嵌入式系统讲义7_23
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嵌入式系统的PPT课件
地址
指令寄存器
控制器
指令
数据通道
输入
输出
中央处理器
地址 数据
程序存储器
指令0 指令1 指令2
数据存储器
数据0 数据1 数据2
9
CISC和RISC
CISC：复杂指令集（Complex Instruction Set Computer）
具有大量的指令和寻址方式 8/2原则：80%的程序只使用20%的指令 大多数程序只使用少量的指令就能够运行。 RISC：精简指令集（Reduced Instruction Set Computer) 在通道中只包含最有用的指令 确保数据通道快速执行每一条指令 使CPU硬件结构设计变得更为简单
10
CISC与RISC的数据通道
开始
IF
ID
ALU MEM REG
退出
微操作通道
开始
IF
ID
REG ALU MEM
退出
单通数据通道
11
CISC的背景和特点
背景:存储资源紧缺, 强调编译优化 增强指令功能，设置一些功能复杂的指令，把一些原来由
软件实现的、常用的功能改用硬件的（微程序）指令系统 来实现 为节省存储空间，强调高代码密度，指令格式不固定，指 令可长可短，操作数可多可少 寻址方式复杂多样，操作数可来自寄存器，也可来自存储 器 采用微程序控制，执行每条指令均需完成一个微指令序列 （微程序） CPI > ５，指令越复杂，CPI越大。
15
CISC与RISC的对比
类别
CISC
指令系统 指令数量很多
RISC 较少，通常少于100
执行时间 编码长度
有些指令执行时间很长，如 整块的存储器内容拷贝；或 将多个寄存器的内容拷贝到 存贮器
嵌入式系统原理与开发(第三版)课件：嵌入式系统概述
嵌入式系统概述
2) 前后台系统 前后台(foreground/background)系统属于中断驱动机制。 后台程序是一个无限循环，通过调用函数实现相应操作，又 称任务级。前台程序是中断处理程序，用来处理异步事件， 又称中断级。设计前后台的目的主要是通过中断服务来保证 时间性很强的关键操作(critical operation)。通常情况下，中 断只处理需要快速响应的事件，将输入/输出数据存放在内 存的缓冲区里，再向后台发信号，由后台来处理这些数据， 如运算、存储、显示、打印等。其流程图如图1-4所示。
嵌入式系统概述
1.2.4 嵌入式系统的分类 嵌入式系统可按照嵌入式微处理器的位数、实时性、软
件结构以及应用领域等进行分类。 1．按照嵌入式微处理器的位数分类 按照嵌入式微处理器字长的位数，嵌入式系统可分为4
位、8位、16位、32位和64位。 2．按照实时性分类 实时系统是指系统执行的正确性不仅取决于计算的逻辑
嵌入式系统概述
分析嵌入式计算机系统的产生背景，可以发现它与通用 计算机系统有着完全不同的技术要求和技术发展方向。通用 计算机系统要求的是高速、海量的数值运算，在技术发展方 向上追求总线速度的不断提升、存储容量的不断扩大。而嵌 入式计算机系统要求的是对象体系的智能化控制能力，在技 术发展方向上追求针对特定对象系统的嵌入性、专用性和智 能化。这种技术发展的分歧导致20世纪末计算机进入了通用 计算机系统和嵌入式计算机系统两大分支并行发展的时期。 这一时期被人们称为后PC时代。
嵌入式系统概述
(4) 软、硬件紧密结合，高效设计。嵌入式微处理器与 通用微处理器的最大区别在于每种嵌入式微处理器大多专用 于某种或几种特定应用，工作在为特定用户群设计的系统中。 它通常具有功耗低、体积小、集成度高等特点。把通用微处 理器中许多由板卡完成的功能集成在芯片内部，有利于嵌入 式系统设计小型化，增强移动能力，增强与网络的耦合度。 嵌入式软件是应用程序和操作系统两种软件的一体化程序。 对于嵌入式软件而言，系统软件和应用软件的界限并不明显， 原因在于嵌入式环境下应用系统的配置差别较大，所需操作 系统的裁剪配置不同，I/O操作没有标准化，驱动程序通常 需要自行设计。
嵌入式系统教案ppt课件
不能为PC； CRn是协处置器的目的存放器，可以是C0-15； CRm是附加的目的存放器或源操作数存放器，用于区分
同一编号的不同物理存放器，当指令中不需求附加信息时 要将C0指定为CRm； OP2也提供附加信息，用于区分同一编号的不同物理存放 器，当指令中不需求附加信息时，可以省略或者将其置0。
