13嵌入式操作系统.doc

第1章 嵌入式应用基础 随着数字信息技术和网络技术的高速发展，我们已经进入后PC时代。所谓后PC时代是指：计算机无所不在，它渗透到我们工作和生活的方方面面。后PC时代的绝大多数计算机是以非计算机的电子设备形式出现的。这些设备的核心部分都有计算机，但大多是以嵌入式系统的形式存在，而不是以整机的形式出现。我们能够想象有人可能从来没有接触过计算机，但却无法想象他从来没有接触过嵌入式系统。因为嵌入式系统无处不在，从家庭的洗衣机、电冰箱、自行车、小汽车，到办公室里的远程会议系统等，这些都属于可以使用嵌入式技术进行开发和改造的产品。 嵌入式系统是计算机的一种应用形式，通常指嵌入在宿主设备中的微处理机系统。在嵌入式系统中，操作系统和应用软件常被集成于计算机硬件系统之中，使系统的应用软件与硬件一体化。这样，嵌入式系统的硬件与软件需要高效率地协同设计，以做到量体裁衣、去除冗余，在同样的系统配置上实现更高的性能。 1.1 嵌入式系统的特点与分类 1.1.1 嵌入式系统的定义?内容IEEE(国际电气和电子工程师协会)的定义：嵌入式系统是“用于控制、监视或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 由于嵌入式系统一般都是应用于小型电子装置，系统资源相对有限，所以内核较之传统的操作系统要小得多。比如ENEA公司的OSE分布式系统，内核只有5KB，而Windows的内核则要大得多。 2. 专用性强 嵌入式系统的专用性很强，通常是面向用户、面向产品、面向特定应用的。嵌入式系统中的CPU与通用CPU的最大不同就是前者大多工作在为特定用户群设计的系统中。通常，嵌入式系统CPU都具有低功耗、体积小、集成度高等特点，能够把通用CPU中许多由板卡完成的任务集成在芯片内部，从而有利于整个系统设计趋于小型化。在对嵌入式系统的硬件和软件进行设计时必须重视效率，去除冗余，针对用户的具体需求，对系统进行合理配置，才能达到理想性能。与此同时，系统设计还受市场供求关系的影响。嵌入式处理器的发展也体现出稳定性，一个体系一般要存在810年的时间。一个体系结构及相关的片上外设、开发工具、库函数、嵌入式应用产品合在一起，可以构成一套复杂的知识系统。 嵌入式系统一般没有系统软件和应用软件的明显区分，不要求其功能设计及实现上过于复杂，这样既有利于控制系统成本，同时也有利于实现系统安全。 4. 高实时性操作系统 为了提高执行速度和系统可靠性，嵌入式系统中的软件一般都固化在存储器芯片或单片机中，而不是存于磁盘等载体中。由于嵌入式系统的运算速度和存储容量仍然存在一定程度的限制，由于大部分嵌入式系统必须具有较高的实时性，因此对程序的质量，特别是可靠性，有着较高的要求。通用计算机的开发人员通常是计算机科学或计算机工程方面的专业人士，而嵌入式系统开发人员却往往是各个应用领域中的专家，这就要求嵌入式系统支持的开发工具易学、易用、可靠、高效。 一般而言，整个嵌入式系统的体系结构可以分成个部分：嵌入式处理器、嵌入式外围设备、嵌入式操作系统和嵌入式应用软件，如图1所示。 图1 嵌入式系统的组成嵌入式处理器嵌入式系统的核心是各种类型的嵌入式处理器，嵌入式处理器与通用处理器最大的不同在于，嵌入式CPU大多工作在为特定用户群所专门设计的系统中，它将通用CPU中许多由板卡完成的任务集成到芯片内部，从而有利于嵌入式系统在设计时趋于小型化，同时还具有很高的效率和可靠性。 嵌入式处理器的体系结构经历了从CISC(复杂指令集)至RISC(精简指令集)和Compact RISC的转变，位数则由4位、8位、16位、32位逐步发展到64位。目前常用的嵌入式处理器可分为低端的嵌入式微控制器(Micro Controller Unit，MCU)、中高端的嵌入式微处理器(Embedded Micro Processor Unit，EMPU)、用于计算机通信领域的嵌入式DSP处理器(Embedded Digital Signal Processor，EDSP)和高度集成的嵌入式片上系统(System n Chip，SC)。 目前几乎半导体制造商都生产嵌入式处理器，并且越来越多的公司开始拥有自主的处理器设计部门，据不完全统计，全世界嵌入式处理器已经超过1?000种，流行的体系结构有30多个系列，其中以ARM、PowerPC、MC 68000、MIPS等使用得最为广泛。 嵌入式外围设备在嵌入系统硬件系统中，除了中心控制部件(MCU、DSP、EMPU、SOC)以外，用于完成存储、通信、调试、显示等辅助功能的其他部件，事实上都可以算作嵌入式外围设备。目前常用的嵌入式外围设备按功能可