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1、嵌入式系统基本说明嵌入式系统嵌入式处理器嵌入式操作系统生活中的嵌入式系统产品生活中的嵌入式系统生活中的嵌入式系统嵌入式系统概念技术角度定义技术角度定义以应用为中心，以计算机技术为基础，软件和硬件可裁剪、适应应用系统对功能可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统；系统的系统的角度定义角度定义是设计完成复杂功能的硬件与软件，并使其紧密耦合在一起的计算机系统术语嵌入式反应了这些系统通常是更大系统中的一个完整部分，称为嵌入的系统。嵌入式系统的例子汽车控制系统汽车控制系统前车门控制系统后车门控制系统车灯控制系统发动机控制系统ABS车用仪表所有控制系统都是一个独立的嵌入式系统嵌入式处理器嵌入式操作
2、系统发展概述计算机由硬件和软件构成，发展初期用户使用监控程序来使用计算机;随着计算机技术的发展，为了更好的利用计算机硬件资源和管理软件资源，监控程序发展形成了操作系统（Operation System）操作系统分类使用计算中心等较大的计算机系统适用多个用户共享系统资源使用嵌入式系统或有实时要求比较高的系统嵌入式操作系统-基本概念前后台系统前后台系统对于基本芯片的软件开发，应用程序就是一个无限的循环，可称为前后台系统或超循环系统很多基于微处理器的产品都是采用前后台系统设计，如微波炉、电话等，在另外一些基于微处理器应用中，从省电的角度出发，平时微处理器处于停机状态，所有事都靠中断服务来完成。嵌入式
3、操作系统-基本概念前后台系统前后台系统嵌入式操作系统-基本概念操作系统操作系统操作系统是计算机中最基本的程序，操作系统负责计算机系统中软硬资源的分配与回收、控制与协调等并发活动；操作系统提供用户接口，使用户获得良好的工作环境；为用户扩展新的系统功能提供软件平台。嵌入式操作系统-基本概念实时操作系统（实时操作系统（RTOS）实时操作系统是一段前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ROS之上的各个任务，RTOS根据各个任务的要求，运行资源管理、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权，RTOS根据各个任务的优先级，动态地切换各个任务，
4、保证对实时性的要求。嵌入式操作系统-基本概念内核内核多任务系统中，内核负责管理各个任务，或者说为每个任务分配CPU时间，并且负责任务之间的通信。内核提供的基本服务是任务切换。使用实时内核可以大大简化应用系统的设计，是因为实时内核允许将应用分成若干个任务，由实时内核来管理他们。内核需要消耗一定的系统资源，比如25%的CPU运行时间，RAM和ROM等。内核提供必不可少的系统服务，比如信号量、消息队列、延时等。嵌入式操作系统-基本概念调度调度调度室内核的主要职责之一，调度就是决定该轮到哪个任务运行了。多数实时内核是基于优先级调度法的。基于优先级的调度法指CPU总是让处在就绪态的优先级最高的任务先运行
5、。然而究竟何时让高优先级任务掌握CPU的使用权，有两种不同的情况，这要看用的是设呢类型的内核，是非占先式的还是占先式的内核。嵌入式操作系统-基本概念非占先式内核非占先式内核非占先式内核要求每个任务自我放弃CPU的所有权。非占先式调度法也成合作型多任务，每个任务彼此合作共享一个CPU。异步事件还是由中断服务来处理。中断服务可以使一个高优先级的任务由挂起状态变为就绪状态，但中断服务以后控制权还是回到原来那个被中断了的任务，直到该任务主动放弃CPU的使用权时，那个高优先级的任务才能获得CPU的使用权。嵌入式操作系统-基本概念占先式内核占先式内核当系统响应时间很重要时，要使用占先式内核。因此绝大多数商
