嵌入式系統(tǒng)與單片機(jī).ppt

1、嵌入式系統(tǒng)與單片機(jī),北京科技大學(xué)電子信息系,第七講 嵌入式系統(tǒng)綜述,嵌入式在家電領(lǐng)域中,嵌入式在工控領(lǐng)域中,嵌入式產(chǎn)品及其開(kāi)發(fā),嵌入式技術(shù)發(fā)展趨勢(shì),嵌入式系統(tǒng)的基本概念,嵌入式在手機(jī)領(lǐng)域中,計(jì)算機(jī)工業(yè)的分類,以往我們按照計(jì)算機(jī)的體系結(jié)構(gòu)、運(yùn)算速度、結(jié)構(gòu)規(guī)模、適用領(lǐng)域，將其分為大型計(jì)算機(jī)、中型機(jī)、小型機(jī)和微計(jì)算機(jī)，并以此來(lái)組織學(xué)科和產(chǎn)業(yè)分工，這種分類沿襲了約40年。 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和產(chǎn)品對(duì)其它行業(yè)的廣泛滲透，以應(yīng)用為中心的分類方法變得更為切合實(shí)際，也就是按計(jì)算機(jī)的嵌入式應(yīng)用和非嵌入式應(yīng)用將其分為嵌入式計(jì)算機(jī)和通用計(jì)算機(jī)。,一、嵌入式系統(tǒng)的基本概念,什么是“嵌入式系統(tǒng)”? 根據(jù)IEEE（國(guó)際電氣和

2、電子工程師協(xié)會(huì)）的定義： 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”（原文為devices used to control, monitor, or assist the operation of equipment, machinery or plants）。 可以看出此定義是從應(yīng)用上考慮的，嵌入式系統(tǒng)是軟件和硬件的綜合體，還可以涵蓋機(jī)電等附屬裝置。,一般定義,“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、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)工業(yè)的特點(diǎn)和要求,嵌入式系統(tǒng)工業(yè)是不可壟斷的高度分散的工業(yè) 從某種意義上來(lái)說(shuō)，通用計(jì)算機(jī)行業(yè)的技

3、術(shù)是壟斷的。 嵌入式系統(tǒng)則不同，它是一個(gè)分散的工業(yè)，充滿了競(jìng)爭(zhēng)、機(jī)遇與創(chuàng)新，沒(méi)有哪一個(gè)系列的處理器和操作系統(tǒng)能夠壟斷全部市場(chǎng)。 嵌入式系統(tǒng)具有的產(chǎn)品特征 （1）量體裁衣 （2）生命周期較長(zhǎng) （3）軟件繼承性 （4）處理器發(fā)展穩(wěn)定性,嵌入式系統(tǒng)工業(yè)的特點(diǎn)和要求,嵌入式系統(tǒng)軟件的特征 （1）軟件要求固態(tài)化存儲(chǔ) （2）軟件代碼高質(zhì)量、高可靠性 （3）系統(tǒng)軟件(OS)的高實(shí)時(shí)性是基本要求 （4）多任務(wù)操作系統(tǒng)是知識(shí)集成的平臺(tái)和走向工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化道路的基礎(chǔ),嵌入式系統(tǒng)工業(yè)的特點(diǎn)和要求,嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)需要開(kāi)發(fā)工具和環(huán)境 嵌入式系統(tǒng)軟件需要RTOS開(kāi)發(fā)平臺(tái) 嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)人員以應(yīng)用專家為主,嵌入式系統(tǒng)是信息產(chǎn)業(yè)

4、走向二十一世紀(jì)知識(shí)經(jīng)濟(jì)時(shí)代的最重要的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)之一，這是一個(gè)不可壟斷的工業(yè)，對(duì)中國(guó)的信息產(chǎn)業(yè)來(lái)說(shuō)充滿了機(jī)遇和挑戰(zhàn)。 嵌入式工業(yè)的基礎(chǔ)是以應(yīng)用為中心的芯片設(shè)計(jì)和面向應(yīng)用的軟件開(kāi)發(fā)。實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)(RTOS)進(jìn)入嵌入式系統(tǒng)工業(yè)的意義，不亞于歷史上機(jī)械工業(yè)采用三視圖后的發(fā)展，對(duì)嵌入式軟件的標(biāo)準(zhǔn)化和加速知識(shí)創(chuàng)新是一個(gè)里程碑。 這兩點(diǎn)應(yīng)特別引起中國(guó)信息產(chǎn)業(yè)界的關(guān)注。,嵌入式處理器分類與現(xiàn)狀,嵌入式微處理器(Embedded Microprocessor Unit， EMPU) 嵌入式處理器目前主要有Am186/88、386EX、SC-400、Power PC、68000、MIPS、ARM系列等。 嵌

