嵌入式實(shí)習(xí)報告

電子工藝實(shí)習(xí)報告班級學(xué)號姓名同組人指導(dǎo)教師1月13一、嵌入式的概述：伴隨信息化技術(shù)的發(fā)展和數(shù)字化產(chǎn)品的普及，以計算機(jī)技術(shù)、芯片技術(shù)和軟件技術(shù)為關(guān)鍵的嵌入式系統(tǒng)再度成為目前研究和應(yīng)用的熱點(diǎn)，通信、計算機(jī)、消費(fèi)電子技術(shù)（3C）合一的趨勢正在逐漸形成，無所不在的網(wǎng)絡(luò)和無所不在的計算（everythingconnecting,everywherecomputing）正在將人類帶入一種嶄新的信息社會。二、實(shí)習(xí)目的學(xué)習(xí)和理解了嵌入式在生活中的重要作用和發(fā)展過程，純熟掌握ARM硬件體系構(gòu)造,熟悉linux下的嵌入式編程流程，積累自己的軟件編寫經(jīng)驗，可以參與并實(shí)現(xiàn)一種真實(shí)和完整的嵌入式項目，為此后的學(xué)習(xí)和將從事的技術(shù)工作打下堅實(shí)的基礎(chǔ)三、實(shí)習(xí)任務(wù)

第一階段Linux操作和編程基礎(chǔ) 重要簡介Linux的基本命令和基礎(chǔ)編程知識，包括Linux的文獻(xiàn)操作和目錄操作命令，VI編輯器，GCC編譯器，GDB調(diào)試器和Make項目管理工具等知識。第二階段嵌入式C語言編程基礎(chǔ) 重要簡介在嵌入式開發(fā)編程中C語言的重要概念和編程技巧中的重點(diǎn)難點(diǎn)，以復(fù)習(xí)串講和實(shí)例分析的形式，重點(diǎn)簡介包括函數(shù)與程序構(gòu)造，指針、數(shù)組和鏈表，庫函數(shù)的使用等知識。第三階段Linux上C強(qiáng)化編程訓(xùn)練 重要包括整數(shù)算法訓(xùn)練，遞歸和棧編程訓(xùn)練，位操作訓(xùn)練，指針訓(xùn)練，字符串訓(xùn)練和常用C庫函數(shù)編程接口實(shí)踐，強(qiáng)化學(xué)員對Linux下基本編程開發(fā)的理解和編碼調(diào)試的能力。第四階段Linux環(huán)境高級編程及項目開發(fā)編程實(shí)踐 重要包括系統(tǒng)編程(信號/系統(tǒng)調(diào)用/管道/FIFO/消息隊列/共享內(nèi)存等)，文獻(xiàn)I/O編程(文獻(xiàn)描述符/文獻(xiàn)讀寫接口/原子操作/阻塞與非阻塞IO等，多任務(wù)和多線程編程(進(jìn)程標(biāo)識/顧客標(biāo)識/fork與vfork/多線程概念/線程同步等)，網(wǎng)絡(luò)編程(網(wǎng)絡(luò)基本概念/套接口編程/網(wǎng)絡(luò)字節(jié)次序/Client/Server構(gòu)造/UDP編程)；掌握Linux下Socket編程的開發(fā)流程，熟悉網(wǎng)絡(luò)編程的調(diào)用接口函數(shù)和有關(guān)數(shù)據(jù)構(gòu)造，使學(xué)員初步具有在Linux上進(jìn)行系統(tǒng)編程開發(fā)的能力。同步綜合之前所學(xué)內(nèi)容和編程技術(shù)，以小組為單位進(jìn)行一種團(tuán)體合作項目的開發(fā)，考核內(nèi)容包括文獻(xiàn)I/O編程，多線程編程，網(wǎng)絡(luò)編程和項目文檔編寫。第五階段嵌入式處理器體系構(gòu)造及編程實(shí)踐 重要簡介ARM體系構(gòu)造及其基本編程知識，包括指令分類，尋址方式、指令集、存儲系統(tǒng)、異常中斷處理、匯編語言以及C\C++和匯編語言的混合編程等知識。同步結(jié)合ARM嵌入式開發(fā)板硬件設(shè)計原理和基本硬件設(shè)計流程，分析多種外設(shè)的工作原理和驅(qū)動機(jī)制，并自己動手實(shí)踐完畢一種ARM開發(fā)板上的編程大作業(yè)。第六階段嵌入式Linux開發(fā)基礎(chǔ)及高級應(yīng)用 重要簡介嵌入式Linux開發(fā)應(yīng)用程序的基本流程和知識，包括嵌入式Linux基本概念和開發(fā)流程、Bootloader工作原理、內(nèi)核淘汰配置和交叉編譯、根文獻(xiàn)系統(tǒng)制作、網(wǎng)絡(luò)編程以及圖形界面和數(shù)據(jù)庫開發(fā)等知識。同步獨(dú)立完畢一種基于嵌入式LinuxGUI的應(yīng)用編程大作業(yè)。第七階段嵌入式Linux驅(qū)動理論及驅(qū)動程序開發(fā)實(shí)踐 重要簡介嵌入式Linux上驅(qū)動程序開發(fā)規(guī)范，包括設(shè)備驅(qū)動程序概念、字符設(shè)備驅(qū)動程序、塊設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、網(wǎng)卡驅(qū)動以及常用嵌入式設(shè)備驅(qū)動開發(fā)等知識。同步獨(dú)立實(shí)現(xiàn)兩種嵌入式設(shè)備驅(qū)動程序的編寫，包括驅(qū)動模塊的調(diào)試和加載以及完整的項目開發(fā)文檔的編寫。第八階段嵌入式Linux項目團(tuán)體開發(fā)實(shí)踐鍛煉 重要包括設(shè)計并實(shí)現(xiàn)一種真實(shí)和完整的嵌入式項目的開發(fā)流程，波及到數(shù)據(jù)采集、網(wǎng)絡(luò)通訊、圖形顧客界面顯示以及嵌入式數(shù)據(jù)庫存儲系統(tǒng)等多種嵌入式Linux編程技術(shù)。規(guī)定學(xué)員建立起團(tuán)體開發(fā)和協(xié)同工作的企業(yè)項目開發(fā)模式的概念和流程，強(qiáng)化學(xué)員對編寫項目概要設(shè)計文檔和詳細(xì)設(shè)計文檔的理解，為就業(yè)前的職業(yè)技能和素質(zhì)訓(xùn)練做好充足準(zhǔn)備。四、實(shí)習(xí)內(nèi)容1.嵌入式的歷史與現(xiàn)實(shí)狀況