6、业上销售的实时内核都是占先式内核。最高优先级的任务一旦就绪，总能得到CPU的控制权。当一个运行着的任务使一个比它优先级高的任务进入了就绪状态，当前任务的CPU使用权就被剥夺了，或者说被挂起了，那个高优先级的任务立刻得到了CPU的控制权。如果是中断服务子程序使一个高优先级的任务进入就绪态，中断完成时，中断了的任务被挂起，优先级高的那个任务开始运行嵌入式操作系统-基本概念任务优先级任务优先级任务的优先级是表示任务被调度的优先程度。每个任务都具有优先级。任务越重要，赋予的优先级应越高，越容易被调度而进入运行态。嵌入式操作系统-基本概念中断中断中断是一种硬件机制，用于通知CPU有个异步事件发生了。中断
7、一旦被识别，CPU保存部分或全部上下文即部分或全部寄存器的值，跳转到专门的子程序，称为中断服务子程序（ISR)。中断服务子程序做事件处理，处理完成后，程序回到：1）在前后台系统中，程序回到后台程序；2）对非占先式内核而言，程序回到了被中断了的任务；3）对占先式内核而言，让进入就绪态的优先级最高的任务开始运行。嵌入式操作系统-基本概念中断中断嵌入式操作系统-基本概念时钟节拍时钟节拍时钟节拍是特定的周期性中断，这个中断可以看作是系统心脏的脉动。中断之间的时间间隔取决于不同应用，一般在10ms到200ms之间。时钟的节拍式中断使得内核可以将任务延时若干个整数时钟节拍，以及当任务等待事件发生时，提供等
8、待超时的依据。时钟节拍越快，系统的额外开销就越大。嵌入式操作系统使用嵌入式操作系统的必要性使用嵌入式操作系统的必要性嵌入式实时操作系统在目前的嵌入式应用中用的越来越广泛，尤其在功能复杂、系统庞大的应用中显得越来越重要。在嵌入式应用中，只有把CPU嵌入到系统中，同时把操作系统嵌入进去，才是真正的计算机嵌入式应用，使用实时操作系统主要有以下几个因素1）嵌入式实时操作系统提高了系统的可靠性；2）提高了开发效率，缩短了开发周期；3）嵌入式实时操作系统充分发挥了32位CPU的多任务潜力。嵌入式操作系统实时操作系统的优缺点实时操作系统的优缺点优点优点：在嵌入式实时操作系统环境下开发实时应用程序使程序的设计
9、和扩展变得容易，不需要大的改动就可以增加新的功能。通过将应用程序分割成若干独立的任务模块、使应用程序的设计过程大为简化；而且对实时性要求苛刻的事件都得到了快速、可靠的处理。通过有效的系统服务，嵌入式实时操作系统使得系统资源得到更好的应用；缺点缺点：使用嵌入式实时操作系统还需要额外的ROM/RAM开销，25%的CPU额外负荷，以及内核的费用。嵌入式操作系统-实例常见嵌入式操作系统常见嵌入式操作系统-嵌入式嵌入式LinuxLinux是一种很受欢迎的操作系统，它与UNIX系统兼容，开放源代码。它原本被设计为桌面系统，现在广泛应用于服务器领域。而更大的影响在于它正逐渐的应用于嵌入式设备。uCLinux
10、正是在这种氛围下产生的。在uCLinux这个英文单词中u表示Micro，小的意思，C表示Control，控制的意思，所以uCLinux就是Micro-Control-Linux，字面上的理解就是针对微控制领域而设计的Linux系统。与标准Linux在内存管理方面有着本质的区别,uCLinux主要是针对目标处理器没有存储管理单元MMU（Memory Management Unit）的嵌入式系统而设计的。uCLinux是嵌入式Linux领域非常重要的分支，已成功应用于路由器、机顶盒、PDA等领域。嵌入式操作系统-实例Android（百度百科）（百度百科）是一种基于Linux的自由及开放源代码的操作
11、系统，主要使用于移动设备，如智能手机和平板电脑，由Google公司和开放手机联盟领导及开发。尚未有统一中文名称，中国大陆地区较多人使用“安卓”或“安致”。Android操作系统最初由Andy Rubin开发，主要支持手机。2005年8月由Google收购注资。2007年11月，Google与84家硬件制造商、软件开发商及电信营运商组建开放手机联盟共同研发改良Android系统。随后Google以Apache开源许可证的授权方式，发布了Android的源代码。第一部Android智能手机发布于2008年10月。Android逐渐扩展到平板电脑及其他领域上，如电视、数码相机、游戏机等。2011年第