5、入式微控制器(Microcontroller Unit， MCU) 嵌入式DSP處理器(Embedded Digital Signal Processor， EDSP) 嵌入式DSP處理器比較有代表性的產(chǎn)品是TexasInstruments的TMS320系列和Motorola的DSP56000系列,嵌入式處理器分類與現(xiàn)狀,嵌入式片上系統(tǒng)(System On Chip),嵌入式系統(tǒng)的軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái),實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)(Real Time multi-tasking Operation System，RTOS) 實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)(RTOS)是嵌入式應(yīng)用軟件的基礎(chǔ)和開(kāi)發(fā)平臺(tái)。目前大多數(shù)嵌入式開(kāi)發(fā)還是

6、在單片機(jī)上直接進(jìn)行，沒(méi)有RTOS，但仍要有一個(gè)主程序負(fù)責(zé)調(diào)度各個(gè)任務(wù)。 RTOS是一段嵌入在目標(biāo)代碼中的程序，系統(tǒng)復(fù)位后首先執(zhí)行，相當(dāng)于用戶的主程序，用戶的其它應(yīng)用程序都建立在RTOS之上。不僅如此， RTOS還是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)核，將CPU時(shí)間、中斷、I/O、定時(shí)器等資源都包裝起來(lái)，留給用戶一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的API，并根據(jù)各個(gè)任務(wù)的優(yōu)先級(jí)，合理地在不同任務(wù)之間分配CPU時(shí)間。,實(shí)時(shí)系統(tǒng),實(shí)時(shí)系統(tǒng)是指能在確定的時(shí)間內(nèi)執(zhí)行其功能，并對(duì)外部的異步事件做出響應(yīng)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。其操作的正確性不僅依賴于邏輯設(shè)計(jì)的正確程度，而且與這些操作進(jìn)行的時(shí)間有關(guān)。 “在確定的時(shí)間內(nèi)”是該定義的核心。也就是說(shuō)，實(shí)時(shí)系統(tǒng)是對(duì)響應(yīng)時(shí)間

7、有嚴(yán)格要求的。 實(shí)時(shí)系統(tǒng)對(duì)邏輯和時(shí)序的要求非常嚴(yán)格，如果邏輯和時(shí)序出現(xiàn)偏差將會(huì)引起嚴(yán)重后果。,RTOS的基本結(jié)構(gòu),RTOS最關(guān)鍵的部分是實(shí)時(shí)多任務(wù)內(nèi)核，它的基本功能包括任務(wù)管理、定時(shí)器管理、存儲(chǔ)器管理、資源管理、事件管理、系統(tǒng)管理、消息管理、隊(duì)列管理、旗語(yǔ)管理等，這些管理功能是通過(guò)內(nèi)核服務(wù)函數(shù)形式交給用戶調(diào)用的，也就是RTOS的API。,嵌入式系統(tǒng)的幾個(gè)重要特征,嵌入式系統(tǒng),典型嵌入式系統(tǒng)的基本組成,嵌入式系統(tǒng)的基本要素,嵌入式處理器 嵌入式處理器是嵌入式系統(tǒng)的核心，是控制、輔助系統(tǒng)運(yùn)行的硬件單元。 位、 位單片機(jī)，16位、 32位、64位嵌入式CPU。 實(shí)時(shí)操作系統(tǒng) 實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)是嵌入式系統(tǒng)

