嵌入式系统原理第1章.ppt

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1、2023/10/28,1,宇航学院飞行器控制系系统与仿真实验室任课教师 刘永善,嵌入式系统原理,2023/10/28,2,课程简介,课程名称：嵌入式系统原理成绩评定：出勤10分+作业10分+实验10分+闭卷考试70分任课教师：刘永善（宇航学院飞行器控制系）答疑地点：求是楼114#参考书目:1 孟祥莲主编.嵌入式系统原理及应用教程.清华大学出版社2 袁志勇等主编.嵌入式系统原理与应用技术.北京航空航天大学出版社3 徐端全编著.嵌入式系统原理与设计.北京航空航天大学出版社4 张毅刚等编著单片机原理与应用设计.电子工业出版社,2023/10/28,3,第1章 嵌入式系统概述,1.1 嵌入式系统的概念

2、与特点1.2 嵌入式系统的发展概述*Go1.3 嵌入式系统的组成*Go1.4 嵌入式系统的分类*Go1.5 嵌入式系统的应用*Go1.6 嵌入式处理器简介*Go1.7 嵌入式操作系统简介*Go,本章参考：书目1、2、3,2023/10/28,4,1.1 嵌入式系统的概念与特点,1.1.1 嵌入式系统的概念计算机技术和微电子技术发展的结果计算机的原分类法：巨型机、大型机、小型机、微机计算机的现分类法：通用计算机和嵌入式系统应用：嵌入式系统无处不在电信、网络、信息家电、工业控制、航天、军事、医疗等,2023/10/28,5,嵌入式系统示例,汽车控制系统,尾灯控制系统,后车门控制系统,前车门控制系统

3、,座椅控制系统,发动器控制系统,所有的控制系统都是一个完整的嵌入式系统,2023/10/28,6,1.1.1 嵌入式系统的概念,嵌入式系统（Embedded System）定义IEEE定义：用于控制、监视或者辅助操作机器和设备的装置（devices used to control,monitor,or assist the operation of equipment,machinery or plants）专业定义：以应用为中心，以计算机技术为基础，软、硬件可剪裁，可满足应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗和应用环境等严格要求的专用计算机系统。简单定义：嵌入到对象体中的专用计算机系统。三

4、个要素：嵌入、专用、计算机,2023/10/28,7,1.1.2 嵌入式系统的特点,由三个要素引出的特点嵌入性：嵌入到对象体系中，满足对象系统的环境要求。如物理环境（小型）、电气环境（可靠）、成本（价廉）等要求。专用性：软、硬件可裁剪，按照对象要求进行配置。计算机系统：配置接口电路的计算机系统，实现对象系统的智能化控制功能。,2023/10/28,8,1.1.2 嵌入式系统的特点,与通用计算机系统相比，嵌入式系统具有的特点专用性强：面向特定应用，完成特定功能系统内核小：采用专用中央处理器，系统配置够用即可实时性要求高：或不用操作系统，或选配实时操作系统 运行环境苛刻：对体积、功耗、可靠性、运行

5、环境有严格要求程序固化：运行程序固化在存储器芯片中专用开发工具：自身不具备自主开发能力，需专用开发工具支持,2023/10/28,9,第1章 嵌入式系统概述,1.1 嵌入式系统的概念与特点1.2 嵌入式系统的发展概述1.3 嵌入式系统的组成1.4 嵌入式系统的分类1.5 嵌入式系统的应用1.6 嵌入式处理器简介1.7 嵌入式操作系统简介,2023/10/28,10,1.2 嵌入式系统的发展概述,第一阶段以单芯片为核心的可编程控制器系统，主要用于专业性强的工业控制和武器装备中，一般没有操作系统支持，通过汇编语言对系统进行直接控制。特点：结构和功能相对单一效率较低存储容量较小几乎没有用户接口,20