12、一季度，Android在全球的市场份额首次超过塞班系统，跃居全球第一。2013年的第四季度，Android平台手机的全球市场份额已经达到78.1%。1 2013年09月24日谷歌开发的操作系统Android在迎来了5岁生日，全世界采用这款系统的设备数量已经达到10亿台嵌入式操作系统-实例Android（百度（百度百科百科）Android一词最早出现于法国作家利尔亚当（Auguste Villiers de lIsle-Adam）在1886年发表的科幻小说未来夏娃（Lve future）中。他将外表像人的机器起名为Android。Android的Logo是由Ascender公司设计的，诞生于20
13、10年，其设计灵感源于男女厕所门上的图形符号，布洛克绘制了一个简单的机器人，它的躯干就像锡罐的形状，头上还有两根天线，Android小机器人便诞生了。其中的文字使用了Ascender公司专门制作的称之为“Droid”的字体。Android是一个全身绿色的机器人，绿色也是Android的标志。颜色采用了PMS 376C和RGB中十六进制的#A4C639来绘制，这是Android操作系统的品牌象徵。有时候，它们还会使用纯文字的Logo嵌入式操作系统-实例常见嵌入式操作系统常见嵌入式操作系统-WINCEWindows Embedded Compact(即 Windows CE)是微软公司嵌入式、移动
14、计算平台的基础，它是一个开放的、可升级的32位嵌入式操作系统，是基于掌上型电脑类的电子设备操作系统。Windows CE它精简的Windows 95，它的图形用户界面相当出色。嵌入式操作系统-实例常见嵌入式操作系统常见嵌入式操作系统-VxWorksVxWorks 操作系统是美国WindRiver（风河）公司于1983年设计开发的一种嵌入式实时操作系统(RTOS)，是嵌入式开发环境的关键组成部分。良好的持续发展能力、高性能的内核以及友好的用户开发环境，在嵌入式实时操作系统领域占据一席之地。它以其良好的可靠性和卓越的实时性被广泛地应用在通信、军事、航空、航天等高精尖技术及实时性要求极高的领域中，如
15、卫星通讯、军事演习、弹道制导、飞机导航等。在美国的F-16、FA-18战斗机、B-2隐形轰炸机和爱国者导弹上，甚至连1997年4月在火星表面登陆的火星探测器、2008年5月登陆的凤凰号，和2012年8月登陆的好奇号也都使用了VxWorks。嵌入式操作系统-实例常见嵌入式操作系统常见嵌入式操作系统-C/OS-C/OS-II由Micrium公司提供，是一个可移植、可固化的、可裁剪的、占先式多任务实时内核，它适用于多种微处理器，微控制器和数字处理芯片（已经移植到超过100种以上的微处理器应用中）。同时，该系统源代码开放、整洁、一致，注释详尽，适合系统开发。C/OS-II已经通过联邦航空局（FAA）商
16、用航行器认证，符合航空无线电技术委员会（RTCA）DO-178B标准。C/OS-II 的前身是C/OS，最早出自于1992 年美国嵌入式系统专家Jean J.Labrosse 在嵌入式系统编程杂志的5 月和6 月刊上刊登的文章连载，并把C/OS 的源码发布在该杂志的B B S 上。嵌入式操作系统-实例常见嵌入式操作系统常见嵌入式操作系统-C/OS-C/OS 和C/OS-II 是专门为计算机的嵌入式应用设计的，绝大部分代码是用C语言编写的。CPU 硬件相关部分是用汇编语言编写的、总量约200行的汇编语言部分被压缩到最低限度，为的是便于移植到任何一种其它的CPU 上。用户只要有标准的ANSI 的C交叉编译器，有汇编器、连接器等软件工具，就可以将C/OS-II嵌入到开发的产品中。C/OS-II 具有执行效率高、占用空间小、实时性能优良和可扩展性强等特点，最小内核可编译至 2KB。C/OS-II 已经移植到了几乎所有知名的CPU 上END