嵌入式操作系统综述.pdf

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1、第2 0 0 1 4 善6 篙2 期J o u m a lo f 邵S h 阳a o 学y m 院l g 学U n 报i v e r 自s i 然t y 稿N 学a t 舨u r a lS c i e n c e s)V 告二!溜年月lo f(1一一竺!竖文章编号：1 6 7 2 7 0 1 0(2 0 0 4J 0 2 0 0 4 5 0 3嵌入式操作系统综述宁勇(湖南省广播电视大学邵阳分校，湖南邵阳4 2 2 0 0 0)摘要：文章叙述了嵌八式操作系统的分类皮应用，井分析了嵌入式操作系统的设计工具与设计方法关键词：嵌入或；操作系统中圈分类号：T P 3 6 8 1文献标识璃：A1 嵌入式处

2、理器分类与现状嵌入式系统的核心部件是各种类型的嵌入式处理器，目前据不完全统计，全世界嵌人式处理器的品种总量已经超过1 0 0 0 多种，流行体系结构有3 0 几个系列，其中8 0 5 1 体系的占有多半主产8 0 5 1 单片机的半导体厂家有2 0 多个，共3 5 0 多种衍生产品，仅P h i|i p s 就有近1 0 0 种现在几乎每个半导体制造商都生产嵌人式处理器，越来越多的公司有自己的处理器设计部门嵌入式处理器的寻址空间一般从6 4 k B 到1 6 M B，处理速度从0 1 M I P S 到2 0 0 0 M I P S 常用封装从8 个引脚到1 4 4 个引脚根据其现状。嵌人式计

3、算机可以分成下面几类(1)嵌入式徽处理器(E m b e d d e dM i c r o p r o c e s s o rU n i t，E M I)U)嵌入式微处理器的基础是通用计算机中的a U 在应用中，将微处理器装配在专门设计的电路板上，只保留和嵌人式应用有关的母板功能，这样可以大幅度减小系统体积和功耗为了满足嵌入式应用的特殊要求。嵌入式微处理器虽然在功能上和标准微处理器基不是一样的，但在工作温度、抗电磁干扰、可靠性等方面一般都僦了各种增强和工业控制计算机相比，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，但是在电路板上必须包括R O M、R A M、总线接口、各种外设等

4、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，称为单板计算机如S T D B U S、P C I 0 4 等近年来，德国、日本的一些公司又开发出了类似“火柴盆”式名片大小的嵌入式训算机系列o E M 产品嵌入式处理器目前主要有A m l 8 6 8 8、3 8 6 E X、S C一4 0 0、P o w e rP C、6 8 0 0 0、M I P S、A R M 系列等(2)嵌入式微控制器(M i e r o e o n t r o l l e rU n i t，M C U)嵌入式微控制器又称单片机，就是将整个计算机系统集成到一块芯片

5、中嵌入式微控制器一般以某一种微处理器内核为核心，芯片内部集成R O M E P R O M、R A M、总线、总线逻辑、定时计数器、W a t c h D o g、I O、串行口、脉宽调制输出、A D、D A、H a s hR A M、E E P R O M等各种必要功能和外设，为适应不同的应用需求，一般一个系列的单片机具有多种衍生产品，每种衍生产品的处理器内核都是一样的，不同的是存储器和外设的配置及封装这样可以使单片机最大限度地和应用需求相匹配，功能不多不少，从而减少功耗和成本和嵌入式微处理器相比，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

6、系统工业的主流微控制器的片上外设资源一般比较丰富，适合于控制，因此称微控制器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8 0 5 1、P 5 1 X A、M C S 一2 5 1、M C S一9 6 1 9 6 2 9 6、C 1 6 6 1 6 7、M C 6 8 H C 0 5 1 1 1 1 1 2 1 1 6、6 8 3 0 0等另外还有许多半通用系列如：支持U S B 妥日的M C U 8 X C 9 3 0 9 3 1、岱4 0、C 5 4 l：支持1 2 C、C A N B u s、L C D 及众多专用M C U 和兼容系列目前M C U 占嵌入式系统约7

