《本科-嵌入式ARM-第1章嵌入式系統(tǒng)概述》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《本科-嵌入式ARM-第1章嵌入式系統(tǒng)概述（39頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,,單擊此處編輯母版文本樣式,,第二級(jí),,第三級(jí),,第四級(jí),,第五級(jí),,,,*,嵌入式系統(tǒng),,胡威,,武漢科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院,,1.,嵌入式系統(tǒng),,2.,嵌入式處理器,,3.,嵌入式操作系統(tǒng),嵌入式系統(tǒng)概述,1.1,嵌入式系統(tǒng),概述,,經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)在很大程度改變了人們的生活、工作和娛樂(lè)方式，而且這些改變還在加速。嵌入式系統(tǒng)具有無(wú)數(shù)的種類(lèi)，每類(lèi)都具有自己獨(dú)特的個(gè)性。例如，,MP3,、數(shù)碼相機(jī)與打印機(jī)就有很大的不同。汽車(chē)中更是具有多個(gè)嵌入式系統(tǒng)，使汽車(chē)更輕快、更干凈、更容易駕駛。,現(xiàn)實(shí)中的嵌入式系統(tǒng),,即使不可見(jiàn)，嵌入式系統(tǒng)也無(wú)處不在。嵌入式系統(tǒng)在很多產(chǎn)

2、業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用并逐步改變著這些產(chǎn)業(yè)，包括工業(yè)自動(dòng)化、國(guó)防、運(yùn)輸和航天領(lǐng)域。例如神州飛船和長(zhǎng)征火箭中肯定有很多嵌入式系統(tǒng)，導(dǎo)彈的制導(dǎo)系統(tǒng)也是嵌入式系統(tǒng)，高檔汽車(chē)中也有多達(dá)幾十個(gè)嵌入式系統(tǒng)。,,在日常生活中，人們使用各種嵌入式系統(tǒng)，但未必知道它們。事實(shí)上，幾乎所有帶有一點(diǎn)“智能”的家電（全自動(dòng)洗衣機(jī)、電腦電飯煲,…,）都是嵌入式系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)廣泛的適應(yīng)能力和多樣性，使得視聽(tīng)、工作場(chǎng)所甚至健身設(shè)備中到處都有嵌入式系統(tǒng)。,現(xiàn)實(shí)中的嵌入式系統(tǒng),,嵌入式系統(tǒng)的概念,,目前，對(duì)嵌入式系統(tǒng)的定義多種多樣，但沒(méi)有一種定義是全面的。下面給出兩種比較合理定義：,,,從技術(shù)的角度定義：以應(yīng)用為中心、以計(jì)算機(jī)技

3、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(zhuān)用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。,,,從系統(tǒng)的角度定義：嵌入式系統(tǒng)是設(shè)計(jì)完成復(fù)雜功能的硬件和軟件，并使其緊密耦合在一起的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。術(shù)語(yǔ)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(chēng)為嵌入的系統(tǒng)。嵌入的系統(tǒng)中可以共存多個(gè)嵌入式系統(tǒng)。,嵌入式系統(tǒng)示例,——,汽車(chē)控制系統(tǒng),,,,,,馬達(dá),,控制器,,車(chē)燈,,嵌入式系統(tǒng)示例,——,汽車(chē)控制系統(tǒng),尾燈控制系統(tǒng),后車(chē)門(mén)控制系統(tǒng),前車(chē)門(mén)控制系統(tǒng),座椅控制系統(tǒng),發(fā)動(dòng)器控制系統(tǒng),所有的控制系統(tǒng)都是一個(gè)完整的嵌入式系統(tǒng),嵌入式系統(tǒng)的未來(lái),,早在,1990,年之前，嵌入式系統(tǒng)通常是很簡(jiǎn)單的

