嵌入式考試總結(jié)

嵌入式系統(tǒng)定義：以應(yīng)用為中心、以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)、軟件硬件可裁剪、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)。嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用：工業(yè)控制火控系統(tǒng)、飛行控制系統(tǒng)、測(cè)試儀器、醫(yī)療設(shè)備、游戲機(jī)應(yīng)用發(fā)展階段：無(wú)操作系統(tǒng)的嵌入算法階段、簡(jiǎn)單監(jiān)控式的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)階段、通用的嵌入式網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)階段嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)有了近30年的發(fā)展歷史，它是硬件和軟件交替發(fā)展的雙螺旋式發(fā)展嵌入式系統(tǒng)特點(diǎn)：1面向特定應(yīng)用、2可裁減、3.處理器體系結(jié)構(gòu)和類型多樣化。4.大多都有實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。5一般有實(shí)時(shí)性要求。6資源比較少。7軟件固化在存儲(chǔ)器芯片中。8通常要求功耗小。9集成度高。10嵌入式系統(tǒng)本身不具備自舉開發(fā)能力嵌入式系統(tǒng)的組成：硬件平臺(tái)、板級(jí)支持包（BSP）、操作系統(tǒng)、應(yīng)用程序嵌入式系統(tǒng)硬件平臺(tái)：嵌入式處理器、存儲(chǔ)器件、外設(shè)接口嵌入式CPU的特點(diǎn)：1對(duì)實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)具有很強(qiáng)的支持能力。2具有功能很強(qiáng)的存儲(chǔ)區(qū)保護(hù)功能。3處理器結(jié)構(gòu)可擴(kuò)展。4低功耗。嵌入式CPU的分類：嵌入式微控制器（EMCU）、嵌入式微處理器（EMPU）、嵌入式DSP處理器（EDSP）、嵌入式片上系統(tǒng)（ESoC）MCU(MicroControllerUnit)MCU芯片內(nèi)集成了ROM/EEPOM、RAM、總線、總線邏輯、I/O等必要功能和外設(shè)。已有20多年的歷史。如51，98/96。與MPU比，單片化、體積小，功耗、成本低，可靠性高，能節(jié)省系統(tǒng)開支、降低出錯(cuò)概率和減少高頻干擾適合控制系統(tǒng)。發(fā)展：內(nèi)核化（內(nèi)核+IP、內(nèi)核+FPGA、內(nèi)核+外圍模塊）、專用化（接口單片機(jī)、網(wǎng)絡(luò)單片機(jī)、射頻單片機(jī)、數(shù)采單片機(jī)、電力線載波…）DSP(DigitalSignalProcessor)專用于信號(hào)處理，采用哈佛體系結(jié)構(gòu)，指令系統(tǒng)特殊，具有較高的編譯效率和指令執(zhí)行速度。如數(shù)字濾波、快速傅立葉變換和離散余弦變換等DSP算法。MPU(MicroProcessorUnit)由CPU演變而來(lái),32位以上。與通用CPU比，MPU只保留與應(yīng)用相關(guān)的功能和硬件，除去冗余的功能部分，實(shí)現(xiàn)最少的功耗和資源，滿足嵌入式需求。與工業(yè)控制計(jì)算機(jī)比，MPU體積小，重量輕，成本低，可靠性高。常見(jiàn)的嵌入式處理器核：ARM、MIPS、PowerPC、68K、x86SoC(SystemonChip)是嵌入式系統(tǒng)多種形式的統(tǒng)一歸宿SOC最大的特點(diǎn)，成功實(shí)現(xiàn)軟硬件無(wú)縫結(jié)合，直接在處理器芯片內(nèi)嵌入操作系統(tǒng)的代碼模塊。SOC具有極高的綜合性。由于絕大部分系統(tǒng)構(gòu)件都是在系統(tǒng)內(nèi)部，整個(gè)系統(tǒng)特別簡(jiǎn)潔，不僅減少了功耗和體積，并且提高了可靠性，和設(shè)計(jì)效率。降低內(nèi)部工作電壓，減少芯片功耗；減少芯片引腳數(shù)目，簡(jiǎn)化制造過(guò)程；簡(jiǎn)化外圍驅(qū)動(dòng)單元，優(yōu)化處理速度；優(yōu)化內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)，降低系統(tǒng)噪聲馮.諾伊曼結(jié)構(gòu)，也稱普林斯頓結(jié)構(gòu)、程序指令存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器合并在一起的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)。程序指令存儲(chǔ)地址和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)地址指向同一個(gè)存儲(chǔ)器的不同物理位置，因此程序指令和數(shù)據(jù)的寬度相同，如英特爾公司的8086中央處理器的程序指令和數(shù)據(jù)都是16位寬。