6、23/10/28,11,1.2 嵌入式系统的发展概述,第二阶段以嵌入式中央处理器为基础，以简单操作系统为核心的嵌入式系统，应用面拓宽。特点：CPU种类繁多通用性较弱系统开销小操作系统只具有低度的兼容性和扩展性,2023/10/28,12,1.2 嵌入式系统的发展概述,第三阶段以嵌入式操作系统为标志的嵌入式系统特点：嵌入式操作系统能够运行于各种不同类型的处理器上操作系统内核精小、效率高、模块化程度高、具有文件和目录管理、支持多任务处理、支持网络操作、具有图形窗口和用户界面等功能、具有大量的应用程序接口、开发程序简单、并且嵌入式应用软件丰富。,2023/10/28,13,1.2 嵌入式系统的发展概

7、述,第四阶段以基于网络操作为标志的嵌入式系统，是一个正在迅速发展的阶段。越来越多的应用需要采用支持网络功能的嵌入式系统，在嵌入式系统中使用网络操作系统成为发展趋势。,2023/10/28,14,第1章 嵌入式系统概述,1.1 嵌入式系统的概念与特点1.2 嵌入式系统的发展概述1.3 嵌入式系统的组成1.4 嵌入式系统的分类1.5 嵌入式系统的应用1.6 嵌入式处理器简介1.7 嵌入式操作系统简介,2023/10/28,15,1.3 嵌入式系统的组成,两大组成部分：硬件、软件二层或三层结构（早期）：嵌入式系统硬件平台、嵌入式操作系统（可选）、应用程序。,2023/10/28,16,1.3 嵌入式

8、系统的组成,四层结构：嵌入式系统硬件平台、硬件抽象层（HAL）、嵌入式操作系统（RTOS）、应用程序。,2023/10/28,17,1.3 嵌入式系统的组成,增加硬件抽象层HAL（Hardware Abstraction Layer）也称为板级支持包BSP（Board Support Package），主要目的是屏蔽下层硬件，使操作系统不再直接面对具体的硬件环境。HAL通过特定的上层接口与操作系统进行交互，向操作系统提供底层硬件信息，并根据操作系统的要求完成对硬件的直接操作。HAL的引入大大推动了嵌入式实时系统的通用化，为嵌入式系统的广泛应用提供了可能。,1.3.1 嵌入式系统硬件平台1.3.

9、2 硬件抽象层1.3.3 嵌入式操作系统,2023/10/28,18,1.3.1 嵌入式系统硬件平台,嵌入式系统硬件平台是以嵌入式处理器为核心，由存储器、I/O单元电路、通信模块、外部设备等必要的辅助接口组成的，如图所示。某些外围电路和外设可进行剪裁、定制。,2023/10/28,19,1.3.2 硬件抽象层,硬件抽象层HAL通过HAL接口向操作系统和应用程序提供对硬件抽象后的服务。板级支持包BSP是商用嵌入式操作系统实现可移植性所采用的一种方案，是硬件抽象层的一种实现。BSP隔离了所支持的嵌入式操作系统与底层硬件平台之间的相关性，使嵌入式操作系统能够通用于BSP所支持的硬件平台，实现了嵌入式

10、操作系统的可移植性、跨平台性、通用性和复用性。,2023/10/28,20,1.3.2 硬件抽象层,BSP是相对于操作系统而言的，不同的操作系统对应于不同定义形式的BSP。例如，对应同一个CPU来说，要实现同样的功能，VxWorks的BSP和Linux的BSP的写法和接口定义却完全不同。BSP一定要按照具体操作系统BSP的定义形式来写（或在某个成型的BSP模板上修改），保障与上层操作系统的正确接口，良好地支持上层操作系统。,2023/10/28,21,1.3.3 嵌入式操作系统,嵌入式操作系统完成系统初始化及嵌入式应用的任务调度和控制等核心功能，其内核精简，具有可配置特性，并与高层应用密切关联