4、且具有很長(zhǎng)的產(chǎn)品生命周期的自主設(shè)備。近些年來(lái)，嵌入式工業(yè)經(jīng)歷了巨大的變革。,,產(chǎn)品市場(chǎng)窗口現(xiàn)在預(yù)計(jì)翻番的周期狂熱到,6,～,9,個(gè)月。,,全球重新定義市場(chǎng)的機(jī)會(huì)和膨脹的應(yīng)用空間。,,互聯(lián)現(xiàn)在是一個(gè)需求而不是輔助性的，包括用有線和剛剛顯露頭角的無(wú)線技術(shù)。,,基于電子的產(chǎn)品更復(fù)雜化。,,互聯(lián)嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)生新的依賴(lài)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的應(yīng)用。,,微處理器的處理能力按莫爾定律（,Moore’s L aw,）預(yù)計(jì)的速度在增加。該定律認(rèn)為集成電路和晶體管個(gè)數(shù)每,18,個(gè)月翻一番。,1.,嵌入式系統(tǒng),,2.,嵌入式處理器,,3.,嵌入式操作系統(tǒng),嵌入式系統(tǒng)概述,簡(jiǎn)介,,早期的嵌入式系統(tǒng)通常使用普通個(gè)人計(jì)算機(jī)（,PC

5、,）中的通用處理器。近年來(lái)，隨著大量先進(jìn)的微處理器制造技術(shù)的發(fā)展，越來(lái)越多的嵌入式系統(tǒng)用嵌入式處理器建造，而不是用通用目的的處理器。 這些嵌入式處理器可以大致分為以下幾類(lèi)：,,注重嵌入式處理器的尺寸、能耗和價(jià)格。應(yīng)用于,PDA,等不注重計(jì)算的設(shè)備；,,注重嵌入式處理器的性能。應(yīng)用于路由器等計(jì)算密集型的設(shè)備；,,注重嵌入式處理器的性能、尺寸、能耗和價(jià)格。應(yīng)用于蜂窩電話(huà)等設(shè)備；,1.2,嵌入式處理器,分類(lèi),,嵌入式處理器可以分為以下幾大類(lèi)：,,,嵌入式微處理器；,,嵌入式微控制器；,,嵌入式,DSP,處理器；,,嵌入式片上系統(tǒng)（,SOC,）。,嵌入式微處理器,,嵌入式微處理器的基礎(chǔ)是通用計(jì)算機(jī)中的

6、,CPU,。在應(yīng)用中，將微處理器裝配在專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的電路板上，只保留和嵌入式應(yīng)用有關(guān)的母板功能，這樣可以大幅度減小系統(tǒng)體積和功耗。為了滿(mǎn)足嵌入式應(yīng)用的特殊要求，嵌入式微處理器雖然在功能上和標(biāo)準(zhǔn)微處理器基本是一樣的，但在工作溫度、抗電磁干擾、可靠性等方面一般都做了各種增強(qiáng)。,,和工業(yè)控制計(jì)算機(jī)相比，嵌入式微處理器具有體積小、重量輕、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)保密性也較差。嵌入式微處理器及其存儲(chǔ)器、總線、外設(shè)等安裝在一塊電路板上，稱(chēng)為,單板計(jì)算機(jī),。如,STD-BUS,、,PC104,等。,,,,,CPU

7、,ROM,RAM,外設(shè),1,外設(shè),2,單板計(jì)算機(jī),嵌入式微控制器,,嵌入式微控制器又稱(chēng),單片機(jī),，它是將整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)集成到一塊芯片中。嵌入式微控制器一般以某一種微處理器內(nèi)核為核心，芯片內(nèi)部集成,ROM/EPROM,、,RAM,、總線、總線邏輯、定時(shí),/,計(jì)數(shù)器、,WatchDog,、,I/O,、串行口、脈寬調(diào)制輸出、,A/D,、,D/A,、,Flash RAM,、,EEPROM,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)核都是一樣的，不同的是存儲(chǔ)器和外設(shè)的配置及封裝。這樣可以使單片機(jī)最大限度地和應(yīng)用需求相匹配，功能不多不少，從而減

8、少功耗和成本。,,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。微控制器是目前嵌入式系統(tǒng)工業(yè)的主流。微控制器的片上外設(shè)資源一般比較豐富，適合于控制，因此稱(chēng),微控制器,。,,嵌入式微控制器目前的品種和數(shù)量最多，比較有代表性的通用系列包括,8051,、,P51XA,、,MCS-251,、,MCS-96/196/296,、,C166/167,、,MC68HC05/11/12/16,、,68300,、數(shù)目眾多,ARM,芯片等。目前,MCU,占嵌入式系統(tǒng)約,70,％的市場(chǎng)份額。,,,,,,,,,,,,,,,,,,,復(fù)位,,部件,看門(mén)狗,,部件,晶振,,