哈佛結(jié)構(gòu):程序指令存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)分開的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)。程序指令存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)分開，可以使指令和數(shù)據(jù)有不同的數(shù)據(jù)寬度，如Microchip公司的PIC16芯片的程序指令是14位寬度，而數(shù)據(jù)是8位寬度。中央處理器首先到程序指令存儲(chǔ)器中讀取程序指令內(nèi)容，解碼后得到數(shù)據(jù)地址，再到相應(yīng)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中讀取數(shù)據(jù)，并進(jìn)行下一步的操作（通常是執(zhí)行）。CISC：復(fù)雜指令集特點(diǎn)是指令數(shù)量龐大臃腫，具有大量的指令和尋址方式每個(gè)指令不管執(zhí)行頻度高低都處于同一個(gè)優(yōu)先級(jí)，程序員的編程工作相對(duì)容易。但它的致命弊端是執(zhí)行效率低下，處理器的晶體管被大量低效的指令所占據(jù)，資源利用率頗為低下。RISC：精簡(jiǎn)指令集8/2原則：80%的程序只使用20%的指令大多數(shù)程序只使用少量的指令就能夠運(yùn)行。在通道中只包含最有用的指令確保數(shù)據(jù)通道快速執(zhí)行每一條指令使CPU硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)變得更為簡(jiǎn)單嵌入式處理器采用RISC指令流水：執(zhí)行指令的過(guò)程：(1)取指令（Fetch）(2)譯碼（Decode）(3)取操作數(shù)（FetchOperant）(4)執(zhí)行指令（Execute）(5)寫回（WriteBack）采用指令流水線技術(shù)，提高處理器的執(zhí)行效率嵌入式處理器的技術(shù)指標(biāo)：1.功能：集成的存儲(chǔ)器、外設(shè)、接口等的種類和數(shù)量；2.字長(zhǎng)：字長(zhǎng)指數(shù)據(jù)總線位數(shù)；3.處理速度：4.尋址能力：尋址能力取決于地址總線的寬度；5.功耗：工作功耗、待機(jī)功耗等，功耗與頻率，功耗與電壓；6.溫度：民用、工業(yè)用、軍用、航天等級(jí)別。民用范圍為0℃～70℃嵌入式處理器的選擇：1、技術(shù)指標(biāo)原則：首要考慮功能，其次考慮對(duì)其他芯片的支持情況，再次考慮處理器的字長(zhǎng)、尋址空間、主頻、功耗等；2、熟悉原則:降低開發(fā)風(fēng)險(xiǎn)和難度;3、成本原則：處理器成本和額外成本；4、支持工具原則：選擇合適的軟件開發(fā)工具；5、整體原則：全盤考慮處理器和其他部件或軟件的兼容和約束嵌入式處理器的發(fā)展方向：1、多核結(jié)構(gòu)：在一個(gè)處理器中集成兩個(gè)或多個(gè)完整的CPU核；提升處理器的并行性能?？s短核間的互連和通信延遲。多核結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于優(yōu)化設(shè)計(jì)。2、更低的功耗：功耗更小，工作方式：等待、暫停、休眠、空閑、節(jié)電等；3、更先進(jìn)的工藝和更小的封裝；4、更寬的工作電壓范圍：3.3～5.5V2.2～6V。最低工作電壓1.8V。ARM（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優(yōu)點(diǎn)：全新設(shè)計(jì)的RISC結(jié)構(gòu)的32位處理器；因?yàn)槭侨碌脑O(shè)計(jì)，開始就是32位，沒(méi)有歷史遺留問(wèn)題（比如x86）。所以，更便于對(duì)處理器結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化；價(jià)格低廉；ARM公司不生產(chǎn)芯片，專心研究處理器內(nèi)核的解決方案；低功耗ARM架構(gòu)：32位ALU31個(gè)；32位通用寄存器及6位狀態(tài)寄存器；32X8位乘法器；32X32位桶型移位寄存器；指令譯碼及控制邏輯；指令流水線；數(shù)據(jù)地址寄存器ARM的流水線結(jié)構(gòu)：一條指令的執(zhí)行可分成若干階段：（1）取指，從存儲(chǔ)器中取出指令（FETCH）（2）譯碼，指令譯碼（DEC）（3）取操作數(shù)，如從寄存器讀?。≧EG）（4）執(zhí)行計(jì)算（ALU）（5）存儲(chǔ)器訪問(wèn)，操作數(shù)與存儲(chǔ)器有關(guān)（Mem）（6）結(jié)果寫回寄存器（RES）程序執(zhí)行時(shí)間：T(proc)=N(inst)*CPI/f(clk)T(proc)：程序執(zhí)行時(shí)間N(inst)：一個(gè)程序的指令CPI:執(zhí)行一條指令的平均周期f(clk):處理器的時(shí)鐘周期,減少程序執(zhí)行時(shí)間的關(guān)鍵是減少CPI流水線除了加深流水線的深度和加快時(shí)鐘頻率來(lái)提高流水線的效率和吞吐率外，還要解決：結(jié)構(gòu)相關(guān)：在流水線中重疊執(zhí)行的指令，產(chǎn)生資源沖突。