第3、4节课(第1、2章)2-1

1、2第第1 1-2-2章章 嵌入式系统基础嵌入式系统基础主要内容嵌入式系统概念嵌入式系统概念嵌入式处理器嵌入式处理器嵌入式操作系统嵌入式操作系统实时操作系统的内核实时操作系统的内核嵌入式技术发展现状及趋势嵌入式技术发展现状及趋势3第第1 1-2-2章章 嵌入式系统基础嵌入式系统基础1.1.1 嵌入式系统的定义嵌入式系统不同于常见的计算机系统，不以独立嵌入式系统不同于常见的计算机系统，不以独立的设备物质形态出现，没有统一的外观，它根据的设备物质形态出现，没有统一的外观，它根据主体设备已经应用的需要嵌入在设备内部、发挥主体设备已经应用的需要嵌入在设备内部、发挥着运算、处理、存储及控制的作用。着运算、

2、处理、存储及控制的作用。体系结构体系结构嵌入式处理器嵌入式处理器支撑硬件支撑硬件嵌入式软件嵌入式软件微处理器、微控制微处理器、微控制器、器、SOC等等存储介质、通信部存储介质、通信部件、显示部件、控件、显示部件、控制部件等制部件等驱动程序、操作系驱动程序、操作系统、统、BSP、应用中间、应用中间件等件等4第第1 1-2-2章章 嵌入式系统基础嵌入式系统基础 嵌入式系统定义嵌入式系统定义 1、嵌入式系统是指以应用为中心，以计算机技术、嵌入式系统是指以应用为中心，以计算机技术为基础，软硬件可裁剪，适应应用系统对功能、为基础，软硬件可裁剪，适应应用系统对功能、成本、体积、功耗和可靠性严格要求的专用计

3、算成本、体积、功耗和可靠性严格要求的专用计算机系统。嵌入式系统主要有嵌入式处理器、外围机系统。嵌入式系统主要有嵌入式处理器、外围硬件设备、嵌入式操作系统以及特定的应用程序硬件设备、嵌入式操作系统以及特定的应用程序等四部分组成，是集软硬件于一体的可独立工作等四部分组成，是集软硬件于一体的可独立工作的的“器件器件”。2、IEEE（国际电气和电子工程师协会）定义：（国际电气和电子工程师协会）定义： Embedded System is devices used to control, monitor, or assist the operation of equipment, machinery o

4、r plants.5第第1 1-2-2章章 嵌入式系统基础嵌入式系统基础6第第1 1-2-2章章 嵌入式系统基础嵌入式系统基础7第第1 1-2-2章章 嵌入式系统基础嵌入式系统基础1.1.2 嵌入式系统的组成软件软件输输入入输输出出处理器处理器存储器存储器8第第1 1-2-2章章 嵌入式系统基础嵌入式系统基础处理器处理器MMUMMUGPIOGPIOUSBUSBLCDLCDCANCANDMADMA以太网以太网LCD/LCD/触摸屏触摸屏/ /鼠标鼠标FlashFlashSDRAMSDRAMSRAMSRAM看门狗看门狗复位电路复位电路电源管理电源管理驱动层驱动层OSOS应用应用BSP/driver

5、/HALBSP/driver/HALLinuxLinux、u/COSu/COS、WinceWince文件系统文件系统/GUI/API/GUI/API软件软件硬件硬件输入输入输出输出9第第1 1-2-2章章 嵌入式系统基础嵌入式系统基础10第第1 1-2-2章章 嵌入式系统基础嵌入式系统基础11第第1 1-2-2章章 嵌入式系统基础嵌入式系统基础v 嵌入式处理器嵌入式处理器嵌入式处理器可以分成以下几大类嵌入式处理器可以分成以下几大类: (1)嵌入式微处理器嵌入式微处理器 (2)嵌入式微控制器嵌入式微控制器 (3)嵌入式嵌入式DSP处理器处理器 (4)嵌入式片上系统嵌入式片上系统(SOC)其中使用

6、最为广泛的有其中使用最为广泛的有ARM，MIPS，PowerPC，MC68000等。等。 12第第1 1-2-2章章 嵌入式系统基础嵌入式系统基础v 外围设备外围设备外围设备外围设备是指在一个嵌入式系统中，除了嵌入式处理器以外是指在一个嵌入式系统中，除了嵌入式处理器以外的完成存储、通信、调试、显示等辅助功能的其他部件。的完成存储、通信、调试、显示等辅助功能的其他部件。根据外围设备的功能可分为以下根据外围设备的功能可分为以下3 3类：类：存储器存储器：静态易失型存储器：静态易失型存储器(RAM，SRAM)、动态存储器动态存储器(DRAM)和非易失型存储器和非易失型存储器(Flash)。其中，其中

7、，Flash以可擦写次以可擦写次数多、存储速度快、容量大及价格低等优点在嵌入式领域得数多、存储速度快、容量大及价格低等优点在嵌入式领域得到了广泛的应用。到了广泛的应用。接口接口：应用最为广泛的包括并口、：应用最为广泛的包括并口、RS-232串口、串口、IrDA红外红外接口、接口、SPI串行外围设备接口、串行外围设备接口、I2C(Inter IC)总线接口、总线接口、USB通用串行总线接口、通用串行总线接口、Ethernet网口等。网口等。人机交互人机交互：LCD、键盘和触摸屏等人机交互设备。键盘和触摸屏等人机交互设备。 13第第1 1-2-2章章 嵌入式系统基础嵌入式系统基础v 嵌入式操作系统

