第1章——嵌入式系统概述.pdf

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1、Page 1嵌入式系统实验室嵌入式系统实验室嵌入式技术及应用计算机科学与技术学院计算机科学与技术学院陈菲2本节提要本节提要1 1 13 3 32 2 25 5 54 4 4前言嵌入式系统概述嵌入式开发工具嵌入式硬件嵌入式软件技术前言嵌入式系统概述嵌入式开发工具嵌入式硬件嵌入式软件技术嵌入式系统实验室嵌入式系统实验室Page 3嵌入式系统实验室嵌入式系统实验室从1997年到2005年，嵌入式系统市场将以年均240的速度增长。2007年全球嵌入式系统产业规模达到4081.6亿美元。嵌入式系统带来的工业年产值已超过了1万亿美元，它正在成为信息技术（IT）产业争夺的重点之一。每年只有10%-20%的计

2、算机芯片用于台式机或笔记本电脑等，这就意味着每年有10-20亿块CPU是为嵌入式系统设计制造的：每年有超过1万个新的嵌入式系统计划产生。社会对嵌入式人才的需求：通讯行业：华为、中兴、大唐、国内IT业：联想、同方、方正、工业领域：Siemens、ABB、研华、国内中小型高新技术企业1、课程的地位和意义、课程的地位和意义Page 4嵌入式系统实验室嵌入式系统实验室嵌入式系统是一门应用性很强的课程。嵌入式技术是一门综合性的课程，涉及涉及电子、计算机、自动控制等诸多专业知识，综合性强，可包括微机原理、单片机设计、操作系统等课程内容。嵌入式系统是软件、硬件设计的完美结合。理论与实践相结合：实践是嵌入式系

3、统课程的重要环节，缺乏实践的嵌入式系统课程是纸上谈兵。通过嵌入式系统课程学习，可提升嵌入式系统设计的专业知识和实际设计能力。2、课程简介、课程简介Page 5嵌入式系统实验室嵌入式系统实验室计算机原理微机接口技术操作系统C语言程序设计4、学习方法、学习方法掌握一种学习方法学习了解嵌入式技术研发的基本概念、方法和知识获得一些嵌入式开发设计实践经验3、先修课程、先修课程Page 6嵌入式系统实验室嵌入式系统实验室5、参考书、参考书深入浅出ARM7，周立功 张华 编著，北京航空航天大学，2005年ARM体系结构域编程，杜春雷编著，清华大学出版社，2003年嵌入式系统体系结构、编程与设计，（印度）Ra

4、jKamal编著，陈曙晖等译，清华大学出版社嵌入式系统设计原理及应用，符意德编著，清华大学出版社基于S3C44B0X嵌入式CLinux 系统原理及应用 李岩荣盘祥编著，清华大学出版社单片机与嵌入式系统应用（期刊）Page 7嵌入式系统实验室嵌入式系统实验室5、相关网站：、相关网站：周立功周立功 英蓓特英蓓特 RAM 嵌入开发网嵌入开发网 Page 8嵌入式系统实验室嵌入式系统实验室嵌入式系统概述嵌入式系统概述C H A P T E RPage 9嵌入式系统实验室嵌入式系统实验室第第1章 嵌入式系统概述章 嵌入式系统概述1.嵌入式系统嵌入式系统2.嵌入式硬件结构嵌入式硬件结构3.嵌入式软件技术嵌

5、入式软件技术4.嵌入式开发工具嵌入式开发工具Page 10嵌入式系统实验室嵌入式系统实验室1.Embedded System in the worldIntel公司1980年发明的8位嵌入式MCU 8051今天仍然是全世界普遍流行的产品，（每年有超过几亿片的交货量）infieon公司（原西门子半导体）90年代初发布的c166系列16位RISC嵌入式微控制器，仍是当今汽车发动机的主流控制芯片（每年约有几千万的交货量）20世纪90年代后期以ARM系列32位嵌入式处理器为代表的嵌入式技术。全世界大约有40家半导体公司购买了ARM Core IP核。2004年我国嵌入式系统应用产品经济总量超过1000

