嵌入式实习报告

电子工艺实习报告班级学号姓名同组人指导教师1月13一、嵌入式的概述：伴随信息化技术的发展和数字化产品的普及，以计算机技术、芯片技术和软件技术为关键的嵌入式系统再度成为目前研究和应用的热点，通信、计算机、消费电子技术（3C）合一的趋势正在逐渐形成，无所不在的网络和无所不在的计算（everythingconnecting,everywherecomputing）正在将人类带入一种崭新的信息社会。二、实习目的学习和理解了嵌入式在生活中的重要作用和发展过程，纯熟掌握ARM硬件体系构造,熟悉linux下的嵌入式编程流程，积累自己的软件编写经验，可以参与并实现一种真实和完整的嵌入式项目，为此后的学习和将从事的技术工作打下坚实的基础三、实习任务

第一阶段Linux操作和编程基础 重要简介Linux的基本命令和基础编程知识，包括Linux的文献操作和目录操作命令，VI编辑器，GCC编译器，GDB调试器和Make项目管理工具等知识。第二阶段嵌入式C语言编程基础 重要简介在嵌入式开发编程中C语言的重要概念和编程技巧中的重点难点，以复习串讲和实例分析的形式，重点简介包括函数与程序构造，指针、数组和链表，库函数的使用等知识。第三阶段Linux上C强化编程训练 重要包括整数算法训练，递归和栈编程训练，位操作训练，指针训练，字符串训练和常用C库函数编程接口实践，强化学员对Linux下基本编程开发的理解和编码调试的能力。第四阶段Linux环境高级编程及项目开发编程实践 重要包括系统编程(信号/系统调用/管道/FIFO/消息队列/共享内存等)，文献I/O编程(文献描述符/文献读写接口/原子操作/阻塞与非阻塞IO等，多任务和多线程编程(进程标识/顾客标识/fork与vfork/多线程概念/线程同步等)，网络编程(网络基本概念/套接口编程/网络字节次序/Client/Server构造/UDP编程)；掌握Linux下Socket编程的开发流程，熟悉网络编程的调用接口函数和有关数据构造，使学员初步具有在Linux上进行系统编程开发的能力。同步综合之前所学内容和编程技术，以小组为单位进行一种团体合作项目的开发，考核内容包括文献I/O编程，多线程编程，网络编程和项目文档编写。第五阶段嵌入式处理器体系构造及编程实践 重要简介ARM体系构造及其基本编程知识，包括指令分类，寻址方式、指令集、存储系统、异常中断处理、汇编语言以及C\C++和汇编语言的混合编程等知识。同步结合ARM嵌入式开发板硬件设计原理和基本硬件设计流程，分析多种外设的工作原理和驱动机制，并自己动手实践完毕一种ARM开发板上的编程大作业。第六阶段嵌入式Linux开发基础及高级应用 重要简介嵌入式Linux开发应用程序的基本流程和知识，包括嵌入式Linux基本概念和开发流程、Bootloader工作原理、内核淘汰配置和交叉编译、根文献系统制作、网络编程以及图形界面和数据库开发等知识。同步独立完毕一种基于嵌入式LinuxGUI的应用编程大作业。第七阶段嵌入式Linux驱动理论及驱动程序开发实践 重要简介嵌入式Linux上驱动程序开发规范，包括设备驱动程序概念、字符设备驱动程序、块设备与网络设备、网卡驱动以及常用嵌入式设备驱动开发等知识。同步独立实现两种嵌入式设备驱动程序的编写，包括驱动模块的调试和加载以及完整的项目开发文档的编写。第八阶段嵌入式Linux项目团体开发实践锻炼 重要包括设计并实现一种真实和完整的嵌入式项目的开发流程，波及到数据采集、网络通讯、图形顾客界面显示以及嵌入式数据库存储系统等多种嵌入式Linux编程技术。规定学员建立起团体开发和协同工作的企业项目开发模式的概念和流程，强化学员对编写项目概要设计文档和详细设计文档的理解，为就业前的职业技能和素质训练做好充足准备。四、实习内容1.嵌入式的历史与现实状况

虽然嵌入式系统是近几年才开始真正风行起来的，但实际上嵌入式这个概念却很早就已经存在了，从上个世纪70年代单片机的出现到今天多种嵌入式微处理器、微控制器的广泛应用，嵌入式系统少说也有了近30年的历史。纵观嵌入式系统的发展历程，大体经历了如下四个阶段：无操作系统阶段

嵌入式系统最初的应用是基于单片机的，大多以可编程控制器的形式出现，具有监测、伺服、设备指示等功能，一般应用于各类工业控制和飞机、导弹等武器装备中，一般没有操作系统的支持，只能通过汇编语言对系统进行直接控制，运行结束后再清除内存。这些装置虽然已经初步具有了嵌入式的应用特点，但仅仅只是使用8位的CPU芯片来执行某些单线程的程序，因此严格地说还谈不上"系统"的概念。