8、嵌入式操作系统嵌入式操作系统嵌入式操作系统是用来管理存储器分配、中是用来管理存储器分配、中断处理、任务间通信和定时器响应，以及提断处理、任务间通信和定时器响应，以及提供多任务处理等的软件模块集合。供多任务处理等的软件模块集合。 嵌入式操作系统嵌入式操作系统常常有实时要求，所以嵌入常常有实时要求，所以嵌入式操作系统往往又是式操作系统往往又是“实时操作系统实时操作系统”。 14第第1 1-2-2章章 嵌入式系统基础嵌入式系统基础v 应用软件应用软件嵌入式系统的应用软件嵌入式系统的应用软件是针对特定的实际专业领域的，是针对特定的实际专业领域的，基于相应的嵌入式硬件平台，并能完成用户预期任务基于相应的

9、嵌入式硬件平台，并能完成用户预期任务的的计算机软件计算机软件。 嵌入式软件的特点如下：嵌入式软件的特点如下：(1)(1)软件要求固态化存储。软件要求固态化存储。(2)(2)软件代码要求高质量、高可靠性。软件代码要求高质量、高可靠性。(3)(3)系统软件的高实时性是基本要求。系统软件的高实时性是基本要求。(4)(4)多任务实时操作系统成为嵌入式应用软件的必需。多任务实时操作系统成为嵌入式应用软件的必需。 15第第1 1-2-2章章 嵌入式系统基础嵌入式系统基础嵌入式系统 单片机系统目前嵌入式系统的主流是以目前嵌入式系统的主流是以3232位嵌入式微处理器为位嵌入式微处理器为核心的硬件设计和基于实时

10、操作系统（核心的硬件设计和基于实时操作系统（RTOSRTOS）的软）的软件设计。件设计。单片机系统多为单片机系统多为4 4位、位、8 8位、位、1616位机，不适合运行操位机，不适合运行操作系统，难以进行复杂的运算及处理功能。作系统，难以进行复杂的运算及处理功能。嵌入式系统强调基于平台的设计，软硬件协同设计嵌入式系统强调基于平台的设计，软硬件协同设计，单片机大多采用软硬件流水设计。，单片机大多采用软硬件流水设计。16第第1 1-2-2章章 嵌入式系统基础嵌入式系统基础1.1.3 嵌入式系统的特点 其最本质的三个特点为其最本质的三个特点为: 嵌入性、专用性和嵌入性、专用性和计算机体系。具体而言：

11、计算机体系。具体而言： 1、嵌入性：很多嵌入式系统用户界面不够、嵌入性：很多嵌入式系统用户界面不够友好，甚至没有。（如：汽车上的友好，甚至没有。（如：汽车上的ABS系系统等）这是因为某些系统不需要和用户进统等）这是因为某些系统不需要和用户进行数据交互，就能够完成任务。这就不强行数据交互，就能够完成任务。这就不强调界面友好美观与调界面友好美观与PC不同。不同。17第第1 1-2-2章章 嵌入式系统基础嵌入式系统基础1.1.3 嵌入式系统的特点 2、专用性：在嵌入式领域，有集成了众多、专用性：在嵌入式领域，有集成了众多通信接口的通信处理器；有集成音频、视通信接口的通信处理器；有集成音频、视频接口的

12、用于摄像的专用处理器；还有低频接口的用于摄像的专用处理器；还有低功耗的手机处理器等等，几乎每一个特定功耗的手机处理器等等，几乎每一个特定的市场，都有一种特定的功能，特别的处的市场，都有一种特定的功能，特别的处理器与之对应。这也就造成了嵌入式处理理器与之对应。这也就造成了嵌入式处理器品种的千差万别，不像在器品种的千差万别，不像在PC领域，处理领域，处理器主流器主流Intel和和AMD两大品牌。（两大品牌。（Intel Xscale， Intel StongARM，Motorola PowerPC，ARM，Toshiba SHX）18第第1 1-2-2章章 嵌入式系统基础嵌入式系统基础1.1.3

13、嵌入式系统的特点 3、计算机体系：嵌入式系统是软硬件结合、计算机体系：嵌入式系统是软硬件结合的，但又有他的特殊性，如软件相对特定，的，但又有他的特殊性，如软件相对特定，因为嵌入式系统的因为嵌入式系统的专用性专用性，所以嵌入式系，所以嵌入式系统的软件往往都是针对特定系统特定功能统的软件往往都是针对特定系统特定功能而专门开发的；同时有些嵌入式系统有较而专门开发的；同时有些嵌入式系统有较高的高的实时性实时性要求（如核武器的导航系统），要求（如核武器的导航系统），有些需要有些需要功耗极低功耗极低（如手持设备），需要（如手持设备），需要工作工作在低温环境或者其他在低温环境或者其他恶劣环境恶劣环境、成本成

14、本控制严格控制严格等，另外如电信设备的嵌入式系等，另外如电信设备的嵌入式系统要求非常的统要求非常的稳定稳定等等。等等。19第第1 1-2-2章章 嵌入式系统基础嵌入式系统基础1.1.4 嵌入式系统的应用嵌入式应用嵌入式应用信息家电信息家电智能玩具智能玩具军事电子军事电子通信设备通信设备移动存贮移动存贮工控设备工控设备智能仪表智能仪表汽车电子汽车电子网络设备网络设备消费电子消费电子军事国防军事国防电子商务电子商务工业控制工业控制20第第1 1-2-2章章 嵌入式系统基础嵌入式系统基础2010，LsL All Right Reserved物联网物联网管理平台管理平台移动移动POSPOS金融金融供应