9、部件,I/O,,部件,中斷,,部件,ROM,,部件,SRAM,,部件,定時(shí)器,,部件,CPU,核,,嵌入式,DSP,處理器,DSP,處理器對(duì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和指令進(jìn)行了特殊設(shè)計(jì)，使其適合于執(zhí)行,DSP,算法，編譯效率較高，指令執(zhí)行速度也較高。在數(shù)字濾波、,FFT,、譜分析等方面,DSP,算法正在大量進(jìn)入嵌入式領(lǐng)域，,DSP,應(yīng)用正從在通用單片機(jī)中以普通指令實(shí)現(xiàn),DSP,功能，過(guò)渡到采用嵌入式,DSP,處理器。,,嵌入式,DSP,處理器比較有代表性的產(chǎn)品是,Texas Instruments,的,TMS320,系列和,Motorola,的,DSP56000,系列。,TMS320,系列處理器包括用于控制的

10、,C2000,系列，移動(dòng)通信的,C5000,系列，以及性能更高的,C6000,和,C8000,系列。,DSP56000,目前已經(jīng)發(fā)展成為,DSP56000,，,DSP56100,，,DSP56200,和,DSP56300,等幾個(gè)不同系列的處理器。另外,PHILIPS,公司近年也推出了基于可重置嵌入式,DSP,結(jié)構(gòu)低成本、低功耗技術(shù)上制造的,R. E. A. L DSP,處理器，特點(diǎn)是具備雙,Harvard,結(jié)構(gòu)和雙乘,/,累加單元，應(yīng)用目標(biāo)是大批量消費(fèi)類(lèi)產(chǎn)品。,,,嵌入式片上系統(tǒng),(SOC),,隨著,EDA,的推廣和,VLSI,設(shè)計(jì)的普及化及半導(dǎo)體工藝的迅速發(fā)展，在一個(gè)硅片上實(shí)現(xiàn)一個(gè)更為復(fù)雜的

11、系統(tǒng)的時(shí)代已來(lái)臨，這就是,System On Chip(SOC),。各種通用處理器內(nèi)核將作為,SOC,設(shè)計(jì)公司的標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)，和許多其它嵌入式系統(tǒng)外設(shè)一樣，成為,VLSI,設(shè)計(jì)中一種標(biāo)準(zhǔn)的器件，用標(biāo)準(zhǔn)的,VHDL,等語(yǔ)言描述，存儲(chǔ)在器件庫(kù)中。用戶(hù)只需定義出其整個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)，仿真通過(guò)后就可以將設(shè)計(jì)圖交給半導(dǎo)體工廠制作樣品。這樣除個(gè)別無(wú)法集成的器件以外，整個(gè)嵌入式系統(tǒng)大部分均可集成到一塊或幾塊芯片中去，應(yīng)用系統(tǒng)電路板將變得很簡(jiǎn)潔，對(duì)于減小體積和功耗、提高可靠性非常有利。,,,SoC,可以分為通用和專(zhuān)用兩類(lèi)。通用系列包括,Infineon,的,TriCore,、,Motorola,的,M-Core,、某些,

12、ARM,系列器件、,Echelon,和,Motorola,聯(lián)合研制的,Neuron,芯片等。專(zhuān)用,SoC,一般專(zhuān)用于某個(gè)或某類(lèi)系統(tǒng)中，不為一般用戶(hù)所知。一個(gè)有代表性的產(chǎn)品是,Philips,的,Smart XA,，它將,XA,單片機(jī)內(nèi)核和支持超過(guò),2048,位復(fù)雜,RSA,算法的,CCU,單元制作在一塊硅片上，形成一個(gè)可加載,JAVA,或,C,語(yǔ)言的專(zhuān)用的,SOC,，可用于公眾互聯(lián)網(wǎng)如,Internet,安全方面。,1.,嵌入式系統(tǒng),,2.,嵌入式處理器,,3.,嵌入式操作系統(tǒng),嵌入式系統(tǒng)概述,1.3,嵌入式操作系統(tǒng),概述,,計(jì)算機(jī)系統(tǒng)由硬件和軟件組成，在發(fā)展初期沒(méi)有操作系統(tǒng)這個(gè)概念，用戶(hù)使用