ARM中采用I-Cache，D-Cache，ALU采用單獨(dú)加法器計(jì)算地址；數(shù)據(jù)相關(guān)：一條指令需要前面指令的執(zhí)行結(jié)果。定向技術(shù)（將ALU結(jié)果直接送到ALU輸入）、流水線互鎖（通過(guò)硬件檢測(cè)，暫停至定向技術(shù)可以解決）、編譯器優(yōu)化；控制相關(guān)：分支指令時(shí)。指令預(yù)測(cè)、計(jì)算分支轉(zhuǎn)移成功的PC值A(chǔ)RM存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)：ARM架構(gòu)處理器的存儲(chǔ)器尋址空間有4GB；有的帶有I-CACHE和D-CACHE；片內(nèi)不帶RAM和ROM。系統(tǒng)需要的RAM、ROM（包括FLASH）都通過(guò)總線外接；由于存儲(chǔ)器尋址空間達(dá)4GB，有的片內(nèi)帶有MMU；允許外接 PCMCIA存儲(chǔ)器的分類：與CPU的聯(lián)系：主存：直接和CPU交換信息；輔存：不能直接和CPU交換信息。按存儲(chǔ)元件使用的材料：半導(dǎo)體存儲(chǔ)器(常作主存)；磁存儲(chǔ)器(磁帶,磁盤)；光存儲(chǔ)器(光盤)。(對(duì)半導(dǎo)體存儲(chǔ)器)按讀寫工作方式可分：RAM（隨機(jī)存儲(chǔ)器),ROM（只讀存儲(chǔ)器）存儲(chǔ)器技術(shù)指標(biāo)：1.存儲(chǔ)容量,2.存取速度3.易失性4.只讀性5.功耗6.可靠性7.價(jià)格存儲(chǔ)空間的組織：實(shí)際存儲(chǔ)器由多種類型和容量的存儲(chǔ)芯片組成。合理安排每個(gè)存儲(chǔ)芯片的地址范圍。存儲(chǔ)空間的組織問(wèn)題實(shí)質(zhì)是地址譯碼電路的設(shè)計(jì)問(wèn)題。地址譯碼的過(guò)程包括兩個(gè)步驟：先選中某個(gè)存儲(chǔ)芯片（稱為片選），其次選中片內(nèi)的某個(gè)單元（稱為片內(nèi)尋址）。片選過(guò)程：由譯碼電路對(duì)高位地址進(jìn)行譯碼后產(chǎn)生的片選信號(hào)；片內(nèi)尋址：由地址譯碼電路對(duì)低位地址進(jìn)行譯碼實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)單元尋址。常用的片選方法：線選法、全譯碼法、部分譯碼法和混合譯碼法等。RAM是一種可讀可寫的內(nèi)存，在上電的情況下才能保持在存儲(chǔ)器中。（1）存放當(dāng)前正在執(zhí)行的程序和數(shù)據(jù)。（2）存放I/O緩沖數(shù)據(jù)（3）作為中斷服務(wù)程序中保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)信息的堆棧ROM分類：(1）掩膜型ROM：內(nèi)容在芯片生產(chǎn)出來(lái)之前指定。（2）PROM：一次性編程的只讀存儲(chǔ)器，OTP（OnceTimeProgram）。（3）EPROM：可以修改ROM中的數(shù)據(jù)，即重復(fù)燒錄。紫外線照射。4）E2PROM：斷電情況下保存數(shù)據(jù)，又能在應(yīng)用系統(tǒng)中在線修改Flash存儲(chǔ)器概述：Flash存儲(chǔ)器就是俗稱的閃存，它是一種非易失性存儲(chǔ)芯片，F(xiàn)lash存儲(chǔ)器具有高密度、低價(jià)格、非易失性、快速(讀取速度較快)及可用電擦除可編程等特點(diǎn)。Flash存儲(chǔ)器被廣泛應(yīng)用于各類移動(dòng)存儲(chǔ)器卡、U盤、數(shù)碼相機(jī)記憶卡、記憶棒等。Flash存儲(chǔ)器分類：Flash存儲(chǔ)器主要有NORFlash存儲(chǔ)器和NANDFlash存儲(chǔ)器兩類。NORFlash：基于Intel公司所開發(fā)的架構(gòu)，可以隨機(jī)讀取任意單元的內(nèi)容，讀取速度較快。寫入和擦除的速度較低，以塊(Block)為單位進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀/寫。最大優(yōu)點(diǎn)是可以直接從Flash中運(yùn)行程序，缺點(diǎn)是工藝復(fù)雜，價(jià)格也比較貴。NANDFlash：基于東芝公司(Toshiba)所開發(fā)的結(jié)構(gòu)通過(guò)I/O指令的方式進(jìn)行讀取，因此需要通過(guò)驅(qū)動(dòng)程序來(lái)讀取。存儲(chǔ)容量較大、成本較低，常用來(lái)制作記憶卡。存儲(chǔ)空間是按照塊和頁(yè)(Page)的概念來(lái)組織的。接口的功能：外設(shè)識(shí)別和尋址,速度匹配和緩沖,時(shí)序匹配,信息格式匹配和信息類型轉(zhuǎn)換等。接口的結(jié)構(gòu)：接口一般由數(shù)據(jù)存儲(chǔ)(緩沖)電路,控制命令邏輯電路,狀態(tài)設(shè)置和存儲(chǔ)電路構(gòu)成接口數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆绞剑?.程序查詢方式。2.中斷方式。3.DMA。