15、链供应链智能运输智能运输工业自动化工业自动化智能建筑智能建筑消防消防公共安全公共安全环境保护环境保护气象气象数字化医疗数字化医疗遥感勘测遥感勘测军事军事农业农业林业林业 水务水务电力电力煤炭煤炭石化石化物流、零售、自动服务物流、零售、自动服务设备、安全、节能设备、安全、节能生产、安全、防灾、水电油气生产、安全、防灾、水电油气防火、勘察、报警防火、勘察、报警污染检测、报警污染检测、报警水质、水量、污染、安水质、水量、污染、安全全大棚、土壤、灌溉、环境、跟踪大棚、土壤、灌溉、环境、跟踪抄表、监控、节能抄表、监控、节能设备、临床、辅助诊断、病程设备、临床、辅助诊断、病程险情、油井、运输、管险情、油井

16、、运输、管线线联动、消防栓、定位、调度联动、消防栓、定位、调度照明、信号、应急、灾害、识照明、信号、应急、灾害、识别别大地勘测、森林、地震、海洋大地勘测、森林、地震、海洋侦查、监控、定位、评估侦查、监控、定位、评估降水、防洪、远程设备降水、防洪、远程设备交易、订单、跟踪、识别交易、订单、跟踪、识别通风、瓦斯、救灾定位通风、瓦斯、救灾定位库存、车队、监控、导航、识别、货库存、车队、监控、导航、识别、货物物电子支付、实时信息电子支付、实时信息21第第1 1-2-2章章 嵌入式系统基础嵌入式系统基础1.1.5 实时系统实时系统实时系统( (Real Time System) )是指产生系统是指产生系

17、统输出的时间对系统至关重要的系统。从输入输出的时间对系统至关重要的系统。从输入到输出的滞后时间必须足够小到一个可以接到输出的滞后时间必须足够小到一个可以接受的时限内。受的时限内。 实时系统通常具备以下重要的特性：实时系统通常具备以下重要的特性： 1实时性实时性 2并行性并行性 3多路性多路性 4独立性独立性 5可预测性可预测性 6可靠性可靠性 概念概念特性特性22第第1 1-2-2章章 嵌入式系统基础嵌入式系统基础 实时系统中主要通过实时系统中主要通过3个指标来衡量系统的实时个指标来衡量系统的实时性，即：性，即： 响应时间响应时间(Response Time)：指计算机从识别一指计算机从识别一

18、个外部事件到做出响应的时间。个外部事件到做出响应的时间。 生存时间生存时间(Survival Time)：指数据的有效等待指数据的有效等待时间，在这段时间里数据是有效的。时间，在这段时间里数据是有效的。 吞吐量吞吐量(Throughput)：指在一段给定时间内，指在一段给定时间内，系统可以处理事件的总数。吞吐量通常比平均响系统可以处理事件的总数。吞吐量通常比平均响应时间的倒数小一点。应时间的倒数小一点。衡量实时性的指标衡量实时性的指标23第第1 1-2-2章章 嵌入式系统基础嵌入式系统基础实时系统的分类实时系统的分类v 根据响应时间可分为根据响应时间可分为3种类型：种类型： 1强实时系统：响应

19、时间在毫秒级或微秒级强实时系统：响应时间在毫秒级或微秒级 2弱实时系统：响应时间在数十秒弱实时系统：响应时间在数十秒 3普通实时系统：响应时间在几秒普通实时系统：响应时间在几秒v 根据确定性可分为根据确定性可分为2种类型：种类型：1硬实时系统：同响应时限紧密相关，一硬实时系统：同响应时限紧密相关，一旦超过时限将导致严重的负效益。旦超过时限将导致严重的负效益。 2软实时系统：如果超出时限一般不会造软实时系统：如果超出时限一般不会造成严重后果。成严重后果。24第第1 1-2-2章章 嵌入式系统基础嵌入式系统基础主要内容嵌入式系统概念嵌入式系统概念嵌入式处理器嵌入式处理器嵌入式操作系统嵌入式操作系统

20、实时操作系统的内核实时操作系统的内核嵌入式技术发展现状及趋势嵌入式技术发展现状及趋势25第第1 1-2-2章章 嵌入式系统基础嵌入式系统基础一、 嵌入式处理器分类 嵌入式微处理器嵌入式微处理器(Embedded Microprocessor Unit, EMPU) 微控制器微控制器(Microcontroller Unit, MCU) DSP处理器处理器(Digital Signal Processor, DSP) 片上系统片上系统(System On Chip，SOC) 26第第1 1-2-2章章 嵌入式系统基础嵌入式系统基础v 嵌入式微处理器嵌入式微处理器EMPUEMPU 嵌入式微处理器是

21、由通用计算机中的嵌入式微处理器是由通用计算机中的CPU演变而来的。演变而来的。与计算机处理器不同的是，只保留和嵌入式应用紧密相关的与计算机处理器不同的是，只保留和嵌入式应用紧密相关的功能硬件，去除其他的冗余功能部分，配上必要的扩展外围功能硬件，去除其他的冗余功能部分，配上必要的扩展外围电路，如存储器的扩展电路、电路，如存储器的扩展电路、I/O的扩展电路和一些专用的的扩展电路和一些专用的接口电路等，这样就可以最低的功耗和资源满足嵌入式应用接口电路等，这样就可以最低的功耗和资源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与标准微处理器的特殊要求。嵌入式微处理器虽然在功能上与标准微处理器基本