8、目前最主要的組成部分。實(shí)時(shí)性需要調(diào)度一切可利用的資源完成實(shí)時(shí)控制任務(wù)，著眼于提高計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的使用效率，滿足對(duì)時(shí)間的限制和要求。,嵌入式處理器,嵌入式處理器的發(fā)展趨勢(shì) 經(jīng)濟(jì)性（成本） 微型化（封裝、功耗） 智能化（功能、速度） 嵌入式處理器的分類和現(xiàn)狀 微控制器（MCU）：如各種單片機(jī)芯片 微處理器（MPU）：X86系列、ARM系列等 數(shù)字信號(hào)處理器（DSP） 混合處理器和片上系統(tǒng)（SOC） 可編程片上系統(tǒng)（SOPC）：System On Programmble Chip,嵌入式產(chǎn)品處理器, 51/PIC/AVR性能價(jià)格比較高 Atmel/Philp/.兼容51的flash/掩膜單片機(jī)占據(jù)大量市

9、場(chǎng)份額。 68HC（Motolola）系列發(fā)展勢(shì)頭也不錯(cuò) 另外專用單片機(jī)如NEC/東芝/在特定行業(yè)應(yīng)用廣泛。 目前客戶開(kāi)始向高端發(fā)展，主要問(wèn)題是： 目前單片機(jī)的外圍擴(kuò)充代碼/數(shù)據(jù)空間困難。 單片機(jī)缺少協(xié)議處理功能，mips值低，外接ethernet/上tcp/ip協(xié)議困難 大屏幕LCD顯示接口/HDLC等需求用8位機(jī)實(shí)現(xiàn)困難。,X86系列CPU-Intel公司,CPU性能價(jià)格比良好 開(kāi)發(fā)簡(jiǎn)單，軟件兼容性好。 軟件資源豐富 開(kāi)發(fā)平臺(tái)簡(jiǎn)單 目前有大量工控104板，CPCI板可使用,方便二次開(kāi)發(fā)。,發(fā)展戰(zhàn)略是面向桌面計(jì)算市場(chǎng)，其發(fā)展重點(diǎn)是商用CPU 。目前比較重視通信和嵌入式市場(chǎng)，推出IXP系列，s

10、trongArm系列。 嵌入式產(chǎn)品系列：186，386ex，486ex.I960.,目前386EX和80188/186系列目前國(guó)內(nèi)工業(yè)控制/通信用量很大。,X86系列開(kāi)發(fā)介紹,X86系列c/c+開(kāi)發(fā)環(huán)境 cad-ul Paradigm gnu diab green hill,X86系列仿真/調(diào)試器,186/386/486全仿真器 SC520. 支持JTAG調(diào)試器 PI/PII/PIII.支持JTAG調(diào)試器 Geode GX.支持JTAG調(diào)試器,Motorola系列處理器,Motorola公司：是世界著名的處理器制造商，其CPU抗干擾能力強(qiáng)，適合工業(yè)控制/軍方應(yīng)用，MC68000微處理器占有美國(guó)

11、軍方市場(chǎng)的70%，由此可見(jiàn)其產(chǎn)品的可靠性和穩(wěn)定性之高。另外QUICC系列通信處理器功能強(qiáng)大，在通信產(chǎn)品中獲得廣泛應(yīng)用。,Motorola系列處理器,Motorola系列處理器 68k/Dragonball Cpu32 Coldfire PPC8xx PPC82xx,Motorola系列處理器,Motorola系列處理器,Motorola系列處理器,ColdFire系列 coldfire5102,5202,5204,5206, 5272 ,5307,5407 Dragonball 龍珠系列 68EZ328/68VZ328/Dragonball-MX1 Mcore系列 MMC2001,MMC200

12、3,MMC2107,Motorola系列開(kāi)發(fā)介紹,Motorola系列c/c+開(kāi)發(fā)環(huán)境 CodeWarrior GNU Diab SDS Green Hill,Motorola系列仿真調(diào)試器,68HC12/16.支持BDM調(diào)試器 68K系列 全仿真器 Cpu32系列支持BDM調(diào)試器 ColdFire系列支持BDM調(diào)試器 PPC8xx/5xx 支持BDM調(diào)試器 PPC82xx/7xx 支持JTAG調(diào)試器,ARM系列處理器,ARM是一個(gè)CPU內(nèi)核。ARM公司自己并不生產(chǎn)或銷售芯片，它采用技術(shù)授權(quán)模式，通過(guò)出售芯片技術(shù)授權(quán)，收取授權(quán)費(fèi)與技術(shù)轉(zhuǎn)讓費(fèi) 隨著ARM/MIPS/ARC等成熟內(nèi)核的推出，很多過(guò)