嵌入式系统教案
武汉创维特信息技术
2021/6/24
提纲
第五章 ARM存储系统 1 ARM存储系统概述 2 ARM存储器管理单元
3 高速缓冲区和写缓冲区
4 快速上下文切换技术
ARM存储系统概述
ARM存储系统概述
与其他中低档单片机不同，ARM处置器中普通都包含一个 存储器管理部件，用于对存储器的管理。
快表的运用
更新：当CPU需求访问内存时，首先在TLB中查找需求的 地址变换条目。假设不存在那么在内存页表中查询，并把 查询的结果添加到TLB中。
去除：当内存中页表的内容改动或者运用新的页表时， TLB中的内容需求清空。CP15的存放器8用于完成该功能。
锁定：可以将一个地址变换条目锁定在TLB中，以加快访 问速度，CP15的存放器10用于完成该功能。
ARM存储器管理单元
CP15存放器列表－1
存放器编号 根本作用
0
ID编码〔只读〕
1
控制位
2
存储维护和控制
3
存储维护和控制
4
存储维护和控制
5
存储维护和控制
6
存储维护和控制
在MMU中的作用 ID码和Cache类型 各种控制位 地址转换表基地址 域访问控制位 保管 内存失效形状 内存失效地址
ARM存储器管理单元
为了顺应不同的嵌入式运用， ARM存储系统的体系构造 存在很多差别。简单的可以运用向单片机系统中运用的平 板式地址映射机制即可；而一些复杂的系统中那么能够包 含多种技术来提供功能强大的存储系统。
同一编号的不同物理存放器，当指令中不需求附加信息时 要将C0指定为CRm； OP2也提供附加信息，用于区分同一编号的不同物理存放 器，当指令中不需求附加信息时，可以省略或者将其置0。
嵌入式系统教案
武汉创维特信息技术
2021/6/24
提纲
第五章 ARM存储系统 1 ARM存储系统概述 2 ARM存储器管理单元
3 高速缓冲区和写缓冲区
4 快速上下文切换技术
ARM存储系统概述
ARM存储系统概述
与其他中低档单片机不同，ARM处置器中普通都包含一个 存储器管理部件，用于对存储器的管理。
快表的运用
更新：当CPU需求访问内存时，首先在TLB中查找需求的 地址变换条目。假设不存在那么在内存页表中查询，并把 查询的结果添加到TLB中。
去除：当内存中页表的内容改动或者运用新的页表时， TLB中的内容需求清空。CP15的存放器8用于完成该功能。
锁定：可以将一个地址变换条目锁定在TLB中，以加快访 问速度，CP15的存放器10用于完成该功能。
ARM存储器管理单元
CP15存放器列表－1
存放器编号 根本作用
0
ID编码〔只读〕
1
控制位
2
存储维护和控制
3
存储维护和控制
4
存储维护和控制
5
存储维护和控制
6
存储维护和控制
在MMU中的作用 ID码和Cache类型 各种控制位 地址转换表基地址 域访问控制位 保管 内存失效形状 内存失效地址
ARM存储器管理单元
为了顺应不同的嵌入式运用， ARM存储系统的体系构造 存在很多差别。简单的可以运用向单片机系统中运用的平 板式地址映射机制即可；而一些复杂的系统中那么能够包 含多种技术来提供功能强大的存储系统。
嵌入式系统讲义7_23
2020/11/14
© 国防科技大学计算机学院601室
32
第七章 嵌入式操作系统
2020/11/14
© 国防科技大学计算机学院601室
10
第七章 嵌入式操作系统
7.2 嵌入式操作系统
1 什么是嵌入式操作系统 2 嵌入式操作系统的必要性 3 嵌入式操作系统的优缺点 4 嵌入式操作系统的分类 5 与桌面操作系统的比较
2020/11/14
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第七章 嵌入式操作系统
主要内容
7.1 引言 7.2 嵌入式操作系统 7.3 嵌入式操作系统的构成 7.4 实时操作系统 7.5 典型的嵌入式操作系统 7.6 嵌入式操作系统的选择 7.7 µClinux操作系统 7.8 嵌入式系统的开发
2020/11/14
© 国防科技大学计算机学院601室
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第七章 嵌入式操作系统
2 多任务管理（续）
任务调度
➢ 调度时机 • 有任务挂起、终止时 • 中断（使得高优先级任务就绪） • 时间片到达时（相同优先级） • 通信缓冲区、存储空间等资源释放时
➢ 调度方法 ➢ 任务控制权的移交 ➢ 临界区保护
