嵌入式系統 .rar
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統 根據IEEE （國際電機工程師協(xié)會(huì )）的定義，嵌入式系統是“ 控制、監視或者輔助裝置、機器和設備運行的裝置” （devices used to control, monitor, or assist the operation of equipment, machinery or plants ）。從中可以看出嵌入式系統是軟件和硬件的綜合體，還可以涵蓋機械等附屬裝置。目前國內一個(gè)普遍被認同的定義是：以應用為中心、以計算機技術(shù)為基礎、軟件硬件可裁剪、適應應用系統對功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴格要求的專(zhuān)用計算機系統。
嵌入式系統本身是一個(gè)相對模糊的定義。目前嵌入式系統已經(jīng)滲透到我們生活中的每個(gè)角落，工業(yè)、服務(wù)業(yè)、消費電子……，而恰恰由于這種范圍的擴大，使得“嵌入式系統”更加難于明確定義。 舉個(gè)簡(jiǎn)單例子：一個(gè)手持的mp3 是否可以叫做是嵌入式系統呢？答案肯定是“ 是” 。另外一個(gè)PC104 的微型工業(yè)控制計算機你會(huì )認為它是嵌入式系統嗎？當然，也是，工業(yè)控制是嵌入式系統技術(shù)的一個(gè)典型應用領(lǐng)域。然而比較兩者，你也許會(huì )發(fā)現二者幾乎完全不同，除了其中都嵌入有微處理器。那是否可以說(shuō)嵌入著(zhù)微處理器的設備就是嵌入式系統？那鼠標中也有單片機，能叫嵌入式系統嘛？ 那到底什么是嵌入式系統？莫非嵌入式系統只是一個(gè)難以定義的抽象概念？ 雖然嵌入式系統是近幾年才風(fēng)靡起來(lái)的，但是這個(gè)概念并非新近才出現。從20 世紀七十年代單片機的出現到今天各式各樣的嵌入式微處理器，微控制器的大規模應用，嵌入式系統已經(jīng)有了近30 年的發(fā)展歷史。 作為一個(gè)系統，往往是在硬件和軟件交替發(fā)展的雙螺旋的支撐下逐漸趨于穩定和成熟，嵌入式系統也不例外。 嵌入式系統的出現最初是基于單片機的。70年代單片機的出現，使得汽車(chē)、家電、工業(yè)機器、通信裝置以及成千上萬(wàn)種產(chǎn)品可以通過(guò)內嵌電子裝置來(lái)獲得更佳的使用性能：更容易使用、更快、更便宜。這些裝置已經(jīng)初步具備了嵌入式的應用特點(diǎn)，但是這時(shí)的應用只是使用８位的芯片，執行一些單線(xiàn)程的程序，還談不上“系統”的概念。 提示：最早的單片機是Intel公司的 8048，它出現在1976年。Motorola同時(shí)推出了68HC05，Zilog公司推出了Z80系列，這些早期的單片機均含有256字節的RAM、4K的ROM、4 個(gè)8位并口、1個(gè)全雙工串行口、兩個(gè)16位定
時(shí)
器。之后在80年代初，Intel又進(jìn)一步完善了8048，在它的基礎上研制成功了8051，這在單片機的歷史上是值得紀念的一頁(yè)，迄今為止，51系列的單片機仍然是最為成功的單片機芯片，在各種產(chǎn)品中有著(zhù)非常廣泛的應用。 從80 年代早期開(kāi)始，嵌入式系統的程序員開(kāi)始用商業(yè)級的“ 操作系統” 編寫(xiě)嵌入式應用軟件，這使得可以獲取更短的開(kāi)發(fā)周期，更低的開(kāi)發(fā)資金和更高的開(kāi)發(fā)效率，“ 嵌入式系統” 真正出現了。確切點(diǎn)說(shuō)，這個(gè)時(shí)候的操作系統是一個(gè)實(shí)時(shí)核，這個(gè)實(shí)時(shí)核包含了許多傳統操作系統的特征，包括任務(wù)管理、任務(wù)間通訊、同步與相互排斥、中斷支持、內存管理等功能。