(wù)，它不需要等候任何其它任務(wù)。而且在得到CPU的使用權(quán)后，它可以一直執(zhí)行到工作結(jié)束或是有更高等級(jí)的進(jìn)程出現(xiàn)為止。1.RTOS是指能夠在指定或者確定的時(shí)間內(nèi)完成系統(tǒng)功能和對(duì)外部或內(nèi)部、同步或異步時(shí)間做出響應(yīng)的系統(tǒng)，系統(tǒng)能夠處理和存儲(chǔ)控制系統(tǒng)所需要的大量數(shù)據(jù)。RTOS的正確性不僅依賴于系統(tǒng)計(jì)算的邏輯結(jié)果，還依賴于產(chǎn)生這個(gè)結(jié)果的時(shí)間。第六十五頁，共九十三頁，2022年，8月28日 嵌入式操作系統(tǒng)嵌入式操作系統(tǒng)相對(duì)于一般操作系統(tǒng)而言，僅指操作系統(tǒng)的內(nèi)核（或者微內(nèi)核），其他的諸如窗口系統(tǒng)界面或是通訊協(xié)議等模塊，可以另外選擇，目前大多數(shù)的嵌入式操作系統(tǒng)必須提供以下管理功能：多任務(wù)管理

存儲(chǔ)管理

周邊資源管理

中斷管理

第六十六頁，共九十三頁，2022年，8月28日2.實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)RTOS應(yīng)具有的特點(diǎn)（1）約束性