2020/11/14
• 实时、多任务、编程困难 ➢ 实现条件
• 许多的任务需求是相同的，完全可以将一些相同的 功能作为一个通用模块实现
➢ 操作系统 • 屏蔽了底层硬件的细节，方便用户 • 提供了标准的、可剪裁的系统服务软组件
2020/11/14
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8
第七章 嵌入式操作系统
3 嵌入式系统设计方法的变化
复杂EOS
➢ 内核精简，功能完善 • 初始化、多任务、内存、IO管理、文件系统等
《嵌入式系统概述 》课件
实时操作系统
总结词
实时操作系统是嵌入式系统中用于实现实时处理的关键技术 。
详细描述
实时操作系统能够提供多任务管理和调度功能，确保关键任 务能够在规定的时间内完成。它具有高度的可靠性和确定性 ，能够处理突发事件和异常情况，保证系统的稳定性和实时 性。
精简指令集计算机
总结词
精简指令集计算机是一种针对嵌入式系统设计的计算机架构，它能够提高系统的性能和 能效。
可靠性设计涉及硬件和软件两个方面。硬件方面，选用高 质量的元器件、进行严格的测试和筛选是关键。软件方面 ，通过容错技术、恢复机制和错误检测与纠正等技术，提 高系统的可靠性和稳定性。此外，在系统设计中还需要考 虑环境适应性、安全性和电磁兼容性等方面，以确保嵌入 式系统在各种复杂环境中的稳定运行。
PART 04
《嵌入式系统概述》 ppt课件
REPORTING
• 嵌入式系统简介 • 嵌入式系统的组成 • 嵌入式系统的关键技术 • 嵌入式系统的发展趋势 • 嵌入式系统的未来展望
目录
PART 01
嵌入式系统简介
REPORTING
定义与特点
总结词
嵌入式系统的定义、特点
详细描述
嵌入式系统是一种专用的计算机系统，它被嵌入到其他设备中，作为这些设备的控制核心。它具有特定的功能和 性能要求，通常需要满足高可靠性、低功耗、小体积等要求。嵌入式系统的主要特点是软硬件紧密结合，软件需 要根据硬件平台进行定制。
低功耗设计
总结词
低功耗设计是嵌入式系统中的重要技术之一，它能够延长设备的运行时间并降低 能源消耗。
详细描述
嵌入式系统的低功耗设计主要涉及硬件和软件两个方面。硬件方面，低功耗的处 理器和外围设备是关键，它们能够降低整个系统的能耗。软件方面，通过优化算 法和调度策略，减少不必要的计算和等待时间，降低系统能耗。
嵌入式系统原理与设计 教学课件(共82张PPT)
系统是采用一体化的监控程序，不存在操作系统平 台。而今天组成嵌入式系统的基本硬件构件已较复
杂，如：16位、32位CPU或特殊功能的微处理器、 特定功能的集成芯片、FPGA或CPLD等，其软
件设计的复杂性成倍增长。因此研究嵌入式系统的
设计原理及技术，提供系统的设计方法和开发工具是 嵌入式计算学科的关键技术。
嵌入式微处理器分类
嵌入式处理器
嵌入式微控制器 （MCU）
嵌入式DSP处理器 (DSP)
嵌入式微处理器 (MPU)
嵌入式片上系统 (System On Chip)
1、嵌入式微控制器(MCU）
• 嵌入式微控制器的典型代表是单片机这 种８位的电子器件目前在嵌入式设备中 仍然有着极其广泛的应用。
• 单片机芯片内部集成ROM/EPROM、 RAM、总线、总线逻辑、定时/计数器、 看门狗、I/O、串行口、脉宽调制输出、 A/D、D/A、Flash RAM、EEPROM等 各种必要功能和外设。
要求程序编写和编译工具的质量要高，以减少程序二进制代码长度、提 高执行速度。
以微处理器为核心
• 我们设计一个数字系统可以有很多种方法，如：定制
逻辑、现场可编程门阵列（FPGA）等，那么为什 么在设计嵌入式系统时要以微处理器为核心呢？ 这主要有两种原因：
• （1）用微处理器是实现数字系统一种十分便捷、有 效的方法；
嵌入式系统的特征
• 可接5种GPS接收器； 嵌入式系统是以微处理器为核心的，嵌 入在其他设备中的专用计算机系统。它 5个按键需要和屏幕菜单显示组合起来完成这些功能。
在移动地图这个例子中，电能消耗特别重要，设计时应尽量减少存储器读/写，因为存储器访问是主要的功耗来源，存储器的访问必须精心安排 ，以避免多次读取相同的数据。
杂，如：16位、32位CPU或特殊功能的微处理器、 特定功能的集成芯片、FPGA或CPLD等，其软
件设计的复杂性成倍增长。因此研究嵌入式系统的
设计原理及技术，提供系统的设计方法和开发工具是 嵌入式计算学科的关键技术。