6、0亿元，其中嵌入式处理器芯片约为120亿元。2004我国嵌入式微处理器销售总量大约为13亿片。1.1 嵌入式系统嵌入式系统Page 11嵌入式系统实验室嵌入式系统实验室嵌入式系统无处不在嵌入式系统无处不在即使远在火星面对6万年才有一次的机会，科学家们积极行动起来面对6万年才有一次的机会，科学家们积极行动起来从6月开始，先后有欧洲的从6月开始，先后有欧洲的“火星快车火星快车”、美国、美国“勇气号勇气号”和和“机遇号机遇号”等三颗火星探测器飞往火星，而日本一颗本已在太空等三颗火星探测器飞往火星，而日本一颗本已在太空“迷失方向迷失方向”的火星探测器也在关键时刻及时的火星探测器也在关键时刻及时“醒醒”

7、来，开始了久违的火星之旅。火星与地球，这一对在星空中遥遥相望的来，开始了久违的火星之旅。火星与地球，这一对在星空中遥遥相望的“兄弟兄弟”，迎来6万年来，迎来6万年来“最亲密的接触最亲密的接触”，在2003年8月27日这一天，火星距离地球最近达到55756622(5千多万)公里。，在2003年8月27日这一天，火星距离地球最近达到55756622(5千多万)公里。勇气号勇气号Page 12嵌入式系统实验室嵌入式系统实验室自1997年10月15日发射以来，经历了7年35亿公里航程的卡西尼号太空船在2004年7月1日10时30分进入土星轨道，开始进行人类有史以来对土星及其31颗已知卫星最详尽的探测。

8、自1997年10月15日发射以来，经历了7年35亿公里航程的卡西尼号太空船在2004年7月1日10时30分进入土星轨道，开始进行人类有史以来对土星及其31颗已知卫星最详尽的探测。土星探测Page 13嵌入式系统实验室嵌入式系统实验室“小鹰小鹰”号标准排水量为60100吨，满载排水量达81123吨，舰长323.6米，舰宽39.6米，吃水11.4米，是世界上最大的常规动力航空母舰。号标准排水量为60100吨，满载排水量达81123吨，舰长323.6米，舰宽39.6米，吃水11.4米，是世界上最大的常规动力航空母舰。“哥伦比亚哥伦比亚”号，整个系统的起飞重量达2000吨，高56米。号，整个系统的起飞

9、重量达2000吨，高56米。Page 14嵌入式系统实验室嵌入式系统实验室Page 15嵌入式系统实验室嵌入式系统实验室现实中的嵌入式系统现实中的嵌入式系统Page 16嵌入式系统实验室嵌入式系统实验室PDA可视电话机器人SONY机器狗Page 17嵌入式系统实验室嵌入式系统实验室嵌入式设备无处不在，但桌面系统还依然有用嵌入式设备无处不在，但桌面系统还依然有用无处不在的计算机是计算机与使用者的比率达到和超过无处不在的计算机是计算机与使用者的比率达到和超过100:1100:1的阶段的阶段无处不在的计算机包括无处不在的计算机包括通用计算机和嵌入式计算机通用计算机和嵌入式计算机系统系统在100:1比

10、例中在100:1比例中95%95%以上都是嵌入式计算机系统，并非通用计算机以上都是嵌入式计算机系统，并非通用计算机Page 18嵌入式系统实验室嵌入式系统实验室2.嵌入式系统的概念嵌入式系统的概念目前，对嵌入式系统的定义多种多样，但没有一种定义是全面的。目前，对嵌入式系统的定义多种多样，但没有一种定义是全面的。IEEEIEEEIEEEIEEE：devices used to control,monitor,orassist the operation of equipment,machinery or plants.嵌入式系统是将计算机的硬件或是软件嵌入其他机、电设备或应用系统中去，所构成了一

