嵌入式系统结构及软件开发模式分解
《微处理器与嵌入式系统设计》期末复习题及答案
《微处理器与嵌入式系统设计》期末复习题及答案第一章嵌入式系统概述嵌入式系统的共性：特定的使用场合或工作环境，是某个大型系统的一部分，完成一个具体的功能，专用性强，应用于特定的平台；功耗低，且一般要求高实时性和高可靠性，系统程序一般都是固化在内存中，以提高运行速度和可靠性；功能单一，模块的设计和实现较为简单；人机交互界面简单；开发时往往有上位机和下位机或主机和目标机的概念，主机用于程序的开发，目标机作为最后的执行机，开发时需要交替结合进行。
MCU：Micro Control Unit，嵌入式微控制器（俗称单片机），把CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、I/O、中断系统、定时器/计时器、各种功能外设等资源集成到一个芯片上的微型计算机系统。
MPU：Micro Processor Unit，嵌入式微处理器。
MPU是由通用计算机中的CPU（微处理器）演变而来，可以理解为增强版的CPU，即不带外围功能器件。
ARM：是一家公司，也是一类技术和产品的统称。
ARM公司设计的芯片主要涉及嵌入式移动设备领域，指令集更加紧凑简单，功耗和成本更低，在移动消费电子领域占据着很大的市场份额。
嵌入式系统开发流程：需求分析、系统总体设计、系统软硬件设计、系统测试第二章ARM Cortex-M3内核与STM32微控制器ARM存储模式（2种）小端模式：数据的低字节存放在内存低地址处，数据的高字节存放在内存高地址处。
大端模式：数据的高字节存放在内存低地址处，数据的低字节存放在内存高地址处。
注意书上的相关例子！ARM指令集架构系统设计有两种方式：RISC（Reduced Instruction Set Computer）精简指令集计算机CISC（Complex Instruction Set Computer）复杂指令集计算机流水线技术：每条指令分解为多步，并让各步操作重叠，从而实现几条指令并行处理的技术，称为流水线技术。
ARM Cortex-M3微控制器采用的三级流水线：取指—译码—执行流水线的技术指标通常用吞吐率、加速比和效率三项指标来衡量。
嵌入式系统开发方法
第一部份 开发方法
两种开发方法 开发过程 系统分析与调试 系统的建立 系统调试与总结 开发注意事项
两种开发方法
一、任务型开发 一切以完成任务为目的，成者王、败者寇！ 一切以完成任务为目的，成者王、败者寇！功能实 现，指标达到，交了仪器和软件就算完成任务。 指标达到，交了仪器和软件就算完成任务。 二、过程型开发 强调开发过程， 一切严格按照科研开发过程进行。 强调开发过程， 一切严格按照科研开发过程进行。 过程充份，文档齐全，证据确凿。 过程充份，文档齐全，证据确凿。即使开发任务失败也 是完成任务！ 是完成任务！ 初期看起来是慢点，但为整个开发体系的建设， 初期看起来是慢点，但为整个开发体系的建设，公 司和团队积淀了不少的内容。即使开发任务失败， 司和团队积淀了不少的内容。即使开发任务失败，但模 块的开发是成功的。后期的开发会越来越快， 块的开发是成功的。后期的开发会越来越快，模块的建 设越来越成熟。 设越来越成熟。
编程环境
基于操作系统的编程 实时多任务操作系统”内核为基础， 以“实时多任务操作系统”内核为基础，只需完成相 关任务的编程，其实时性和可靠性有保障， 关任务的编程，其实时性和可靠性有保障，适用于功能 较复杂的应用系统。 较复杂的应用系统。 基于裸机的编程 以空白的单片机芯片为基础，完成全部软件设计， 以空白的单片机芯片为基础，完成全部软件设计，其 实时性和可靠性与设计人员的水平密切相关， 实时性和可靠性与设计人员的水平密切相关，适用于功 能较简单的中小型应用系统， 能较简单的中小型应用系统，是电子工程师应该掌握的 基本编程技术。 基本编程技术。
时钟模块的设计
• 时钟源硬件时钟芯片或者软件定时器 • 定时周期的决定由系统最小时间分辨率来确定 • 时钟单元的安排由系统时间动态变化范围来确定 • 时钟的设置与校对通过键盘操作来完成 • 系统时钟的使用触发与系统时间相关的任务 • 计时器的使用测试某任务执行的时间任务启动时清零 任务执行时与时钟一起运行任务结束时停止读取结果 • 闹钟的使用控制某任务的时间间隔任务启动时置初始 值任务执行时由时钟进行倒计时计时结束则停止任务
嵌入式软件开发模式及软件架构的研究