13、去沒(méi)有32位cpu研發(fā)能力的半導(dǎo)體公司進(jìn)入這一行列。 ARM系列內(nèi)核的優(yōu)勢(shì) 成本低 功耗低,ARM系列處理器,主流ARM內(nèi)核： ARM7TDMI ARM99E ARM10 StrongARM/Xscale,ARM系列處理器,ATMEL公司arm系列 AT91系列： 優(yōu)點(diǎn)：工業(yè)級(jí)。但缺乏lcd驅(qū)動(dòng)等較吸引力的外圍電路。 AT75/76系列： 內(nèi)置arm7/DSP雙內(nèi)核，有Arm+2DSP/ARM+DSP+MAC,兩種配置，加上PHY就可實(shí)現(xiàn)voip終端,ARM系列處理器,Cirrus logic公司 機(jī)頂盒/mp3/IA等專用SOC，有數(shù)模混合和視頻/音頻處理優(yōu)勢(shì)。 EP7211 EP7212

14、/ep7312 EP7209 EP9312,ARM系列處理器,NetScillon公司 ARM+NET系列芯片，關(guān)注設(shè)備上網(wǎng)（嵌入式internet）解決方案。 Samsung: Arm系列SOC芯片，集成度高，關(guān)注mp3/pda/route應(yīng)用。S3c44b0 x ,s3c4510. Motolora : 最近推出龍珠MX1，使用了arm內(nèi)核。,ARM系列開(kāi)發(fā),C/C+開(kāi)發(fā)平臺(tái) ADS ARM公司提供 SDT ARM公司提供 GNU 免費(fèi)平臺(tái),ARM系列仿真調(diào)試器,ARM系列支持JTAG規(guī)范 目前支持ARM的調(diào)試器： JEENI sdt TraceIcdsdt/ads MultiIce sd

15、t/ads hitoolhitool ,其他系列內(nèi)核,SH3 core: 日立/ST，價(jià)格和靈活性/密度有較大優(yōu)勢(shì)，臺(tái)灣公司使用普遍。 HP-RISC core: 華邦目前系列使用HP-RISC內(nèi)核的處理器 MIPS core: 有多款機(jī)頂盒/視頻SOC產(chǎn)品使用,嵌入式操作系統(tǒng),（1）順序執(zhí)行系統(tǒng) 系統(tǒng)內(nèi)只含有一個(gè)程序，獨(dú)占CPU的運(yùn)行時(shí)間，按語(yǔ)句順序執(zhí)行該程序，直至執(zhí)行完畢，另一程序才能啟動(dòng)運(yùn)行。如DOS操作系統(tǒng)。 （2）分時(shí)操作系統(tǒng) 系統(tǒng)內(nèi)同時(shí)可以有多個(gè)程序運(yùn)行，把CPU的時(shí)間分按順序分成若干片，每個(gè)時(shí)間片內(nèi)執(zhí)行不同的程序。如UNIX （3）實(shí)時(shí)操作系統(tǒng) 系統(tǒng)內(nèi)有多個(gè)程序運(yùn)行，每個(gè)程序有不

16、同的優(yōu)先級(jí)，只有最高優(yōu)先級(jí)的任務(wù)才能占有CPU的控制權(quán)，如Linux,C/OS-II, VxWorks 。,按實(shí)時(shí)性分類,1.強(qiáng)實(shí)時(shí)系統(tǒng)，其系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間在毫秒或微秒級(jí)（數(shù)控機(jī)床）； 2.一航實(shí)時(shí)系統(tǒng)，其系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間在毫秒幾秒的數(shù)量級(jí)上，其實(shí)時(shí)性的要求比強(qiáng)實(shí)時(shí)系統(tǒng)要差一些（電子菜譜的查詢）。 3.弱實(shí)時(shí)系統(tǒng)，其系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間約為數(shù)十秒或更長(zhǎng)（工程機(jī)械）。,實(shí)時(shí)系統(tǒng)的評(píng)價(jià)指標(biāo),實(shí)時(shí)系統(tǒng)是面向具體應(yīng)用，對(duì)外來(lái)事件在限定時(shí)間內(nèi)能做出反應(yīng)的系統(tǒng)。限定時(shí)間的范圍很廣可以從微秒級(jí)（如信號(hào)處理）到分級(jí)（如聯(lián)機(jī)查詢系統(tǒng)）。 在實(shí)時(shí)系統(tǒng)中主要有三個(gè)指標(biāo)來(lái)衡量系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性，即響應(yīng)時(shí)間（Response Time）、生