接口設(shè)計(jì)的過(guò)程：接口設(shè)計(jì)首先在硬件上分析接口兩側(cè)情況.然后考慮CPU總線與I/O設(shè)備之間信號(hào)的轉(zhuǎn)換.合理選用I/O接口芯片.進(jìn)行硬件連接.最后進(jìn)行接口驅(qū)動(dòng)程序分析與設(shè)計(jì)。總線：是各種信號(hào)線的集合，是嵌入式系統(tǒng)中各部件之間傳輸數(shù)據(jù)、地址和控制信息的公共通路.總線的主要參數(shù):總線帶寬、總線位寬、總線工作頻率等幾個(gè).常用的總線:USB總線.I2C總線.DMA總線.SPI總線.I2S總線.CAN總線.RS232C/485總線.IEEE1394總線等電路:電路是由若干相互連接、相互作用的基本電子器件組成的具有特定功能的電子系統(tǒng)電路原理圖:描述元器件或芯片引腳的邏輯連接的圖紙，由元器件、連接、標(biāo)號(hào)等組成。印制電路板（PrintCircuitBoard，PCB）描述元器件或芯片引腳的物理連接的圖紙采用嵌入式操作系統(tǒng)的必要性：1提高系統(tǒng)的可靠性2提高開發(fā)效率，縮短開發(fā)周期3能充分發(fā)揮32位CPU的多任務(wù)潛力嵌入式操作系統(tǒng)的特點(diǎn)：具備一般操作系統(tǒng)的基本功能，如任務(wù)調(diào)度、同步機(jī)制、中斷處理和內(nèi)存管理等外，還有以下特點(diǎn)：(1)可拆裝性(2)支持實(shí)時(shí)性(3)統(tǒng)一的接口(4)操作方便簡(jiǎn)單(5)提供強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)功能(6)強(qiáng)穩(wěn)定性、弱交互性(7)固化代碼(8)更好的硬件適應(yīng)性實(shí)時(shí)系統(tǒng)主要衡量指標(biāo)：響應(yīng)時(shí)間（ResponseTime)控制應(yīng)用中最重要；生存時(shí)間(SurvivalTime)在此時(shí)間內(nèi)數(shù)據(jù)有效；吞吐量（Throughout)一定時(shí)間內(nèi)系統(tǒng)可以處理事件的總數(shù)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的分類：一.速度分，強(qiáng)實(shí)時(shí)系統(tǒng)、一般實(shí)時(shí)系統(tǒng)、弱實(shí)時(shí)系統(tǒng).二.確定性分，硬實(shí)時(shí)系統(tǒng)、軟實(shí)時(shí)系統(tǒng).三.軟件結(jié)構(gòu)分，1、單線程程序（1）循環(huán)輪詢：特點(diǎn)：對(duì)簡(jiǎn)單系統(tǒng)易于實(shí)現(xiàn)、沒(méi)有中斷，不會(huì)出現(xiàn)隨機(jī)性問(wèn)題、應(yīng)用領(lǐng)域有限、對(duì)大量I/O服務(wù)的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)困難、大的程序不便調(diào)試，適合慢速系統(tǒng)(2)有限狀態(tài)機(jī)：特點(diǎn)：小系統(tǒng)易于實(shí)現(xiàn)、可以執(zhí)行快速、只通過(guò)輸出功能改變機(jī)器的響應(yīng)、應(yīng)用領(lǐng)域有限、不能保證確定性、大系統(tǒng)難于調(diào)試。（3）事件驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，事件驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是能對(duì)外部時(shí)間直接響應(yīng)的系統(tǒng)。包括前后臺(tái)、實(shí)時(shí)多任務(wù)、多處理器。是RTOS的主要形式。四.開放性分1、商用系統(tǒng)：特點(diǎn)：充分滿足了模塊化設(shè)計(jì)的要求，可把程序按照模塊化的要求自然分解成若干獨(dú)立的任務(wù)。啟動(dòng)監(jiān)控任務(wù)程序，提高了系統(tǒng)的可靠性。良好的開發(fā)工具，提高了開發(fā)效率。特殊設(shè)計(jì)，避免系統(tǒng)崩潰。產(chǎn)品不斷升級(jí)。2、專用系統(tǒng)，一些專業(yè)廠家為本公司產(chǎn)品特制的OS，不提供應(yīng)用開發(fā)者使用。如CISCO的網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品的EPOC等。特點(diǎn)：操作系統(tǒng)功能較弱。針對(duì)性強(qiáng)、安全性高3、開放系統(tǒng)，如：各類嵌入式LINUX（RTLINU、μCLINUX）、μC/OS等。特點(diǎn)：源碼公開、功能簡(jiǎn)單、技術(shù)支持差、系統(tǒng)穩(wěn)定性差、對(duì)開發(fā)者要求高。典型的RTOS包括：1、RTOS基本內(nèi)核：RTOS基礎(chǔ)和核心。包括任務(wù)管理、中斷管理、基本的通信管理和內(nèi)存管理。其中對(duì)外設(shè)的管理只提供中斷管理，不提供具體的操作。2、擴(kuò)展內(nèi)核：方便用戶使用的擴(kuò)展，建立在基本內(nèi)核上。