雖然嵌入式系統(tǒng)是近幾年才開始真正風(fēng)行起來的，但實(shí)際上嵌入式這個概念卻很早就已經(jīng)存在了，從上個世紀(jì)70年代單片機(jī)的出現(xiàn)到今天多種嵌入式微處理器、微控制器的廣泛應(yīng)用，嵌入式系統(tǒng)少說也有了近30年的歷史?？v觀嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展歷程，大體經(jīng)歷了如下四個階段：無操作系統(tǒng)階段

嵌入式系統(tǒng)最初的應(yīng)用是基于單片機(jī)的，大多以可編程控制器的形式出現(xiàn)，具有監(jiān)測、伺服、設(shè)備指示等功能，一般應(yīng)用于各類工業(yè)控制和飛機(jī)、導(dǎo)彈等武器裝備中，一般沒有操作系統(tǒng)的支持，只能通過匯編語言對系統(tǒng)進(jìn)行直接控制，運(yùn)行結(jié)束后再清除內(nèi)存。這些裝置雖然已經(jīng)初步具有了嵌入式的應(yīng)用特點(diǎn)，但僅僅只是使用8位的CPU芯片來執(zhí)行某些單線程的程序，因此嚴(yán)格地說還談不上"系統(tǒng)"的概念。

這一階段嵌入式系統(tǒng)的重要特點(diǎn)是：系統(tǒng)構(gòu)造和功能相對單一，處理效率較低，存儲容量較小，幾乎沒有顧客接口。由于這種嵌入式系統(tǒng)使用簡便、價格低廉，因而曾經(jīng)在工業(yè)控制領(lǐng)域中得到了非常廣泛的應(yīng)用，但卻無法滿足現(xiàn)今對執(zhí)行效率、存儲容量均有較高規(guī)定的信息家電等場所的需要。簡樸操作系統(tǒng)階段