RTOS任務(wù)的約束包括時(shí)間約束、資源約束、執(zhí)行順序約束和性能約束。RTOS的任務(wù)具有時(shí)間約束性。時(shí)間約束是任何RTOS都固有的約束。時(shí)間約束性可分為“硬實(shí)時(shí)”和“軟實(shí)時(shí)”。硬實(shí)時(shí)是指在航空航天、軍事、核工業(yè)等一些關(guān)鍵領(lǐng)域中應(yīng)用的系統(tǒng)，時(shí)間要求必須能夠得到完全滿足，否則將造成不可預(yù)計(jì)的結(jié)果。軟實(shí)時(shí)通常是指在監(jiān)控系統(tǒng)、信息采集系統(tǒng)等某些應(yīng)用中，有時(shí)間約束要求，但偶爾違反不會(huì)造成嚴(yán)重影響。第六十七頁，共九十三頁，2022年，8月28日資源約束是指多個(gè)實(shí)時(shí)任務(wù)共享有限的資源時(shí)，必須按照一定的資源訪問控制協(xié)議進(jìn)行同步，以避免死鎖和高優(yōu)先級(jí)任務(wù)被低優(yōu)先級(jí)任務(wù)堵塞的時(shí)間（即優(yōu)先級(jí)倒置時(shí)間）不可預(yù)測(cè)。執(zhí)行順序約束是指各任務(wù)的啟動(dòng)和執(zhí)行必須滿足一定的時(shí)間和順序約束。例如，在分布式端到端（end-to-end）實(shí)時(shí)系統(tǒng)中，同一任務(wù)的各子任務(wù)之間存在前驅(qū)／后繼約束關(guān)系，需要執(zhí)行同步協(xié)議來管理子任務(wù)的啟動(dòng)和控制子任務(wù)的執(zhí)行，使它們滿足時(shí)間約束和系統(tǒng)可調(diào)度性要求。性能約束是指必須滿足如可靠性、可用性、可預(yù)測(cè)性、服務(wù)質(zhì)量（QualityofService，QoS）等性能指標(biāo)。第六十八頁，共九十三頁，2022年，8月28日（2）可預(yù)測(cè)性可預(yù)測(cè)性是指RTOS完成實(shí)時(shí)任務(wù)所需要的執(zhí)行時(shí)間應(yīng)是可知的?？深A(yù)測(cè)性是RTOS的一項(xiàng)重要性能要求?？深A(yù)測(cè)性包括硬件時(shí)延的可預(yù)測(cè)性和軟件系統(tǒng)的可預(yù)測(cè)性（包括應(yīng)用程序的響應(yīng)時(shí)間是可預(yù)測(cè)的，以及操作系統(tǒng)的可預(yù)測(cè)性）。在多種任務(wù)型RTOS中，不但包括周期任務(wù)、偶發(fā)任務(wù)、非周期任務(wù)，還包括非實(shí)時(shí)任務(wù)。多種類型任務(wù)的混合，使系統(tǒng)的可調(diào)度性、可預(yù)測(cè)性分析更加困難。第六十九頁，共九十三頁，2022年，8月28日（3）可靠性大多數(shù)RTOS要求有較高的可靠性，要求系統(tǒng)在最壞情況下都能正常工作或避免損失?？煽啃允荝TOS的重要性能指標(biāo)。（4）交互性外部環(huán)境是RTOS不可缺少的一個(gè)組成部分，外部環(huán)境往往是被控子系統(tǒng)，兩者相互作用構(gòu)成完整的實(shí)時(shí)系統(tǒng)。嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)一般作為控制系統(tǒng)，必須在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)對(duì)被控子系統(tǒng)請(qǐng)求做出反應(yīng)。被控子系統(tǒng)也必須能夠正常工作或準(zhǔn)備對(duì)任何異常行為采取動(dòng)作。第七十頁，共九十三頁，2022年，8月28日3.RTOS調(diào)度給定一組實(shí)時(shí)任務(wù)和系統(tǒng)資源，確定每個(gè)任務(wù)何時(shí)何地執(zhí)行的整個(gè)過程就是調(diào)度。而RTOS中調(diào)度的目的則是要盡可能地保證每個(gè)任務(wù)滿足它們的時(shí)間約束，及時(shí)對(duì)外部請(qǐng)求做出響應(yīng)。實(shí)時(shí)調(diào)度技術(shù)常用的有以下兩種。（1）搶占式調(diào)度和非搶占式調(diào)度搶占式調(diào)度通常是優(yōu)先級(jí)驅(qū)動(dòng)的調(diào)度。每個(gè)任務(wù)都有優(yōu)先級(jí)，任何時(shí)候具有最高優(yōu)先級(jí)且已啟動(dòng)的任務(wù)先執(zhí)行。搶占式調(diào)度實(shí)時(shí)性好、反應(yīng)快，調(diào)度算法相對(duì)簡(jiǎn)單，可優(yōu)先保證高優(yōu)先級(jí)任務(wù)的時(shí)間約束，其缺點(diǎn)是上下文切換多。而非搶占式調(diào)度是指不允許任務(wù)在執(zhí)行期間被中斷，任務(wù)一旦占用微處理器就必須執(zhí)行完畢或自愿放棄，其優(yōu)點(diǎn)是上下文切換少，缺點(diǎn)是微處理器有效資源利用率低，可調(diào)度性不好。第七十一頁，共九十三頁，2022年，8月28日2）靜態(tài)表驅(qū)動(dòng)策略和優(yōu)先級(jí)驅(qū)動(dòng)策略靜態(tài)表驅(qū)動(dòng)策略是一種離線調(diào)度策略，指在系統(tǒng)運(yùn)行前根據(jù)各任務(wù)的時(shí)間約束及關(guān)聯(lián)關(guān)系，采用某種搜索策略生成一張運(yùn)行時(shí)刻表。在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，調(diào)度器只需根據(jù)這張時(shí)刻表啟動(dòng)相應(yīng)的任務(wù)即可。優(yōu)先級(jí)驅(qū)動(dòng)策略指按照任務(wù)優(yōu)先級(jí)的高低確定任務(wù)的執(zhí)行順序。優(yōu)先級(jí)驅(qū)動(dòng)策略又分為靜態(tài)優(yōu)先級(jí)調(diào)度策略和動(dòng)態(tài)優(yōu)先級(jí)調(diào)度策略。靜態(tài)優(yōu)先級(jí)調(diào)度是指任務(wù)的優(yōu)先級(jí)分配好之后，在任務(wù)的運(yùn)行過程中，優(yōu)先級(jí)不會(huì)發(fā)生改變。靜態(tài)優(yōu)先級(jí)調(diào)度又稱為固定優(yōu)先級(jí)調(diào)度。動(dòng)態(tài)優(yōu)先級(jí)調(diào)度是指任務(wù)的優(yōu)先級(jí)可以隨著時(shí)間或系統(tǒng)狀態(tài)的變化而發(fā)生變化。第七十二頁，共九十三頁，2022年，8月28日4．RTOS分類RTOS主要分為強(qiáng)實(shí)時(shí)（HardReal-Time）系統(tǒng)和弱實(shí)時(shí)（SoftReal-Time）系統(tǒng)兩類。強(qiáng)實(shí)時(shí)系統(tǒng)應(yīng)用在航空航天、軍事、核工業(yè)等領(lǐng)域中，弱實(shí)時(shí)系統(tǒng)如視頻點(diǎn)播系統(tǒng)、信息采集與檢索系統(tǒng)等。5．實(shí)時(shí)任務(wù)分類實(shí)時(shí)任務(wù)的分類方法有多種，根據(jù)任務(wù)的周期劃分，可以分為周期任務(wù)、偶發(fā)任務(wù)和非周期任務(wù)3類。根據(jù)是否允許任務(wù)超時(shí)，以及超時(shí)后對(duì)系統(tǒng)造成的影響，任務(wù)又分為強(qiáng)實(shí)時(shí)任務(wù)、準(zhǔn)實(shí)時(shí)任務(wù)、弱實(shí)時(shí)任務(wù)和弱一強(qiáng)實(shí)時(shí)任務(wù)4類。6．RTOS操作系統(tǒng)和內(nèi)核RTOS從單用途專用系統(tǒng)向多用途通用操作系統(tǒng)（如實(shí)時(shí)Linux等）發(fā)展。RTOS從只支持強(qiáng)實(shí)時(shí)及其應(yīng)用發(fā)展到既支持強(qiáng)實(shí)時(shí)也支持弱實(shí)時(shí)及其應(yīng)用方面，如開放實(shí)時(shí)系統(tǒng)的服務(wù)質(zhì)量（QoS）多媒體應(yīng)用、復(fù)雜分布式實(shí)時(shí)系統(tǒng)等。第七十三頁，共九十三頁，2022年，8月28日大多嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用在實(shí)時(shí)環(huán)境中，因此嵌入式操作系統(tǒng)跟實(shí)時(shí)（Real-Time）操作系統(tǒng)密切聯(lián)系在一起。