如GUI、TCP/IP、瀏覽器、電源管理、文件管理3、設(shè)備驅(qū)動(dòng)接口：在內(nèi)核和IO間，定義軟硬件的界線，方便RTOS移植和升級(jí)。有的統(tǒng)一于RTOS基本內(nèi)核。4、APIRTOS與通用操作系統(tǒng)的（GPOS）比較：基本設(shè)計(jì)原則：GPOS盡量縮短系統(tǒng)的平均響應(yīng)時(shí)間并提高系統(tǒng)的吞吐率，在單位時(shí)間內(nèi)為盡可能多的用戶請(qǐng)求提供服務(wù)。RTOS：采用各種算法和策略，始終保證系統(tǒng)行為的可預(yù)測(cè)性(predictability)，即在系統(tǒng)運(yùn)行的任何時(shí)刻，在任何情況下，實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的資源調(diào)配策略都能為爭(zhēng)奪資源(包括CPU、內(nèi)存、網(wǎng)絡(luò)帶寬等)的多個(gè)實(shí)時(shí)任務(wù)合理地分配資源，使每個(gè)實(shí)時(shí)任務(wù)的實(shí)時(shí)性要求都能得到滿足。與通用操作系統(tǒng)不同，實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)注重的不是系統(tǒng)的平均表現(xiàn)，而是要求每個(gè)實(shí)時(shí)任務(wù)在最壞情況下都要滿足其實(shí)時(shí)性要求.任務(wù)調(diào)度策略：GPOS：基于優(yōu)先級(jí)的搶先式調(diào)度策略，對(duì)于優(yōu)先級(jí)相同的進(jìn)程則采用時(shí)間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度方式，用戶進(jìn)程可以通過(guò)系統(tǒng)調(diào)用動(dòng)態(tài)地調(diào)整自己的優(yōu)先級(jí)，操作系統(tǒng)也可根據(jù)情況調(diào)整某些進(jìn)程的優(yōu)先級(jí)。RTOS：采用固定優(yōu)先級(jí)搶先式調(diào)度方式，進(jìn)程的優(yōu)先級(jí)是固定不變的，并且該優(yōu)先級(jí)是在運(yùn)行前通過(guò)某種優(yōu)先級(jí)分配策略來(lái)指定的。內(nèi)存管理：GPOS：虛存管理機(jī)制RTOS：在原有虛存管理機(jī)制的基礎(chǔ)上增加頁(yè)面鎖。得到了虛存管理機(jī)制為軟件開發(fā)帶來(lái)的好處，又提高了系統(tǒng)的可預(yù)測(cè)性。缺點(diǎn)是由于TLB等機(jī)制的設(shè)計(jì)也是按照注重平均表現(xiàn)的原則進(jìn)行的，因此系統(tǒng)的可預(yù)測(cè)性并不能完全得到保障，采用靜態(tài)內(nèi)存劃分的方式，為每個(gè)實(shí)時(shí)任務(wù)劃分固定的內(nèi)存區(qū)域。這種方式的優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)具有較好的可預(yù)測(cè)性，缺點(diǎn)是靈活性不夠好。中斷處理GPOS：中斷處理程序的優(yōu)先級(jí)被設(shè)定為高于任何用戶進(jìn)程。RTOS：一種是除時(shí)鐘中斷外，屏蔽所有其它中斷，中斷處理程序變?yōu)橹芷谛缘妮喸儾僮鳎@些操作由核心態(tài)的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序或由用戶態(tài)的設(shè)備支持庫(kù)來(lái)完成。優(yōu)點(diǎn)：充分保證了系統(tǒng)的可預(yù)測(cè)性。缺點(diǎn)：對(duì)環(huán)境變化的響應(yīng)可能不如上述中斷處理方式快，另外輪詢操作在一定程度上降低了CPU的有效利用率。另一種是對(duì)于采用輪詢方式無(wú)法滿足需求的外部事件，采用中斷方式，其它時(shí)間仍然采用輪詢方式。此時(shí)中斷處理程序與所以其它任務(wù)一樣擁有優(yōu)先級(jí)，調(diào)度器根據(jù)優(yōu)先級(jí)對(duì)處于就緒態(tài)的任務(wù)和中斷處理程序統(tǒng)一進(jìn)行處理器調(diào)度。這種方式使外部事件的響應(yīng)速度加快，并避免了上述中斷方式帶來(lái)第二個(gè)問(wèn)題，但第一個(gè)問(wèn)題仍然存在。共享資源的互斥訪問(wèn)GPOS：采用信號(hào)量機(jī)制來(lái)解決共享資源的互斥訪問(wèn)RTOS：對(duì)傳統(tǒng)的信號(hào)量機(jī)制進(jìn)行了一些擴(kuò)展，引入了如優(yōu)先級(jí)繼承協(xié)議、優(yōu)先級(jí)頂置協(xié)議以及StackResourcePolicy等機(jī)制，較好地解決了優(yōu)先級(jí)倒置的問(wèn)題。系統(tǒng)調(diào)用以及系統(tǒng)內(nèi)部操作的時(shí)間開銷進(jìn)程通過(guò)系統(tǒng)調(diào)用得到操作系統(tǒng)提供的服務(wù)，操作系統(tǒng)通過(guò)內(nèi)部操作（如上下文切換等）來(lái)完成一些內(nèi)部管理工作。