20世紀(jì)80年代，伴隨微電子工藝水平的提高，IC制造商開始把嵌入式應(yīng)用中所需要的微處理器、I/O接口、串行接口以及RAM、ROM等部件統(tǒng)統(tǒng)集成到一片VLSI中，制造出面向I/O設(shè)計的微控制器，并一舉成為嵌入式系統(tǒng)領(lǐng)域中異軍突起的新秀。與此同步，嵌入式系統(tǒng)的程序員也開始基于某些簡樸的"操作系統(tǒng)"開發(fā)嵌入式應(yīng)用軟件，大大縮短了開發(fā)周期、提高了開發(fā)效率。

這一階段嵌入式系統(tǒng)的重要特點(diǎn)是：出現(xiàn)了大量高可靠、低功耗的嵌入式CPU（如PowerPC等），多種簡樸的嵌入式操作系統(tǒng)開始出現(xiàn)并得到迅速發(fā)展。此時的嵌入式操作系統(tǒng)雖然還比較簡樸，但已經(jīng)初步具有了一定的兼容性和擴(kuò)展性，內(nèi)核精致且效率高，重要用來控制系統(tǒng)負(fù)載以及監(jiān)控應(yīng)用程序的運(yùn)行。實(shí)時操作系統(tǒng)階段

20世紀(jì)90年代，在分布控制、柔性制造、數(shù)字化通信和信息家電等巨大需求的牽引下，嵌入式系統(tǒng)深入飛速發(fā)展，而面向?qū)崟r信號處理算法的DSP產(chǎn)品則向著高速度、高精度、低功耗的方向發(fā)展。伴隨硬件實(shí)時性規(guī)定的提高，嵌入式系統(tǒng)的軟件規(guī)模也不停擴(kuò)大，逐漸形成了實(shí)時多任務(wù)操作系統(tǒng)（RTOS），并開始成為嵌入式系統(tǒng)的主流。

這一階段嵌入式系統(tǒng)的重要特點(diǎn)是：操作系統(tǒng)的實(shí)時性得到了很大改善，已經(jīng)可以運(yùn)行在多種不一樣類型的微處理器上，具有高度的模塊化和擴(kuò)展性。此時的嵌入式操作系統(tǒng)已經(jīng)具有了文獻(xiàn)和目錄管理、設(shè)備管理、多任務(wù)、網(wǎng)絡(luò)、圖形顧客界面（GUI）等功能，并提供了大量的應(yīng)用程序接口（API），從而使得應(yīng)用軟件的開發(fā)變得愈加簡樸。面向Internet階段

二十一世紀(jì)無疑將是一種網(wǎng)絡(luò)的時代，將嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用到多種網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中去的呼聲自然也越來越高。目前大多數(shù)嵌入式系統(tǒng)還孤立于Internet之外，伴隨Internet的深入發(fā)展，以及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，嵌入式設(shè)備與Internet的結(jié)合才是嵌入式技術(shù)的真正未來。

信息時代和數(shù)字時代的到來，為嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展帶來了巨大的機(jī)遇，同步也對嵌入式系統(tǒng)廠商提出了新的挑戰(zhàn)。目前，嵌入式技術(shù)與Internet技術(shù)的結(jié)合正在推進(jìn)著嵌入式技術(shù)的飛速發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)的研究和應(yīng)用產(chǎn)生了如下新的明顯變化：新的微處理器層出不窮，嵌入式操作系統(tǒng)自身構(gòu)造的設(shè)計愈加便于移植，可以在短時間內(nèi)支持更多的微處理器。嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)成了一項系統(tǒng)工程，開發(fā)廠商不僅要提供嵌入式軟硬件系統(tǒng)自身，同步還要提供強(qiáng)大的硬件開發(fā)工具和軟件支持包。通用計算機(jī)上使用的新技術(shù)、新觀念開始逐漸移植到嵌入式系統(tǒng)中，如嵌入式數(shù)據(jù)庫、移動代理、實(shí)時CORBA等，嵌入式軟件平臺得到深入完善。各類嵌入式Linux操作系統(tǒng)迅速發(fā)展，由于具有源代碼開放、系統(tǒng)內(nèi)核小、執(zhí)行效率高、網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造完整等特點(diǎn)，很適合信息家電等嵌入式系統(tǒng)的需要，目前已經(jīng)形成了能與WindowsCE、PalmOS等嵌入式操作系統(tǒng)進(jìn)行有力競爭的局面。網(wǎng)絡(luò)化、信息化的規(guī)定伴隨Internet技術(shù)的成熟和帶寬的提高而日益突出，以往功能單一的設(shè)備如電話、手機(jī)、冰箱、微波爐等功能不再單一，構(gòu)造變得愈加復(fù)雜，網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)成為必然趨勢。精簡系統(tǒng)內(nèi)核，優(yōu)化關(guān)鍵算法，減少功耗和軟硬件成本。提供愈加友好的多媒體人機(jī)交互界面。2.體系構(gòu)造