7、0 的市场份额特别值得注意的是近年来提供X 8 6 微处理器的著名厂商A M D 公司，将A m l 8 6 C C c H C U 等嵌入式处理器称之为M i c r t x x m t m l l e r M a m R O L A 公司把以P o w e rP C 为基础的P I K 2 5 0 5 和P P C 5 5 5 亦列入单片机行列T I公司亦将其T M S 3 2 0 C 2()(系列D s P 做为M C U 进行推广(3)嵌入式D S P 处理器(E m b e d d e dD i g u t a kS l g aP r o c e s s o r，E 1 S P)D

8、S P 处理器对系统结构和指令进行了特殊设计，收稿日期：2 0 0 3 一1 0 1 6作者简介：宁勇(1 9 7 3 一)，男，湖南邵阳人，湖南省广播电视大学邵阳分校教师 万方数据邵阳学院学报(自然科学版)第l 卷使其适合于执行D S P 算法，编译效率较高，指令执行速度也较高在数字滤波、F F T、谱分析等方面D S P 算法正在大量进入嵌入式领域，D S P 应用正从在通用单片机中以普通指令实现D S P 功能，过渡到采用嵌入式D S P 处理器推动嵌入式I)S P 处理器发展的另一个因素是嵌入式系统的智能化，例如各种带有智能逻辑的消费类产品，生物信息识别终端，带有加解密算法的键盘，A

9、D S L接人、实时语音压解系统，虚拟现实显示等这类智能化算法一般都是运算量较大，特别是向量运算、指针线性寻址等较多，而这些正是J 3 S P 处理器的长处所在嵌人式l I S P 处理器比较有代表性的产品是T e x a sI n s t r u m e n t s 的T】S 3 2 0 系列和M o t o m l a 的D S P 5 6 0 0 0系列(4)嵌人式片上系统(S y s t e mO nC h i p)随着E D I 的推广和V L S I 设计的普及化，及半导体工艺的迅速发展，在一个硅片上实现一个更为复杂的系统的时代已来临，这就是S y s t e mO nC h i

10、p(S O C)各种通用处理器内核将作为s()C 设计公司的标准库，和许多其它嵌入式系统外设一样，成为V L S I 设计中一种标准的器件用标准的V H D L 等语言描述，存储在器件库中用户只需定义出其整个应用系统。仿真通过后就可以将设计图交给半导体工厂制作样品这样除个别无法集成的器件以外，整个嵌入式系统大部分均可集成到一块或几块芯片中去，应用系统电路板将变得很简洁，对于减小体积和功耗提高可靠性非常有利2 嵌入式操作系统的设计工具嵌入式处理器是一个复杂的高技术系统，要在短时间内掌握并开发出所有功能是很不容易的，而市场竞争则要求产品能够快速上市，这一矛盾要求嵌人式处理器能够有容易掌握和使用的开

11、发工具平台提高用户和程序员的时问投入回报率(附r I)(1)实时在线仿真系统I C E(I n C i r c u i tE m u l a t o r)实时在线仿真系统(I C E)是进行嵌入式应用系统调试最有效的开发工具I C E 首先可以通过实际执行，对应用程序进行原理性检验。排除以人的思维难以发现的设计逻辑错误I C E 的另一个主要功能是在应用系统中仿真微控制器的实时执行，发现和排除由于硬件干扰等引起的异常执行行为，此外，高级的I C E 带有完善的跟踪功能，可以将应用系统的实际状态变化、微控制器对状态变化的反应以及应用系统对控制的响应等以一种录像的方式连续记录下来，以供分析，在分析

