嵌入式linux

．嵌 式 统 将 进 计 机 术、 导 技 和 子 术 及 个 是 先 的 算 技 半 体 术 电 技 以 各 行 人 系
业的具体应用相结合后的产物。 ．嵌人式系统必须根据应用需求可对软硬件进行裁剪， 满足应用系统的功 能、可靠性、成本、体积等要求。 同时还应该看到， 嵌人式系统本身还是一个外延 极广的 名词。 凡是与产品 结 合在一起的具有嵌人式特点的控制系统都可以 嵌人式系统， 且有时 称为 而 很难给 它下一个准确的定义。 现在人们讲嵌人式系统时， 某种程度上是指近些年来发展 起来的具有操作系统的 嵌人式系统， 本文也沿用这一概念。
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个引脚不等。
（） １ 嵌入式微控制 （ ｉ ｃｎ ｌ ｕｉ Ｍ ｕ） 器 Ｍｃ ｏ ｌ ｎ， ｃ ｏ ｒ ： ｒ ｔｅ ｔ ｏ 嵌人式微控制器的 典型代表是单片 单片机芯片内 集成Ｒ Ｍ ｐ Ｏ 机。 部 ｏ 正 Ｒ Ｍ、
Ｒ 一 总线、 人Ｍ、 总线逻辑、 定时川． 数器、 看门狗、 、串行口、 阳 脉宽调制输出、
ｓ Ｗ 翻ｖ ｖ ｋ Ｑｘ 司 ＱＸ 。誉 人 操 系 均 Ｐ 和 ｎ ｅ的 ｘ ｒ・Ｎ公 的 Ｎ 等 这 嵌 式 作 统 Ｓ Ｏ ｉ ｒ ｗ ｓ ｏ
采用占 先式的 调度， 响应的时间很短， 任务执行的 可以 定； 统内 时间 确 系 核很 小， 具有可裁剪性、 可扩充性和可移植性， 移植到各种处理器上； 可以 较强的 实时性和可靠性。 ９ 年代以 随着对实时性要求的 ０ 后， 提高， 软件规模不断上升， 实时内 核逐 渐发展为实时多任务操作系统 （Ｔ Ｓ， ＲＯ ） 并作为 一种软件平台 逐步成为目 前国 际嵌人式系统的主流。
一般而言， 嵌人式系 构 统的 架可以 成四 部 ［ 如图１ 所 ： 器、 分 个 分３ １ （ ． 示） １ 处理
存储器、输人／ （ Ｏ） 输出 Ｕ 和软件 （ 于多数嵌人式设备的应用软件和操作系统 由
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都是紧密结合的， 在这里对其不加区分， 这也是嵌人式系统和 Ｗ ｎｏ ｓ ｉ ｄ ｗ 系统的最大
ＡＤ Ｄ Ｒ ｈ Ｅ Ｐ Ｏ 等各种必要功 ｊ 、 从、 ａ 、 Ｅ Ｍ ｓ Ｒ 能和外 微控制器的 设， 最大特点是 单片 化， 体积小， 从而使功耗和 成本下降、 可靠性提高， 适合于控制。
（ ） 式Ｄ ｐ Ｓ 处理器（ｉ ａ ｉ ｐ ｃｓ ， ｓ Ｉ ２ 嵌入 Ｄｇｌ ｇ ｒｅｏ ｎＰ ｈ ｓｎ ｏ ｓ ｌ ａ ｒ
上 “ 系统”的概念。
８ 年代早期， 开发人员为了 ０ 进一步缩短开发周期， 降低开发成本并提高开 发效率， 开始用商业级的 “ 操作系 编写 统” 嵌人式应用软件。
１ １年， ｄ Ｒａ ｙｓｍ 开发出世界上第 １个商业嵌人式实时内核 ８ ９ ｅ ｙｓ ｔ ｅ （ Ｔ Ｘ ２。 Ｖ Ｒ ３ ） 这个实时内 核包含了 传统操作系 特征， 许多 统的 包括任务 管理、 任务间通信、同步与相互排斥、中 断支持、内 存管理等功能。 此后一些公司 也 纷纷推出了自 的 己 嵌人式操 统， ｔ ａｄ ｓｍｃ ｏ ｏ （ ） 作系 如ｂｅ ｔ ｓ ｔ ｏ ｒ ｎ １ 的 ｒ ｇ ｅｙ ｅ ｒ ａ Ｐｔ ｉ １ ５
展 史】 历 ［。 ４ 「 ５ 〕

嵌人式系统最初的应用是基于单片机的。２ 世纪 ７ 年代单片机的出现， ０ ０