22、相同，但一般在工作温度、抗电磁干扰、可靠性等方面基本相同，但一般在工作温度、抗电磁干扰、可靠性等方面都做了各种增强。与工业控制计算机相比，嵌入式微处理器都做了各种增强。与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、可靠性高等优点。具有体积小、重量轻、成本低、可靠性高等优点。 目前主要的嵌入式处理器类型有目前主要的嵌入式处理器类型有ARM 、MIPS、Am186/88、386EX、PowerPC、68000系列等系列等。 27第第1 1-2-2章章 嵌入式系统基础嵌入式系统基础v 微控制器微控制器MCUMCU 又称又称单片机单片机，这种位的电子器件目前在嵌入式设，这种位的电子器

23、件目前在嵌入式设备中仍然有着极其广泛的应用。备中仍然有着极其广泛的应用。 单片机芯片内部集成单片机芯片内部集成Flash、RAM、总线逻辑、定总线逻辑、定时器时器/计数器、计数器、WatchDog、I/O，串行口、脉宽调制串行口、脉宽调制输出、输出、A/D，D/A等各种必要的功能模块和外围部等各种必要的功能模块和外围部件。件。 代表性的通用系列包括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等。等。 另外还有许多半通用系列如：支持另外还有许多半通用系列如：支持USB接口的接口的MCU 8

24、XC930/931、C540、C541；支持支持I2C、CAN-Bus、LCD及众多专用及众多专用MCU和兼容系列。目和兼容系列。目前前MCU占嵌入式系统约占嵌入式系统约70的市场份额。的市场份额。28第第1 1-2-2章章 嵌入式系统基础嵌入式系统基础v DSP处理器处理器 DSP处理器是专门用于信号处理方面的处理器，其处理器是专门用于信号处理方面的处理器，其在系统结构和指令算法方面进行了特殊设计，在数在系统结构和指令算法方面进行了特殊设计，在数字滤波、字滤波、FFT、谱分析等各种仪器上谱分析等各种仪器上DSP获得了大获得了大规模的应用。规模的应用。 DSP处理器有两个发展来源，一是处理器有

25、两个发展来源，一是DSP处理系统经处理系统经过单片化、电磁兼容（过单片化、电磁兼容（EMC）改造以及增加片上改造以及增加片上外设，成为外设，成为DSP处理器；二是在通用单片机或处理器；二是在通用单片机或SoC中增加中增加DSP协处理器协处理器。 DSP处理器比较有代表性的产品是处理器比较有代表性的产品是TI公司的公司的TMS320系列、系列、ADI公司的公司的ADSP21XX系列和系列和Motorola公司的公司的DSP56000系列。系列。 29第第1 1-2-2章章 嵌入式系统基础嵌入式系统基础v片上系统片上系统SOCSOC SoC就是就是System on Chip，SoC是一种基于是一

26、种基于IP（Intellectual Property）核嵌入式系统设计技术。核嵌入式系统设计技术。 它结合了许多功能区块，将功能做在一个芯片上，它结合了许多功能区块，将功能做在一个芯片上，ARM RISC、MIPS RISC、DSP或是其他的微处或是其他的微处理器核心，加上通信的接口单元，例如通用串行理器核心，加上通信的接口单元，例如通用串行端口（端口（USB）、）、TCP/IP通信单元、通信单元、GPRS通信接通信接口、口、GSM通信接口、通信接口、IEEE1394、蓝牙模块接口蓝牙模块接口等等，这些单元以往都是依照各单元的功能做成等等，这些单元以往都是依照各单元的功能做成一个个独立的处理

27、芯片。一个个独立的处理芯片。 嵌入式片上系统设计的关键是嵌入式片上系统设计的关键是IP核的设计。核的设计。IP核核分为分为硬核硬核、软核软核和和固核固核，是嵌入式技术的重要支，是嵌入式技术的重要支持技术。持技术。 30第第1 1-2-2章章 嵌入式系统基础嵌入式系统基础二、典型的嵌入式处理器1ARM处理器处理器2MIPS处理器处理器 3PowerPC处理器处理器 4MC68K/Coldfire处理器处理器 5x86处理器处理器 31第第1 1-2-2章章 嵌入式系统基础嵌入式系统基础v ARM处理器处理器 ARM（Advanced RISC Machines）公司是全球领公司是全球领先的先的1

28、6/32位位RISC微处理器微处理器知识产权设计知识产权设计供应商。供应商。 ARM处理器有处理器有3大大特点特点：小体积、低功耗、低成本而高性能；小体积、低功耗、低成本而高性能；16/32位双指令集；位双指令集；全球众多的合作伙伴。全球众多的合作伙伴。 ARM处理器分处理器分ARM7、ARM9、ARM9E、ARM10、ARM11、Cortex和和SecurCore系列。系列。 32第第1 1-2-2章章 嵌入式系统基础嵌入式系统基础v MIPS处理器处理器 MIPS（Microprocessor without Interlocked Pipeline Stages）技术公司是一家设计制造高

29、性能、技术公司是一家设计制造高性能、高档次及嵌入式高档次及嵌入式32位和位和64位处理器的厂商。位处理器的厂商。 MIPS的定位很广。在高端市场它有的定位很广。在高端市场它有64位的位的20Kc系列，在低系列，在低端市场有端市场有SmartMIPS。MIPS技术公司则是一家设计制造高性技术公司则是一家设计制造高性能、高档次及嵌入式能、高档次及嵌入式32位和位和64位位处理器处理器的厂商。在通用方面，的厂商。在通用方面，MIPS R系列微处理器用于构建系列微处理器用于构建SGI的高性能的高性能工作站工作站、服务器和、服务器和超级计算机系统。在嵌入式方面，超级计算机系统。在嵌入式方面，MIPS K