17、存時(shí)間（Survival Time）、吞吐量（Throughput）。 響應(yīng)時(shí)間（Response Time）：是計(jì)算機(jī)識(shí)別一個(gè)外部事件到作出響應(yīng)的時(shí)間，在控制應(yīng)用中它是最重要的指標(biāo)，如果事件不能及時(shí)的處理，系統(tǒng)可能就會(huì)崩潰。 生存時(shí)間（Survival Time）：是數(shù)據(jù)有效等待時(shí)間，在這段時(shí)間里數(shù)據(jù)是有效的。 吞吐量（Throughput）：是在一給定時(shí)間內(nèi)（秒），系統(tǒng)可以處理的事件總數(shù)。例如通訊控制器用每秒鐘處理的字符數(shù)來(lái)表示吞吐量，吞吐量是平均響應(yīng)時(shí)間的倒數(shù)。,按軟件結(jié)構(gòu)分類,（1）循環(huán)輪詢系統(tǒng)：（Polling Loop） 最簡(jiǎn)單的軟件結(jié)構(gòu)是循環(huán)輪詢，程序依次檢查系統(tǒng)的每一個(gè)輸入條件

18、，一旦條件成立就進(jìn)行相應(yīng)的處理。 Initialize() While(true) if(condition_1) action_1(); if(condition_2) action_2(); if(condition_n) acition_n(); ,（2）事件驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)：（Event-Driven system） 事件驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是能對(duì)外部事件直接響應(yīng)的系統(tǒng)。它包括前后臺(tái)、實(shí)時(shí)多任務(wù)、多處理器等，是嵌入式實(shí)時(shí)系統(tǒng)的主要形式。 應(yīng)用程序是一個(gè)無(wú)限的循環(huán)，循環(huán)中調(diào)用相應(yīng)的函數(shù)完成相應(yīng)的操作，這部分可以看成后臺(tái)行為（background）。中斷服務(wù)程序處理異步事件，這部分可以看成前臺(tái)行為（foreg

19、round)。 后臺(tái)也可以叫做任務(wù)級(jí)，前臺(tái)也叫中斷級(jí)。 例如，很多基于微處理器的產(chǎn)品采用前后臺(tái)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，如微波爐、電話機(jī)、玩具等。從省電的角度出發(fā)，平時(shí)微處理器處在停機(jī)狀態(tài)，所有的事都靠中斷服務(wù)來(lái)完成。,前后臺(tái)系統(tǒng)（后臺(tái)循環(huán)、前臺(tái)中斷）,（3）多任務(wù)系統(tǒng) 一個(gè)任務(wù)，也稱作一個(gè)線程，是一個(gè)簡(jiǎn)單的運(yùn)行程序。每個(gè)任務(wù)都是整個(gè)應(yīng)用的某一部分，每個(gè)任務(wù)被賦予一定的優(yōu)先級(jí)， 有它自己的一套CPU寄存器和自己的?？臻g。 多任務(wù)運(yùn)行的實(shí)現(xiàn)實(shí)際上是靠CPU（中央處理單元）在許多任務(wù)之間轉(zhuǎn)換、調(diào)度。 CPU只有一個(gè)，輪番服務(wù)于一系列任務(wù)中的某一個(gè)。多任務(wù)運(yùn)行使CPU的利用率得到最大的發(fā)揮，并使應(yīng)用程序模塊化。,系