11、。嵌入式操作系统的主要特点如下：体积小（嵌入式系统内存容量小）实时性强（实时操作系统RTOS，Real-Time Operating System）稳定性强、交互性弱（用户干预少）特殊的开发调试环境（提供完整的集成开发环境）,2023/10/28,22,1.3.3 嵌入式操作系统,2023/10/28,23,第1章 嵌入式系统概述,1.1 嵌入式系统的概念与特点1.2 嵌入式系统的发展概述1.3 嵌入式系统的组成1.4 嵌入式系统的分类1.5 嵌入式系统的应用1.6 嵌入式处理器简介1.7 嵌入式操作系统简介,2023/10/28,24,1.4 嵌入式系统的分类,根据不同的分类标准，嵌入式系统

12、有不同的分类方法。按嵌入式微处理器的位数分类4位、8位、16位、32位、64位.其中，4位微处理器基本停用，8位、16位嵌入式系统已经获得了大量应用，32位嵌入式系统正成为主流发展趋势，64位嵌入式微处理器开始在一些高度复杂、高速处理的嵌入式系统中使用。按有无操作系统分类有操作系统（如基于ARM的嵌入式系统）无操作系统（如基于8051单片机的嵌入式系统）,2023/10/28,25,1.4 嵌入式系统的分类,按软件实时性需求分类非实时系统（如PDA）软实时系统（系统对响应时间有一定要求，如消费类产品）硬实时系统（系统对响应时间有严格要求，如工业控制系统、军工系统）按嵌入式系统的复杂程度分类小型

13、嵌入式系统中型嵌入式系统复杂嵌入式系统,2023/10/28,26,第1章 嵌入式系统概述,1.1 嵌入式系统的概念与特点1.2 嵌入式系统的发展概述1.3 嵌入式系统的组成1.4 嵌入式系统的分类1.5 嵌入式系统的应用1.6 嵌入式处理器简介1.7 嵌入式操作系统简介,2023/10/28,27,1.5 嵌入式系统的应用,工业自动控制（智能仪表、数控机床等）消费电子产品（手机、PDA、机顶盒等）网络通信设备（交换机、路由器等）航空航天设备（深空探测器等）军事电子设备和现代武器（雷达、导弹等）汽车电子 医疗仪器,2023/10/28,28,应用示例手机中的嵌入式系统,2023/10/28,2

14、9,手机（三星S500）中的嵌入式系统,2023/10/28,30,第1章 嵌入式系统概述,1.1 嵌入式系统的概念与特点1.2 嵌入式系统的发展概述1.3 嵌入式系统的组成1.4 嵌入式系统的分类1.5 嵌入式系统的应用1.6 嵌入式处理器简介1.7 嵌入式操作系统简介,2023/10/28,31,1.6 嵌入式处理器简介,嵌入式系统的核心部件是嵌入式处理器。全世界大约有1000多种嵌入式处理器，流行的体系结构有30多个系列，如MCS-51、PIC、AVR、ARM、DSP等。1.6.1 嵌入式处理器的概念1.6.2 嵌入式处理器的分类1.6.3 嵌入式处理器的选型,2023/10/28,32

15、,1.6.1 嵌入式处理器的概念,1.6.1.1 中央处理器的基本组成1.6.1.2 嵌入式处理器的体系结构1.6.1.3 嵌入式处理器的指令体系1.6.1.4 嵌入式处理器的特点,2023/10/28,33,1.6.1.1 中央处理器的基本组成,中央处理器CPU（Central Process Unit）基本组成：运算器、控制器、寄存器组和内部总线,2023/10/28,34,1.6.1.2 嵌入式处理器的体系结构,计算机系统一般由CPU、存储器和I/O设备组成。嵌入式处理器的体系结构有以下两种类型：冯诺依曼（Von Neumann）体系结构（普林斯顿体系结构）程序指令和数据共用一个存储空间

16、，程序存储区和数据存储区在同一个存储器的不同物理位置。采用单一的地址总线和数据总线，程序指令和数据的宽度相同。缺点：高速运行时，形成传输瓶颈。哈佛（Harvard）体系结构程序指令和数据存储在不同的存储空间中，即程序存储器和数据存储器是两个相互独立的存储器，每个存储器独立编址、独立访问。程序程序存储器和数据存储器具有各自的数据总线与地址总线。优点：允许在一个机器周期内同时获取指令字（来自程序存储器）和操作数（来自数据存储器），提高了执行速度和数据吞吐率。,2023/10/28,35,1.6.1.3 嵌入式处理器的指令体系,指令系统可采用精简指令集系统RISC或复杂指令集系统CISC。CISC（

