最新嵌入式系统原理与应用PPT课件.ppt
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1、嵌入式系统原理与应用嵌入式系统原理与应用 2005 BIT参考资料1.1.嵌入式系统嵌入式系统嵌入式系统嵌入式系统-IntelXScale-IntelXScale结构与开发,编著结构与开发,编著结构与开发,编著结构与开发,编著 陈章龙、涂陈章龙、涂陈章龙、涂陈章龙、涂时亮时亮时亮时亮,北京航空航天大学出版,北京航空航天大学出版,北京航空航天大学出版,北京航空航天大学出版 社,社,社,社,20042004年年年年1 1月月月月2.王田苗王田苗王田苗王田苗 主编主编主编主编.嵌入式系统设计及实例开发嵌入式系统设计及实例开发嵌入式系统设计及实例开发嵌入式系统设计及实例开发ARMARM与与与与C/OS
2、-C/OS-.北京:清华大学出版社,北京:清华大学出版社,北京:清华大学出版社,北京:清华大学出版社,2002.92002.9 3.Linux3.Linux与嵌入式系统,李善平,刘文峰,北京:清华大与嵌入式系统,李善平,刘文峰,北京:清华大与嵌入式系统,李善平,刘文峰,北京:清华大与嵌入式系统,李善平,刘文峰,北京:清华大学出版社,学出版社,学出版社,学出版社,2003.12003.1 4 4(美)(美)(美)(美)JeanJ.Labrosse,JeanJ.Labrosse,邵贝贝译邵贝贝译邵贝贝译邵贝贝译.C/OS-.C/OS-源源源源码公开的实时嵌入式操作系统码公开的实时嵌入式操作系统码公
3、开的实时嵌入式操作系统码公开的实时嵌入式操作系统.北京:中国电力出版社,北京:中国电力出版社,北京:中国电力出版社,北京:中国电力出版社,2001.82001.8 简介:是目前学习嵌入式操作系统最好的入门教材,书中对一个完简介:是目前学习嵌入式操作系统最好的入门教材,书中对一个完简介:是目前学习嵌入式操作系统最好的入门教材,书中对一个完简介:是目前学习嵌入式操作系统最好的入门教材,书中对一个完整的嵌入式实时内核整的嵌入式实时内核整的嵌入式实时内核整的嵌入式实时内核C/OS-C/OS-进行了剖析,详细讲述了实时内进行了剖析,详细讲述了实时内进行了剖析,详细讲述了实时内进行了剖析,详细讲述了实时内
4、核的设计和创建方法,以及多任务实时系统的原理和编程思想。核的设计和创建方法,以及多任务实时系统的原理和编程思想。核的设计和创建方法,以及多任务实时系统的原理和编程思想。核的设计和创建方法,以及多任务实时系统的原理和编程思想。2 2005 BIT 2005 BIT 2005 BIT 2005 BIT 2005 BIT 2005 BIT 2005 BIT1981年年ReadySystem发展了世界上第发展了世界上第1个商业个商业嵌入式实时内核(嵌入式实时内核(VTRX32)包含了许多传统操作系)包含了许多传统操作系统的特征,包括任务管理、任务间通讯、同步与相互统的特征,包括任务管理、任务间通讯、同
5、步与相互排斥、中断支持、内存管理等功能。排斥、中断支持、内存管理等功能。随后,出现了随后,出现了IntegratedSystemIncorporation(ISI)的的PSOS、WindRiver的的VxWorks、QNX公司的公司的QNX等,等,PalmOS,WinCE,嵌入式,嵌入式Linux,Lynx,uCOS、Nucleus,以及国内凯思集团的,以及国内凯思集团的Hopen、DeltaOS等嵌入式操作系统。等嵌入式操作系统。9 2005 BIT9090年代以后,随着对实时性要求的提高,软件规模年代以后,随着对实时性要求的提高,软件规模年代以后,随着对实时性要求的提高,软件规模年代以后,
6、随着对实时性要求的提高,软件规模不断上升,实时内核逐渐发展为实时多任务操作系统不断上升,实时内核逐渐发展为实时多任务操作系统不断上升,实时内核逐渐发展为实时多任务操作系统不断上升,实时内核逐渐发展为实时多任务操作系统(RTOSRTOS),并作为一种软件平台逐步成为目前国际嵌),并作为一种软件平台逐步成为目前国际嵌),并作为一种软件平台逐步成为目前国际嵌),并作为一种软件平台逐步成为目前国际嵌入式系统的主流。这时候更多的公司看到了嵌入式系统入式系统的主流。这时候更多的公司看到了嵌入式系统入式系统的主流。这时候更多的公司看到了嵌入式系统入式系统的主流。这时候更多的公司看到了嵌入式系统的广阔发展前景