20、統(tǒng)內(nèi)核,多任務(wù)系統(tǒng)中，內(nèi)核負(fù)責(zé)管理各個(gè)任務(wù)，或者說(shuō)為每個(gè)任務(wù)分配CPU時(shí)間，并且負(fù)責(zé)任務(wù)之間的通信。 內(nèi)核提供的基本服務(wù)是任務(wù)切換。內(nèi)核本身也增加了應(yīng)用程序的額外負(fù)荷，代碼空間增加ROM用量，內(nèi)核本身的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)增加了RAM的用量。內(nèi)核本身對(duì)CPU的占用時(shí)間一般在2到5個(gè)百分點(diǎn)之間。,調(diào)度（dispatcher）,這是操作系統(tǒng)的主要職責(zé)之一，它決定該輪到哪個(gè)任務(wù)運(yùn)行了。 往往調(diào)度是基于優(yōu)先級(jí)的，根據(jù)其重要不同被賦予任務(wù)不同的優(yōu)先級(jí)。 CPU總是讓處在就緒態(tài)的優(yōu)先級(jí)最高的任務(wù)先運(yùn)行。 何時(shí)讓高優(yōu)先級(jí)任務(wù)掌握CPU的使用權(quán)，有兩種不同的情況，這要看用的是什么類型的內(nèi)核，是非占先式的還是占先式的內(nèi)核。

21、,任務(wù)優(yōu)先級(jí)(priority),每個(gè)任務(wù)都有其優(yōu)先級(jí)（priority），靜態(tài)優(yōu)先級(jí)和動(dòng)態(tài)優(yōu)先級(jí)。 應(yīng)用程序執(zhí)行過(guò)程中諸任務(wù)優(yōu)先級(jí)不變，則稱之為靜態(tài)優(yōu)先級(jí)。在靜態(tài)優(yōu)先級(jí)系統(tǒng)中，諸任務(wù)以及它們的時(shí)間約束在程序編譯時(shí)是已知的。 應(yīng)用程序執(zhí)行過(guò)程中，如果任務(wù)的優(yōu)先級(jí)是可變的，則稱之為動(dòng)態(tài)優(yōu)先級(jí).,非占先式與占先式,非占先式（non-preemptive） 非占先式調(diào)度法也稱作合作型多任務(wù)（cooperative multitasking），各個(gè)任務(wù)彼此合作共享一個(gè)CPU。 中斷服務(wù)可以使一個(gè)高優(yōu)先級(jí)的任務(wù)由掛起狀態(tài)變?yōu)榫途w狀態(tài)。但中斷服務(wù)以后控制權(quán)還是回到原來(lái)被中斷了的那個(gè)任務(wù)，直到該任務(wù)主動(dòng)放棄

22、CPU的使用權(quán)時(shí)，那個(gè)高優(yōu)先級(jí)的任務(wù)才能獲得CPU的使用權(quán)。 非占先式內(nèi)核的一個(gè)特點(diǎn)是幾乎不需要使用信號(hào)量保護(hù)共享數(shù)據(jù)。運(yùn)行著的任務(wù)占有CPU，而不必?fù)?dān)心被別的任務(wù)搶占。 非占先式內(nèi)核的最大缺陷在于其響應(yīng)高優(yōu)先級(jí)的任務(wù)慢，任務(wù)已經(jīng)進(jìn)入就緒態(tài)，但還不能運(yùn)行，也許要等很時(shí)間，直到當(dāng)前運(yùn)行著的任務(wù)釋放CPU。內(nèi)核的任務(wù)級(jí)響應(yīng)時(shí)間是不確定的，不知道什么時(shí)候最高優(yōu)先級(jí)的任務(wù)才能拿到CPU的控制權(quán)，完全取決于應(yīng)用程序什么時(shí)候釋放CPU。,非占先式(Non-Preemptive),占先式（preemptive）,當(dāng)系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間很重要時(shí)，要使用占先式（preemptive）內(nèi)核。最高優(yōu)先級(jí)的任務(wù)一旦就緒，總能

23、得到CPU的控制權(quán)。 當(dāng)一個(gè)運(yùn)行著的任務(wù)使一個(gè)比它優(yōu)先級(jí)高的任務(wù)進(jìn)入了就緒態(tài)，當(dāng)前任務(wù)的CPU使用權(quán)就被剝奪了，或者說(shuō)被掛起了，那個(gè)高優(yōu)先級(jí)的任務(wù)立刻得到了CPU的控制權(quán)。 使用占先式內(nèi)核時(shí)，應(yīng)用程序不應(yīng)直接使用不可重入型函數(shù)。如果調(diào)入可重入型函數(shù)時(shí)，低優(yōu)先級(jí)的任務(wù)CPU的使用權(quán)被高優(yōu)先級(jí)任務(wù)剝奪，不可重入型函數(shù)中的數(shù)據(jù)有可能被破壞。,占先式(Preemptive),二、嵌入式技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì),宏觀方面發(fā)展趨勢(shì) 經(jīng)濟(jì)性（幾十萬(wàn)、幾萬(wàn)、5千、5百） 計(jì)算機(jī)要很便宜，讓更多的人能買得起； 小型化（筆記本、PDA），人們攜帶方便； 可靠性（汽車VCD，挑戰(zhàn)問(wèn)題） 能夠在一般環(huán)境條件下或者是苛刻的環(huán)境條