17、Complex Instruction Set Computer）具有大量复杂指令，指令长度可变，寻址方式多样。随着计算机技术的发展，不断引入新的复杂的指令集。为支持这些新增的指令，计算机的体系结构越来越复杂。这增大了硬件的复杂程度和指令的解码难度。指令使用频率相差悬殊：大约有20%的指令会被反复使用，约占整个程序代码的80%；而余下的80%的指令则不经常使用，在程序中只占20%，即指令的2/8规律。显然，这种结构是不太合理的。,2023/10/28,36,1.6.1.3 嵌入式处理器的指令体系,RISC（Reduced Instruction Set Computer）指令长度固定，指令格式

18、规整，指令种类少，寻址方式种类少。使用单周期指令，便于流水线操作执行。CPU大量使用寄存器，数据处理指令只对寄存器进行操作，只有Load/Store指令可以访问存储器，以提高指令的执行效率。,2023/10/28,37,1.6.1.3 嵌入式处理器的指令体系,RISC和CISC之间的主要区别,2023/10/28,38,1.6.1.4 嵌入式处理器的特点,芯片种类繁多、功能多样、性能跨度大（以适应不同场合）芯片功耗低，支持灵活的功耗控制模式（节电）处理器结构具有良好的可扩展性（内核为开放式结构）功能集成度高，I/O接口丰富强调高可靠性和安全性支持实时性和多任务,2023/10/28,39,1.

19、6 嵌入式处理器简介,全世界大约有1000多种嵌入式处理器，流行的体系结构有30多个系列，如MCS-51、PIC、AVR、ARM、DSP等。1.6.1 嵌入式处理器的概念1.6.2 嵌入式处理器的分类1.6.3 嵌入式处理器的选型,2023/10/28,40,1.6.2 嵌入式处理器的分类,嵌入式处理器主要分为以下五类：嵌入式微控制器MCU（Micro Controller Unit）嵌入式微处理器EMPU（Embedded Micro Processor Unit）数字信号处理器DSP（Digital Signal Processor）CPLD/FPGA 片上系统SoC（System on

20、Chip）,2023/10/28,41,1.6.2 嵌入式处理器的分类,（1）嵌入式微控制器MCU嵌入式微控制器又称单片机，已经历了近30年的发展历史，目前在嵌入式设备中仍然有着极其广泛的应用。单片机将整个计算机系统的主要硬件集成到一块芯片中。它一般以某种微处理器内核为核心，在芯片内部集成了RAM、ROM/EPROM、总线、总线逻辑、定时/计数器、看门狗、I/O、串行口、脉宽调制输出PWM、A/D、D/A、Flash等各种必要功能部件和外设。为适应多种需求，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相同，只是存储器和外设的配置不同。,2023/10/28,42,1.6.2 嵌

21、入式处理器的分类,（1）嵌入式微控制器MCU特点微控制器的最大特点是单片化，使应用系统的体积大大减小，从而使功耗和成本大幅度下降，可靠性提高。衍生产品多，是目前嵌入式工业的主流、约占嵌入式系统70%的份额。多是8位和16位处理器。典型代表通用系列：MCS-51、MCS-96/196/296、P51XA半通用系列：支持USB接口的8XC930/931，支持I2C、CAN-BUS的专用MCU等,2023/10/28,43,1.6.2 嵌入式处理器的分类,（1）嵌入式微控制器MCU优点单片化、体积小、功耗低、成本低、可靠性高；基本无须扩展外设。缺点数据处理能力和处理速度有限，难以实现复杂运算；没有操

