嵌入式系统-Chapter3-嵌入式软件系统基础

1、嵌入式系统，第3章嵌入式软件系统基础，主要内容，嵌入式软件系统概述嵌入式操作系统嵌入式软件开发工具(在嵌入式系统软件开发章节中介绍)嵌入式Java，第1节嵌入式软件系统概述，软件系统分类嵌入式软件系统体系结构嵌入式软件运行过程，软件系统，软件是计算机系统中与硬件相互依存的另一部分。它包括程序、相关数据及其文档。其中，程序是根据预先设计的功能和性能要求执行的指令序列；数据是一种程序可以正常操作信息的数据结构。文档是与程序的开发、维护和使用相关的各种图形材料。软件系统，软件是一个抽象的逻辑实体。这一特性使它明显不同于其他工程对象。人们可以把它记录在纸张、内存、磁盘和光盘上，但他们看不到软件本身的形

2、式。只有通过观察、分析、思考和判断，我们才能了解它的功能、表现和其他特征。软件产品的特点，软件没有明显的制造过程。一旦开发成功，可以复制大量相同内容的副本。因此，对于软件质量控制，我们必须关注软件开发。在使用软件的过程中，没有磨损和老化的问题。软件在生命周期的后期不会因磨损而老化，而是会根据硬件、环境和需求的变化进行修改，这些修改不可避免地会引入错误，从而导致软件故障率的增加，导致软件退化。当修改成本变得不可接受时，软件将被丢弃。软件对硬件和环境有不同程度的依赖。这导致了软件移植的问题。到目前为止，软件开发还没有完全摆脱手工作坊开发模式，生产效率低下。软件是复杂的，将来会更复杂。软件是人类生产

3、的最复杂的工业产品。软件涉及各行各业和人类社会的各个方面，软件开发经常涉及其他领域的专业知识，这就对软件工程师提出了很高的要求。软件的成本相当昂贵。软件开发需要大量密集的脑力劳动，这是非常昂贵和危险的。现在软件的成本已经大大超过了硬件的成本。软件工作涉及许多社会因素。许多软件的开发和运行涉及到制度、制度和管理方法的问题，也涉及到人们的观念和心理。这些人为因素往往成为软件开发的难点，直接影响项目的成败。嵌入式软件系统的分类、嵌入式软件、系统软件、支持软件、应用软件、计算机系统资源的控制和管理、嵌入式操作系统的嵌入式中间件(CORBA、Java)等。用于辅助软件开发的工具、系统分析和设计工具、模拟

4、开发工具、交叉开发工具、测试工具、配置管理工具、维护工具等。面向应用领域，手机软件、路由器软件、交换机软件、飞行控制软件等。嵌入式软件系统的分类可以分为在开发平台上运行的软件：设计、开发、测试工具等。在嵌入式系统上运行的软件：嵌入式操作系统、应用程序、驱动程序和一些开发工具。嵌入式软件系统架构、硬件、应用层、驱动层、操作系统层、中间件层、嵌入式软件系统架构，驱动层是直接处理硬件的层，为操作系统和应用提供必要的驱动支持。这一层主要包括三种类型的程序。这些程序在嵌入式系统通电后初始化硬件环境，包括嵌入式微处理器、存储器、中断控制器、DMA、定时器等的初始化。与系统软件相关的驱动程序是操作系统、中间

5、件等系统软件所需的驱动程序，它们的开发应根据系统软件的要求进行。目前，操作系统内核所需的硬件支持一般集成在嵌入式微处理器中，因此操作系统制造商提供的内核驱动程序一般不需要修改。与应用软件相关的驱动程序不一定需要与操作系统连接，这些驱动程序的设计和开发由应用程序决定。嵌入式软件系统架构，操作系统层包括嵌入式内核、嵌入式网络系统、嵌入式文件系统、嵌入式图形用户界面系统和电源管理。嵌入式内核是基础和必要的部分，其他部分应根据嵌入式系统的需要来确定。在嵌入式软件系统的体系结构中，中间件层也开始在一些复杂的嵌入式系统中采用中间件技术，主要包括嵌入式CORBA、嵌入式Java、嵌入式DCOM和面向应用的中