嵌入式微处理器分类
嵌入式处理器
嵌入式微控制器 （MCU）
嵌入式DSP处理器 (DSP)
嵌入式微处理器 (MPU)
嵌入式片上系统 (System On Chip)
1、嵌入式微控制器(MCU）
• 嵌入式微控制器的典型代表是单片机这 种８位的电子器件目前在嵌入式设备中 仍然有着极其广泛的应用。
• 单片机芯片内部集成ROM/EPROM、 RAM、总线、总线逻辑、定时/计数器、 看门狗、I/O、串行口、脉宽调制输出、 A/D、D/A、Flash RAM、EEPROM等 各种必要功能和外设。
要求程序编写和编译工具的质量要高，以减少程序二进制代码长度、提 高执行速度。
以微处理器为核心
• 我们设计一个数字系统可以有很多种方法，如：定制
逻辑、现场可编程门阵列（FPGA）等，那么为什 么在设计嵌入式系统时要以微处理器为核心呢？ 这主要有两种原因：
• （1）用微处理器是实现数字系统一种十分便捷、有 效的方法；
嵌入式系统的特征
• 可接5种GPS接收器； 嵌入式系统是以微处理器为核心的，嵌 入在其他设备中的专用计算机系统。它 5个按键需要和屏幕菜单显示组合起来完成这些功能。
在移动地图这个例子中，电能消耗特别重要，设计时应尽量减少存储器读/写，因为存储器访问是主要的功耗来源，存储器的访问必须精心安排 ，以避免多次读取相同的数据。
嵌入式课件(ppt)
1.1 嵌入式系统简介
嵌入式系统已经广泛应用于各个科技领域和日常生活的每个角落，由于其本 身的特性，使得我们很难发现它的存在。甚至一些从事嵌入式系统开发的科技人 员也只知单片机，不知道嵌入式系统。本节从嵌入式系统的定义开始，阐述嵌入 式系统的含义、特点等，以使读者加深对嵌入式系统的理解。
§1.1.1 嵌入式系统的定义 §1.1.2 嵌入式系统的组成 §1.1.3 嵌入式系统的特点 §1.1.4 嵌入式系统的应用 §1.1.5 嵌入式系统的发展
由上述可以看出，嵌入式系统是一个外延极广的概念，凡是与产品结合在一起的、 具有嵌入式系统特点的系统都可以称为嵌入式系统。
第1章 嵌入式系统设计基础
4
嵌入式系统的组成
嵌入式系统一般有3个主要的组成部分： 硬件。图1.1给出了嵌入式系统的硬件组成。其中，处理器是系统的运算核心； 存储器（ROM、RAM）用来保存可执行代码，以及中间结果；输入输出设备完成 与系统外部的信息交换；其他部分辅助系统完成功能。 应用软件。应用软件是完成系统功能的主要软件，它可以由单独的一个任务来 实现，也可以由多个并行的任务来实现。 实时操作系统（Real-Time Operating System，RTOS）。该系统用来管理应 用软件，并提供一种机制，使得处理器分时地执行各个任务并完成一定的时限要 求。
由于对嵌入式系统含义的理解因人而异，所以不同的书籍对嵌入式系统的定义也 不尽相同。下面给出了一些文献中对嵌入式系统的定义：
“Computer as Components – Principles of Embedded Computing System Design”一书的作者Wayne Wolf认为：“什么是嵌入式计算系统？如果不严格地定 义，它是任何一个包含可编程计算机的设备，但是它本身却不是一个通用计算机。”
嵌入式系统已经广泛应用于各个科技领域和日常生活的每个角落，由于其本 身的特性，使得我们很难发现它的存在。甚至一些从事嵌入式系统开发的科技人 员也只知单片机，不知道嵌入式系统。本节从嵌入式系统的定义开始，阐述嵌入 式系统的含义、特点等，以使读者加深对嵌入式系统的理解。
§1.1.1 嵌入式系统的定义 §1.1.2 嵌入式系统的组成 §1.1.3 嵌入式系统的特点 §1.1.4 嵌入式系统的应用 §1.1.5 嵌入式系统的发展
由上述可以看出，嵌入式系统是一个外延极广的概念，凡是与产品结合在一起的、 具有嵌入式系统特点的系统都可以称为嵌入式系统。
第1章 嵌入式系统设计基础
4
嵌入式系统的组成
嵌入式系统一般有3个主要的组成部分： 硬件。图1.1给出了嵌入式系统的硬件组成。其中，处理器是系统的运算核心； 存储器（ROM、RAM）用来保存可执行代码，以及中间结果；输入输出设备完成 与系统外部的信息交换；其他部分辅助系统完成功能。 应用软件。应用软件是完成系统功能的主要软件，它可以由单独的一个任务来 实现，也可以由多个并行的任务来实现。 实时操作系统（Real-Time Operating System，RTOS）。该系统用来管理应 用软件，并提供一种机制，使得处理器分时地执行各个任务并完成一定的时限要 求。