22、作系统；无网络功能。适用领域适合于小型控制系统,2023/10/28,44,1.6.2 嵌入式处理器的分类,（2）嵌入式微处理器EMPU嵌入式微处理器由通用计算机微处理器演变而来。与通用微处理器不同的是，在实际嵌入式应用中，只保留与嵌入式应用紧密相关的功能部件，去除其他的冗余功能部分，配备必要的外围扩展电路，如存储器、I/O接口等，这样就能以很低的功耗和资源满足嵌入式应用的特殊需求。另外，嵌入式微处理器在工作温度、电磁兼容性以及可靠性方面的要求高于通用微处理器。,2023/10/28,45,1.6.2 嵌入式处理器的分类,（2）嵌入式微处理器EMPU特点功能和通用微处理器基本一样，字长一般为1

23、6位或32位，具有较高的性能。与工控计算机相比，嵌入式微处理器组成的系统具有体积小、重量轻、功耗小、成本低、抗干扰能力强、可靠性高的特点。典型代表ARM/Strong（ARM公司）Power PC、68000（MOTOROLA公司）MIPS（MIPS公司）,2023/10/28,46,1.6.2 嵌入式处理器的分类,（2）嵌入式微处理器EMPU优点嵌入式微处理器通用性好、处理能力强、可扩展性好、寻址范围大、支持各种灵活的设计；支持实时多任务操作系统；市场庞大、技术开发全面。适用领域适用范围广，不限于某个具体的应用领域。,2023/10/28,47,1.6.2 嵌入式处理器的分类,（3）数字信号

24、处理器DSPDSP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。DSP采用哈佛结构 和专用的硬件乘法器，支持密集的乘法运算和特殊的寻址方式。在数字滤波、FFT、频谱分析等各种仪器上DSP获得了大规模的应用。为了追求高执行效率，不适合运行操作系统，核心代码使用汇编。,2023/10/28,48,1.6.2 嵌入式处理器的分类,（3）数字信号处理器DSP典型代表TMS320系列（TI公司）C2000系列（适合做控制器）C5000系列（低功耗）C6000系列（高性能，适用于多媒体处理）DSP56000系列（Motorola公司）MCS-296（Intel公司）,20

25、23/10/28,49,1.6.2 嵌入式处理器的分类,（3）数字信号处理器DSP两类来源数字信号处理单片化，通过EMC（电磁兼容）改造、增加片上外设，成为嵌入式DSP处理器。如TI公司的TMS320 C2000/C5000/C6000等。在通用单片机或片上系统中增加DSP协处理器。如Intel公司的MCS-296。适用领域数字滤波频谱分析FFT,2023/10/28,50,1.6.2 嵌入式处理器的分类,（4）CPLD/FPGACPLD（Complex Programmable Logic Device，复杂可编程逻辑器件）与FPGA（Field Programmable Gate Arra

26、y，现场可编程门阵列）是一对同胞兄弟，基本同步发展，只是侧重点稍有不同。CPLD/FPGA可以看做是一个包含大量门电路的逻辑元件，它的每一个门可以由使用者来定义。用户可以通过传统的原理图输入法，或是硬件描述语言自由地设计一个数字系统。CPLD和FPGA最明显的特点是高速和高可靠性。,2023/10/28,51,1.6.2 嵌入式处理器的分类,（4）CPLD/FPGACPLD/FPGA非常适合于时序、组合等逻辑电路应用场合，它可以替代几十块甚至上百块通用IC芯片。应用CPLD或FPGA可以做成一个系统级芯片，具有可编程性和实现方案容易修改的特点。用户通过软件仿真，可以事先验证设计的正确性。在PC

27、B板完成以后，可以利用CPLD/FPGA的在线修改能力，随时修改设计而不必改动硬件电路。使用CPLD和FPGA来开发ASIC（Application Specific Integrated Circuit，专用集成电路），可以大大减少在出现成品芯片以后的反复修改，大大缩短产品开发周期。,2023/10/28,52,1.6.2 嵌入式处理器的分类,（4）CPLD/FPGA可编程逻辑器件的结构类型乘积项结构。基本结构为“与”、“或”逻辑阵列，由可编程熔丝确定“与”“或”逻辑功能。CPLD属于此类结构。CPLD分解组合逻辑功能很强，适合用于设计译码等复杂组合逻辑。上电即可工作。查找表（Look-Up