13、監(jiān)控程序來(lái)使用計(jì)算機(jī)。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的硬件、軟件資源也愈來(lái)愈豐富，監(jiān)控程序已不能適應(yīng)計(jì)算機(jī)應(yīng)用的要求。于是在六十年代中期監(jiān)控程序又進(jìn)一步發(fā)展形成了操作系統(tǒng),(Operating System),。發(fā)展到現(xiàn)在，廣泛使用的有三種操作系統(tǒng)即多道批處理操作系統(tǒng)、分時(shí)操作系統(tǒng)以及實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。,1.3,嵌入式操作系統(tǒng),概述,監(jiān),,控,,程,,序,操,,作,,系,,統(tǒng),實(shí)時(shí)操作系統(tǒng),分時(shí)操作系統(tǒng),多道批處理操作系統(tǒng),,時(shí) 間 先 后,適用于多個(gè)用戶(hù)共享系統(tǒng)資源,適用于計(jì)算中心等較大的計(jì)算機(jī)系統(tǒng),適用于嵌入式設(shè)備和有實(shí)時(shí)性要求的系統(tǒng)中,1.3,嵌入式操作系統(tǒng),概述,監(jiān),,控,,程,,

14、序,操,,作,,系,,統(tǒng),實(shí)時(shí)操作系統(tǒng),分時(shí)操作系統(tǒng),多道批處理操作系統(tǒng),,時(shí) 間 先 后,適用于多個(gè)用戶(hù)共享系統(tǒng)資源,適用于計(jì)算中心等較大的計(jì)算機(jī)系統(tǒng),適用于嵌入式設(shè)備和有實(shí)時(shí)性要求的系統(tǒng)中,實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)是我們介紹的重點(diǎn),1.3,嵌入式操作系統(tǒng),實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的特點(diǎn),IEEE,的實(shí)時(shí),UNIX,分委會(huì)認(rèn)為實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)應(yīng)具備以下的幾點(diǎn),:,,,異步的事件響應(yīng),,切換時(shí)間和中斷延遲時(shí)間確定,,優(yōu)先級(jí)中斷和調(diào)度,,搶占式調(diào)度,,內(nèi)存鎖定,,連續(xù)文件,,同步,,總的來(lái)說(shuō)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)是事件驅(qū)動(dòng)的，能對(duì)來(lái)自外界的作用和信號(hào)在限定的時(shí)間范圍內(nèi)作出響應(yīng)。它強(qiáng)調(diào)的是,實(shí)時(shí)性,、,可靠性,和,靈活性,,,與

15、實(shí)時(shí)應(yīng)用軟件相結(jié)合成為有機(jī)的整體起著核心作用,,,由它來(lái)管理和協(xié)調(diào)各項(xiàng)工作,,,為應(yīng)用軟件提供良好的運(yùn)行軟件環(huán)境及開(kāi)發(fā)環(huán)境。,,,從實(shí)時(shí)系統(tǒng)的應(yīng)用特點(diǎn)來(lái)看實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)可以分為兩種：,一般實(shí)時(shí)操作系統(tǒng),和,嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng),。,,一般實(shí)時(shí)操作系統(tǒng),應(yīng)用于實(shí)時(shí)處理系統(tǒng)的上位機(jī)和實(shí)時(shí)查詢(xún)系統(tǒng)等實(shí)時(shí)性較弱的實(shí)時(shí)系統(tǒng)，并且提供了開(kāi)發(fā)、調(diào)試、運(yùn)用一致的環(huán)境。,,,,,嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng),應(yīng)用于實(shí)時(shí)性要求高的實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)，而且應(yīng)用程序的開(kāi)發(fā)過(guò)程是通過(guò)交叉開(kāi)發(fā)來(lái)完成的，即開(kāi)發(fā)環(huán)境與運(yùn)行環(huán)境是不一致。嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)具有規(guī)模小,(,一般在幾,K,～幾十,K,內(nèi),),、可固化使用實(shí)時(shí)性強(qiáng),(,在毫秒或微秒數(shù)量