30、系列微处理器是目系列微处理器是目前仅次于前仅次于ARM的用得最多的处理器之一（的用得最多的处理器之一（1999年以前年以前MIPS是是世界上用得最多的处理器），其应用领域覆盖游戏机、路由器、世界上用得最多的处理器），其应用领域覆盖游戏机、路由器、激光打印机、掌上电脑等各个方面。激光打印机、掌上电脑等各个方面。33第第1 1-2-2章章 嵌入式系统基础嵌入式系统基础 PowerPC体系结构的特点是体系结构的特点是可伸缩性好，方便灵可伸缩性好，方便灵活活。PowerPC处理器处理器品种很多品种很多，既有通用的处理器，既有通用的处理器，又有微控制器和内核。其又有微控制器和内核。其应用范围非常广泛应用

31、范围非常广泛，从高，从高端的工作站、服务器到桌面计算机系统，从消费类端的工作站、服务器到桌面计算机系统，从消费类电子产品到大型通信设备，无所不包。电子产品到大型通信设备，无所不包。 基于基于PowerPC架构的处理器有架构的处理器有IBM 公司开发的公司开发的PowerPC 405 GP，它是一个集成它是一个集成10/100Mbps以太网以太网控制器、串行和并行端口、内存控制器以及其它外控制器、串行和并行端口、内存控制器以及其它外设的高性能嵌入式处理器。设的高性能嵌入式处理器。v PowerPC处理器处理器34第第1 1-2-2章章 嵌入式系统基础嵌入式系统基础 Apple Apple机以前使

32、用的就是机以前使用的就是Motorola 68000(68K)Motorola 68000(68K)，比比IntelIntel公司的公司的80888088还要早。但现在，还要早。但现在，AppleApple、MotorolaMotorola公司已放弃公司已放弃6868K K而专注于而专注于ARMARM了。了。 v MC68K/Coldfire MC68K/Coldfire处理器处理器35第第1 1-2-2章章 嵌入式系统基础嵌入式系统基础 x86 x86系列处理器是最常用的，它起源于系列处理器是最常用的，它起源于IntelIntel架架构的构的80808080，发展到现在，发展到现在Penti

33、um 4Pentium 4、AthlonAthlon和和AMDAMD的的6464位处理器位处理器HammerHammer。486DX486DX是当时和是当时和ARMARM、68K68K、MIPSMIPS、SuperHSuperH齐名的五大嵌入式处理器之一。齐名的五大嵌入式处理器之一。v x86 x86处理器处理器36第第1 1-2-2章章 嵌入式系统基础嵌入式系统基础1.3.3 常见的嵌入式操作系统常见的嵌入式操作系统 VxWorksC/OSC/OS-Windows CE嵌入式嵌入式LinuxPalmOS QNXDelta OS Hopen OSpSOS37第第1 1-2-2章章 嵌入式系统基

34、础嵌入式系统基础v VxWorks VxWorks操作系统是美国操作系统是美国WindRiver公司于公司于1983年年设计开发的一种嵌入式实时操作系统（设计开发的一种嵌入式实时操作系统（RTOS），），具有良好的持续发展能力、高性能的内核以及友好具有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牢牢的用户开发环境，在嵌入式实时操作系统领域牢牢占据着一席之地。占据着一席之地。 VxWorks所具有的显著特点是：所具有的显著特点是： 可靠性、实时性和可裁减性。可靠性、实时性和可裁减性。 它支持多种处理器，如它支持多种处理器，如x86、i960、Sun Sparc

35、、Motorola MC68xxx、MIPS 、POWER PC等等。等等。 以其良好的可靠性和卓越的实时性被广泛地应用在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，如火星探测器（极高的领域中，如火星探测器（1997年年7月月4日登陆日登陆火星表面）。火星表面）。38第第1 1-2-2章章 嵌入式系统基础嵌入式系统基础vC/OS和和C/OS- C/OSMicro Controller O S C/OS简介简介 美国人美国人Jean Labrosse 1992年完成，已应用于数百种产年完成，已应

36、用于数百种产品中。品中。 应用面覆盖了诸多领域，如照相机、医疗器械、音响设应用面覆盖了诸多领域，如照相机、医疗器械、音响设备、发动机控制、高速公路电话系统、自动提款机等备、发动机控制、高速公路电话系统、自动提款机等 1998年年 C/OS-II，目前的版本目前的版本 C/OS -II V2.72 2000年，得到美国航空管理局（年，得到美国航空管理局（FAA）的认证，可以用的认证，可以用于飞行器中于飞行器中 是一个源码公开、可移植、可裁减、占用资源少、抢先是一个源码公开、可移植、可裁减、占用资源少、抢先式的实时多任务操作系统。其绝大部分源码采用式的实时多任务操作系统。其绝大部分源码采用ANSI

37、 C写的，移植性好。高校教学可免费使用。写的，移植性好。高校教学可免费使用。39第第1 1-2-2章章 嵌入式系统基础嵌入式系统基础v PalmOS Palm OS是著名的网络设备制造商是著名的网络设备制造商3COM旗下的旗下的Palm Computing掌上电脑公司的产品。掌上电脑公司的产品。 Palm OS是一套专门为掌上电脑编写的操作系统，充分考是一套专门为掌上电脑编写的操作系统，充分考虑到了掌上电脑内存相对较小的情况，所以虑到了掌上电脑内存相对较小的情况，所以Palm操作系统操作系统本身所占的内存很小，基于本身所占的内存很小，基于Palm操作系统编写的应用程序操作系统编写的应用程序所占