使得汽车、 家电、 工业机器、 通信装置 等产品可以 通过内 子装置来获得更 嵌电 佳的 性能， 更容易使用， 更快、 更便宜。 这些装置已 经初步具备了 嵌人式的 应 用特点， 但这时的 应用只是使用 ８ 位的芯片， 行一些单线程的 执 程序， 还谈不
人、服务机器人正在逐渐改变着传统的工业生产和服务方式。
１ ． １嵌人式系统的定义
．１ １ 嵌入式系统的定义 ．
根据 ＩＥ 国际电气和电子工程师协会） 定义， Ｅ Ｅ（ 的 嵌人式系统是 “ 控制、
监 视或者 设备、 器和车间 辅助 机 运行的 装置” 原 为ｄ ｉｓ ｔｃ ｔｌ （ 文 ｅｃ ｕ ｄ ｏｒ， ｖｅ ｓ ｏ ｏ ｅ ｎ ｍ ｎｏ ｏａｉｔ ｏｅｔｎ ｑｐ ｅ ， ｈｅ ｏｐｎ ） 。 要 从 ｏｉｒ ｒ ｔ ｐ ａｏ ｏｅ ｉ ｎ ｍｃｎｙ ｌｔ ｍ 这主 是 ｔ， ｓ ｈ ｒｉ ｆ ｍ ｔ ａ ｉｒ ｒ ｓ ｓｓ ｅ ｕ ａ
（） 入式 上系 ｓ ｔ ｎ ｈ ， ｏ ） 片 统（ｙｅ ｏ Ｃ ｐ Ｓｃ 难嵌 ｓｍ ｉ 片 统 ｓＣ 是追 产品 统 大 容 集 器 是目 嵌 式 用 ０ 囚 求 系 最 包 的 成 件， 前 人 应 上系
领域的 热门 话题之一。 Ｏ Ｓ Ｃ最大的 特点是成功实现了 件无缝结合， 软硬 直接在 处理器片内 嵌人操作系统的代码模块。 且ｓ Ｃ 而 Ｏ 具有极高的 综合性， 在一个硅 片内 部运用ｖ Ｄ 等硬件描述语言， 一个复 系 用户不需要再像传 ＨＬ 实现 杂的 统。 统的系统设计一样， 绘制庞大复杂的电 路板， 一点点地连接焊制， 只需要使 用 精确的 语言， 综合时序设计直接在器件库中 调用各种通用处理器的标准， 后 然 通过仿真之后就可以 直接交付芯片厂商 进行生产。由 绝大部分系统构件都是 于 在系统内部， 整个系统就特别简洁， 不仅减小了系统的 体积和功耗， 而且提高
绪 论
１绪 论
随着社会的日 益信息化， 计算机和网 经 渗透到日 络已 全面 常生活的每一个角 落， 任何人都可拥有从小到大的 各种使用嵌人式技术的电子产品， 小到 Ｍ ３ Ｐ， Ｐ Ａ等微型数字化产品， Ｄ 大到网 络家电、 智能家电、 车载电 子设备等。 目 各种各样的 前， 新型嵌人式系 统设备在应 用数量上已 经远远超过了 通用计 算机。 在工业和服务领域中， 使用嵌人式技 数字机床、 工具、 术的 智能 工业机器
产品中。
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１ ． 嵌入式操作系统 ．２ ３
应用上加以定义的， 从中可以看出嵌人式系统是软件和硬件的综合体， 还涵盖机 械等附属装置。 不过， 上述定义并不能充分体现出 嵌人式系统的精髓。目 前国内 一个普遍被认同的定义是： 以应用为中心、 计算机技术为基础， 以 软件硬件可裁 剪， 适应应用系统对功能、 可靠性、 成本、 积、 体 功耗严格要求的 专用计算机系
Ｄ 处理器Ｉ ｖ Ｐ ｓ ｊ 是专门 用于 信号处理方面的 器， 处理 其在系 统结构和指令算法 方面进行了 特殊设计， 具有很高的编 译效率和 指令执 行速度。 Ｓ 的理论算法 ＤＰ 在２ 世纪７ 年代就已 ０ ０ 经出 但是由 现， 于专门的Ｄ Ｐ ｓ 处理器还未出 所以 现， 这 种理论算法只能通过 Ｍ 等由 Ｕ Ｐ 分立元件实现。 着大规模集成电 随 路技术的 发 展， ８ 年世界上诞生了 ９ １ ２ 首枚Ｄ 芯片， Ｐ Ｓ 其运算速度比Ｍ Ｕ快了 倍。 Ｐ 几十 至 ０ ８ 年代中 期， 随着Ｃ Ｏ 技术的 Ｍ Ｓ 进步与发展， 二代基于Ｃ ｏ 工艺的Ｄ Ｐ 第 Ｍｓ ｓ 芯片应运而生， 其存储容量和运算速度都得到了 成倍提高。 ８ 年代后期， 到０ Ｄ Ｐ 运算速度进一步提高， ｓ的 应用领 域也从上述范围 扩大到了 通信和 计算机 方 面。 年代后， ｓ 发展到了 ０ ９ ＤＰ 第五代产品， 集成度 更高， 于 Ｄ Ｐ的 编 由 ｓ 很高 译效率和运算速度， 适合于 非常 需要大量运 算技术 领域， 语音处理、图 如 像处 理、编解码技术等。 （） ３ 嵌入式微处理器 （ ｒ ｃ ｓ ｕｉ Ｍ ｕ） 诵ｃ 灿 ｅｏ ｎ， Ｐ ｏ ｓｒ ｔ 嵌人式微处理器１ １ ８ 是由通用计算机中的Ｃ Ｕ演变而来的。 特征是具有 Ｐ 它的 ２ ３ 位以 上的处理器， 具有较高的 性能。 计算机 但与 处理器不同的 在实际 是， 嵌 人式应用中， 保留 只 和嵌人式应用紧 密相关的功能 硬件， 去除其他的 冗余功能 部分， 这样就以 最低的功耗和资源实现嵌人 式应用的 特殊要求。 和工业控制 计 算机相比， 嵌人式微处理器具有体积小、 量轻、 重 成本低、 可靠性高的优点。
统Ｏ １ ０ 可以 下几个 来理 从以 方面 解嵌人 统的 义２ 式系 定 （ １ ， ．嵌人式系统是面向 用户、 产品、 应用的， 面向 面向 它必须与 具体应用相 结合才会具有生命力、 才更具有优势。 嵌人式系统是与应用紧密结合的， 它具有很强的专用性， 必须结合实际系 统需求进行合理的 裁减利用。
了系统的可靠性，提高了设计生产效率。
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１ ． ３嵌人式系统的软件
１ ． 嵌入式系统的软件分类 ．１ ３
嵌人式系统的软件是系统实现功能的 灵魂， 合理的 选择系 统软件的 实现方 法可以 提高系 可 统的 靠性， 低开 成 通常 统 件可以 分为 类［ ０ 降 发 本。 系 软 划 两 ［ １ ９ １ １ 嵌人式应用程序和嵌人式操作系统。 一般来说， 并不是所有的 嵌人式系统都有 操作系统， 大量存在的嵌人式系统只是 有一个应用程序在运行， 例如：目 前在 我国 广泛使用的５ 系列单片机。 １ 然而， 随着硬件的 越来越强大， 功能 存储器的 价格越来越低， 更重要的是系统的功能日 益复杂 （ 如， 比 一些复杂的通信协议 的 实现）就要求使用合适的嵌人式操作系 ， 统来降 低开发 难度， 使系统开发人员 可专注实现系统功能， 不必浪费精力做繁 基础工作， 提高开发效率。 琐的 以 嵌人式操作系统主要有两大类， 如图 １ 所示： 式系 ． ２ 实时 统和分时系统。 其中 实时系统又分为两大类： 硬实时系 统和软实时系 ［ 统［ ２ ３ １
１ ． ２嵌人式系统的硬件
构成嵌人式系统的硬件主要由 处理器、 存储器、 接口电 ｏ ｒ 路等１ 而处理 ］ ２ ， 器是嵌人式系统硬件中的最核心的部分［ 前嵌人式处理器的寻址空间可以 １ ６ 。目 从 ６Ｋ ４ Ｂ到 １ ， ６ ＭＢ 处理速度最快可以 达到２刃 Ｉ ， 以 Ｍ Ｓ 封装从几个引脚到几百 Ｐ
所谓分时系统ｔ就 作系 每 应 程 ｉ 是操 统为 个 用 序分配了 间 的 间片， ｌ ｌ 相同 隔 时
然后让每个任务轮流执行， 而每个正在运行的 任务都觉得自 在独占Ｃ Ｕ 就 己 Ｐ， 像Ｄ Ｓ Ｏ 应用程序一样， 所以每个应用程序都是平等的。 现有的 绝大多 桌面 数的 操作系 统都是分时系统， 这包括典型的Ｗｎｏ ｓ 统，Ｓ ， 行版 ｉ ｗ 系 Ｏ ／ 发 本的Ｌ ｕ， ｄ ２ ｉｘ ｎ 如 Ｒｄ ａ等。 ａＨ ｔ 可以看出， 嵌人式实时系统比 较适合应用于 通信、 工业控制等对时间要求 比 较苛刻的场合， 而嵌人式分时系统则比 较适合用于Ｐ Ａ 手机等消费类电 Ｄ、 子