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第8章 嵌入式系统 软件及操作系统基础 8.1 嵌入式软件基础 8.1.1 嵌入式软件的特点 8.1.2 嵌入式软件的分类 8.1.3 嵌入式软件的体系结构 8.1.4 嵌入式系统的设备驱动层 8.1.5 嵌入式中间件 8.1.1 嵌入式软件特点 应用在嵌入式计算机系统当中的各种软件 统称为嵌入式软件。 嵌入式软件的特点： （l）规模较小 嵌入式系统资源有限，要求软件尽可能精简，多数在几MB以内。 （2）开发难度大 需要开发人员对编程语言、编译器和操作系统有深刻了解 要求开发人员具有扎实的软、硬件基础 嵌入式软件的运行环境和开发环境比PC机复杂 （3）高实时性和可靠性要求 对外部事件做出反应的时间必须要快，对于事件的处理要在限定的时间期限之前完成，否则就有可能引起系统的崩溃； 某些情况下要求是确定的、可重复实现的，可以预测的。 （4）软件固化存储 为了提高系统的启动速度、执行速度和可靠性，嵌入式系统中的软件一般都固化在存储器芯片或微处理器中。 8.1.2 嵌入式软件的分类 1．系统软件 控制和管理嵌入式系统资源，为嵌入式应用提供支持的各种软件，如设备驱动程序、嵌入式操作系统、嵌入式中间件等。 2．应用软件 嵌入式系统中的上层软件，定义了嵌入式设备的主要功能和用途，并负责与用户进行交互。 3．支撑软件 辅助软件开发的工具软件，如系统分析设计工具、在线仿真工具、交叉编译器、源程序模拟器和配置管理工具等。 系统软件和应用软件运行在目标平台（即嵌入式设备上） 软件开发工具来说，运行在开发平台（PC机）上 8.1.3 嵌入式软件的体系结构 1．无操作系统的嵌入式软件 应用软件直接建立在硬件上，没有专门的操作系统，软件规模较小。 无操作系统的嵌入式软件主要采用以下两种实现方式: （1） 循环轮转 （2） 中断（前后台） （1）循环轮转方式 基本思想：把系统的功能分解为若干个不同的任务，放置在一个无限循环语句当中，按照时间顺序逐一执行。 优点：程序简单、直观、开销小、可预测。循环轮转方式的软件系统只有一条执行流程和一个地址空间，不需要任务之间的调度和切换，其程序的代码都是固定的，函数之间的调用关系也是明确的，整个系统的执行过程是可预测的. 缺点：程序必须按顺序执行，无法处理异步事件，缺乏并行处理的能力。缺乏硬件上的时间控制机制，无法实现定时功能。 （2）中断方式 中断方式又称为前后台系统形式，系统在循环轮转方式的基础上增加了中断处理功能。 前台程序（foreground）负责处理异步事件，即ISR（Interrupt Service Routine，中断服务程序）。 后台程序（background）是一个系统管理调度程序，一般采用无限循环形式，负责整个嵌入式系统软、硬件资源的分配、管理以及任务的调度。通过一定的调度算法来完成相应的操作。 嵌入式操作系统在功能复杂、系统庞大的系统中广泛应用。 在应用软件开发时，程序员不是直接面对嵌入式硬件设备，而是采用一些嵌入式软件开发环境，在操作系统的基础上编写程序。 采用嵌入式操作系统管理的系统，在遇到强干扰时，可能只会引起系统中的某一个进程被破坏，但这可以通过系统的监控进程对其进行修复，系统具有自愈能力，不会造成系统崩溃。 在嵌入式操作系统环境下，开发一个复杂的应用程序，将整个程序分解为多个任务模块，每个任务模块的调试、修改几乎不影响其他模块。 利用商业软件提供的多任务调试环境，可大大提高系统软件的开发效率，降低开发成本，缩短开发周期。 嵌入式操作系统本身是可以剪裁的，嵌入式系统外设、相关应用也可以配置，所开发的应用软件可以在不同的应用环境、不同的处理器芯片之间移植，软件构件可复用，有利于系统的扩展和移植。 8.1.4 嵌入式系统的设备驱动 完成嵌入式系统硬件设备所需要的一些软件初始化和管理。 直接对硬件进行管理和控制，并为上层软件提供所需的驱动支持。 设备驱动层也称为BSP （板级支持包） 设备驱动层也称为BSP（Board Support Package, 板级支持包） 在BSP中把所有与硬件相关的代码都封装起来，为操作系统提供一个虚拟的硬件平台，操作系统运行在这个虚拟的硬件平台上。 在BSP当中，使用一组定义好的编程接口来与BSP进行交互，并通过BSP来访问真正的硬件。 BSP把嵌入式操作系统与具体的硬件平台隔离开来。 BootLoader（引导加载程序）是在操作系统内