11、种新的系统，即嵌入式系统。嵌入式系统是将计算机的硬件或是软件嵌入其他机、电设备或应用系统中去，所构成了一种新的系统，即嵌入式系统。是以应用为中心，以计算机技术为基础，采用是以应用为中心，以计算机技术为基础，采用可裁剪可裁剪软硬件，适用于对功能、可靠性、成本、体积、功耗等有严格要求的软硬件，适用于对功能、可靠性、成本、体积、功耗等有严格要求的专用计算机系统专用计算机系统，用于实现对其他设备的控制、监视或管理等功能。，用于实现对其他设备的控制、监视或管理等功能。Page 19嵌入式系统实验室嵌入式系统实验室一个简单的定义：嵌入式系统式嵌入式计算机的简称一个简单的定义：嵌入式系统式嵌入式计算机的简称

12、。以火星登陆车为例，分析嵌入式系统的定义；亲自体会开发出一个完整的计算机系统。以火星登陆车为例，分析嵌入式系统的定义；亲自体会开发出一个完整的计算机系统。需求分析需求分析硬件设计硬件设计驱动程序驱动程序Bootloader&BSP（板级支持包）Bootloader&BSP（板级支持包）操作系统的移植操作系统的移植应用程序的开发应用程序的开发性能检查性能检查勇气号勇气号Page 20嵌入式系统实验室嵌入式系统实验室3.嵌入式系统适用场合嵌入式系统适用场合娱乐与消费类电子产品娱乐与消费类电子产品DC、MP3、PDADC、MP3、PDA办公自动化产品办公自动化产品激光打印机、传真机、扫描仪激光打印机

13、、传真机、扫描仪控制系统与工业自动化控制系统与工业自动化智能仪表、数控机床、机器人智能仪表、数控机床、机器人汽车汽车车载导航、娱乐系统车载导航、娱乐系统生物医学系统生物医学系统ECG设备、CT、超声检测设备ECG设备、CT、超声检测设备Page 21嵌入式系统实验室嵌入式系统实验室嵌入式系统示例嵌入式系统示例汽车控制系统汽车控制系统Page 22嵌入式系统实验室嵌入式系统实验室马达控制器车灯嵌入式系统示例嵌入式系统示例汽车控制系统汽车控制系统尾灯控制系统后车门控制系统前车门控制系统座椅控制系统发动器控制系统所有的控制系统都是一个完整的嵌入式系统Page 23嵌入式系统实验室嵌入式系统实验室嵌入

14、式系统中运行的任务是嵌入式系统中运行的任务是专用而确定专用而确定的的心脏监视器只需要运行信号输入、信号处理、心电图显示任务心脏监视器只需要运行信号输入、信号处理、心电图显示任务如果要更改任务，需要对整个系统进行重新设计或在线维护如果要更改任务，需要对整个系统进行重新设计或在线维护桌面通用系统需要支持桌面通用系统需要支持大量的、需求多样大量的、需求多样的应用程序的应用程序对系统中运行的程序不作假设对系统中运行的程序不作假设程序升级、更新方便程序升级、更新方便4.嵌入式系统与桌面通用系统的区别（嵌入式系统与桌面通用系统的区别（I）Page 24嵌入式系统实验室嵌入式系统实验室嵌入式系统中往往对嵌入

15、式系统中往往对实时性实时性提出较高的要求。提出较高的要求。实时系统：指系统能够在限定的响应时间内提供所需水平的服务。（实时系统：指系统能够在限定的响应时间内提供所需水平的服务。（POSIX 1003.b）嵌入式实时系统可分为：嵌入式实时系统可分为：强实时型：响应时间强实时型：响应时间sms级；级；一般实时：响应时间一般实时：响应时间mss级；级；弱实时：响应时间弱实时：响应时间s级以上。级以上。4.嵌入式系统与桌面通用系统的区别（嵌入式系统与桌面通用系统的区别（II）Page 25嵌入式系统实验室嵌入式系统实验室嵌入式系统中使用的操作系统一般是嵌入式系统中使用的操作系统一般是实时操作系统实时操