这一阶段嵌入式系统的重要特点是：系统构造和功能相对单一，处理效率较低，存储容量较小，几乎没有顾客接口。由于这种嵌入式系统使用简便、价格低廉，因而曾经在工业控制领域中得到了非常广泛的应用，但却无法满足现今对执行效率、存储容量均有较高规定的信息家电等场所的需要。简朴操作系统阶段

20世纪80年代，伴随微电子工艺水平的提高，IC制造商开始把嵌入式应用中所需要的微处理器、I/O接口、串行接口以及RAM、ROM等部件统统集成到一片VLSI中，制造出面向I/O设计的微控制器，并一举成为嵌入式系统领域中异军突起的新秀。与此同步，嵌入式系统的程序员也开始基于某些简朴的"操作系统"开发嵌入式应用软件，大大缩短了开发周期、提高了开发效率。

这一阶段嵌入式系统的重要特点是：出现了大量高可靠、低功耗的嵌入式CPU（如PowerPC等），多种简朴的嵌入式操作系统开始出现并得到迅速发展。此时的嵌入式操作系统虽然还比较简朴，但已经初步具有了一定的兼容性和扩展性，内核精致且效率高，重要用来控制系统负载以及监控应用程序的运行。实时操作系统阶段

20世纪90年代，在分布控制、柔性制造、数字化通信和信息家电等巨大需求的牵引下，嵌入式系统深入飞速发展，而面向实时信号处理算法的DSP产品则向着高速度、高精度、低功耗的方向发展。伴随硬件实时性规定的提高，嵌入式系统的软件规模也不停扩大，逐渐形成了实时多任务操作系统（RTOS），并开始成为嵌入式系统的主流。

这一阶段嵌入式系统的重要特点是：操作系统的实时性得到了很大改善，已经可以运行在多种不一样类型的微处理器上，具有高度的模块化和扩展性。此时的嵌入式操作系统已经具有了文献和目录管理、设备管理、多任务、网络、图形顾客界面（GUI）等功能，并提供了大量的应用程序接口（API），从而使得应用软件的开发变得愈加简朴。面向Internet阶段

二十一世纪无疑将是一种网络的时代，将嵌入式系统应用到多种网络环境中去的呼声自然也越来越高。目前大多数嵌入式系统还孤立于Internet之外，伴随Internet的深入发展，以及Internet技术与信息家电、工业控制技术等的结合日益紧密，嵌入式设备与Internet的结合才是嵌入式技术的真正未来。

信息时代和数字时代的到来，为嵌入式系统的发展带来了巨大的机遇，同步也对嵌入式系统厂商提出了新的挑战。目前，嵌入式技术与Internet技术的结合正在推进着嵌入式技术的飞速发展，嵌入式系统的研究和应用产生了如下新的明显变化：新的微处理器层出不穷，嵌入式操作系统自身构造的设计愈加便于移植，可以在短时间内支持更多的微处理器。嵌入式系统的开发成了一项系统工程，开发厂商不仅要提供嵌入式软硬件系统自身，同步还要提供强大的硬件开发工具和软件支持包。通用计算机上使用的新技术、新观念开始逐渐移植到嵌入式系统中，如嵌入式数据库、移动代理、实时CORBA等，嵌入式软件平台得到深入完善。各类嵌入式Linux操作系统迅速发展，由于具有源代码开放、系统内核小、执行效率高、网络构造完整等特点，很适合信息家电等嵌入式系统的需要，目前已经形成了能与WindowsCE、PalmOS等嵌入式操作系统进行有力竞争的局面。网络化、信息化的规定伴随Internet技术的成熟和带宽的提高而日益突出，以往功能单一的设备如电话、手机、冰箱、微波炉等功能不再单一，构造变得愈加复杂，网络互联成为必然趋势。精简系统内核，优化关键算法，减少功耗和软硬件成本。提供愈加友好的多媒体人机交互界面。2.体系构造

根据国际电气和电子工程师协会（IEEE）的定义，嵌入式系统是"控制、监视或者辅助设备、机器和车间运行的装置"（devicesusedtocontrol,monitor,orassisttheoperationofequipment,machineryorplants）。一般而言，整个嵌入式系统的体系构造可以提成四个部分：嵌入式处理器、嵌入式外围设备、嵌入式操作系统和嵌入式应用软件，如图1所示。图1嵌入式系统的构成嵌入式处理器

嵌入式系统的关键是多种类型的嵌入式处理器，嵌入式处理器与通用处理器最大的不一样点在于，嵌入式CPU大多工作在为特定顾客群所专门设计的系统中，它将通用CPU中许多由板卡完毕的任务集成到芯片内部，从而有助于嵌入式系统在设计时趋于小型化，同步还具有很高的效率和可靠性。