12、中优化控制过程，很多机电系统难以建立一个精确有效的数学模型，或是建立模型需要大量人力，这时采用I C E 的跟踪功能对系统进行记录和分析是一个快而有效的方法(2)高级语言编译器(C o m p i l e rT o o l s)c 语言作为一种通用的高级语言，大幅度提高了嵌入式系统工程师的工作效率，使之能够充分发挥出嵌入式处理器日益提高的性能缩短产品进入市场时间另外c 语言便于移植和修改，便产品的升级和继承更迅速更重要的是采用c 语言编写的程序易于在不同的开发者之间进行交流，从而促进了嵌入式系统开发的产业化区别于一般计算机中的C 语言编译器，嵌入式系统中的c 语言编译器要专门进行优化，以提高编

13、译效率优秀的嵌人式系统c 编译器代码长度和执行时间仅比以汇编语言编写的同样功能程序长5 2 0 编译质量的不同，是区别嵌入式c 编译器工具的重要指标而C 编译器与汇编语言工具相比残余的5 2 0 效率差别，完全可以出现代微控制器的高速度、大存储器空问以及产品提前进入市场的优势来弥补C C+E C+引人嵌入式系统，使得嵌入式开发和个人计算机、小型机等之间在开发上的差别正在逐渐消除，软件工程中的很多经验、方法乃至库函数可以移植到嵌人式系统在嵌入式开发中采用高级语言，还使得硬件开发和软件开发可以分工，从事嵌人式软件开发不再必须精通系统硬件和相应用汇编语言指令集另一种高级语言，J A V A 的发展则

14、具有戏剧性，J A V A 本来是为设备独立的嵌入式系统设计的、为了提高程序继承性的语言，但是目前基于J A V A 的嵌人式开发工具代码生成长度要此嵌人式c 编译工具差1 0 倍以上因此E C+很可能将成为未来的主流工具(3)源程序模拟器(S i m u i a t o r)源程序模拟器是在广泛使用的、人机接口完备的工作平台上，如小型机和P C，通过软件手段模拟执行为某种嵌入式处理器内核编写的源程序测试工具简单的模拟器可以通过指个解释方式逐条执行源程序，分配虚拟存储空间和外设，供程序员检查；高级的模拟器可以利用计算机的外部接口模拟出处理器的i o 电气信号不同档次和功能模拟器工具价格差距巨大

15、模拟器软件独立于处理器硬件一般与编译器集成在同一个环境中是一种有效的源程序险验和测试工具但值得注意的是，模拟器毕竟是以一种处理器模拟另一种处理器的运行在指令执行时间、中断响应、定时器等方面很可能与实际处理器有相当的差别另外它无法和I C E 一样，仿真嵌入式系统在应用系统中的实际执行情况(4)实时多任务操作系统(R e a lT i m cm u l t i t a s k i n gO p e r a t i o nS y s t e m，R T O S)实时多任务操作系统(R T O S)是嵌入式应用软件的基础和开发平台目前在中国大多数嵌入式软件开发还是基于处理器直接编写没有采用商品化的R

16、 I O S，不能将系统软件和应用软件分开处理R T O S 是一段嵌入在目标代码中的软件，用户的其它应用程序都建立在R T O s 之上不但如此，R T O S 还是一个可靠性和可信性很高的实时内核，将C P U 时间、中断、I O、定时器等资源都包装起来，留给用户一个标准的A P I，并根据各个任务的优先级，合理地不同任务之间分配C P U 时间1 6 是针对不同处理器优化设计的高效率实时多 万方数据 万方数据嵌入式操作系统综述嵌入式操作系统综述作者：宁勇作者单位：湖南省广播电视大学邵阳分校,湖南,邵阳,422000刊名：邵阳学院学报(自然科学版)英文刊名：JOURNAL OF SHAOYANG UNIVERSITY(SCIENCE AND TECHNOLOGY)年，卷(期)：2004,1(2)被引用次数：3次 引证文献(3条)引证文献(3条)1.韦文祥 基于ARM和C/OS-的远程配变监控终端的研究与设计学位论文硕士 20062.陈燕 船载导航雷达的嵌入式软件设计学位论文硕士 20063.潘成源 基于ARM和嵌入式Linux的车载导航系统研究学位论文硕士 2005 本文链接：http:/