16、作系统。嵌入式实时操作系统数量众多。嵌入式实时操作系统数量众多。4.嵌入式系统与桌面通用系统的区别（嵌入式系统与桌面通用系统的区别（III）4.嵌入式系统与桌面通用系统的区别（嵌入式系统与桌面通用系统的区别（IV）嵌入式系统大都有嵌入式系统大都有功耗约束功耗约束。微气象环境监测微气象环境监测要求要求1分钟采样一次，每个采样节点采用电池供电，分钟采样一次，每个采样节点采用电池供电，1年更新一次。采用常规的方法，能量只能持续工作年更新一次。采用常规的方法，能量只能持续工作5天；天；引入间歇工作方式，从而降低功耗，节省能量。引入间歇工作方式，从而降低功耗，节省能量。Page 26嵌入式系统实验室嵌入

17、式系统实验室嵌入式系统比桌面通用系统可用资源少得多。嵌入式系统比桌面通用系统可用资源少得多。嵌入式系统的开发需要嵌入式系统的开发需要专业工具和特殊方法专业工具和特殊方法。开发：开发：交叉编译、交叉链接交叉编译、交叉链接调试：仿真器、虚拟机调试：仿真器、虚拟机4.嵌入式系统与桌面通用系统的区别（嵌入式系统与桌面通用系统的区别（V）4.嵌入式系统与桌面通用系统的区别（嵌入式系统与桌面通用系统的区别（VI）嵌入式系统开发是一项嵌入式系统开发是一项综合综合的计算机应用技术。的计算机应用技术。系统结构：状态控制器、中断控制器处理系统结构：状态控制器、中断控制器处理汇编语言：操作外围设备、端口汇编语言：操

18、作外围设备、端口操作系统：设置运行任务、通讯、互斥操作系统：设置运行任务、通讯、互斥编译原理：交叉编译、编译原理：交叉编译、bootloader加载加载Page 27嵌入式系统实验室嵌入式系统实验室Page 28嵌入式系统实验室嵌入式系统实验室5.嵌入式系统的发展嵌入式系统的发展嵌入式系统从上世纪七十年代出现第一阶段是以单晶片为核心的可编程序控制器系统，同时具有检测、伺服、指示设备相配合的功能。第二阶段是以嵌入式中央处理器(CPU)为基础，以简单操作系统为核心的嵌入式系统。这种嵌入式系统的主要任务是用来控制系统负载，以及监控应用程序的运行。第三阶段是以嵌入式操作系统为标志的嵌入式系统。特点是：

19、嵌入式操作系统能够运行于各种于各种不同类型的处理器上，操作系统内核精小、效率高、模块化程度高、具有文件和目录管理、支持多任务处理、支持网络操作、具有图形窗口和用户界面等功能、具有大量的应用程序接口、开发程序简单、并且嵌入式应用软件应用丰富。第四阶段为基于网络操作为标志的嵌入式系统。这是今后的发展趋势。Page 29嵌入式系统实验室嵌入式系统实验室嵌入式系统发展呈现如下特点：由8位处理向32位过渡由单核向多核过渡向网络化功能发展MCU、FPGA、ARM、DSP等齐头并进嵌入式操作系统呈多元化趋势5.嵌入式系统的发展趋势嵌入式系统的发展趋势Page 30嵌入式系统实验室嵌入式系统实验室第第1章 嵌

20、入式系统概述章 嵌入式系统概述1.嵌入式系统嵌入式系统2.嵌入式硬件结构嵌入式硬件结构3.嵌入式软件技术嵌入式软件技术4.嵌入式开发工具嵌入式开发工具Page 31嵌入式系统实验室嵌入式系统实验室嵌入式系统一般由嵌入式微处理器、外围硬件设备、嵌入式操作系统（可选），以及用户应用软件系统等四个部分组成。嵌入式系统结构嵌入式系统结构Page 32嵌入式系统实验室嵌入式系统实验室一个典型的嵌入式系统应用一个典型的嵌入式系统应用Page 33嵌入式系统实验室嵌入式系统实验室1.2 嵌入式硬件结构嵌入式硬件结构复位及振荡电路复位及振荡电路处理器处理器定时器定时器ROMRAM串行口串行口中断控制中断控制并