嵌入式处理器的体系构造经历了从CISC（复杂指令集）至RISC（精简指令集）和CompactRISC的转变，位数则由4位、8位、16位、32位逐渐发展到64位。目前常用的嵌入式处理器可分为低端的嵌入式微控制器（MicroControllerUnit，MCU）、中高端的嵌入式微处理器（EmbeddedMicroProcessorUnit，EMPU）、用于计算机通信领域的嵌入式DSP处理器（EmbeddedDigitalSignalProcessor，EDSP）和高度集成的嵌入式片上系统（SystemOnChip，SOC）。

目前几乎每个半导体制造商都生产嵌入式处理器，并且越来越多的企业开始拥有自主的处理器设计部门，据不完全记录，全世界嵌入式处理器已经超过1000多种，流行的体系构造有30多种系列，其中以ARM、PowerPC、MC68000、MIPS等使用得最为广泛。嵌入式外围设备

在嵌入系统硬件系统中，除了中心控制部件（MCU、DSP、EMPU、SOC）以外，用于完毕存储、通信、调试、显示等辅助功能的其他部件，实际上都可以算作嵌入式外围设备。目前常用的嵌入式外围设备按功能可以分为存储设备、通信设备和显示设备三类。存储设备重要用于各类数据的存储，常用的有静态易失型存储器（RAM、SRAM）、动态存储器（DRAM）和非易失型存储器（ROM、EPROM、EEPROM、FLASH）三种，其中FLASH凭借其可擦写次数多、存储速度快、存储容量大、价格廉价等长处，在嵌入式领域内得到了广泛应用。

目前存在的绝大多数通信设备都可以直接在嵌入式系统中应用，包括RS-232接口（串行通信接口）、SPI（串行外围设备接口）、IrDA（红外线接口）、I2C（现场总线）、USB（通用串行总线接口）、Ethernet（以太网接口）等。

由于嵌入式应用场所的特殊性，一般使用的是阴极射线管（CRT）、液晶显示屏（LCD）和触摸板（TouchPanel）等外围显示设备。嵌入式操作系统

为了使嵌入式系统的开发愈加以便和快捷，需要有专门负责管理存储器分派、中断处理、任务调度等功能的软件模块，这就是嵌入式操作系统。嵌入式操作系统是用来支持嵌入式应用的系统软件，是嵌入式系统极为重要的构成部分，一般包括与硬件有关的底层驱动程序、系统内核、设备驱动接口、通信协议、图形顾客界面（GUI）等。嵌入式操作系统具有通用操作系统的基本特点，如可以有效管理复杂的系统资源，可以对硬件进行抽象，可以提供库函数、驱动程序、开发工具集等。但与通用操作系统相比较，嵌入式操作系统在系统实时性、硬件依赖性、软件固化性以及应用专用性等方面，具有愈加鲜明的特点。

嵌入式操作系统根据应用场所可以分为两大类：一类是面向消费电子产品的非实时系统，此类设备包括个人数字助理（PDA）、移动电话、机顶盒（STB）等；另一类则是面向控制、通信、医疗等领域的实时操作系统，如WindRiver企业的VxWorks、QNX系统软件企业的QNX等。实时系统（RealTimeSystem）是一种可以在指定或者确定期间内完毕系统功能，并且对外部和内部事件在同步或者异步时间内能做出及时响应的系统。在实时系统中，操作的对的性不仅依赖于逻辑设计的对的程度，并且与这些操作进行的时间有关，也就是说，实时系统对逻辑和时序的规定非常严格，假如逻辑和时序控制出现偏差将会产生严重后果。

实时系统重要通过三个性能指标来衡量系统的实时性，即响应时间（ResponseTime）、生存时间（SurvivalTime）和吞吐量（Throughput）：响应时间是实时系统从识别出一种外部事件到做出响应的时间；生存时间是数据的有效等待时间，数据只有在这段时间内才是有效的；吞吐量是在给定的时间内系统可以处理的事件总数，吞吐量一般比平均响应时间的倒数要小一点。

实时系统根据响应时间可以分为弱实时系统、一般实时系统和强实时系统三种。弱实时系统在设计时的宗旨是使各个任务运行得越快越好，但没有严格限定某一任务必须在多长时间内完毕，弱实时系统更多关注的是程序运行成果的对的与否，以及系统安全性能等其他方面，对任务执行时间的规定相对来讲较为宽松，一般响应时间可以是数十秒或者更长。一般实时系统是弱实时系统和强实时系统的一种折衷，它的响应时间可以在秒的数量级上，广泛应用于消费电子设备中。强实时系统则规定各个任务不仅要保证执行过程和成果的对的性，同步还要保证在限定的时间内完毕任务，响应时间一般规定在毫秒甚至微秒的数量级上，这对波及到医疗、安全、军事的软硬件系统来说是至关重要的。

时限（deadline）是实时系统中的一种重要概念，指的是对任务截止时间的规定，根据时限对系统性能的影响程度，实时系统又可以分为软实时系统（softreal-tim