其中比較著(zhù)名的有Ready System 公司的VRTX 、Integrated System Incorporation (ISI) 的PSOS 和IMG 的VxWorks、QNX 公司的QNX 等。這些嵌入式操作系統都具有嵌入式的典型特點(diǎn)：它們均采用占先式的調度，響應的時(shí)間很短，任務(wù)執行的時(shí)間可以確定；系統內核很小，具有可裁剪，可擴充和可移植性，可以移植到各種處理器上；較強的實(shí)時(shí)和可靠性，適合嵌入式應用。這些嵌入式實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統的出現，使得應用開(kāi)發(fā)人員得以從小范圍的開(kāi)發(fā)解放出來(lái)，同時(shí)也促使嵌入式有了更為廣闊的應用空間。 90 年代以后，隨著(zhù)對實(shí)時(shí)性要求的提高，軟件規模不斷上升，實(shí)時(shí)核逐漸發(fā)展為實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統（RTOS ），并作為一種軟件平臺逐步成為目前國際嵌入式系統的主流。這時(shí)候更多的公司看到了嵌入式系統的廣闊發(fā)展前景，開(kāi)始大力發(fā)展自己的嵌入式操作系統。除了上面的幾家老牌公司以外，還出現了Palm OS ，WinCE ，嵌入式Linux，Lynx ，Nucleux ，以及國內的Hopen ，Delta Os 等嵌入式操作系統。隨著(zhù)嵌入式技術(shù)的發(fā)展前景日益廣闊，相信會(huì )有更多的嵌入式操作系統軟件出現。 在中國嵌入式系統領(lǐng)域，比較認同的嵌入式系統概念是：嵌入式系統是以應用為中心，以計算機技術(shù)為基礎，并且軟硬件可裁剪，適用于應用系統對功能、可靠性、成本、體積、功耗有嚴格要求的專(zhuān)用計算機系統。它一般由嵌入式微處理器、外圍硬件設備、嵌入式操作系統以及用戶(hù)的應用程序等四個(gè)部分組成，用于實(shí)現對其他設備的控制、監視或管理等功能。 ◆嵌入式系統是面向用戶(hù)、面向產(chǎn)品、面向應用的，它必須與具體應用相結合才會(huì )具有生命力、才更具有優(yōu)勢。因此可以這樣理解上述三個(gè)面向的含義，即嵌入式系統是與應用緊密結合的，它具有很強的專(zhuān)用性，必須結合實(shí)際系統需求進(jìn)行合理的裁減利用。 ◆嵌入式系統是將先進(jìn)的計算機技術(shù)、半導體技術(shù)和電子技術(shù)和各個(gè)行業(yè)的具體應用相結合后的產(chǎn)物，這一點(diǎn)就決定了它必然是一個(gè)技術(shù)密集、資金密集、高度分散、不斷創(chuàng )新的知識集成系統。所以，介入嵌入式系統行業(yè)，必須有一個(gè)正確的定位。例如Palm 之所以在PDA 領(lǐng)域占有70 ％以上的市場(chǎng)，就是因為其立足于個(gè)人電子消費品，著(zhù)重發(fā)展圖形界面和多任務(wù)管理；而風(fēng)河的Vxworks 之所以在火星車(chē)上得以應用，則是因為其高實(shí)時(shí)性和高可靠性。 ◆嵌入式系統必須根據應用需求對軟硬件進(jìn)行裁剪，滿(mǎn)足應用系統的功能、可靠性、成本、體積等要求。所以，如果能建立相對通用的軟硬件基礎，然后在其上開(kāi)發(fā)出適應各種需要的系統，是一個(gè)比較好的發(fā)展模式。目前的嵌入式系統的核心往往是一個(gè)只有幾K到幾十K微內核，需要根據實(shí)際的使用進(jìn)行功能擴展或者裁減，但是由于微內核的存在，使得這種擴展能夠非常順利的進(jìn)行。 