21、口并口输入/输出设备接口及驱动电路输入/输出设备接口及驱动电路系统专用电路系统专用电路嵌入式系统的硬件组成嵌入式系统的硬件组成Page 34嵌入式系统实验室嵌入式系统实验室MPU微处理器微处理器电源模块电源模块时钟时钟复位复位FlashRAMROMUSBLCDKeyboard外围电路外围电路Other外设外设1.典型嵌入式系统基本组成硬件典型嵌入式系统基本组成硬件Page 35嵌入式系统实验室嵌入式系统实验室2.嵌入式微处理器嵌入式微处理器嵌入式微处理器有许多不同的体系，即使在同一体系中也可能具有不同的时钟速度和总线数据宽度、集成不同的外部接口和设备。目前全世界嵌入式微处理器的品种总量已经超过

22、千种，有几十种嵌入式微处理器体系。ARM RISC（ARM）TMS320 DSP(TI)StrongARM/Xscale(Intel)MIPS ROSC (MIPS)DragonBall(Motorola)Page 36嵌入式系统实验室嵌入式系统实验室嵌入式处理器嵌入式处理器嵌入式微处理器的基础是通用计算机中的CPU。将微处理器装配在专门设计的电路板上，保留和嵌入式应用有关的母板功能。嵌入式微处理器具有体积小、重量轻、成本低、可靠性高的优点，电路板上必须包括ROM、RAM、总线接口、各种外设等器件，从而降低了系统的可靠性，技术保密性也较差。嵌入式微处理器及其存储器、总线、外设等安装在一块电路板

23、上，称为单板计算机。嵌入式微处理器的基础是通用计算机中的CPU。将微处理器装配在专门设计的电路板上，保留和嵌入式应用有关的母板功能。嵌入式微处理器具有体积小、重量轻、成本低、可靠性高的优点，电路板上必须包括ROM、RAM、总线接口、各种外设等器件，从而降低了系统的可靠性，技术保密性也较差。嵌入式微处理器及其存储器、总线、外设等安装在一块电路板上，称为单板计算机。嵌入式微处理器（嵌入式微处理器（MPU）CPUROMRAM外设1外设2单板计算机Page 37嵌入式系统实验室嵌入式系统实验室嵌入式处理器嵌入式处理器嵌入式微控制器又称单片机，它是将整个计算机系统集成到一块芯片中。微控制器的最大特点是单

24、片化，体积大大减小，从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统工业的主流。嵌入式微控制器目前的品种和数量最多，比较有代表性的通用系列包括8051、MCS-96/196/296、C166/167、MC68HC05/11/12/16、68300、ARM芯片等。嵌入式微控制器又称单片机，它是将整个计算机系统集成到一块芯片中。微控制器的最大特点是单片化，体积大大减小，从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统工业的主流。嵌入式微控制器目前的品种和数量最多，比较有代表性的通用系列包括8051、MCS-96/196/296、C166/167、MC68HC05/11/12/1

25、6、68300、ARM芯片等。嵌入式微控制器（嵌入式微控制器（MCU）复位部件看门狗部件晶振部件I/O部件中断部件ROM部件SRAM部件定时器部件CPU核Page 38嵌入式系统实验室嵌入式系统实验室嵌入式处理器嵌入式处理器DSP处理器编译效率较高，指令执行速度也较高。在数字滤波、FFT、谱分析等方面。DSP算法正在大量进入嵌入式领域，DSP应用正从在通用单片机中以普通指令实现DSP功能，过渡到采用嵌入式DSP处理器。嵌入式DSP处理器比较有代表性是Texas Instruments的TMS320系列和Motorola的DSP56000 系列。PHILIPS公司近年也推出了基于可重置嵌入式DS