51软件开发与应用Software Development And Application电子技术与软件工程Electronic Technology & Software Engineering我国科学技术近年来的发展成果相当瞩目，嵌入式软件开发及建构也步入了新的发展阶段。
嵌入式软件是能在嵌入式系统中灵活运用的一种模块化软件，能维持系统原有特性及功能不变。
但是，因各类因素影响的缘故，有关嵌入式软件的开发模式及软件架构中有一系列缺陷与不足存在，影响了嵌入式软件功能及性能。
基于此，有必要围绕嵌入式软件开发模式及架构展开研究。
1 嵌入式软件概述以硬件为目标进行操作系统和开发工具软件的嵌入，即为嵌入式软件，其在产业中呈现出“芯片设计制造→嵌入式软件系统→嵌入式电子设备研发制造”的关联关系。
嵌入式系统包含微处理器、传感器、存储器、微控制器及定时器等诸多组成成分，且嵌入至存储器中的卫星操作系统和控制应用软件也被包含在内，可以说嵌入式软件是组成嵌入式系统的关键成分之一，两者之间有着密不可分的联系[1]。
以通常分类方法为参考，可划分嵌入式软件为系统、应用及支撑等三类软件。
系统软件负责管控嵌入式系统资源，能将设备驱动程序、嵌入式操作系统等提供给嵌入式应用。
应用软件负责于用户交互，直接体现了嵌入式系统的功能。
支撑软件表示系统分析设计工具、配置管理工具等辅助软件开发的工具软件。
嵌入式软件呈现出独特的实用性、灵活的适用性、程序代码精简、可靠性和稳定性高等特点。
其中，最关键的便是软硬件紧密耦合特性。
具备多样性与灵活性的嵌入式系统，难免会带给软件设计人员诸多挑战：一是软件设计中对硬件考虑过多，会阻碍开发和调试。
二是软件工作的开展需建立在硬件平台就绪的前提下，整个系统开发周期也因此延长。
而为了规避此类问题，开发中可在特定EDA 工具环境内进行，随后再向硬件平台移植，如此不但能为程序逻辑设计正确性提供保障，且能加快软件开发进程。
embedded system
2.4.1嵌入式操作系统的分类
按照对实时系统的定义,嵌入式系统可分为实时嵌 入式系统与非实时嵌入式系统: 实时系统的定义：能够对外部事件做出及时响应的系 统。响应时间要有保证。 对外部事件的响应包括 事件发生时要识别出来 在给定时间约束内必须输出结果 实时操作系统:VxWorks,WinCE 非实时操作系统:嵌入式Linux
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1.6嵌入式系统的历史
20 世纪 70 年代：单片机出现 嵌入式系统最初的应用是基于单片机。汽车，工业机器，通
信装置等成千上万种产品通过内嵌电子装置获得更佳的使用性 能。 20 世纪 80 年代：嵌入式操作系统出现
商业嵌入式实时内核包含传统操作系统的特征，使得开发周 期缩短，成本降低，效率提高促使嵌入式系统有了更为广阔的应 用空间。。 20 世纪 90 年代：实时多任务操作系统
嵌入式产品的巨大商机－－全过程自动化产品制造、 大范围电子商务活动、高度协同科学实验以及现代化 家庭起居。
你接触的每一样东西将装有芯片和嵌入式软件。
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1.8创新的机遇
通用计算机产业是垄断的。 嵌入式系统与技术是一个分散的工业，充满竞争、机
遇与创新。 没有哪一个系列的处理器和操作系统能够垄断全部市
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2.3.2嵌入式微控制器
嵌入式微控制器就是将整个计算机系统的主要硬件集成到一 块芯片中,芯片内部集成ROM/EPROM,RAM,总线,总线逻辑,定时/计 数器,Watchdog,I/O,串行口等各种必要功能和外设.其特点为: 一个系列的微控制器具有多种衍生产品; 单片化,体积大大减小,功耗和成本降低,可靠性提高; 是目前嵌入式工业的主流,约占嵌入式系统70%的份额; 多是8位和16位处理器 流行的嵌入式微控制器
嵌入式系统的应用及开发
轰墨Ⅵ温爵I II I|l{嵌入式系统的应用及开发夏岩(东营职业学院山东东营257091)【摘要】简略分析嵌入式系统及其应用的特点，在论述开发原则的基础上，指出嵌入式软件的特点．[关键词]嵌入式系统设计原则软件特点中图分类号：TP3文献标识码：^文章编号：1871--7597(2006)0610094--01一、嵌入式系统及其应用曩述嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，软件可编程，硬件可剪裁、重构的专用计算机系统。