24、件下運(yùn)行； 高速度（飛機(jī)剎車系統(tǒng)） 能夠迅速地完成數(shù)據(jù)計(jì)算或數(shù)據(jù)傳輸； 智能性（知識(shí)推理、模糊查詢、識(shí)別、感知運(yùn) 動(dòng)）使人們用起來(lái)更習(xí)慣，對(duì)人們更有使價(jià)值。,芯片方面,SCM（Sigle Chip Micro computer） MCU（Micro Control Unit） SOC（System On Chip） SOPC（ System On Programmble Chip ）,嵌入式軟件行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn),目前，嵌入式操作系統(tǒng)沒(méi)有國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，有些行業(yè)已經(jīng)開(kāi)始定義其相關(guān)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，如汽車電子OSEK等。 向微內(nèi)核方向發(fā)展（PS/2 微通道，PCI、ISA） 八十年代后期，國(guó)外提供了微內(nèi)核（Micr

25、okernel）的思想，即將傳統(tǒng)操作系統(tǒng)中的許多共性的東西抽象出來(lái)，構(gòu)成操作系統(tǒng)的公共基礎(chǔ)，真正具體的操作系統(tǒng)功能則由構(gòu)造在微內(nèi)核之外的服務(wù)器實(shí)現(xiàn)。 實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)與開(kāi)發(fā)工具 微小型個(gè)人數(shù)據(jù)庫(kù) 高可靠性的無(wú)線信息傳輸 多媒體人機(jī)交互的操作界面 嵌入式操作系統(tǒng)的功能越來(lái)越豐富，不僅能提供一些基本的功能，如：內(nèi)核、網(wǎng)絡(luò)、GUI、文件系統(tǒng)等，而且還會(huì)具有很多新的功能，如支持J2ME（JAVA2Micro Edition）、嵌入式CORBA，XML，Mono/.NET等。,三、嵌入式產(chǎn)品及其開(kāi)發(fā),嵌入式產(chǎn)品的概念 “嵌入式”簡(jiǎn)單的講就是把處理器嵌入各種電子設(shè)備內(nèi)部，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的智能化。 mcs51/

26、PIC/6502等基于單片機(jī)開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品也是嵌入式產(chǎn)品。 目前語(yǔ)義更泛指基于高端處理器（16/32bit），使用實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的產(chǎn)品。,嵌入式產(chǎn)品發(fā)展迅速,進(jìn)入嵌入式領(lǐng)域開(kāi)發(fā)的公司正快速增加，國(guó)內(nèi)嵌入式市場(chǎng)成為目前公認(rèn)的新興利潤(rùn)市場(chǎng)，通信與數(shù)據(jù)通信，移動(dòng)計(jì)算，PDA，醫(yī)療測(cè)試儀器.國(guó)內(nèi)業(yè)界掀起了從8位單片機(jī)轉(zhuǎn)入16/32位高性能cpu開(kāi)發(fā)的新一輪高潮。,嵌入式開(kāi)發(fā)流程介紹,嵌入式開(kāi)發(fā)流程介紹,嵌入式產(chǎn)品開(kāi)發(fā)流程與8位機(jī)開(kāi)發(fā)流程類似，但增加了RTOS移植部分。 元器件選型原理圖編制印制板樣板試制硬件功能測(cè)試 BSP調(diào)試 RTOS移植協(xié)議棧移植應(yīng)用程序調(diào)試系統(tǒng)聯(lián)調(diào) 樣機(jī)交付 另外嵌入式開(kāi)發(fā)中普遍使用C