為保證系統(tǒng)的可預(yù)測(cè)性，實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)中的所有系統(tǒng)調(diào)用以及系統(tǒng)內(nèi)部操作的時(shí)間開銷都應(yīng)是有界的，并且該界限是一個(gè)具體的量化數(shù)值。而在通用操作系統(tǒng)中對(duì)這些時(shí)間開銷則未做如此限制系統(tǒng)的可重入性在通用操作系統(tǒng)中，核心態(tài)系統(tǒng)調(diào)用往往是不可重入的，當(dāng)一低優(yōu)先級(jí)任務(wù)調(diào)用核心態(tài)系統(tǒng)調(diào)用時(shí)，在該時(shí)間段內(nèi)到達(dá)的高優(yōu)先級(jí)任務(wù)必須等到低優(yōu)先級(jí)的系統(tǒng)調(diào)用完成才能獲得CPU，這就降低了系統(tǒng)的可預(yù)測(cè)性。因此，實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)中的核心態(tài)系統(tǒng)調(diào)用往往設(shè)計(jì)為可重入的。輔助工具實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)額外提供了一些輔助工具，如實(shí)時(shí)任務(wù)在最壞情況下的執(zhí)行時(shí)間估算工具、系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性驗(yàn)證工具等，可幫助工程師進(jìn)行系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性驗(yàn)證工作。操作系統(tǒng)的移植：嵌入式操作系統(tǒng)還有一個(gè)特點(diǎn)是，針對(duì)不同的平臺(tái)，系統(tǒng)不是直接可用的，一般需要經(jīng)過(guò)針對(duì)專門平臺(tái)的移植操作系統(tǒng)才能正常工作。嵌入式操作系統(tǒng)移植的目的是指使操作系統(tǒng)能在某個(gè)微處理器或微控制器上運(yùn)行操作系統(tǒng)的移植大體可以分為三個(gè)層次：結(jié)構(gòu)層次的移植。如果待移植處理器的結(jié)構(gòu)不同于任何已經(jīng)支持的處理器結(jié)構(gòu)。平臺(tái)層次的移植。如果待移植處理器是某種操作系統(tǒng)已支持體系的處理器。板級(jí)移植。如果所用處理器已被操作系統(tǒng)支持，就只需要板級(jí)移植了。包括驅(qū)動(dòng)程序的編寫和環(huán)境變量設(shè)置等內(nèi)容等WindowsCE系統(tǒng)架構(gòu)：WindowsCE屬于比較典型的微內(nèi)核操作系統(tǒng)。在內(nèi)核中僅僅實(shí)現(xiàn)進(jìn)程、線程、調(diào)度及內(nèi)存管理等最基本的模塊，而把圖形系統(tǒng)、文件系統(tǒng)及設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序等等都作為單獨(dú)的用戶進(jìn)程來(lái)實(shí)現(xiàn)WinCE系統(tǒng)包括四層結(jié)構(gòu)：應(yīng)用程序、WinCE內(nèi)核映像、板級(jí)支持包（BSP）、硬件平臺(tái)。BSP(BoardSupportPacket——板級(jí)支持包)是介于底層硬件和上層軟件之間的底層軟件開發(fā)包，它主要的功能是給上層提供統(tǒng)一接口，同時(shí)屏蔽各種硬件底層的差異，以及提供操作系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)及硬件驅(qū)動(dòng)。簡(jiǎn)單的說(shuō)，就是BSP包含了所有與硬件有關(guān)的代碼，為操作系統(tǒng)提供了硬件平臺(tái)無(wú)關(guān)性BSP組成：是一個(gè)包括啟動(dòng)程序Bootloader、OEM適配層程序(OAL)、標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)板(SDB)和相關(guān)硬件設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序和配置文件的軟件包。WinCEBSP組成：OEM改編層，Bootloader，設(shè)備驅(qū)動(dòng)，配置文件WindowsCE開發(fā)環(huán)境搭建：1安裝ActiveSync4.5用于連接WindowsCE設(shè)備和安裝桌面Windows的PC機(jī)的工具2安裝VisualStudio2005開發(fā)套件3安裝VisualStudio2005SP14安裝目標(biāo)設(shè)備SDK：WindowsMobile6professionalSDK，WindowsMobile6professionalimage（CHS）嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)模式：嵌入式的開發(fā)與通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的開發(fā)的最大不同是嵌入式系統(tǒng)采用交叉開發(fā)的架構(gòu)。首先，利用主機(jī)系統(tǒng)上豐富的資源及良好的開發(fā)環(huán)境開發(fā)和仿真調(diào)試目標(biāo)系統(tǒng)上的軟件。