由于对嵌入式系统含义的理解因人而异，所以不同的书籍对嵌入式系统的定义也 不尽相同。下面给出了一些文献中对嵌入式系统的定义：
“Computer as Components – Principles of Embedded Computing System Design”一书的作者Wayne Wolf认为：“什么是嵌入式计算系统？如果不严格地定 义，它是任何一个包含可编程计算机的设备，但是它本身却不是一个通用计算机。”
嵌入式系统 PPT
ARM处理器的寄存器
当前处理器的模式决定着哪组寄存器可操作. 任何模式都可以存取： • 相应的r0-r12子集 • 相应的 r13 (the stack pointer, sp) and r14 (the link register, lr) • 相应的 r15 ( the program counter, pc) • 相应的CPSR(current program status register, cpsr)
嵌入式系统
庄源昌 常州数控技术研究所
主要内容
1. 嵌入式系统的概述
2. 嵌入式系统的硬件架构
3. 嵌入式系统的软件基础
4. 嵌入式系统的软硬件开发流程
1. 嵌入式系统的概述
1.1 嵌入式系统的过去、现在与将来
1.2 嵌入式系统的基本概念
1.1 嵌入式系统的过去、现在和将来
嵌入式系统的发展已经有30年的历史；
r8 r9 r10 r11 r12 r13 (sp) r13 (sp) r13 (sp) r13 (sp) r13 (sp) r14 (lr) r14 (lr) r14 (lr) r14 (lr) r14 (lr)
spsr
spsr
spsr
spsr
ARM处理器的寄存器
ARM 有37个32-Bits长的寄存器. • 1 个用作PC( program counter) • 1个用作CPSR(current program status register) • 5个用作SPSR(saved program status registers) • 30 个通用寄存器
2.2 ARM处理器的内部资源
2.1 ARM处理器的硬件架构
嵌入式系统PPT讲解全
三大领域所占比例之和接近60%
消费电子：信息家电，电视机、微波炉、数字电话 通信设备：手机、平板电脑 工业控制:自动化与测控仪器仪表 在工控和仿真领域，几乎所有的计算机控制系统都
采用嵌入式系统.新型的测控仪器仪表无一不是嵌入 式系统
嵌入式系统作为“物联网”的核心，是当前最热门最 有前景的IT应用领域之一。
（软件外包是指软件外包提供商为了集中精力从事核心 竞争力业务,降低项目成本,同时提高项目实施的质量,将 自己的软件项目中的全部或部分工作发包给合适的软件 企业去完成）
嵌入式系统在工业上的应用
嵌入式工控机 嵌入式工控机（Embedded Industrial Computer）是一
种加固的增强型工业计算机，它可以作为一个工业控 制器在工业环境中可靠运行。
工控机对于扩展性的要求也非常高，接口的设计需要 满足特定的外部设备，因此大多数情况下工控机需要 单独定制才能满足需求。
嵌入式工控机的优点 性能可靠 体积小巧 免维护 低功耗、无风扇、宽温设计、适应恶劣工作环境
嵌入式工控机的三大缺点。 一是性能较低； 二是扩展性较差；
三是缺乏标准化。
嵌入式工业触控一体机
工控机（Industrial Personal Computer，IPC）即工业 控制计算机，是一种采用总线结构，对生产过程及 机电设备、工艺装备进行检测与控制的工具总称。 工控机具有重要的计算机属性和特征，如具有计算 机CPU、硬盘、内存、外设及接口，并有操作系统、 控制网络和协议、计算能力、友好的人机界面。
工控机的主要类别有：IPC（PC总线工业电脑）、PLC （可编程控制系统）、DCS（分散型控制系统）、 FCS（现场总线系统）及CNC（数控系统）五种。
嵌入式工控机的优势
《嵌入式系统介绍》PPT课件
ppt课件
7
嵌入式系统的概念_国内的定义
国内普遍认同的嵌入式系统定义为：
以应用为中心、以计算机技术为基础、 软硬件可裁剪、适应应用系统对功能、 可靠性、成本、体积、功耗严格要求的 专用计算机系统。
相比较而言国内的定义更全面一些，体现 了嵌入式系统“嵌入”、“专用性”、 “计算机”的基本要素和特征。