根據(jù)國際電氣和電子工程師協(xié)會（IEEE）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"（devicesusedtocontrol,monitor,orassisttheoperationofequipment,machineryorplants）。一般而言，整個嵌入式系統(tǒng)的體系構(gòu)造可以提成四個部分：嵌入式處理器、嵌入式外圍設(shè)備、嵌入式操作系統(tǒng)和嵌入式應(yīng)用軟件，如圖1所示。圖1嵌入式系統(tǒng)的構(gòu)成嵌入式處理器

嵌入式系統(tǒng)的關(guān)鍵是多種類型的嵌入式處理器，嵌入式處理器與通用處理器最大的不一樣點(diǎn)在于，嵌入式CPU大多工作在為特定顧客群所專門設(shè)計的系統(tǒng)中，它將通用CPU中許多由板卡完畢的任務(wù)集成到芯片內(nèi)部，從而有助于嵌入式系統(tǒng)在設(shè)計時趨于小型化，同步還具有很高的效率和可靠性。

嵌入式處理器的體系構(gòu)造經(jīng)歷了從CISC（復(fù)雜指令集）至RISC（精簡指令集）和CompactRISC的轉(zhuǎn)變，位數(shù)則由4位、8位、16位、32位逐漸發(fā)展到64位。目前常用的嵌入式處理器可分為低端的嵌入式微控制器（MicroControllerUnit，MCU）、中高端的嵌入式微處理器（EmbeddedMicroProcessorUnit，EMPU）、用于計算機(jī)通信領(lǐng)域的嵌入式DSP處理器（EmbeddedDigitalSignalProcessor，EDSP）和高度集成的嵌入式片上系統(tǒng)（SystemOnChip，SOC）。

目前幾乎每個半導(dǎo)體制造商都生產(chǎn)嵌入式處理器，并且越來越多的企業(yè)開始擁有自主的處理器設(shè)計部門，據(jù)不完全記錄，全世界嵌入式處理器已經(jīng)超過1000多種，流行的體系構(gòu)造有30多種系列，其中以ARM、PowerPC、MC68000、MIPS等使用得最為廣泛。嵌入式外圍設(shè)備

在嵌入系統(tǒng)硬件系統(tǒng)中，除了中心控制部件（MCU、DSP、EMPU、SOC）以外，用于完畢存儲、通信、調(diào)試、顯示等輔助功能的其他部件，實(shí)際上都可以算作嵌入式外圍設(shè)備。目前常用的嵌入式外圍設(shè)備按功能可以分為存儲設(shè)備、通信設(shè)備和顯示設(shè)備三類。存儲設(shè)備重要用于各類數(shù)據(jù)的存儲，常用的有靜態(tài)易失型存儲器（RAM、SRAM）、動態(tài)存儲器（DRAM）和非易失型存儲器（ROM、EPROM、EEPROM、FLASH）三種，其中FLASH憑借其可擦寫次數(shù)多、存儲速度快、存儲容量大、價格廉價等長處，在嵌入式領(lǐng)域內(nèi)得到了廣泛應(yīng)用。

目前存在的絕大多數(shù)通信設(shè)備都可以直接在嵌入式系統(tǒng)中應(yīng)用，包括RS-232接口（串行通信接口）、SPI（串行外圍設(shè)備接口）、IrDA（紅外線接口）、I2C（現(xiàn)場總線）、USB（通用串行總線接口）、Ethernet（以太網(wǎng)接口）等。

由于嵌入式應(yīng)用場所的特殊性，一般使用的是陰極射線管（CRT）、液晶顯示屏（LCD）和觸摸板（TouchPanel）等外圍顯示設(shè)備。嵌入式操作系統(tǒng)