然后通過(guò)接口將交叉編譯的目標(biāo)代碼傳輸?shù)侥繕?biāo)系統(tǒng)上，并用交叉調(diào)試器在監(jiān)控程序或?qū)崟r(shí)內(nèi)核/操作系統(tǒng)的支持下進(jìn)行實(shí)時(shí)分析和調(diào)度。最后，目標(biāo)系統(tǒng)在特定的環(huán)境下運(yùn)行嵌入式系統(tǒng)交叉開發(fā)環(huán)境：指用于嵌入式軟件開發(fā)的所有工具軟件的集合，一般包括文本編輯器，交叉編譯器，交叉調(diào)試器，仿真器，下載器等，由宿主機(jī)和目標(biāo)機(jī)組成，宿主機(jī)與目標(biāo)機(jī)之間在物理連接的基礎(chǔ)上建立起邏輯連接。嵌入式開發(fā)環(huán)境的建立：1根據(jù)目標(biāo)系統(tǒng)的處理器體系結(jié)構(gòu)選擇合適的工具和仿真器2根據(jù)目標(biāo)系統(tǒng)上的接口資源，選擇合適的開發(fā)主機(jī)和目標(biāo)系統(tǒng)的聯(lián)系方式3選擇合適的開發(fā)主機(jī)操作系統(tǒng)（WINDOWS，LINUX）4在目標(biāo)機(jī)和主機(jī)系統(tǒng)安裝相應(yīng)開發(fā)工具，建立開發(fā)環(huán)境5嵌入式軟件開發(fā)工具根據(jù)不同的階段分類：需求分析工具，軟件設(shè)計(jì)工具，編碼調(diào)試工具，測(cè)試工具，配置管理工具、維護(hù)工具等。嵌入式軟件開發(fā)工具根據(jù)嵌入式軟件開發(fā)分類：與嵌入式QS相關(guān)的開發(fā)工具，用于開發(fā)：基于嵌入式OS的應(yīng)用，部分驅(qū)動(dòng)程序等；與嵌入式QS無(wú)關(guān)的開發(fā)工具，用于開發(fā)：基本的驅(qū)動(dòng)程序，輔助硬件調(diào)試程序，系統(tǒng)軟件等交叉調(diào)試器：調(diào)試程序和被調(diào)試程序運(yùn)行在不同機(jī)器上的調(diào)試器。調(diào)試器通過(guò)某種方式能控制目標(biāo)機(jī)上被調(diào)試程序的運(yùn)行方式。通過(guò)調(diào)試器能查看和修改目標(biāo)機(jī)上的內(nèi)存、寄存器以及被調(diào)試程序中的變量等。典型的交叉調(diào)試器方法：CrashandBurn，ROMMoniter。ROMEmulator，InCircuitEmulator，OnChipDebuggingROMMoniter：ROMMonitor是被固化且運(yùn)行在目標(biāo)機(jī)上的一段程序，負(fù)責(zé)監(jiān)控目標(biāo)機(jī)上被調(diào)試程序的運(yùn)行，與宿主機(jī)端的調(diào)試器一起完成對(duì)應(yīng)用程序的調(diào)試。調(diào)試器與ROMMonitor之間的通信遵循遠(yuǎn)程調(diào)試協(xié)議。ROMMonitor能配合調(diào)試器完成：程序映像下載；對(duì)目標(biāo)機(jī)系統(tǒng)內(nèi)存的讀寫；對(duì)寄存器的讀寫；設(shè)置和清除不同類型的斷點(diǎn)；單步執(zhí)行指令；復(fù)位系統(tǒng)等調(diào)試功能調(diào)試過(guò)程（1）啟動(dòng)目標(biāo)機(jī)，監(jiān)控器掌握對(duì)目標(biāo)機(jī)的控制，等待和調(diào)試器建立連接；（2）啟動(dòng)調(diào)試器，并和監(jiān)控器建立起通信連接；（3）使用調(diào)試器將應(yīng)用程序下載到目標(biāo)機(jī)上的RAM空間中；（4）使用調(diào)試器進(jìn)行調(diào)試，發(fā)出各種調(diào)試命令，監(jiān)控器解釋并執(zhí)行這些命令，通過(guò)目標(biāo)機(jī)上的各種異常來(lái)獲取對(duì)目標(biāo)機(jī)的控制，將命令執(zhí)行結(jié)果回傳給調(diào)試器；（5）如果程序有問(wèn)題，在調(diào)試器的幫助下定位錯(cuò)誤；修改之后再重新編譯鏈接并下載程序，開始新的調(diào)試，如此反復(fù)直至程序正確運(yùn)行為止。ROMEmulator：ROMEmulator是一種用于替代目標(biāo)機(jī)上的ROM芯片的設(shè)備，即ROM仿真器。利用這種設(shè)備，目標(biāo)機(jī)可以沒(méi)有ROM芯片，但目標(biāo)機(jī)的CPU可以讀取ROMEmulator設(shè)備上ROM芯片的內(nèi)容：ROMEmulator設(shè)備上的ROM芯片的地址可以實(shí)時(shí)地映射到目標(biāo)機(jī)的ROM地址空間，從而仿真（Emulation）目標(biāo)機(jī)的ROM。ICE（In-CircuitEmulator）是一種用于替代目標(biāo)機(jī)上CPU的設(shè)備，即在線仿真器。它比一般的CPU有更多的引出線，能夠?qū)?nèi)部的信號(hào)輸出到被控制的目標(biāo)機(jī)。ICE上的Memory也可以被映射到用戶的程序空間，這樣即使目標(biāo)機(jī)不存在的情形下也可以進(jìn)行代碼的調(diào)試。