26、P结构低成本、低功耗技术上制造的DSP处理器，特点是具备双Harvard结构和双乘/累加单元，应用目标是大批量消费类产品。DSP处理器编译效率较高，指令执行速度也较高。在数字滤波、FFT、谱分析等方面。DSP算法正在大量进入嵌入式领域，DSP应用正从在通用单片机中以普通指令实现DSP功能，过渡到采用嵌入式DSP处理器。嵌入式DSP处理器比较有代表性是Texas Instruments的TMS320系列和Motorola的DSP56000 系列。PHILIPS公司近年也推出了基于可重置嵌入式DSP结构低成本、低功耗技术上制造的DSP处理器，特点是具备双Harvard结构和双乘/累加单元，应用目标

27、是大批量消费类产品。嵌入式嵌入式DSP处理器处理器Page 39嵌入式系统实验室嵌入式系统实验室嵌入式处理器嵌入式处理器System On Chip(SOC)：System On Chip(SOC)：一个硅片上实现一个复杂的系统。CPU和其他功能器件是在同一块芯片上。一个硅片上实现一个复杂的系统。CPU和其他功能器件是在同一块芯片上。嵌入式片上系统嵌入式片上系统(SOC)处理器处理器外设外设存储器存储器I/O“System on board”“System on chip”USB以太网以太网memory面向应用领域的、高度集成的、以面向应用领域的、高度集成的、以32位嵌入式微处理器为核心的位嵌

28、入式微处理器为核心的SOC（System On Chip）将成为应用主流。）将成为应用主流。SoC给系统带来高性能之外更多更重要的好处：稳定性、体积、散热、功耗给系统带来高性能之外更多更重要的好处：稳定性、体积、散热、功耗 Page 40嵌入式系统实验室嵌入式系统实验室AMD公司：Am186/88、Elam系列Intel公司：386EXNS（AMD）公司：Geode系列ST公司：STPC（SOC）Motorola公司：PowerPC（IBM）、68000MIPS公司：MIPS32 4Kc和MIPS64 5KcARM公司：ARM7、ARM9E、ARM10E、ARM11、Securcore 6个系

29、列目前主要的嵌入式微处理器有：目前主要的嵌入式微处理器有：X86系列系列Page 41嵌入式系统实验室嵌入式系统实验室3.总线总线嵌入式系统的总线一般集成在嵌入式微处理器中。片外总线：连接系统各个部件，进行互连和传输信息的信号线。ESIA总线、SCSI总线、PCI总线AMBA总线：ARM研发的总线规范专用总线：CompactPCI总线：工业控制CAN总线：汽车电子总线选择总线和选择嵌入式微处理器密切相关，总线的种类随不同的微处理器的结构而不同。Page 42嵌入式系统实验室嵌入式系统实验室4.存储器存储器嵌入式系统的存储器包括主存和外存。大多数嵌入式系统的代码和数据都存储在处理器可直接访问的存

30、储空间即主存中。嵌入式系统的主存可位于SoC内和SoC外，片内存储器存储容量小、速度快，片外存储器容量大。可以做主存的存储器有：ROM类：Nor Flash、EPROM、E2PROM、PROM等RAM类：SRAM、DRAM、SDRAM等电子盘Flash外存DOC：Disk on ChipDOM：IDE电子盘SM：Smart MediaMS：Memory StickPage 43嵌入式系统实验室嵌入式系统实验室5.输入输入/输出接口和设备输出接口和设备嵌入式系统的大多数输入/输出接口和部分设备已经集成在嵌入式微处理器中。输入/输出接口主要有中断控制器、AD/DA、串口和LCD等。6.通讯设备通讯

31、设备有线网络：IEEE 1394、USB。无线网络：IrDA、Bluetooth、802.11bg。Page 44嵌入式系统实验室嵌入式系统实验室ExternalMemoryCPUAddressDataCacheBusInterfaceWrite BufferMMU/MPURRWWWW(R/W)外设外设如如USB、LCD 控制器等控制器等扩展芯片扩展芯片内核（内核（core）处理器存储器子系统）处理器存储器子系统SoC的片内外设系统的片外设备的片内外设系统的片外设备处理器（处理器（Processor）芯片（芯片（SoC）系统（系统（System）Page 45嵌入式系统实验室嵌入式系统实验室第