7、,开始大力发展自己的嵌入式操作系统。的广阔发展前景,开始大力发展自己的嵌入式操作系统。的广阔发展前景,开始大力发展自己的嵌入式操作系统。的广阔发展前景,开始大力发展自己的嵌入式操作系统。今天今天今天今天RTOSRTOS已经在全球形成了已经在全球形成了已经在全球形成了已经在全球形成了1 1个产业,根据美国个产业,根据美国个产业,根据美国个产业,根据美国EMFEMF(电子市场分析)报告,(电子市场分析)报告,(电子市场分析)报告,(电子市场分析)报告,19991999年全球年全球年全球年全球RTOSRTOS市场产市场产市场产市场产值达值达值达值达3.63.6亿美元,而相关的整个嵌入式开发工具(包括
8、仿亿美元,而相关的整个嵌入式开发工具(包括仿亿美元,而相关的整个嵌入式开发工具(包括仿亿美元,而相关的整个嵌入式开发工具(包括仿真器、软件编译器和调试器)则高达真器、软件编译器和调试器)则高达真器、软件编译器和调试器)则高达真器、软件编译器和调试器)则高达9 9亿美元。亿美元。亿美元。亿美元。10 2005 BIT风河的Tornado/VxWorks Palm公司的Palm OS 微软的Windows CE 11 2005 BIT2 定义IEEEIEEE定义定义 根据根据根据根据IEEEIEEE(国际电气和电子工程师协会)的定义:(国际电气和电子工程师协会)的定义:(国际电气和电子工程师协会)
9、的定义:(国际电气和电子工程师协会)的定义:嵌入式系统是嵌入式系统是嵌入式系统是嵌入式系统是“用于控制、监视或者辅助操作机用于控制、监视或者辅助操作机用于控制、监视或者辅助操作机用于控制、监视或者辅助操作机器和设备的装置器和设备的装置器和设备的装置器和设备的装置”(原文为(原文为(原文为(原文为devices devices used to control,used to control,monitor,or assist the operation of equipment,monitor,or assist the operation of equipment,machinery or p
10、lantsmachinery or plants)。)。)。)。可以看出此定义是从应用上考虑的,嵌入式可以看出此定义是从应用上考虑的,嵌入式可以看出此定义是从应用上考虑的,嵌入式可以看出此定义是从应用上考虑的,嵌入式系统系统系统系统是软件和硬件的综合体,还可以涵盖机电等附属装是软件和硬件的综合体,还可以涵盖机电等附属装是软件和硬件的综合体,还可以涵盖机电等附属装是软件和硬件的综合体,还可以涵盖机电等附属装置。置。置。置。12 2005 BIT一般定义一般定义 “以以以以应用应用应用应用为中心、以计算机技术为基础、为中心、以计算机技术为基础、为中心、以计算机技术为基础、为中心、以计算机技术为基础
11、、软件软件软件软件硬件可裁剪硬件可裁剪硬件可裁剪硬件可裁剪、功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求求求求的的的的专用专用专用专用计算机系统。计算机系统。计算机系统。计算机系统。”从以下几个方面来理解国内对嵌入式系统的定义:从以下几个方面来理解国内对嵌入式系统的定义:从以下几个方面来理解国内对嵌入式系统的定义:从以下几个方面来理解国内对嵌入式系统的定义:嵌入式系统是面向用户、面向产品、面向应用的,嵌入式系统是面向用户、面向产品、面向应用的,嵌入式系统是面向用户、面向产品、面向应用的,嵌入式
12、系统是面向用户、面向产品、面向应用的,它必须与具体应用相结合才会具有生命力、才更具有优它必须与具体应用相结合才会具有生命力、才更具有优它必须与具体应用相结合才会具有生命力、才更具有优它必须与具体应用相结合才会具有生命力、才更具有优势。可以这样理解上述三个方面的含义,即嵌入式系统势。可以这样理解上述三个方面的含义,即嵌入式系统势。可以这样理解上述三个方面的含义,即嵌入式系统势。可以这样理解上述三个方面的含义,即嵌入式系统是与应用紧密结合的,它具有很强的专用性,必须结合是与应用紧密结合的,它具有很强的专用性,必须结合是与应用紧密结合的,它具有很强的专用性,必须结合是与应用紧密结合的,它具有很强的专
13、用性,必须结合实际系统需求进行合理的裁减利用。实际系统需求进行合理的裁减利用。实际系统需求进行合理的裁减利用。实际系统需求进行合理的裁减利用。13 2005 BIT嵌入式系统是将先进的计算机技术、半导体技术嵌入式系统是将先进的计算机技术、半导体技术和电子技术以及各个行业的具体应用相结合后的和电子技术以及各个行业的具体应用相结合后的产物。产物。这一点就决定了它必然是一个技术密集、这一点就决定了它必然是一个技术密集、资金密集、高度分散、不断创新的知识集成系统。资金密集、高度分散、不断创新的知识集成系统。所以,介入嵌入式系统行业,必须有一个正确的所以,介入嵌入式系统行业,必须有一个正确的定位。例如定