實(shí)際上，嵌入式系統本身是一個(gè)外延極廣的名詞，凡是與產(chǎn)品結合在一起的具有嵌入式特點(diǎn)的控制系統都可以叫嵌入式系統，而且有時(shí)很難以給它下一個(gè)準確的定義�，F在人們講嵌入式系統時(shí)，某種程度上指近些年比較熱的具有操作系統的嵌入式系統，本文在進(jìn)行分析和展望時(shí)，也沿用這一觀(guān)點(diǎn)。 一般而言，嵌入式系統的構架可以分成四個(gè)部分：處理器、存儲器、輸入輸出（I/O ）和軟件（由于多數嵌入式設備的應用軟件和操作系統都是緊密結合的，在這里我們對其不加區分，這也是嵌入式系統和Windows 系統的最大區別）。 嵌入式系統的核心，是控制、輔助系統運行的硬件單元。范圍極其廣闊，從最初的４位處理器，目前仍在大規模應用的８位單片機，到最新的受到廣泛青睞的32位，64位嵌入式CPU。 嵌入式系統目前最主要的組成部分。根據操作系統的工作特性，實(shí)時(shí)是指物理進(jìn)程的真實(shí)時(shí)間。實(shí)時(shí)操作系統具有實(shí)時(shí)性，能從硬件方面支持實(shí)時(shí)控制系統工作的操作系統。其中實(shí)時(shí)性是第一要求，需要調度一切可利用的資源完成實(shí)時(shí)控制任務(wù)，其次才著(zhù)眼于提高計算機系統的使用效率，重要特點(diǎn)是要滿(mǎn)足對時(shí)間的限制和要求。 對于分時(shí)操作系統，軟件的執行在時(shí)間上的要求，并不嚴格，時(shí)間上的錯誤，一般不會(huì )造成災難性的后果。目前分時(shí)系統的強項在于多任務(wù)的管理，而實(shí)時(shí)操作系統的重要特點(diǎn)是具有系統的可確定性，即系統能對運行情況的最好和最壞等的情況能做出精確的估計。 系統支持多任務(wù)管理和任務(wù)間的同步和通信，傳統的單片機系統和DOS系統等對多任務(wù)支持的功能很弱，而目前的Windows是典型的多任務(wù)操作系統。在嵌入式應用領(lǐng)域中，多任務(wù)是一個(gè)普遍的要求。 1.3.5、實(shí)時(shí)操作系統中的重要概念 系統響應時(shí)間（System response time）：系統發(fā)出處理要求到系統給出應答信號的時(shí)間。 任務(wù)換道時(shí)間（Context-switching time）：任務(wù)之間切換而使用的時(shí)間。 中斷延遲（Interrupt latency）：計算機接收到中斷信號到操作系統作出響應，并完成換道轉入中斷服務(wù)程序的時(shí)間。 1.3.6、實(shí)時(shí)操作系統的工作狀態(tài) 實(shí)時(shí)系統中的任務(wù)有四種狀態(tài)：運行（Executing ），就緒（Ready ），掛起（Suspended ），冬眠（Dormant ）。 就緒：進(jìn)入任務(wù)等待隊列，通過(guò)調度轉為運行狀態(tài)。 掛起：任務(wù)發(fā)生阻塞，移出任務(wù)等待隊列，等待系統實(shí)時(shí)事件的發(fā)生而喚醒，從而轉為就緒或運行。 冬眠：任務(wù)完成或錯誤等原因被清除的任務(wù)，也可以認為是系統中不存在的任務(wù)。 任何時(shí)刻系統中只能有一個(gè)任務(wù)在運行狀態(tài)，各任務(wù)按級別通過(guò)時(shí)間片分別獲得對CPU的訪(fǎng)問(wèn)權。
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發(fā)表于 2010-7-21 14:51:57
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