連接ICE和目標(biāo)機(jī)時(shí)，一般是將目標(biāo)機(jī)的CPU取下，而將ICE的CPU引出線接到目標(biāo)機(jī)的CPU插槽。用ICE進(jìn)行調(diào)試時(shí)，在Host端運(yùn)行的調(diào)試器通過(guò)ICE來(lái)控制目標(biāo)機(jī)上運(yùn)行的程序。適用于：調(diào)試實(shí)時(shí)的應(yīng)用系統(tǒng)；調(diào)試設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序；對(duì)硬件進(jìn)行功能和性能的測(cè)試；實(shí)時(shí)性能分析OCD（OnChipDebugging）是CPU芯片提供的一種調(diào)試功能（片上調(diào)試），可以認(rèn)為是一種廉價(jià)的ICE功能：OCD的價(jià)格只有ICE的20%，但提供了ICE80%的功能。調(diào)試方法：1) 將CPU的模式分為一般模式和調(diào)試模式2) 一般模式下，CPU從內(nèi)存讀取指令執(zhí)行3) 調(diào)試模式下，CPU首先從調(diào)試端口讀取指令，通過(guò)調(diào)試端口可以控制CPU進(jìn)入和退出調(diào)試模式；Host端的調(diào)試器可以直接向目標(biāo)機(jī)發(fā)送要執(zhí)行的指令，讀寫目標(biāo)機(jī)的內(nèi)存和各種寄存器，控制目標(biāo)程序的運(yùn)行以及完成各種復(fù)雜的調(diào)試功能。軟件仿真器調(diào)試的特點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn):最大好處就是可以不用真正的目標(biāo)機(jī)，可以在目標(biāo)機(jī)環(huán)境并不存在的條件下開發(fā)目標(biāo)機(jī)上的應(yīng)用系統(tǒng)，并且在調(diào)試時(shí)可以利用Host資源提供更詳細(xì)的錯(cuò)誤診斷信息。缺點(diǎn):和實(shí)際的運(yùn)行環(huán)境差別很大；設(shè)備模擬的局限性較大；實(shí)時(shí)特性較差；對(duì)Host的資源要求較高。適用范圍：對(duì)時(shí)間特性沒(méi)有嚴(yán)格要求、沒(méi)有特殊外設(shè)、只需要驗(yàn)證邏輯正確的應(yīng)用程序嵌入式軟件測(cè)試工具：能夠用來(lái)輔助測(cè)試的工具，主要用來(lái)支持測(cè)試人員的工作。一般有內(nèi)存分析工具，性能分析工具，覆蓋分析工具，缺陷跟蹤工具等。軟硬件分開設(shè)計(jì)存在問(wèn)題:缺少統(tǒng)一的軟硬件表示方法;劃分依靠先驗(yàn)定義;不能夠驗(yàn)證整個(gè)系統(tǒng);通過(guò)HW/SW邊界時(shí)很難發(fā)現(xiàn)不兼容問(wèn)題;缺少成熟的設(shè)計(jì)流程;上市時(shí)間問(wèn)題;描述更改變得困難軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)定義：軟硬件共同設(shè)計(jì)目的是為硬件和軟件的協(xié)同描述,驗(yàn)證和綜合提供一種集成環(huán)境軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)的基本需求：統(tǒng)一的軟硬件描述方式；交互式軟硬件劃分技術(shù)；完整的軟硬件模型基礎(chǔ)；正確的驗(yàn)證方法軟件硬件協(xié)同設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)流程：用HDL語(yǔ)言和C語(yǔ)言進(jìn)行系統(tǒng)描述并進(jìn)行模擬仿真和系統(tǒng)功能驗(yàn)證;對(duì)軟硬件實(shí)現(xiàn)進(jìn)行功能劃分,分別用語(yǔ)言進(jìn)行設(shè)計(jì)并將其綜合起來(lái)進(jìn)行功能驗(yàn)證和性能預(yù)測(cè)等仿真確認(rèn)(協(xié)調(diào)模擬仿真);如無(wú)問(wèn)題則進(jìn)行軟件和硬件詳細(xì)設(shè)計(jì);最后系統(tǒng)測(cè)試軟件硬件協(xié)同設(shè)計(jì)的特點(diǎn)：縮短開發(fā)周期；取得更好的設(shè)計(jì)效果；滿足苛刻的設(shè)計(jì)限制；這種平臺(tái)的推出將不僅包含芯片本身，還必須包含完整的開發(fā)系統(tǒng)和典型應(yīng)用實(shí)例，而供應(yīng)商提供的服務(wù)和技術(shù)支持也當(dāng)然要成為產(chǎn)品不可分割的一部分缺點(diǎn)：典型的手動(dòng)劃分（manualPartition）；固定應(yīng)用領(lǐng)域(carefullyveryspecialized)；逐漸增長(zhǎng)的評(píng)估需求支持很弱(noabstractmodels)；主要強(qiáng)調(diào)性能；模型的連貫性在設(shè)計(jì)重用中不被支持；商業(yè)系統(tǒng)更強(qiáng)調(diào)協(xié)同驗(yàn)證(co-verification)方面(moreachievablegoal)嵌入式系統(tǒng)典型的接口（RS232\RS484