6、间件软件。例如，基于嵌入式CORBA的软件核心架构，应用于软件电台。在嵌入式软件系统架构中，应用层软件主要由若干相对独立的应用任务组成，每个应用任务完成特定的任务，如输入输出任务、计算任务、通信任务等。操作系统调度每个任务的操作。嵌入式软件运行过程，开机复位，系统升级，引导/升级系统，系统初始化，应用程序初始化，多任务应用程序，板级初始化，远程升级，本地升级，基于多任务操作系统的嵌入式软件主运行过程本运行过程主要分为五个阶段，嵌入式软件运行过程，开机复位，板级初始化阶段。板级初始化程序具有完整的硬件特性，一般用汇编语言实现。在不同的嵌入式系统中，板级初始化要做的工作有一定的特殊性，但一般必须做

7、以下工作：初始化中央处理器中的堆栈指针寄存器。BSS段的初始化(块存储空间表示未初始化的数据)。中央处理器芯片级初始化：控制器和存储器的中断初始化。返回、嵌入式软件运行过程、系统启动/升级阶段根据需要分别进入系统软件启动阶段或系统升级阶段。软件可以通过测试通信端口数据或判断特定的交换机进入不同的阶段。在嵌入式软件运行过程中，系统启动阶段有几种情况：从或非闪存中读取系统软件并加载到内存中运行；这种方法可以解决成本和闪存速度比内存慢的问题。软件可以压缩并存储在闪存中。没有必要将软件引导到内存中，而是让它直接在非闪存上运行，并进入系统初始化阶段。从外部存储器读取软件(如南飞侠、CF卡、内存控制器等)

8、。)并将其加载到内存中运行：这种方法的成本较低。嵌入式软件运行过程中，在系统升级阶段进入系统升级阶段后，系统可以通过网络远程升级或者通过串口本地升级。远程升级一般支持TFTP、文件传输协议、超文本传输协议等。可以使用超级终端或特定的升级软件通过控制台端口进行本地升级。返回、嵌入式软件运行过程、系统初始化阶段，在此阶段，对系统软件的各个功能部分如操作系统进行必要的初始化工作，如根据系统配置初始化数据空间、初始化系统所需的接口和外设等。系统初始化阶段需要按照特定的顺序进行，如内核初始化、网络和文件系统初始化以及中间件初始化。返回时，嵌入式软件运行进程，应用程序初始化阶段创建应用程序任务、信号量、消

9、息队列和其他与应用程序相关的初始化工作。在多任务应用运行阶段完成各种初始化工作后，系统进入多任务状态，操作系统根据确定的算法调度任务，每个应用任务分别完成特定的功能。第二节，嵌入式操作系统，嵌入式操作系统的演进概述，嵌入式操作系统体系结构分类，嵌入式实时操作系统C/OS-II的组成介绍，概述，嵌入式操作系统可以统称为嵌入式系统中应用的操作系统，它具有通用操作系统的功能和嵌入式软件的特点。主要有：可固化、可配置、定制和独立的板级支持包，可以修改不同的处理器。开发不同版本的应用程序需要集成的交叉开发工具。概述：近十年来，嵌入式操作系统从支持8位微处理器迅速发展到支持16位、32位甚至64位微处理器

10、；从支持单一种类的微处理器芯片到支持多种微处理器芯片；从单一内核到内核以外的其他功能模块，如文件系统、网络系统、窗口图形系统等。随着嵌入式系统应用领域的扩大，嵌入式操作系统市场不断细分，针对不同领域的产品出现，这些产品根据领域的要求和标准提供特定的功能。嵌入式操作系统的演进，在典型的嵌入式设备、应用、应用、应用、应用中，RTOS厂商提供的软件占总软件的百分比。嵌入式操作系统的演进，从操作系统的角度来看，大致经历了以下几个阶段：无操作系统阶段、简单操作系统阶段、实时操作系统阶段、安全关键系统的高可靠性实时操作系统阶段，以及嵌入式操作系统的演进。嵌入式系统在无操作系统阶段的最初应用是基于单片机的，

11、它大多以可编程控制器的形式出现，具有监控、伺服、设备指示等功能。它通常用于各种工业控制、飞机、导弹和其他武器装备。一般来说，没有操作系统的支持，系统只能由汇编语言直接控制，运行后内存可以清空。虽然这些设备具有嵌入式应用的特点，但是它们只使用8位的CPU芯片来执行一些单线程程序，所以严格来说，它们不能谈论系统的概念。嵌入式操作系统的演变，嵌入式系统在无操作系统阶段的主要特点是系统结构和功能相对单一，处理效率低，存储容量小，几乎没有用户界面。由于该嵌入式系统使用方便、价格低廉，在工业控制领域得到了广泛的应用，但它不能满足信息家电等对执行效率和存储容量要求较高的场合的需求。嵌入式操作系统的演进，简单