16、級(jí)上,),的特點(diǎn),,。,1.3,嵌入式操作系統(tǒng),基本概念,,對(duì)基于芯片的開(kāi)發(fā)來(lái)說(shuō)，應(yīng)用程序一般是一個(gè)無(wú)限的循環(huán)，可稱(chēng)為前后臺(tái)系統(tǒng)或超循環(huán)系統(tǒng)。,,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)，例如微波爐、電話(huà)機(jī)、玩具等。在另外一些基于微處理器應(yīng)用中，從省電的角度出發(fā)，平時(shí)微處理器處在停機(jī)狀態(tài)，所有事都靠中斷服務(wù)來(lái)完成。,——,前后臺(tái)系統(tǒng),基本概念,,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,，前臺(tái)也叫中斷級(jí)。時(shí)間相關(guān)性很強(qiáng)的關(guān)鍵操作一定是靠中斷服務(wù)程序來(lái)保證的。,,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,，后臺(tái)也可以叫做任務(wù)級(jí)。這種系統(tǒng)在處理的及時(shí)性上比實(shí)際可以做到

17、的要差。,,,,,,,,ISR,ISR,ISR,,ISR,后臺(tái),前臺(tái),中斷服務(wù)程序,時(shí),,,間,,,——,前后臺(tái)系統(tǒng),1.3,嵌入式操作系統(tǒng),基本概念,,操作系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)中最基本的程序。操作系統(tǒng)負(fù)責(zé)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中全部軟硬資源的分配與回收、控制與協(xié)調(diào)等并發(fā)的活動(dòng)；操作系統(tǒng)提供用戶(hù)接口，使用戶(hù)獲得良好的工作環(huán)境；操作系統(tǒng)為用戶(hù)擴(kuò)展新的系統(tǒng)功能提供軟件平臺(tái)。,——,操作系統(tǒng),,硬件,硬件驅(qū)動(dòng),操作系統(tǒng),用戶(hù)程序,1.3,嵌入式操作系統(tǒng),基本概念,,實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)是一段在嵌入式系統(tǒng)啟動(dòng)后首先執(zhí)行的背景程序，用戶(hù)的應(yīng)用程序是運(yùn)行于,RTOS,之上的各個(gè)任務(wù)，,RTOS,根據(jù)各個(gè)任務(wù)的要求，進(jìn)行資源,(,包括

18、存儲(chǔ)器、外設(shè)等,),管理、消息管理、任務(wù)調(diào)度、異常處理等工作。在,RTOS,支持的系統(tǒng)中， 每個(gè)任務(wù)均有一個(gè)優(yōu)先級(jí)，,RTOS,根據(jù)各個(gè)任務(wù)的優(yōu)先級(jí)，動(dòng)態(tài)地切換各個(gè)任務(wù)，保證對(duì)實(shí)時(shí)性的要求。,——,實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)（,RTOS,）,1.3,嵌入式操作系統(tǒng),基本概念,,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。使用實(shí)時(shí)內(nèi)核可以大大簡(jiǎn)化應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，是因?yàn)閷?shí)時(shí)內(nèi)核允許將應(yīng)用分成若干個(gè)任務(wù)，由實(shí)時(shí)內(nèi)核來(lái)管理它們。內(nèi)核需要消耗一定的系統(tǒng)資源，比如,2,％～,5,％的,CPU,運(yùn)行時(shí)間、,RAM,和,ROM,等。,,內(nèi)核提

19、供必不可少的系統(tǒng)服務(wù)，如信號(hào)量、消息隊(duì)列、延時(shí)等。,——,內(nèi)核,1.3,嵌入式操作系統(tǒng),基本概念,,調(diào)度是內(nèi)核的主要職責(zé)之一。,調(diào)度就是決定該輪到哪個(gè)任務(wù)運(yùn)行了。,多數(shù)實(shí)時(shí)內(nèi)核是基于優(yōu)先級(jí)調(diào)度法的。每個(gè)任務(wù)根據(jù)其重要程序的不同被賦予一定的優(yōu)先級(jí)?；趦?yōu)先級(jí)的調(diào)度法指,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。然而究竟何時(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(lèi)型的內(nèi)核，是非占先式的還是占先式的內(nèi)核。,——,調(diào)度,1.3,嵌入式操作系統(tǒng),基本概念,,非占先式內(nèi)核要求每個(gè)任務(wù)自我放棄,CPU,的所有權(quán)。非占先式調(diào)度法也稱(chēng)作合作型多任務(wù)，各個(gè)任務(wù)彼此合作共享