电话 无晶体管
BT DECT
1千万个晶体管
3个处理器
诺基亚手机 超过7亿个晶体管
(多数用于存储器) 5-6个处理器
1940
2pp0t课01件
2002
13
计算机的发展
Apple Macintosh
黑白显示器 1 MIP 处理器
Acorn Archimedes 彩色显示器
10 MIP 处理器 … RISC集
图1-1 典型的p嵌pt课入件式系统组成
软件 硬件 输 入 输 出 接 口
24
嵌入式系统硬件组成_处理器
嵌入式处理器可以分为三类：
嵌入式微处理器（Microprocessor） 嵌入式微控制器MCU（Microcontroller
Apple IPOD
100 张CDs 袖珍型
四处理器
HP 1315
GameBoy Advance
照片质量彩色打印机 手持式彩色联网型
双处理器
双处理器
ppt课件
16
嵌入式系统的应用领域
ppt课件
17
嵌入式系统的应用领域
消费类电子—智能玩具、手持通讯的核心
ppt课件
18
嵌入式系统的应用领域
ppt课件
惠普－康柏掌上电脑 彩色显示
200 MIP 处理器
嵌入式系统学习PPT
第2章 嵌入式LINUX操作系统
22
二 虚拟内存的抽象模型：
1 内存中存放的对象-------指令及数据 2 虚拟内存系统及物理内存 3 分页管理
通过页面表进行管理： 有效标志——此标志用于标明页面表入口是否可 以使用。 物理页面号——页面表入口描述的物理页面号。 存取控制信息——用来描述页面如何使用，例如， 是否可写，是否包括可执行代码等
当一个进程需要把一个虚拟内存页面装入物理内存而又没 有空闲时，操作系统必须废弃物理内存中的一个页面，为将 要装入的虚拟内存页腾出空间。 Linux系统使用一种叫做“最近最少使用”的技术（Least Recently Used，LRU）来决定把哪一个页面从物理内存中 移出。
五 共享虚拟内存（Shared Virtual Memory） 六．访问控制（Access Control） 七 高速缓存（Caches） 八页面的分配和回收----mem_map数据结构
克隆当前的进程；系统调用创建的（fork或clone）；核心 态； 在新进程的创建过程，该将新进程状态置为不可中断的等 待状态； 资源分配：
第2章 嵌入式LINUX操作系统
19
2.2.2.5进程管理-----进程调度
1．进程的调度-----基于优先级排队的调度策略 2 . 系统调用-----内核态和用户态的转换 3. 调度过程
第2章 嵌入式Linux操作系统
2.1 Linux及其应用 2.2 Linux内核 2.3 典型嵌入式Linux系统
2.1 Linux及其应用
2.1.1 Linux与UNIX和GNU 2.1.2 Linux的特点 2.1.3 Linux的发展及应用
第2章 嵌入式LINUX操作系统
2
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大多数Bootloader有两种工作模式
启动加载模式——正常工作模式 • 操作系统和应用软件的映像文件压缩存放在“电子 磁盘”中 • 启动后通过Bootloader解压缩到SDRAM中执行 下载开发模式 • 系统开发时使用的一种模式，方便下载程序 • 通过Bootloader建立工作环境（命令控制台） • 操作系统和应用软件的映像文件由主机通过接口送 往Bootloader再存放到SDRAM中执行
3
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2
第七章 嵌入式 操作系统
7.1 BSP设计——BSP的概念
BSP全称“板级支持包”（Board Support Packages）
说的简单一点，就是一段启动代码，和计算机主板的 BIOS差不多，但提供的功能区别就相差很大 在Windows CE中，BSP是驱动程序、OEM适应层 （OEM Adaptation Layers，OAL）、硬件抽象层 （HAL）以及启动设备和使外设正常工作所需BIOS文 件的集合。
第七章 嵌入式 操作系统
主要内容
7.1 BSP设计 7.2 Bootloader设计 7.3 应用程序设计 7.4 嵌入式系统的开发模式
2013-8-3
© 国防科技大学计算机学院601室
1
第七章 嵌入式 操作系统
7.1 BSP设计
板级支持包 BSP 嵌入式系统初始化 BSP的设计