28、-Table，LUT）结构。由简单的LUT组成可编程门，再构成阵列形式。FPGA多属于此类结构。FPGA含有大量LUT和触发器，适合用于设计复杂时序逻辑。上电后需要程序加载过程。,2023/10/28,53,1.6.2 嵌入式处理器的分类,（4）CPLD/FPGAFPGA的工作原理加电时，FPGA芯片将EPROM中的数据读入片内编程RAM中，配置完成后进入工作状态。掉电后，FPGA恢复成白片，内部逻辑关系消失。FPGA的基本特点采用FPGA设计ASIC（专用集成电路），不需要投片生产。设计周期短、开发费用低、风险小。FPGA可做其他全定制或半定制ASIC电路的中试样片。FPGA内部有丰富的触发

29、器和I/O引脚。FPGA功耗低，可以与CMOS、TTL电平兼容。FPGA的主要生产厂商Altera、Xilinx、Actel、Lattice等,2023/10/28,54,1.6.2 嵌入式处理器的分类,（5）片上系统SoC随着VLSI设计的普及和半导体工艺的迅速发展，可以在一块硅片上实现一个更为复杂的系统，这就是片上系统SoC。它是嵌入式处理器的发展趋势。SOC追求最大限度的集成。各种通用处理器内核、嵌入操作系统模块和应用功能模块都放入SoC设计的标准库，成为VLSI设计中的一种标准器件，用标准的VHDL等硬件描述语言描述，存储在器件库中。用户只需定义出整个应用系统，仿真通过后就可以将设计图

30、交给半导体工厂制作芯片样品。这样，整个嵌入式系统大部分都可以集成到一块芯片中去，使应用系统的电路板变得很简洁。这有利于减小体积和功耗，提高系统的可靠性。,2023/10/28,55,1.6.2 嵌入式处理器的分类,（5）片上系统SoC特点结构简洁体积小、功耗低可靠性高设计生产效率高典型代表Smart XA（Philips）应用领域移动通信、网络、信息家电、高速计算、多媒体应用及军用电子系统,2023/10/28,56,1.6 嵌入式处理器简介,全世界大约有1000多种嵌入式处理器，流行的体系结构有30多个系列，如MCS-51、PIC、AVR、ARM、DSP等。1.6.1 嵌入式处理器的概念1.

31、6.2 嵌入式处理器的分类1.6.3 嵌入式处理器的选型,2023/10/28,57,1.6.3 嵌入式处理器的选型,从应用角度考虑处理器芯片的选型，需考虑以下因素。处理器功能与接口提供的功能和接口，是否支持USB、网络等处理器性能字长、体系结构、时钟频率、功耗、存储容量等处理器价格及系统综合成本处理器自身价格、系统综合价格产品熟悉程度降低开发风险，缩短开发周期软件开发工具是否有集成开发环境（IDE）,2023/10/28,58,1.6.3 嵌入式处理器的选型,操作系统的支持复杂嵌入式系统，处理器需支持嵌入式操作系统产品供货周期和生命期尽量选择大型厂商及流行的产品处理器的环境适应性工作温度范围

32、、是否振动、是否防空间辐射多处理器协同工作DSP+FPGAARM+DSP,2023/10/28,59,第1章 嵌入式系统概述,1.1 嵌入式系统的概念与特点1.2 嵌入式系统的发展概述1.3 嵌入式系统的组成1.4 嵌入式系统的分类1.5 嵌入式系统的应用1.6 嵌入式处理器简介1.7 嵌入式操作系统简介,2023/10/28,60,1.7 嵌入式操作系统简介,1.7.1 操作系统概述1.7.2 嵌入式Linux简介1.7.3 C/OS-简介1.7.4 VxWorks简介1.7.5 Windows CE简介,2023/10/28,61,1.7.1 操作系统概述,操作系统是软硬件资源的控制中心，