14、位。例如PalmOS之所以在之所以在PDA领域占有领域占有70以上的市场,就是因为其立足于个人电子消费品,以上的市场,就是因为其立足于个人电子消费品,着重发展图形界面和多任务管理;而风河的着重发展图形界面和多任务管理;而风河的VxWorks之所以在火星车上得以应用,则是因为之所以在火星车上得以应用,则是因为其高实时性和高可靠性。其高实时性和高可靠性。14 2005 BIT嵌入式系统必须根据应用需求能够对软硬件进行嵌入式系统必须根据应用需求能够对软硬件进行裁剪,满足应用系统的功能、可靠性、成本、体裁剪,满足应用系统的功能、可靠性、成本、体积等要求。积等要求。所以,如果能建立相对通用的软硬件所以,
15、如果能建立相对通用的软硬件基础,然后在其上开发出适应各种需要的系统,基础,然后在其上开发出适应各种需要的系统,是一个比较好的发展模式。目前的嵌入式系统的是一个比较好的发展模式。目前的嵌入式系统的核心往往是一个只有几核心往往是一个只有几KB到几十到几十KB的微内核,的微内核,需要根据实际的使用进行功能扩展或者裁减。由需要根据实际的使用进行功能扩展或者裁减。由于微内核的存在,使得这种扩展能够非常顺利地于微内核的存在,使得这种扩展能够非常顺利地进行。进行。15 2005 BIT嵌入式系统本身是一个外延极广的名词,凡是与产品结嵌入式系统本身是一个外延极广的名词,凡是与产品结嵌入式系统本身是一个外延极广
16、的名词,凡是与产品结嵌入式系统本身是一个外延极广的名词,凡是与产品结合在一起的具有嵌入式特点的控制系统都可以叫嵌入式系统,合在一起的具有嵌入式特点的控制系统都可以叫嵌入式系统,合在一起的具有嵌入式特点的控制系统都可以叫嵌入式系统,合在一起的具有嵌入式特点的控制系统都可以叫嵌入式系统,很难给它下一个准确的定义很难给它下一个准确的定义很难给它下一个准确的定义很难给它下一个准确的定义。因此,目前通常把嵌入式系统。因此,目前通常把嵌入式系统。因此,目前通常把嵌入式系统。因此,目前通常把嵌入式系统概念的重心放在概念的重心放在概念的重心放在概念的重心放在“系统系统系统系统”(即操作系统)上,指能够运行操(
17、即操作系统)上,指能够运行操(即操作系统)上,指能够运行操(即操作系统)上,指能够运行操作系统的软硬件综合体。总体上嵌入式系统可以划分成硬件作系统的软硬件综合体。总体上嵌入式系统可以划分成硬件作系统的软硬件综合体。总体上嵌入式系统可以划分成硬件作系统的软硬件综合体。总体上嵌入式系统可以划分成硬件和软件两部分,硬件一般由高性能的微处理器和外围的接口和软件两部分,硬件一般由高性能的微处理器和外围的接口和软件两部分,硬件一般由高性能的微处理器和外围的接口和软件两部分,硬件一般由高性能的微处理器和外围的接口电路组成,软件一般由实时操作系统和其上运行的应用软件电路组成,软件一般由实时操作系统和其上运行的
18、应用软件电路组成,软件一般由实时操作系统和其上运行的应用软件电路组成,软件一般由实时操作系统和其上运行的应用软件构成,软件和硬件之间由所谓的中间层(构成,软件和硬件之间由所谓的中间层(构成,软件和硬件之间由所谓的中间层(构成,软件和硬件之间由所谓的中间层(BSPBSP层,板级支持层,板级支持层,板级支持层,板级支持包)连接。包)连接。包)连接。包)连接。16 2005 BIT3、嵌入式系统的几个重要特征(1)系统内核小)系统内核小由由由由于于于于嵌嵌嵌嵌入入入入式式式式系系系系统统统统一一一一般般般般是是是是应应应应用用用用于于于于小小小小型型型型电电电电子子子子装装装装置置置置的的的的,系系
19、系系统统统统资资资资源相对有限,所以内核较之传统的操作系统要小得多。源相对有限,所以内核较之传统的操作系统要小得多。源相对有限,所以内核较之传统的操作系统要小得多。源相对有限,所以内核较之传统的操作系统要小得多。比比比比如如如如ENEAENEA公公公公司司司司的的的的OSEOSE分分分分布布布布式式式式系系系系统统统统,内内内内核核核核只只只只有有有有5K5K,而而而而WindowsWindows的内核则要大得多。的内核则要大得多。的内核则要大得多。的内核则要大得多。我我我我们们们们用用用用的的的的sitsangsitsang平平平平台台台台,移移移移植植植植的的的的linux2.4.19li