2013-8-3
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第七章 嵌入式 操作系统
7.2 Bootloader设计
Bootloader的功能
初始化硬件，特别是存储器控制器 初始化操作系统的运行环境 启动加载模式 • 解压缩操作系统和应用软件到目标板RAM存储器 • 启动操作系统，移交控制权 下载开发模式 • 通过串口或者以太网口下载新的二进制映像文件 （操作系统、应用程序）到目标板RAM存储器 • 提供调试功能
2013-8-3
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第七章 嵌入式 操作系统
7.2 Bootloader设计——U-Boot介绍
U-BOOT支持SCC/FEC以太网、OOTP/TFTP引 导、IP和MAC的预置功能。 在线读写Flash、DOC、IDE、IIC、EEROM、 RTC。 支持串行口kermit和S-record下载代码 识别二进制、ELF32、uImage格式的Image，对 Linux引导有特别的支持。
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第七章 嵌入式 操作系统
7.1 BSP设计——BSP的设计与实现
为实现上述两部分功能，设计一个完整的BSP需 要完成两部分工作：
设计初始化过程，完成嵌入式系统的初始化； 设计硬件相关的设备驱动，完成操作系统及应用程序 对具体硬件的操作。
2013-8-3
© 国防科技大学计算机学院601室 5
2013-8-3
第七章 嵌入式 操作系统
7.1 BSP设计——不同系统中的BSP
一个嵌入式操作系统针对不同的CPU，会有不同 的BSP 即使同一种CPU，由于外设的一点差别，BSP相 应的部分也不一样
2013-8-3
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第七章 嵌入式 操作系统
2013-8-3
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第七章 嵌入式 操作系统
7.1 BSP设计——BSP的概念
应用层 操作系 统层 中间层 应用程序
文件系统 图形系统 网络系统
嵌入式操作系统（EOS） BSP/HAL板级支持包/硬件抽象层 D/A 嵌入式 处理器 人机交互接口 ROM FLASH SDRAM
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2013-8-3
第七章 嵌入式 操作系统
7.2 Bootloader设计
Bootloader简介 Bootloader的功能及工作流程 U-Boot介绍
2013-8-3
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第七章 嵌入式 操作系统
7.2 Bootloader设计
2013-8-3
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第七章 嵌入式 操作系统
7.2 Bootloader设计
Bootloader的C语言部分
初始化一个串口，以便和Host终端用户交互 决定是直接引导操作系统还是进入下载开发模式 初始化网络，包括网络信息配置 如果有LCD，则初始化LCD 初始化Flash、检测Flash芯片 初始化中断：禁止中断、清中断标志、初始化中断向 量表、注册中断服务程序 初始化命令控制台，等待用户命令
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第七章 嵌入式 操作系统
7.2 Bootloader设计
一般的启动代码执行过程
禁止所有中断 从ROM区复制已经初始化的数据（data区数据）到指 定的RAM区 将未初始化的数据区清零 给Stack区分配空间并初始化 初始化处理器的堆栈指针 创建和初始化堆区（Heap） 执行高级语言的初始化程序主函数main
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硬件层
A/D I/O
2013-8-3
第七章 嵌入式 操作系统
7.1 BSP设计——BSP和BIOS区别