33、目的是为用户提供一个方便、有效、安全的工作环境。嵌入式操作系统是嵌入式应用软件的基础和开发平台。嵌入式操作系统具有通用操作系统的基本功能任务、进程调度系统资源管理：内存管理、设备管理、文件管理、中断管理系统功能接口、设备驱动,2023/10/28,62,1.7.1 操作系统概述,嵌入式操作系统的特点实时高效性：充分利用嵌入式系统的有限资源软件固态化：操作系统及应用软件“固化”在ROM或flash中系统可裁剪：根据应用系统需要进行定制硬件适应性：便于移植强稳定性、弱交互性,2023/10/28,63,1.7.1 操作系统概述,嵌入式操作系统的实时性实时系统：能够对外部事件做出及时响应的系统。实时

34、系统的正确性不仅依赖系统计算的逻辑结果，还依赖于产生这个结果的时间。分为硬实时系统和软实时系统。硬实时系统：对系统响应时间有严格要求。如果系统响应时间不能满足，就会引起系统崩溃或致命的错误。软实时系统：对系统响应时间有一定要求。如果系统响应时间不能满足，并不会导致系统出现致命的错误或崩溃，只是降低系统的吞吐量。,2023/10/28,64,1.7.1 操作系统概述,常用嵌入式操作系统常用的嵌入式操作系统有40种左右。目前使用最多的嵌入式操作系统有：嵌入式Linux、C/OS-、VxWorks、Windows CE和Palm OS等。,2023/10/28,65,1.7.2 嵌入式Linux简介

35、,Linux操作系统源于芬兰赫尔辛基大学学生LinusTorvalds的课余作品，1991年问世。Linus发现Minix操作系统的功能很不完善，于是就编写了一个保护模式下的操作系统，这就是Linux的原型。Linux是源代码开放的，被放至FTP服务器上供人们自由下载。Linux开发升级采用GPL（GeneralPublicLicense，普遍公用许可）制度。遍布全球的Linux爱好者又是Linux开发的强大技术后盾。Linux的内核小、功能强大、运行稳定、系统健壮、效率高，易于定制裁剪。国内近50的嵌入式系统开发项目选择了嵌入式Linux操作系统。,2023/10/28,66,1.7.2 嵌

36、入式Linux简介,嵌入式Linux系统的特点支持多种硬件平台高效稳定的系统内核 开放源码，软件丰富 完善的开发工具完善的网络通信 支持多种文件系统支持多种图形用户界面,2023/10/28,67,1.7.3 C/OS-简介,C/OS-II（Micro Controller Operating System）是一种免费公开源代码、结构小巧、具有可剥夺实时内核的实时操作系统。其前身是1992年美国工程师Jean J.Labrosse设计的C/OS，1998年升级为C/OS-II。C/OS-II是专为嵌入式应用设计的，绝大部分代码采用C语言编写。CPU硬件相关部分采用汇编语言编写，约200行的汇编

37、语言程序被压缩到最低限度，以便移植到任何一种型号的CPU上。用户只要有标准的ANSI C交叉编译器、汇编器、连接器等软件工具，就可以将C/OS-II嵌入到所开发的产品中。C/OS-II已经移植到了几乎所有知名的CPU上。C/OS-II目标是实现基于优先级调度的抢占式的实时内核，并在这个内核之上提供最基本的系统服务。,2023/10/28,68,1.7.3 C/OS-简介,C/OS-II只是一个实时操作系统内核，仅包含了任务调度、任务管理、时间管理、内存管理和任务间的通信和同步等基本功能。用户可利用C/OS-II的可扩展性和开放源代码，根据需要自己实现其他功能。（1）任务管理C/OS-II 最多

38、支持64个任务，用户可以使用的任务数有56个。C/OS-II提供了任务管理的各种函数调用，包括创建任务，删除任务，改变任务的优先级等。（2）时间管理C/OS-II通过定时中断来实现时间管理，该定时中断一般为10毫秒或100毫秒发生一次。（3）内存管理C/OS-II中把连续的大块内存按分区管理。每个分区中包含整数个大小相同的内存块，但不同分区之间的内存块大小可以不同。,2023/10/28,69,1.7.3 C/OS-简介,（4）任务间通信与同步C/OS-II中提供了4种同步对象，分别是信号量、邮箱、消息队列和事件。所有这些同步对象都有创建、等待、发送、查询的接口用于实现进程间的通信和同步。（5