20、nux2.4.19内内内内核核核核不不不不包括文件系统包括文件系统包括文件系统包括文件系统851.3k851.3k。包括之后是。包括之后是。包括之后是。包括之后是39M39M。17 2005 BIT()专用性强()专用性强嵌入式系统的个性化很强,其中的软件系统和硬件的嵌入式系统的个性化很强,其中的软件系统和硬件的嵌入式系统的个性化很强,其中的软件系统和硬件的嵌入式系统的个性化很强,其中的软件系统和硬件的结合非常紧密,一般要针对硬件进行系统的移植。结合非常紧密,一般要针对硬件进行系统的移植。结合非常紧密,一般要针对硬件进行系统的移植。结合非常紧密,一般要针对硬件进行系统的移植。即使在同一品牌、同
21、一系列的产品中也需要根据系统即使在同一品牌、同一系列的产品中也需要根据系统即使在同一品牌、同一系列的产品中也需要根据系统即使在同一品牌、同一系列的产品中也需要根据系统硬件的变化和增减不断进行修改。硬件的变化和增减不断进行修改。硬件的变化和增减不断进行修改。硬件的变化和增减不断进行修改。同时针对不同的任务,往往需要对系统进行较大更改,同时针对不同的任务,往往需要对系统进行较大更改,同时针对不同的任务,往往需要对系统进行较大更改,同时针对不同的任务,往往需要对系统进行较大更改,程序的编译下载要和系统相结合,程序的编译下载要和系统相结合,程序的编译下载要和系统相结合,程序的编译下载要和系统相结合,这
22、种修改和通用软件这种修改和通用软件这种修改和通用软件这种修改和通用软件的的的的“升级升级升级升级”是完全不同的概念。是完全不同的概念。是完全不同的概念。是完全不同的概念。18 2005 BIT()系统精简()系统精简嵌嵌嵌嵌入入入入式式式式系系系系统统统统一一一一般般般般没没没没有有有有系系系系统统统统软软软软件件件件和和和和应应应应用用用用软软软软件件件件的的的的明明明明显显显显区区区区分分分分,不不不不要要要要求求求求其其其其功功功功能能能能设设设设计计计计及及及及实实实实现现现现上上上上过过过过于于于于复复复复杂杂杂杂,这这这这样样样样一一一一方方方方面面面面利利利利于于于于控控控控制制
23、制制系系系系统统统统成成成成本本本本,同同同同时时时时也也也也利利利利于于于于实实实实现现现现系系系系统统统统安全。安全。安全。安全。()高实时性()高实时性OS这这这这是是是是嵌入式软件的基本要求,而且软件要求固嵌入式软件的基本要求,而且软件要求固嵌入式软件的基本要求,而且软件要求固嵌入式软件的基本要求,而且软件要求固化存储,以提高速度。化存储,以提高速度。化存储,以提高速度。化存储,以提高速度。软件代码要求高质量和高可软件代码要求高质量和高可软件代码要求高质量和高可软件代码要求高质量和高可靠性、实时性。靠性、实时性。靠性、实时性。靠性、实时性。19 2005 BIT(5)嵌嵌入入式式软软件
24、件开开发发走走向向标标准准化化,必必须使用多任务操作系统须使用多任务操作系统嵌嵌嵌嵌入入入入式式式式系系系系统统统统的的的的应应应应用用用用程程程程序序序序可可可可以以以以没没没没有有有有操操操操作作作作系系系系统统统统直直直直接接接接在芯片上运行。在芯片上运行。在芯片上运行。在芯片上运行。为为为为了了了了合合合合理理理理地地地地调调调调度度度度多多多多任任任任务务务务、利利利利用用用用系系系系统统统统资资资资源源源源、系系系系统统统统函函函函数数数数以以以以及及及及和和和和专专专专家家家家库库库库函函函函数数数数接接接接口口口口,用用用用户户户户必必必必须须须须自自自自行行行行选选选选配配配
25、配RTOSRTOS(RealRealTime Time Operating Operating SystemSystem)开开开开发发发发平平平平台台台台,这这这这样样样样才才才才能能能能保保保保证证证证程程程程序序序序执执执执行行行行的的的的实实实实时时时时性性性性、可可可可靠靠靠靠性性性性,并并并并减减减减少少少少开发时间,保障软件质量。开发时间,保障软件质量。开发时间,保障软件质量。开发时间,保障软件质量。20 2005 BIT(6)嵌入式系统开发需要开发工具和环境)嵌入式系统开发需要开发工具和环境由于其本身不具备自主开发能力,即使设计完成以后,用户通常也由于其本身不具备自主开发能力,即
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