BIOS主要是负责在电脑开启时检测、初始化系统 设备（设置栈指针，中断分配，内存初始化..）、 装入操作系统并调度操作系统向硬件发出的指令。 BSP是和操作系统绑在一起运行，尽管BSP的开 始部分和BIOS所做的工作类似，但是 BSP还包含 和系统有关的基本驱动 BIOS程序是用户不能更改、编程的，只能对参数 进行修改设置，但是程序员还可以编程修改BSP， 在BSP中任意添加一些和系统无关的驱动或程序， 甚至可以把上层开发的统统放到BSP中
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第七章 嵌入式 操作系统
7.1 BSP设计——初始化以及BSP的功能
嵌入式系统的初始化过程是一个同时包括硬件初 始化和软件初始化的过程；而操作系统启动以前 的初始化操作是BSP的主要功能之一 初始化过程总可以抽象为三个主要环境，按照自 底向上、从硬件到软件的次序依次为：
硬件主板研制，测试 操作系统的选定，BSP编程 上层应用程序的开发
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第七章 嵌入式 操作系统
7.1 BSP设计——编写BSP函数
BSP对板卡中每个芯片的操作都通过多个函数来 完成 如果应用程序对板卡的操作都直接通过调用BSP 中的函数来完成，那将很不利于源程序的调试 ， 并降低了程序的可移植性 把能完成某个特定功能的函数封装在一个库文件 中，并放在应用程序与BSP之间 对每个芯片来说，都应当有初始化函数和状态读 取函数
这是一个同时包含软硬件两部分在内的初始化过 程
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第七章 嵌入式 操作系统
7.1 BSP设计——初始化过程（续2）
系统级初始化：
BSP将控制转交给操作系统，由操作系统进行余下的初 始化操作： • 加载和初始化与硬件无关的设备驱动程序 • 建立系统内存区 • 加载并初始化其他系统软件模块（如网络系统、文 件系统等） • 操作系统创建应用程序环境并将控制转交给应用程 序的入口
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第七章 嵌入式 操作系统
7.2 Bootloader设计——U-Boot介绍
U-BOOT是由德国的工程师Wolfgang Denk从 8XXROM代码发展而来的，它支持很多处理器， 比如PowerPC、ARM、MIPS和x86。 http: ///projects/U-BOOT。
7.1 BSP设计——BSP的特点与功能
硬件相关性
因为嵌入式实时系统的硬件环境具有应用相关性，所 以，作为高层软件与硬件之间的接口，BSP必须为操作 系统提供操作和控制具体硬件的方法。
操作系统相关性
不同的操作系统具有各自的软件层次结构，因此，不 同的操作系统具有特定的硬件接口形式
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启动引导程序
是在嵌入式操作系统启动前首先运行的一小段程序 系统初始化 加载和运行内核程序
特点
独立性（因处理器不同而不同） 体积小（NOR Flash存放） 功能多（初始化、下载、调试等）
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第七章 嵌入式 操作系统
7.2 Bootloader设计
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第七章 嵌入式 操作系统
7.2 Bootloader设计——U-Boot介绍
单任务软件运行环境。U-BOOT可以动态加载和 运行独立的应用程序，这些独立的应用程序可以 利用U-BOOT控制台的I/O函数、内存申请和中断 服务等。 监控(monitor)命令集：读写I/O，内存，寄存器、 内存、外设测试功能等 脚本语言支持(类似BASH脚本)。
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第七章 嵌入式 操作系统
7.1 BSP设计——BSP开发的前提和步骤
开发的前提 ：
熟悉硬件方面：使用CPU等 熟悉工具方面：万用表，示波器，逻辑分析仪，硬件 仿真器，仿真调试环境等 语言方面：汇编语言，C语言