39、）任务调度C/OS-II采用基于任务优先级的抢占式（Preemptive）任务调度。最高优先级的任务一旦处于就绪状态，就立即抢占正在运行的低优先级任务的处理器资源。C/OS-II规定所有任务的优先级不同，因为任务的优先级同时也唯一标识了该任务本身。,2023/10/28,70,1.7.3 C/OS-简介,C/OS-II的特点开放源代码具有实时操作系统的基本功能良好的可移植性 支持抢占式任务调度应用广泛应用在消费类电子产品、医疗器械、网络设备、工业控制等领域,2023/10/28,71,1.7.4 VxWorks简介,VxWorks操作系统是美国Wind River System公司（风河公司）

40、于1983年设计开发的一种嵌入式实时操作系统。VxWorks作为成熟的商业操作系统，提供完善的软件开发环境，支持多种调试手段。VxWorks实现了任务调度、中断管理、资源管理、任务间通信等功能，包括进程管理、存储管理、设备管理、文件系统管理、网络协议及系统应用等几个部分。VxWorks是一种微内核操作系统，在内核中只保留实现操作系统服务的最基本功能，而用模块化的用户态服务器完成操作系统中比较高级的操作。,2023/10/28,72,1.7.4 VxWorks简介,VxWorks操作系统的特点采用高性能的微内核结构具有高可靠性具有强实时性具有可裁剪性具有良好的可移植性：ARM、XScale、MI

41、PS、PowerPC和X86提供丰富的网络支持应用领域因其高可靠性和强实时性，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极高的领域中，如卫星通信、军事演习、弹道制导、飞机导航等。,2023/10/28,73,1.7.4 VxWorks简介,采用风河公司Tornado开发环境。Tornado包含3个高度集成的部分：运行在开发机（宿主机）和目标机上的强有力的交叉开发工具和实用程序。可对目标机上的应用进行跟踪和调试。运行在目标机上的高性能、可裁剪的嵌入式实时操作系统VxWorks。连接宿主机和目标机的多种通讯模块。支持以太网、RS-232串口、ICE（In Circuit Emul

42、ator）、ROM仿真器等。,2023/10/28,74,1.7.5 Windows CE简介,WindowsCE是微软公司开发的32位嵌入式操作系统，CE中的C代表Compact、Consumer、Connectivity、Companion（袖珍、消费、通信能力、伴侣），E代表Electronics（电子产品）。应用对象是小型消费类的电子产品，如PDA、智能手机、数码影音产品、Internet网络终端。Windows CE继承了传统的Windows图形界面风格，支持Win32应用程序编程接口。在WindowsCE平台上可以使用Windows98上的软件编程工具，在PC机Microsoft

43、Visual Studio软件编程环境下开发的大多数应用软件只需简单地修改和移植就可以在Windows CE平台上继续使用。WindowsCE属于软实时操作系统。,2023/10/28,75,1.7.5 Windows CE简介,WindowsCE的主要特点具有灵活的电源管理功能使用了对象存储（objectstore）技术拥有良好的通信能力支持嵌套中断更好的线程响应能力256个优先级别WindowsCE的API（应用程序接口）是Win32API的一个子集，支持近1500个Win32API。在掌上型电脑中，WindowsCE还扩充了如下一些重要组件：PocketOutlook及其组件、语音录音机、移动频道、远程拨号访问、世界时钟、计算器、多种输入法、GBK字符集、中文TTF字库、英汉双向词典、袖珍测览器、电子邮件、PocketOffice、系统设置、WindowsCEServices软件等。,2023/10/28,76,习题1,1.1 嵌入式系统的概念是什么？有哪些特点？1.2 嵌入式系统有怎样的组成和结构层次？1.3 嵌入式处理器有哪些特点？是怎样分类的？1.4 嵌入式操作系统有哪些特点？常用的嵌入式操作系统有哪些？,