實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)可以根據(jù)實(shí)際應(yīng)用環(huán)境的要求對(duì)內(nèi)核進(jìn)行剪裁和重新配置，組成可根據(jù)實(shí)際的不同應(yīng)用領(lǐng)域而有所不同。但以下幾個(gè)重要組成部分是不太變化的：實(shí)時(shí)內(nèi)核、網(wǎng)絡(luò)組件、文件系統(tǒng)和圖形接口等。第七十四頁，共九十三頁，2022年，8月28日應(yīng)用程序驅(qū)動(dòng)程序、硬件抽象層、板級(jí)支持包文件系統(tǒng)/圖形用戶接口驅(qū)動(dòng)層OS層應(yīng)用層擴(kuò)展模塊基本模塊進(jìn)程調(diào)度內(nèi)存管理調(diào)度文件管理進(jìn)程調(diào)度OS核圖形驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)庫模塊應(yīng)用程序接口（API）硬件（Hardware）網(wǎng)絡(luò)模塊調(diào)度圖1-4RTOS體系結(jié)構(gòu)圖第七十五頁，共九十三頁，2022年，8月28日典型嵌入式操作系統(tǒng)介紹

嵌入式操作系統(tǒng)的種類繁多，但大體上可分為兩種——商用型和免費(fèi)型。商用型的操作系統(tǒng)主要有VxWorks、WindowsCE、Psos、PalmOS、OS-9、LynxOS、QNX、LYNX等

免費(fèi)型的操作系統(tǒng)主要有Linux和μC/OS-II嵌入式系統(tǒng)需要的是一套高度簡(jiǎn)練、界面友善、質(zhì)量可靠、應(yīng)用廣泛、易開發(fā)、多任務(wù)，并且價(jià)格低廉的操作系統(tǒng)

第七十六頁，共九十三頁，2022年，8月28日 典型嵌入式操作系統(tǒng)介紹

μC/OS-II嵌入式操作系統(tǒng)內(nèi)核

VxWorks嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)

WinCE操作系統(tǒng)

Linux操作系統(tǒng)