38、的空间也很小，通常只有几十所占的空间也很小，通常只有几十KB，因此基于因此基于Palm操作操作系统的掌上电脑虽然只有几兆内存却可以运行众多的应用系统的掌上电脑虽然只有几兆内存却可以运行众多的应用程序。程序。 Palm OS在在PDA市场上占有很大的市场份额，目前主要与市场上占有很大的市场份额，目前主要与WIN CE进行激烈竞争。进行激烈竞争。 代表性的产品有代表性的产品有Palm m505、Palm m500、Palm III等。等。40第第1 1-2-2章章 嵌入式系统基础嵌入式系统基础v QNX 加拿大加拿大QNX公司的产品。公司的产品。 其内核仅提供其内核仅提供4种服务：进程调度、进程间

39、通信、底层种服务：进程调度、进程间通信、底层网络通信和中断处理，其进程在独立的地址空间中运行。网络通信和中断处理，其进程在独立的地址空间中运行。QNX内核非常小巧内核非常小巧(QNX4.x大约为大约为12KB)，而且运行速而且运行速度极快。度极快。 QNX是一个实时的、可扩充的操作系统，它部分遵循是一个实时的、可扩充的操作系统，它部分遵循POSIX相关标准，由于相关标准，由于QNX具有强大的图形界面功能，具有强大的图形界面功能，因此很适合作为机顶盒、手持设备（手掌电脑、手机）、因此很适合作为机顶盒、手持设备（手掌电脑、手机）、GPS设备的实时操作系统使用。设备的实时操作系统使用。41第第1 1

40、-2-2章章 嵌入式系统基础嵌入式系统基础v Delta OS Delta OS是电子科技大学嵌入式实时教研室和科银公司是电子科技大学嵌入式实时教研室和科银公司联合研制开发的全中文的嵌入式操作系统。联合研制开发的全中文的嵌入式操作系统。 提供强实时和嵌入式多任务的内核，任务响应时间快速、提供强实时和嵌入式多任务的内核，任务响应时间快速、确定，不随任务负载大小改变。确定，不随任务负载大小改变。 绝大部分的代码由绝大部分的代码由C语言编写，具有很好的移植性。语言编写，具有很好的移植性。 适用于内存要求较大、可靠性要求较高的嵌入式系统。适用于内存要求较大、可靠性要求较高的嵌入式系统。 主要包括嵌入式

41、实时内核主要包括嵌入式实时内核DeltaCORE、嵌入式嵌入式TCP/IP组件组件DeltaNET、嵌入式文件系统嵌入式文件系统DeltaFILE以及嵌入式以及嵌入式图形用户界面图形用户界面DeltaGUI等。等。 提供一整套的嵌入式开发套件提供一整套的嵌入式开发套件LamdaTOOL和一整套嵌和一整套嵌入式开发应用解决方案，已成功应用于通信、网络、信入式开发应用解决方案，已成功应用于通信、网络、信息家电等多个应用领域。息家电等多个应用领域。42第第1 1-2-2章章 嵌入式系统基础嵌入式系统基础v Windows CE Windows CE：一种针对小容量、移动式、智能化、一种针对小容量、移

42、动式、智能化、32位、连接设备的模块化实时嵌入式操作系统（缩位、连接设备的模块化实时嵌入式操作系统（缩减的减的Win95）。）。 针对掌上设备、无线设备的动态应用程序和服务提针对掌上设备、无线设备的动态应用程序和服务提供了一种功能丰富的操作系统平台，属于软实时操供了一种功能丰富的操作系统平台，属于软实时操作系统。作系统。 由于其由于其Windows背景，界面比较统一认可。可以使背景，界面比较统一认可。可以使用大多数用大多数Windows开发工具（如开发工具（如VB，VC等），大等），大多数多数Windows应用程序经过移植后就可以运行在应用程序经过移植后就可以运行在WinCE平台上。平台上。

43、操作系统的基本内核需要至少操作系统的基本内核需要至少200K的的ROM。 43第第1 1-2-2章章 嵌入式系统基础嵌入式系统基础v 嵌入式嵌入式Linux Linux是开放源码和免费使用的，遍布全球的众多是开放源码和免费使用的，遍布全球的众多Linux爱爱好者又是好者又是Linux开发的强大技术后盾。开发的强大技术后盾。 嵌入式嵌入式Linux(Embedded Linux)是指对是指对Linux经过小型化裁经过小型化裁剪后，能够固化在容量只有几百剪后，能够固化在容量只有几百K字节或几兆字节的存储器字节或几兆字节的存储器芯片或单片机中，应用于特定嵌入式场合的专用芯片或单片机中，应用于特定嵌入

44、式场合的专用Linux操作操作系统。嵌入式系统。嵌入式Linux的开发和研究是目前操作系统领域的一的开发和研究是目前操作系统领域的一个热点。主要有个热点。主要有RTLinux和和 CLinux Linux的内核小、功能强大、的内核小、功能强大、API丰富，系统健壮、效率高，丰富，系统健壮、效率高，易于定制剪裁，在价格上极具竞争力。易于定制剪裁，在价格上极具竞争力。 Linux不仅支持不仅支持x86 CPU，还可以支持其他数十种还可以支持其他数十种CPU芯片。芯片。 近几年近几年Linux在嵌入式领域异军突起，过去的一年中有在嵌入式领域异军突起，过去的一年中有13%的用户已经开始使用嵌入式的用户

45、已经开始使用嵌入式Linux系统进行开发工作；有系统进行开发工作；有52%的用户决定在未来的用户决定在未来24个月内开始使用个月内开始使用Linux作为嵌入式作为嵌入式操作系统的开发原型。操作系统的开发原型。 44第第1 1-2-2章章 嵌入式系统基础嵌入式系统基础v Clinux45第第1 1-2-2章章 嵌入式系统基础嵌入式系统基础发展现状发展现状发展趋势发展趋势1.5 1.5 嵌入式技术发展现状及趋势嵌入式技术发展现状及趋势 嵌入式系统正处在一个飞速发展和激烈竞争的时代。嵌入式系统正处在一个飞速发展和激烈竞争的时代。 在国外，嵌入式系统硬件，特别是嵌入式在国外，嵌入式系统硬件，特别是嵌入