20、一個(gè),CPU,。異步事件還是由中斷服務(wù)來(lái)處理。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,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,1.3,嵌入式操作系統(tǒng),基本概念,,當(dāng)系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間很重要時(shí)，要使用占先式內(nèi)核。因此絕大多數(shù)商業(yè)上銷(xiāo)售的實(shí)時(shí)內(nèi)核都是占先式內(nèi)核。最高優(yōu)先級(jí)的任務(wù)一旦就緒，總能得到,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)入了就緒狀態(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)

21、。如果是中斷服務(wù)子程序使一個(gè)高優(yōu)先級(jí)的任務(wù)進(jìn)入就緒態(tài)，中斷完成時(shí)，中斷了的任務(wù)被掛起，優(yōu)先級(jí)高的那個(gè)任務(wù)開(kāi)始運(yùn)行。,——,占先式內(nèi)核,1.3,嵌入式操作系統(tǒng),基本概念,,任務(wù)的優(yōu)先級(jí)是表示任務(wù)被調(diào)度的優(yōu)先程度。每個(gè)任務(wù)都具有優(yōu)先級(jí)。任務(wù)越重要，賦予的優(yōu)先級(jí)應(yīng)越高，越容易被調(diào)度而進(jìn)入運(yùn)行態(tài)。,——,任務(wù)優(yōu)先級(jí),1.3,嵌入式操作系統(tǒng),基本概念,,中斷是一種硬件機(jī)制，用于通知,CPU,有個(gè)異步事件發(fā)生了。中斷一旦被識(shí)別，,CPU,保存部分（或全部）上下文即部分或全部寄存器的值，跳轉(zhuǎn)到專(zhuān)門(mén)的子程序，稱(chēng)為中斷服務(wù)子程序（,ISR,）。中斷服務(wù)子程序做事件處理，處理完成后，程序回到：,,1,.,在前后臺(tái)

22、系統(tǒng)中，程序回到后臺(tái)程序；,,2,.,對(duì)非占先式內(nèi)核而言，程序回到被中斷了的任務(wù)；,,3,.,對(duì)占先式內(nèi)核而言，讓進(jìn)入就緒態(tài)的優(yōu)先級(jí)最高的任務(wù)開(kāi)始運(yùn)行。,——,中斷,,前后臺(tái)系統(tǒng),1.3,嵌入式操作系統(tǒng),基本概念,——,中斷,ISR,任務(wù),,,,,,,ISR,,,,非占先操作系統(tǒng),任務(wù),A,任務(wù),B,任務(wù),C,,,ISR,,,占先操作系統(tǒng),任務(wù),A,任務(wù),B,任務(wù),C,1.3,嵌入式操作系統(tǒng),基本概念,,時(shí)鐘節(jié)拍是特定的周期性中斷。這個(gè)中斷可以看作是系統(tǒng)心臟的脈動(dòng)。中斷之間的時(shí)間間隔取決于不同應(yīng)用，一般在,10ms,到,200ms,之間。時(shí)鐘的節(jié)拍式中斷使得內(nèi)核可以將任務(wù)延時(shí)若干個(gè)整數(shù)時(shí)鐘節(jié)拍

23、，以及當(dāng)任務(wù)等待事件發(fā)生時(shí)，提供等待超時(shí)的依據(jù)。時(shí)鐘節(jié)拍率越快，系統(tǒng)的額外開(kāi)銷(xiāo)就越大。,——,時(shí)鐘節(jié)拍,1.3,嵌入式操作系統(tǒng),使用實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的必要性,,嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)在目前的嵌入式應(yīng)用中用得越來(lái)越廣泛，尤其在功能復(fù)雜、系統(tǒng)龐大的應(yīng)用中顯得愈來(lái)愈重要。在嵌入式應(yīng)用中，只有把,CPU,嵌入到系統(tǒng)中，同時(shí)又把操作系統(tǒng)嵌入進(jìn)去，才是真正的計(jì)算機(jī)嵌入式應(yīng)用。使用實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)主要有以下幾個(gè)因素：,,,嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)提高了系統(tǒng)的可靠性。,,提高了開(kāi)發(fā)效率，縮短了開(kāi)發(fā)周期。,,嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)充分發(fā)揮了,32,位,CPU,的多任務(wù)潛力。,,1.3,嵌入式操作系統(tǒng),實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn),,優(yōu)點(diǎn),：