12、操作系统阶段20世纪80年代，随着微电子技术的进步，集成电路制造商开始将嵌入式应用所需的所有微处理器、输入输出接口、串行接口、随机存取存储器、只读存储器等组件集成到一个超大规模集成电路中，并制造面向输入输出的微控制器，成为嵌入式系统领域的一颗新星。同时，嵌入式系统程序员开始基于一些简单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。嵌入式操作系统的演进，现阶段嵌入式系统简单操作系统的主要特点是：大量高可靠性、低功耗的嵌入式处理器(如Power PC等)。)，各种简单的嵌入式操作系统开始出现并迅速发展。此时，嵌入式操作系统虽然相对简单，但具有一定的兼容性和可扩展性，其内核精致高

13、效，主要用于控制系统负载和监控应用程序的运行。嵌入式操作系统的演进和实时操作系统的发展90年代，在分布式控制、柔性制造、数字通信和信息家电的巨大需求驱动下，嵌入式系统发展迅速，而用于实时信号处理算法的数字信号处理器产品则朝着高速、高精度和低功耗的方向发展。随着硬件实时性要求的提高，嵌入式系统的软件规模不断扩大，RTOS逐渐形成，成为嵌入式系统的主流。嵌入式操作系统的演变和实时操作系统阶段现阶段嵌入式系统的主要特点是操作系统的实时性能得到了很大的提高，并且已经能够在各种类型的微处理器上运行，具有很高的模块化和可扩展性。此时，嵌入式操作系统具有文件和目录管理、设备管理、多任务处理、网络、图形用户界

14、面等功能。并提供了大量的应用程序接口，从而使应用软件的开发更加容易。嵌入式操作系统的演进和面向互联网的阶段21世纪无疑将是一个网络时代，将嵌入式系统应用于各种网络环境的呼声自然越来越高。目前，大多数嵌入式系统都是与互联网隔离的。随着互联网的进一步发展以及互联网技术与信息家电和工业控制技术的日益紧密结合，嵌入式设备与互联网的结合是嵌入式技术的真正未来。信息时代和数字时代的到来给嵌入式系统的发展带来了巨大的机遇，同时也对嵌入式系统制造商提出了新的挑战。目前，嵌入式技术和互联网技术的结合正在推动嵌入式技术的快速发展，嵌入式系统的研究和应用产生了以下新的重大变化：新的微处理器层出不穷，嵌入式操作系统自

15、身结构的设计更便于移植，能够在短时间内支持更多的微处理器。嵌入式系统的开发已经成为一个系统工程，开发者不仅要提供嵌入式操作系统本身，还要提供强大的软件开发支持包。通用计算机中使用的新技术和新概念正逐步移植到嵌入式系统中，如嵌入式数据库、移动代理、实时CORBA、Java等。嵌入式软件平台得到进一步完善。嵌入式操作系统的演进和各种嵌入式Linux操作系统的快速发展，因其源代码开放、系统内核小、执行效率高、网络结构完整等特点，非常适合信息家电等嵌入式系统的需求。目前，他们已经与嵌入式操作系统如视窗操作系统和塞班形成了强有力的竞争。随着互联网技术的成熟和带宽的提高，网络化和信息化的需求日益突出。过去

16、，功能单一的设备，如电话、手机、冰箱、微波炉等。功能不再单一，结构也变得更加复杂，网络互联成为必然趋势。精简系统内核，优化关键算法，降低功耗、硬件和软件成本。提供了更加友好的多媒体人机交互界面。嵌入式操作系统的演进，高可靠性嵌入式实时操作系统的阶段安全关键系统安全关键系统(Safety-Critical System):指故障后可能导致人员死亡、重大财产损失或环境破坏的系统。在医疗设备、飞机飞行控制系统、武器和核系统等应用领域有许多实例。更一般地说，许多现代信息系统正在成为安全关键系统，这些系统的故障将导致经济损失甚至人员伤亡。随着硬件价格的降低、性能的提高以及其他一些技术的不断发展，属于安全关键范畴的计算机应用领域将会进一步拓展。安全关键系统将在未来变得更加普遍。ARINC653航空电子应用软件标准接口用于标准化航空电子设备和系统的开发。分区操作系统负责调度分区中的应用程序任务，并向上层应用程序任务提供系统功能，如事件、信号量和输入/输出。核心操作系统主要包括：间隔管理和调度、共享对象管理、进程管理、内存管理、中断管理、缓存管理、错误处理、时钟管理、输入/输出设备管理、异步信号a，安全，嵌入式操作系统分类，从应用领域来看，它