46、式CPU的处理能的处理能力提升较快。力提升较快。 国内的个人数字助理国内的个人数字助理(PDA)市场火爆市场火爆 嵌入式操作系统市场竞争激烈，嵌入式操作系统市场竞争激烈，Linux成为嵌入式操作成为嵌入式操作系统的新宠。系统的新宠。 小型化小型化人们携带方便；人们携带方便； 经济性经济性要让更多的人能买得起；要让更多的人能买得起； 可靠性（汽车）可靠性（汽车）能在苛刻的环境条件下运行；能在苛刻的环境条件下运行； 高速度（飞机）高速度（飞机）能够迅速完成数据计算或传输；能够迅速完成数据计算或传输； 智能性（知识推理、模糊查询、识别、感知运动）智能性（知识推理、模糊查询、识别、感知运动） 使人们用

47、起来更习惯，对人们更有使用价值。使人们用起来更习惯，对人们更有使用价值。46第第1 1-2-2章章 嵌入式系统基础嵌入式系统基础1.5 1.5 嵌入式技术发展现状及趋势嵌入式技术发展现状及趋势 47第第1 1-2-2章章 嵌入式系统基础嵌入式系统基础2010，LsL All Right Reserved 国际电信联盟国际电信联盟(ITU)对对IOT的描述的描述(2005)49第第1 1-2-2章章 嵌入式系统基础嵌入式系统基础主要内容嵌入式软件开发的特点嵌入式软件开发的特点嵌入式软件的开发流程嵌入式软件的开发流程嵌入式系统的调试嵌入式系统的调试板极支持包板极支持包50第第1 1-2-2章章 嵌

48、入式系统基础嵌入式系统基础2.1 嵌入式软件开发的特点嵌入式系统与通用计算机系统的差别：嵌入式系统与通用计算机系统的差别：人机交互界面人机交互界面有限的功能有限的功能时间关键性和稳定性时间关键性和稳定性 51第第1 1-2-2章章 嵌入式系统基础嵌入式系统基础 嵌入式软件开发的特点：嵌入式软件开发的特点：需要交叉开发环境：交叉开发环境是指实现编译、链接和调试应用需要交叉开发环境：交叉开发环境是指实现编译、链接和调试应用程序代码的环境。与运行应用程序的环境不同，它分散在有通信连程序代码的环境。与运行应用程序的环境不同，它分散在有通信连接的接的宿主机宿主机与与目标机目标机环境之中。环境之中。 宿主

49、机宿主机( (Host)Host)是一台通用计算机，一般是是一台通用计算机，一般是PCPC机。它通过串口机。它通过串口或网络连接与目标机通信。或网络连接与目标机通信。 目标机目标机( (Target)Target) 可以是嵌入式应用软件的实际运行环境，也可以是嵌入式应用软件的实际运行环境，也可以是能替代实际环境的仿真系统。可以是能替代实际环境的仿真系统。引入引入任务任务设计方法设计方法 需要需要固化固化程序程序 软件开发难度大软件开发难度大 嵌入式应用软件对实时性、稳定性、可靠性、抗干扰性等性嵌入式应用软件对实时性、稳定性、可靠性、抗干扰性等性能的要求都比通用软件的要求更为严格和苛刻。能的要求

50、都比通用软件的要求更为严格和苛刻。52第第1 1-2-2章章 嵌入式系统基础嵌入式系统基础2.2 嵌入式系统开发的流程把嵌入式系统开发看作一个项目来实施。把嵌入式系统开发看作一个项目来实施。项目的生命周期一般分为项目的生命周期一般分为识别需求识别需求、提出提出解决方案解决方案、执行项目执行项目和和结束项目结束项目4个阶段。个阶段。53第第1 1-2-2章章 嵌入式系统基础嵌入式系统基础v 识别需求（需求分析）识别需求（需求分析）54第第1 1-2-2章章 嵌入式系统基础嵌入式系统基础v 设计阶段（解决方案）设计阶段（解决方案）55第第1 1-2-2章章 嵌入式系统基础嵌入式系统基础v 执行项目

51、执行项目56第第1 1-2-2章章 嵌入式系统基础嵌入式系统基础v 结束项目结束项目57第第1 1-2-2章章 嵌入式系统基础嵌入式系统基础v 执行项目执行项目 生成代码阶段需要完成的工作包括生成代码阶段需要完成的工作包括代码编程代码编程、交叉编译和链接交叉编译和链接、交叉调试交叉调试和和测试测试等。等。58第第1 1-2-2章章 嵌入式系统基础嵌入式系统基础代码编程代码编程v 生成代码阶段生成代码阶段 在嵌入式系统的开发过程中，一般采用的方法是在嵌入式系统的开发过程中，一般采用的方法是先在先在通用通用PCPC上编程上编程，然后通过，然后通过交叉编译链接交叉编译链接，将程序做成目标，将程序做成

52、目标平台上可以运行的二进制代码格式。最后将程序平台上可以运行的二进制代码格式。最后将程序下载到目下载到目标平台上标平台上的特定位置，在目标板上启动运行这段二进制代的特定位置，在目标板上启动运行这段二进制代码。码。 59第第1 1-2-2章章 嵌入式系统基础嵌入式系统基础v 生成代码阶段生成代码阶段交叉编译和链接交叉编译和链接 嵌入式软件开发编码完成后，要进行编译和链接嵌入式软件开发编码完成后，要进行编译和链接以生成可执行代码。但是，在开发过程中设计人员普以生成可执行代码。但是，在开发过程中设计人员普遍使用遍使用IntelIntel的的x86x86系列系列CPUCPU的计算机进行开发，而的计算机