27、語(yǔ)言，系統(tǒng)復(fù)雜程度和開(kāi)發(fā)周期均比8位機(jī)開(kāi)發(fā)增加。,嵌入式開(kāi)發(fā)的特點(diǎn),與位開(kāi)發(fā)比較，嵌入式產(chǎn)品開(kāi)發(fā)有如下特點(diǎn)： 前期投入大 開(kāi)發(fā)工具投入高 項(xiàng)目周期長(zhǎng) 項(xiàng)目管理和進(jìn)度控制困難 質(zhì)量保證要求高,實(shí)時(shí)操作系統(tǒng),實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)任務(wù)調(diào)度，內(nèi)存管理等基本功能，能簡(jiǎn)化產(chǎn)品開(kāi)發(fā)流程，提高產(chǎn)品質(zhì)量。 實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)內(nèi)核尺寸小，適應(yīng)嵌入式產(chǎn)品對(duì)體積和成本的要求。 實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)能適應(yīng)工控/通信等設(shè)備對(duì)響應(yīng)速度的要求。,實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)與協(xié)議棧,很多實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)廠家均提供基于相應(yīng)RTOS的協(xié)議棧產(chǎn)品 各類協(xié)議棧如：TCP/IP、VOIP、 NO.7、 MAP、語(yǔ)音識(shí)別、手寫輸入、紅外傳輸 能簡(jiǎn)化產(chǎn)品開(kāi)發(fā)難度 各類協(xié)議棧

28、能縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期，提升產(chǎn)品質(zhì)量,幾種最常見(jiàn)的RTOS： 軟實(shí)時(shí)RTOS 嵌入式Linux Win CE 硬實(shí)時(shí)RTOS VxWorks OSE Nuclear 著名的open RTOS ucOS/II RTEMS 自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的RTOS HOPEN Delta OS,嵌入式/應(yīng)用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的區(qū)別,嵌入式產(chǎn)品對(duì)實(shí)時(shí)性要求高 嵌入式產(chǎn)品對(duì)代碼尺寸有要求 嵌入式開(kāi)發(fā)不能使用DOS中斷或Windows-API資源。 嵌入式產(chǎn)品的軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境與調(diào)試環(huán)境與應(yīng)用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)不同，一般要使用交叉編譯器和仿真調(diào)試器。,嵌入式軟件開(kāi)發(fā)工具,開(kāi)發(fā)工具 編譯器（Compiler） 調(diào)試器（In Circuit Emula

29、tor） 軟仿真（Simulator） 集成開(kāi)發(fā)環(huán)境（IDE） 典型的商業(yè)開(kāi)發(fā)工具及供應(yīng)商 Windriver公司的Tornado for VxWorks MontaVisa公司的HardHat Linux 開(kāi)發(fā)工具包 AMC公司的SuperTAP調(diào)試器 免費(fèi)開(kāi)發(fā)工具 GNU系列開(kāi)發(fā)工具 Wiggler調(diào)試器,嵌入式C/C+開(kāi)發(fā),嵌入式C/C+編譯器 交叉編譯能力：能夠在pc/unix平臺(tái)上生成其他cpu平臺(tái)目標(biāo)代碼 連接/定址器：因?yàn)闊o(wú)法提供dos/windows的動(dòng)態(tài)定位執(zhí)行能力。嵌入式一般需要目標(biāo)代碼靜態(tài)定位到具體地址，定址器完成這一工作。 啟動(dòng)代碼：初始化處理器和c語(yǔ)言堆棧區(qū)等環(huán)境的匯

30、編碼。 EC+:針對(duì)嵌入式的一些實(shí)時(shí)要求等特點(diǎn)，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)C+語(yǔ)言規(guī)范的修改擴(kuò)充。,嵌入式C/C+開(kāi)發(fā)環(huán)境,提供目標(biāo)調(diào)試(remote/rom monitor)能力. 另外還有其他一些地方需要注意，如I/O庫(kù)，大小尾段等。 主流嵌入式編譯器： GNU 、CADUL 、CodeWarrior、GreenHill、Diab/SDS、IAR、BC/VC+Toolkit.等,硬件設(shè)計(jì)工具（EDA工具）,系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)工具 Cadence的SPW System View 模擬電路系統(tǒng)仿真工具 Pspice EWB PCB設(shè)計(jì)工具 Protel PADs 的Power PCB & Tool Kit Mentor的Expedition & Tool Kit 可編程邏輯器件設(shè)計(jì)工具 Mentor FPGA Advantage & ModelSim Xilinx Foundation