為了使嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)愈加以便和快捷，需要有專門負(fù)責(zé)管理存儲器分派、中斷處理、任務(wù)調(diào)度等功能的軟件模塊，這就是嵌入式操作系統(tǒng)。嵌入式操作系統(tǒng)是用來支持嵌入式應(yīng)用的系統(tǒng)軟件，是嵌入式系統(tǒng)極為重要的構(gòu)成部分，一般包括與硬件有關(guān)的底層驅(qū)動程序、系統(tǒng)內(nèi)核、設(shè)備驅(qū)動接口、通信協(xié)議、圖形顧客界面（GUI）等。嵌入式操作系統(tǒng)具有通用操作系統(tǒng)的基本特點(diǎn)，如可以有效管理復(fù)雜的系統(tǒng)資源，可以對硬件進(jìn)行抽象，可以提供庫函數(shù)、驅(qū)動程序、開發(fā)工具集等。但與通用操作系統(tǒng)相比較，嵌入式操作系統(tǒng)在系統(tǒng)實(shí)時性、硬件依賴性、軟件固化性以及應(yīng)用專用性等方面，具有愈加鮮明的特點(diǎn)。

嵌入式操作系統(tǒng)根據(jù)應(yīng)用場所可以分為兩大類：一類是面向消費(fèi)電子產(chǎn)品的非實(shí)時系統(tǒng)，此類設(shè)備包括個人數(shù)字助理（PDA）、移動電話、機(jī)頂盒（STB）等；另一類則是面向控制、通信、醫(yī)療等領(lǐng)域的實(shí)時操作系統(tǒng)，如WindRiver企業(yè)的VxWorks、QNX系統(tǒng)軟件企業(yè)的QNX等。實(shí)時系統(tǒng)（RealTimeSystem）是一種可以在指定或者確定期間內(nèi)完畢系統(tǒng)功能，并且對外部和內(nèi)部事件在同步或者異步時間內(nèi)能做出及時響應(yīng)的系統(tǒng)。在實(shí)時系統(tǒng)中，操作的對的性不僅依賴于邏輯設(shè)計的對的程度，并且與這些操作進(jìn)行的時間有關(guān)，也就是說，實(shí)時系統(tǒng)對邏輯和時序的規(guī)定非常嚴(yán)格，假如邏輯和時序控制出現(xiàn)偏差將會產(chǎn)生嚴(yán)重后果。

實(shí)時系統(tǒng)重要通過三個性能指標(biāo)來衡量系統(tǒng)的實(shí)時性，即響應(yīng)時間（ResponseTime）、生存時間（SurvivalTime）和吞吐量（Throughput）：響應(yīng)時間是實(shí)時系統(tǒng)從識別出一種外部事件到做出響應(yīng)的時間；生存時間是數(shù)據(jù)的有效等待時間，數(shù)據(jù)只有在這段時間內(nèi)才是有效的；吞吐量是在給定的時間內(nèi)系統(tǒng)可以處理的事件總數(shù)，吞吐量一般比平均響應(yīng)時間的倒數(shù)要小一點(diǎn)。

實(shí)時系統(tǒng)根據(jù)響應(yīng)時間可以分為弱實(shí)時系統(tǒng)、一般實(shí)時系統(tǒng)和強(qiáng)實(shí)時系統(tǒng)三種。弱實(shí)時系統(tǒng)在設(shè)計時的宗旨是使各個任務(wù)運(yùn)行得越快越好，但沒有嚴(yán)格限定某一任務(wù)必須在多長時間內(nèi)完畢，弱實(shí)時系統(tǒng)更多關(guān)注的是程序運(yùn)行成果的對的與否，以及系統(tǒng)安全性能等其他方面，對任務(wù)執(zhí)行時間的規(guī)定相對來講較為寬松，一般響應(yīng)時間可以是數(shù)十秒或者更長。一般實(shí)時系統(tǒng)是弱實(shí)時系統(tǒng)和強(qiáng)實(shí)時系統(tǒng)的一種折衷，它的響應(yīng)時間可以在秒的數(shù)量級上，廣泛應(yīng)用于消費(fèi)電子設(shè)備中。強(qiáng)實(shí)時系統(tǒng)則規(guī)定各個任務(wù)不僅要保證執(zhí)行過程和成果的對的性，同步還要保證在限定的時間內(nèi)完畢任務(wù)，響應(yīng)時間一般規(guī)定在毫秒甚至微秒的數(shù)量級上，這對波及到醫(yī)療、安全、軍事的軟硬件系統(tǒng)來說是至關(guān)重要的。

時限（deadline）是實(shí)時系統(tǒng)中的一種重要概念，指的是對任務(wù)截止時間的規(guī)定，根據(jù)時限對系統(tǒng)性能的影響程度，實(shí)時系統(tǒng)又可以分為軟實(shí)時系統(tǒng)（softreal-tim