53、进行开发，而目目标环境的处理芯片却是多种多样的标环境的处理芯片却是多种多样的，如，如ARMARM，DSPDSP，PowerPCPowerPC，DragonBallDragonBall系列等，这就要求开发机上的系列等，这就要求开发机上的编译器能支持交叉编译。编译器能支持交叉编译。 嵌入式集成开发环境都支持交叉编译、链接嵌入式集成开发环境都支持交叉编译、链接，如，如WindRiverWindRiver公司的公司的TornadoTornado以及以及GNUGNU套件等。交叉编套件等。交叉编译链接生成两种类型的可执行文件：译链接生成两种类型的可执行文件：调试用的可执行调试用的可执行文件文件和和固化的可

54、执行文件固化的可执行文件。60第第1 1-2-2章章 嵌入式系统基础嵌入式系统基础v 生成代码阶段生成代码阶段交叉调试交叉调试交叉调试，又叫远程调试，具有以下特点：交叉调试，又叫远程调试，具有以下特点： 调试器和被调试的程序运行在不同的机器上。调试器调试器和被调试的程序运行在不同的机器上。调试器运行在运行在PCPC或工作站上，而被调试程序运行在各式的专用或工作站上，而被调试程序运行在各式的专用目标机上；目标机上； 调试器通过某种通信方式与目标机建立联系，如串口、调试器通过某种通信方式与目标机建立联系，如串口、并口、网络、并口、网络、JTAGJTAG或者专用的通信方式；或者专用的通信方式； 在目

55、标机上一般具有某种调试代理，这种代理能与调在目标机上一般具有某种调试代理，这种代理能与调试器一起配合完成对目标机上运行程序的调试。这种代试器一起配合完成对目标机上运行程序的调试。这种代理可以是某种能支持调试的硬件，也可以是某种软件；理可以是某种能支持调试的硬件，也可以是某种软件； 目标机可以是一种仿真机。通过在宿主机上运行目标目标机可以是一种仿真机。通过在宿主机上运行目标机的仿真软件，仿真一台目标机，使整个调试工作只在机的仿真软件，仿真一台目标机，使整个调试工作只在一台计算机上进行。一台计算机上进行。测试测试嵌入式系统开发的测试与通用软件的测试相似，嵌入式系统开发的测试与通用软件的测试相似，分

56、为单元测试和系统集成测试。分为单元测试和系统集成测试。61第第1 1-2-2章章 嵌入式系统基础嵌入式系统基础 总结：总结：嵌入式软件开发的要点嵌入式软件开发的要点 嵌入式应用软件高度依赖目标应用的软硬件环嵌入式应用软件高度依赖目标应用的软硬件环境，软件的部分任务功能函数由汇编语言完成，境，软件的部分任务功能函数由汇编语言完成，具有高度的不可移植性。具有高度的不可移植性。 为了保证实时性能，使用效率高和速度快的汇为了保证实时性能，使用效率高和速度快的汇编语言是不可避免的。编语言是不可避免的。 尽可能提高嵌入式应用软件的可移植性方法：尽可能提高嵌入式应用软件的可移植性方法： (1) (1)尽量用

57、高级语言开发，少用汇编语言尽量用高级语言开发，少用汇编语言 (2) (2)局域化不可移植部分局域化不可移植部分 (3) (3)提高软件的可重用性提高软件的可重用性62第第1 1-2-2章章 嵌入式系统基础嵌入式系统基础2.3 嵌入式系统的调试嵌入式系统的调试方法：嵌入式系统的调试方法：1 1源程序模拟器方式源程序模拟器方式2 2监控器方式监控器方式3 3仿真器方式仿真器方式嵌入式系统的调试过程：嵌入式系统的调试过程：63第第1 1-2-2章章 嵌入式系统基础嵌入式系统基础v 源程序模拟器方式源程序模拟器方式源程序在模拟器中运行的一种调试方式。源程序模拟源程序在模拟器中运行的一种调试方式。源程序

58、模拟器器( (Simulator)Simulator)是在是在PCPC机上，通过软件手段模拟执行为某机上，通过软件手段模拟执行为某种嵌入式处理器编写的源程序的测试工具。种嵌入式处理器编写的源程序的测试工具。 注意注意: :模拟器的功能毕竟是以一种处理器模拟另一模拟器的功能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、定时器等方面很有可能与实际处理器有相当大的差别。另外，等方面很有可能与实际处理器有相当大的差别。另外，它无法仿真嵌入式系统在应用系统中的实际执行情况。它无法仿真嵌入式系统在应用系统中的实际执行情况。 比如：比如：ARMARM公司的公司的ARMulatorARMulator模拟器模拟器 64第第1 1-2-2章章 嵌入式系统基础嵌入式系统基础v 监控器方式监控器方式 监控器监控器( (Monitor)Monitor)调试方式需要目标机与宿主机协调。首先，在宿调试方式需要目标机与宿主机协调。首先，在宿主机和目标机之间通过串口、以太口等建立物理连接，然后在宿主机上主机和目标机之间通过串口、以太口等建立物理连接，然后在宿主机上运行调试器，目标机运行监控程序和被调试程序，从而建立宿主机与目运行调试器，目标机运行监控程序和被调试程序，从而建立宿主机与目标机的逻辑连接。标机的逻辑连接。 宿主