第七十七頁，共九十三頁，2022年，8月28日μC/OS-II嵌入式操作系統(tǒng)內(nèi)核

μC/OS-II是一個(gè)可裁減的、源碼開放的、結(jié)構(gòu)小巧、可剝奪型的實(shí)時(shí)多任務(wù)內(nèi)核，主要面向中小型嵌入式系統(tǒng)，具有執(zhí)行效率高、占用空間小、可移植性強(qiáng)、實(shí)時(shí)性能優(yōu)良和可擴(kuò)展性強(qiáng)等特點(diǎn)。μC/OS-II中最多可以支持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)。實(shí)時(shí)內(nèi)核在任何時(shí)候都是運(yùn)行就緒了的最高優(yōu)先級(jí)的任務(wù)，是真正的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。μC/OS-II最大程度上使用ANSIC語言開發(fā)，現(xiàn)已成功移植到近40多種處理器體系上。第七十八頁，共九十三頁，2022年，8月28日嵌入式操作系統(tǒng)——VxWorksVxWorks操作系統(tǒng)是美國(guó)公司于1983年設(shè)計(jì)開發(fā)的一種嵌入式實(shí)時(shí)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(shí)時(shí)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(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，甚至在1997年4月登陸火星表面的火星探測(cè)器上也使用到了VxWorks。第七十九頁，共九十三頁，2022年，8月28日

WinCE操作系統(tǒng)

MicrosoftWindowsCE是針對(duì)有限資源的平臺(tái)而設(shè)計(jì)的多線程、完整優(yōu)先權(quán)、多任務(wù)的操作系統(tǒng)，但它不是一個(gè)硬實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。高度模塊化是WinCE的一個(gè)鮮為人知的特性，這一特性有利與它對(duì)從掌上電腦到專用的工業(yè)控制器的用戶電子設(shè)備進(jìn)行定制。WinCE操作系統(tǒng)的基本內(nèi)核需要至少200K的ROM，它支持

Win32API子集、多種用戶界面硬件、多種的串行和網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)、COM/OLE和其他的進(jìn)程間通訊的先進(jìn)方法。Microsoft公司為WindowsCE提供了PlatformBuilder和EmbeddedVisualStudio開發(fā)工具。第八十頁，共九十三頁，2022年，8月28日

WinCE操作系統(tǒng)WindowsCE嵌入式操作系統(tǒng)最大的特點(diǎn)是能提供與PC機(jī)類似的圖形界面和主要的應(yīng)用程序。WindowsCE嵌入式操作系統(tǒng)的界面顯示大多數(shù)在Windows里出現(xiàn)的標(biāo)準(zhǔn)部件，包括桌面、任務(wù)欄、窗口、圖標(biāo)和控件等等。這樣只要是對(duì)PC機(jī)上的Windows比較熟悉的用戶，可以很快地使用基于WindowsCE嵌入式操作系統(tǒng)的嵌入式設(shè)備。第八十一頁，共九十三頁，2022年，8月28日第八十二頁，共九十三頁，2022年，8月28日嵌入式Linux

Linux為嵌入式操作系統(tǒng)提供了一個(gè)極有吸引力的選擇，它是和UNIX相似、以核心為基礎(chǔ)、完全內(nèi)存保護(hù)、多任務(wù)多進(jìn)程的操作系統(tǒng)。它支持廣泛的計(jì)算機(jī)硬件，包括X86\MIPS\ARM\NEC\MOTOROLA等現(xiàn)有的大部分芯片。Linux在臺(tái)式機(jī)上的成功，使大家看到了Linux在嵌入式系統(tǒng)領(lǐng)域中的輝煌應(yīng)用前景。嵌入式Linux的主要特征：可應(yīng)用于多種硬件平臺(tái)。Linux可以隨意地配置，不需要任何的許可證或商家的合作它是免費(fèi)的，源代碼可以無償?shù)玫絃inux本身內(nèi)置網(wǎng)絡(luò)支持高度模塊化，使添加部件非常容易標(biāo)準(zhǔn)Linux的另一個(gè)特征是虛擬內(nèi)存的能力第八十三頁，共九十三頁，2022年，8月28日uClinux是一個(gè)完全符合GNU/GPL公約的操作系統(tǒng)，完全開放代碼。uClinux從Linux

2.0/2.4內(nèi)核派生而來，沿襲了主流Linux的絕大