32、第1章 嵌入式系统概述章 嵌入式系统概述1.嵌入式系统嵌入式系统2.嵌入式硬件结构嵌入式硬件结构3.嵌入式软件技术嵌入式软件技术4.嵌入式开发工具嵌入式开发工具Page 46嵌入式系统实验室嵌入式系统实验室处理器处理器存储器存储器输入输出输入输出操作系统操作系统应用程序应用程序软件结构硬件结构软件结构硬件结构典型嵌入式系统基本组成软件典型嵌入式系统基本组成软件Page 47嵌入式系统实验室嵌入式系统实验室嵌入式系统软件的组成嵌入式系统软件的组成初始化引导代码板级支持包嵌入式操作系统网络协议栈图形用户接口GUI应用软件Page 48嵌入式系统实验室嵌入式系统实验室1.3 嵌入式操作系统嵌入式操作

33、系统概述概述嵌入式操作系统是嵌入式系统中的软件基础，就像当时通用操作系统的出现是为了使在各种硬件平台上进行大型软件编制更方便和运行软件更可靠一样，为了在各种专用硬件平台上更好地编制和运行应用软件，嵌入式操作系统应运而生了。Page 49嵌入式系统实验室嵌入式系统实验室基本概念实时操作系统是一段在嵌入式系统启动后首先执行的背景程序，用户的应用程序是运行于RTOS之上的各个任务，RTOS根据各个任务的要求，进行资源(包括存储器、外设等)管理、消息管理、任务调度、异常处理等工作。在RTOS支持的系统中，每个任务均有一个优先级，RTOS根据各个任务的优先级，动态地切换各个任务，保证对实时性的要求。实时

34、操作系统是一段在嵌入式系统启动后首先执行的背景程序，用户的应用程序是运行于RTOS之上的各个任务，RTOS根据各个任务的要求，进行资源(包括存储器、外设等)管理、消息管理、任务调度、异常处理等工作。在RTOS支持的系统中，每个任务均有一个优先级，RTOS根据各个任务的优先级，动态地切换各个任务，保证对实时性的要求。实时操作系统（RTOS）1.3 嵌入式操作系统嵌入式操作系统Page 50嵌入式系统实验室嵌入式系统实验室嵌入式操作系统运行的必要条件ROM 空间：系统最终运行时需要，调试阶段不是必要的。（常用Flash作为ROM存储器）RAM空间：系统无论在运行还是调试器件都需要。定时器中断堆栈P

35、age 51嵌入式系统实验室嵌入式系统实验室典型的嵌入式实时操作系统VXWorks、QNX、WinCE、PalmOS面向SOC的操作系统：Symbian的Epoc、Express Logic的ThreadX、ATI的Nucleus开放源代码的操作系统：Linux系列、C/OS1.3 嵌入式操作系统嵌入式操作系统典型性能指标内核大小：几K几百K调度时间片：1ms实时任务响应时间：2040微秒一般任务响应时间：20微秒几百毫秒Page 52嵌入式系统实验室嵌入式系统实验室混合编程模式：嵌入式软件经常需要直接控制外设、进行寄存器操作等，因而较多使用高级语言、汇编语言混合编程。1.4 嵌入式软件技术嵌

36、入式软件技术Page 53嵌入式系统实验室嵌入式系统实验室1.4 嵌入式软件技术嵌入式软件技术软件架构：进行模块划分，将一个很大的软件划分为一系列功能独立的部分，合作完成系统的需求。C语言作为结构化的程序设计语言，在模块的划分上主要依据功能。一个嵌入式系统通常包括两类模块：硬件驱动模块，一种特定硬件对应一个模块；软件功能模块，其模块的划分应满足低偶合、高内聚的要求。Page 54嵌入式系统实验室嵌入式系统实验室1.4 嵌入式软件技术嵌入式软件技术单任务程序典型架构从CPU复位时的指定地址开始执行；跳转至汇编代码startup处执行；跳转至用户主程序main执行，在main中完成：初试化各硬件设