24、在嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)環(huán)境下開(kāi)發(fā)實(shí)時(shí)應(yīng)用程序使程序的設(shè)計(jì)和擴(kuò)展變得容易，不需要大的改動(dòng)就可以增加新的功能。通過(guò)將應(yīng)用程序分割成若干獨(dú)立的任務(wù)模塊，使應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)過(guò)程大為簡(jiǎn)化；而且對(duì)實(shí)時(shí)性要求苛刻的事件都得到了快速、可靠的處理。通過(guò)有效的系統(tǒng)服務(wù)，嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)使得系統(tǒng)資源得到更好的利用。,,,缺點(diǎn),：但是，使用嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)還需要額外的,ROM/RAM,開(kāi)銷(xiāo)，,2~5%,的,CPU,額外負(fù)荷，以及內(nèi)核的費(fèi)用。,uClinux,是一個(gè)完全符合,GNU/GPL,公約的操作系統(tǒng)，完全開(kāi)放代碼。,uClinux,從,Linux?2.0/2.4,內(nèi)核派生而來(lái)，沿襲了主流,Linux,的絕大部分特

25、性。它是專(zhuān)門(mén)針對(duì)沒(méi)有,MMU,的,CPU,，并且為嵌入式系統(tǒng)做了許多小型化的工作。適用于沒(méi)有虛擬內(nèi)存或內(nèi)存管理單元,(MMU),的處理器，例如,ARM7TDMI,。它通常用于具有很少內(nèi)存或,Flash,的嵌入式系統(tǒng)。它保留了,Linux,的大部分優(yōu)點(diǎn)：,穩(wěn)定、良好的移植性、優(yōu)秀的網(wǎng)絡(luò)功能、完備的對(duì)各種文件系統(tǒng)的支持、以及標(biāo)準(zhǔn)豐富的,API,等,。,1.3,嵌入式操作系統(tǒng),常見(jiàn)的嵌入式操作系統(tǒng),——,嵌入式,Linux,,1.3,嵌入式操作系統(tǒng),常見(jiàn)的嵌入式操作系統(tǒng),,Windows CE,是微軟開(kāi)發(fā)的一個(gè)開(kāi)放的、可升級(jí)的,32,位嵌入式操作系統(tǒng)，是基于掌上型電腦類(lèi)的電子設(shè)備操作，它是精簡(jiǎn)的,W

26、indows 95,。,Windows CE,的圖形用戶(hù)界面相當(dāng)出色。,Win CE,具有模塊化、結(jié)構(gòu)化和基于,Win32,應(yīng)用程序接口以及與處理器無(wú)關(guān)等特點(diǎn)。,Win CE,不僅繼承了傳統(tǒng)的,Windows,圖形界面，并且在,Win CE,平臺(tái)上可以使用,Windows 95/98,上的編程工具（如,Visual Basic,、,Visual C++,等）、,使絕大多數(shù)的應(yīng)用軟件只需簡(jiǎn)單的修改和移植就可以在,Windows CE,平臺(tái)上繼續(xù)使用。,,——,Win CE,,1.3,嵌入式操作系統(tǒng),常見(jiàn)的嵌入式操作系統(tǒng),——,VxWorks,VxWorks,操作系統(tǒng)是美國(guó)

27、 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)（,RTOS,），是嵌入式開(kāi)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(hù)開(kāi)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,。,,1.3,嵌入式操作系統(tǒng),常見(jiàn)的嵌入式操作系統(tǒng),μC/OS-II,是一個(gè)源碼公開(kāi)、可移植、可固化、可裁剪、占先式的實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)。其絕大部分源碼是用,ANSI C,寫(xiě)的，使其可以方便的移植并支持大多數(shù)類(lèi)型的處理器。,μC/OS-II,通過(guò)了聯(lián)邦航空局（,FAA,）商用航行器認(rèn)證。自,1992,年問(wèn)世以來(lái)，,μC/OS-II,已經(jīng)被應(yīng)用到數(shù)以百計(jì)的產(chǎn)品中。,μC/OS-II,占用很少的系統(tǒng)資源，并且在高校教學(xué)使用是不需要申請(qǐng)?jiān)S可證。,——,μC/OS-II,