嵌入式智能家居系统介绍.docVIP

第二章 嵌入式系统 2.1 嵌入式系统概述 嵌入式系统是一种对对象进行自动控制而使其具有智能化并可嵌入对象体系中的专用计算机系统。对象体系又称为嵌入式系统的宿主对象系统，如移动电话，数字电视，家用电器，医疗设备，工业自动化产品等。 从功能上看，嵌入式系统是对宿主对象进行控制的控制器；从结构上看，它是集软硬件于一体的，可独立工作的计算机系统。嵌入式系统的外观像一个可编程的电子器件；其硬件部分包括处理器、存储器、外设器件和I/O端口等，软件部分包括操作系统软件和应用软件[24]。 与通用的计算机系统相比，嵌入式系统具有以下特点： 通常面向某个特定的应用，因此其硬件是针对特定用户群来设计的，具有某种专用性的特点 软件一般固化在存储器芯片上，而不是存储于磁盘载体中，加上结构精简的操作系统，可快速响应外部时间，系统的实时性和可靠性好 用户可以根据实际需要对嵌入式系统的硬件和软件进行精简，去除冗余，降低产品成本，系统的可裁剪性好 将半导体技术、电子技术和计算机技术相结合，具有集成度高，体积小，功耗低的特点 2.2 嵌入式微处理器 作为嵌入式系统的核心部件，嵌入式微处理器(Micro Processor Unit, MPU)，是由通用计算机的CPU演变而来，具有较高的性能。在实际应用中，只保留和应用紧密相关的功能硬件，去除冗余功能，将微处理器及其存储器、总线、外围接口等安装在一块电路板上，大大降低了系统的成本和占用空间。 嵌入式微处理器一般就具备如下特点： 具有可扩展的处理器结构，能迅速开发出符合应用要求的嵌入式系统 对实时多任务有很强的支持能力，能完成多任务且中断响应时间较短，有效降低内部代码和实时操作系统的执行时间。 具有强大的存储区保护功能，能有效避免在软件模块之间出现错误的交叉作用，同时也有利于软件诊断。 具有功耗低的特点，尤其适用于便携式的无线及移动的计算和通信设备中靠电池供电的嵌入式系统。 众多，几乎所有半导体制造商都生产嵌入式处理器，目前全世界嵌入式处理器流行的体系结构有三十多个，产品有上千种，主要包括ARM、MC68K、MIPS、Power?PC等。其中ARM微处理器以其卓越的性能和显著优点成为嵌入式微处理器的代名词，是嵌入式领域使用最为广泛的RISC(Reduced Instruetion Set Computer)处理器。 （Advanced RISC Machines）ARM处理器具有体积小、功耗低、性能高、成本低的特点，它支持Thumb（16位）/ARM（32位）双指令集能很好的兼容8位/16位器件ARM处理器包括有ARM7、ARM9、ARM9E、ARM10、SecurCoreARM7是低功耗的32位处理器，非常适合应用于对价格和功耗敏感的产品。 2.3嵌入式操作系统 嵌入式操作系统是嵌入式系统的软件组成部分操作系统内核服务通常包括硬件驱动、通信协议、图形用户界面（Graphic User Interface，GUI）和文件系统等。 中断延时时间可以预知并且尽可能短。 目前，市场上嵌入式操作系统分为商用型和免费型，商用型包括Plam OS、pSOS、VxWorks、WinCE等，性能优越，但价格昂贵。除之外，在工程应用中被广泛使用的还有基于Linux的实时操作系统（μCLinux、RTLinuxARMLinux等）、μC/OS-II、eCos等一些免费内核[2]。μC/OS-II是由Jean J. Labrosse编写的免费公开源代码、结构小巧、具有可剥夺实时内核的实时操作系统。其内核提供任务调度与管理、任务间同步与通信、时间管理、内存管理和中断服务等功能，由于其内核是可剥夺型的，在实时性上表现优秀[27]。 μC/OS-II大部分的代码是用ANSI的C语言编写，包含一小部分汇编代码，μC/OS-II已在40不同架构的微处理器上世界范围内得到广泛应用μC/OS-II操作系统具有如下特点： μC/OS-II是可剥夺型的实时内核，即已经准备就绪的较高优先级的任务可以剥夺正在运行的较低优先级任务的CPU使用权。任务调度算法优秀，μC/OS-II采用的是优先级调度法，每个任务都必须有不同的优先级，操作系统总是运行进入就绪状态中的优先级最高的任务，所以在编写应用程序时，需要合理划分任务，按任务的重要性来分配优先级。 μC/OS-II对共享资源提供了保护机制任务在执行过程中可能向内核申请共享资源（如串行口）的使用权，提供了信号量和互斥两种内核服务，保证共享资源在释放后才能被另一个任务使用。μC/OS-II是可裁剪的，用户可以根据系统的实际需求和存储空间的大小，只使用应用程序需要的系统服务，这样就可大大减少操作系统所占用的空间。 2.3.2 μC/OS-II操作系统移植 由于不同厂家的处理器往往架构不一样，需要对μC/OS-II