37、备；初始化各软件模块；进入死循环（无限循环），调用各模块的处理函数Page 55嵌入式系统实验室嵌入式系统实验室中断服务程序中断服务程序需要满足如下要求：不能返回值；不能向ISR传递参数；ISR应该尽可能的短小精悍；printf(char*lpFormatString,)函数会带来重入和性能问题，不能在ISR中采用1.4 嵌入式软件技术嵌入式软件技术Page 56嵌入式系统实验室嵌入式系统实验室1.4 嵌入式软件技术嵌入式软件技术硬件驱动模块一个硬件驱动模块通常应包括如下函数：中断服务程序ISR硬件初始化修改寄存器，设置硬件参数（如UART应设置其波特率，AD/DA设备应设置其采样速率等）；将

38、中断服务程序入口地址写入中断向量表。设置CPU针对该硬件的控制线如果控制线可作PIO（可编程I/O）和控制信号用，则设置CPU内部对应寄存器使其作为控制信号；b.设置CPU内部的针对该设备的中断屏蔽位，设置中断方式（电平触发还是边缘触发）Page 57嵌入式系统实验室嵌入式系统实验室按位操作嵌入式系统经常要求对变量或寄存器进行位操作例如：给定一个整型变量a，写两段代码。第一个设置a的bit3，第二个清除a的bit3。在以上两个操作中，要保持其它位不变1.4 嵌入式软件技术嵌入式软件技术#define BIT3(ox13)Void set_bit3(int*a)*a|=BIT3;Void cle

39、ar_bit3(int*a)*a&=BIT3;Page 58嵌入式系统实验室嵌入式系统实验室看门狗定时器对于要求高可靠性的嵌入式应用场合，系统往往提供看门狗（watchdog）机制，以防止用户程序进入死循环。程序能够生成一个看门狗，并交付执行动作，（看门狗监视程序的执行）如果应用程序在指定的时间内不能将看门狗置位，将触发指定的程序。看门狗执行动作包括：系统重启、任务重启、跳出循环1.4 嵌入式软件技术嵌入式软件技术Page 59嵌入式系统实验室嵌入式系统实验室第第1章 嵌入式系统概述章 嵌入式系统概述1.嵌入式系统嵌入式系统2.嵌入式硬件结构嵌入式硬件结构3.嵌入式软件技术嵌入式软件技术4.嵌

40、入式开发工具嵌入式开发工具Page 60嵌入式系统实验室嵌入式系统实验室系统级设计工具Cadence的SPWSytem View模拟电路系统仿真工具PspiceEWBPCB设计工具ProtelPADs的Power PCB&Tool KitMentor的Expedition&Tool Kit可编程逻辑器件设计工具1.5 嵌入式硬件开发工具嵌入式硬件开发工具Page 61嵌入式系统实验室嵌入式系统实验室开发工具编译器（Complier）调试器（In Circuit Emulator）软仿真（Simulator）集成开发环境(IDE)典型的商业开发工具及供应商Windriver公司的Tornado

41、for VxWorks免费开发工具GUN系列开发工具Wiggler调试器1.5 嵌入式软件开发工具嵌入式软件开发工具Page 62嵌入式系统实验室嵌入式系统实验室嵌入式系统开发流程嵌入式系统开发流程用户需求选择嵌入式处理器及其硬件平台选择合适的嵌入式操作系统系统整体测试在操作系统基础上开发应用程序应用程序测试通过？否是结束Page 63嵌入式系统实验室嵌入式系统实验室硬件平台的选择硬件平台的选择选择嵌入式处理器存储空间、存储方式考虑外设的需求显示接口：LCD？LED？输入方式：触摸屏？专用键盘？自行设计键盘？通信接口：USB、串口、802.11b、红外、蓝牙音频、视频A/D、D/A转换Page 64嵌入式系统实验室嵌入式系统实验室嵌入式操作系统的选择嵌入式操作系统的选择操作系统的硬件支持是否支持目标硬件平台可移植性开发工具的支持程度是否满足应用的需求对操作系统性能的要求国际化源代码还是目标代码License