该系统通常嵌入在对象环境中，并通过其在对象环境下运行的特定程序，完成对外界物理参数地采集、处理，达到对控制对象地响应或人机交互的功能。
目前，嵌入式系统的发展方向主要是解决接口多样性、适应性，灵活性和集成开发环境等的特定应用问题。
嵌入式系统应用的底层性与对象系统的紧耦合性是其显著的基本特征。
所以，最大限度的满足对象数据采集、控制、开发环境、功耗，以及适应能力、可靠性等品质因数是选择嵌入式系统的标准。
为适应技术发展需求，嵌入系统在不断追求结构紧凑、坚固可靠、技术密集、高度分散的同时，尤以不断创新为嵌入式系统的发展核心。
使嵌入系统凸现了高技术门槛，主要表现在软硬件设计的紧密相关性上，特别是构建R T O S系统需透彻了解RT O S的工作机制和系统资源配制，掌握底层软件、系统软件和应用软件的设计、调试方法。
随着对嵌入式系统的智能化愈加关注，现场可编程、调试、引脚配置变得非常重要和必不可少。
所以，用户可配置的SC O(在片系统)已成为现阶段嵌入式系统的核心发展技术。
通过现场可编程阵列把接口应用设计和系统开发留给系统设计者，提供灵活、多样的片上电路设计平台，使电路板设计变成在片的芯片配置，将嵌入系统地设计带入了软硬件的双编程时期，进一步缩短了产品开发周期。
而下一代的在片系统还将发展成一个M U c数量可缩放的集合体。
在嵌入式应用系统中，虽然高端产品不断涌现，但由于应用对象、环境的不同特点，嵌入系统的8位机产品仍因应用对象的有限响应时间、完备的集成开发环境、良好的性价比等优势仍然占据着低端应用系统的主流地位。
嵌入式软件架构分层的内涵与优缺点
嵌入式软件架构分层的内涵与优缺点作者：蒙晓燕来源：《无线互联科技》2021年第21期摘要：文章首先从架构分层内涵出发，阐述了多层软件开发模型，然后分析了嵌入式软件架构分层优点和缺点，最后探讨了嵌入式软件架构分层设计方式与实现举措，希望以此为研究相同问题的人士提供有价值的参考，继而有效提高软件的实用性与经济效益。
关键词：嵌入式软件；架构分层；内涵；优缺点0引言嵌入式系统关键是以应用为主，将计算机技术作为基础，充分满足用户对成本与功能、体积与功耗等多方面要求的系统。
但在过去开发嵌入式系统软件的时候，全部软件涵盖操作系统、应用程序与硬件底层，是共同开发的，不能分开。
伴随嵌入式系统软件规模越来越复杂，越来越庞大，该种开发模式愈发暴露出更多的缺点和不足。
由于该模式针对不一样的硬件平台需要重新开始，接着开发出新的软件就其要实现的功能大部分相差无几甚而相同，但限制了软件的反复使用，与此同时还增加了开发时间与开发成本。
1架构分层内涵伴随社会经济的持续发展与进步，开始涌现出了各种各样的高新技术，这些高新技术在很大程度上有效改善了传统劳动力生产的模式，促使人们在工作岗位上可以更好地释放出自己的潜在能力。
与此同时，流水线形式的生产模式能够大大提高相关人员工作熟练程度，有效地减少了在实际工作中不必要出现的经济损失，不仅提高了生产力，还提升了经济效益与社会效益。
分工合作这一概念同样适用于嵌入式软件开发领域。
首先，相邻的两个软件模块可以彼此紧密联系；其次，好似金字塔结构，下层软件层并不了解还存在高层次软件层。
因此，仅需要满足上述两个特点，即为架构分层，此为软件架构分层思想基础。
软件架构分层发挥着重要作用，特别是在开发阶段，采取架构分层理念，可以发挥出显著的优势，因此需要相关人员做出更加深入的研究和探讨。
2多层软件开发模型分析2.1软件开发分层技术在软件开发中运用分层技术，实则是合理对用户的一切需求展开分析与梳理，把软件系统内每一个功能领域抽象化，明确系统内部每一个层次间的关系，继而简化模块开发过程，把系统开发问题变成了简单软件设计方面的问题。
嵌入式系统的软件设计要点
嵌入式系统的软件设计要点嵌入式系统是一种特殊类型的计算机系统，其硬件和软件被嵌入到其他设备中，用于控制特定的功能。
嵌入式系统往往面临有限的资源、实时性要求和稳定性需求等挑战。
为了确保嵌入式系统的可靠性和高效性，软件设计起着至关重要的作用。
在进行嵌入式系统的软件设计时，我们需要注意以下几个要点：1. 系统需求分析和规划：在进行软件设计前，必须对系统的需求进行详细分析和规划。
弄清楚系统的功能需求、性能要求、实时性要求以及硬件资源的约束等，有助于确保软件设计满足系统所需的要求。
2. 软件架构设计：软件架构设计是嵌入式系统的关键环节。
一个合理的软件架构能够提高整个系统的可维护性、可扩展性和稳定性。
需要选择适合嵌入式系统的架构模式，如分层、客户端-服务器等，并进行模块化设计，把系统分解成若干独立的功能模块，尽可能减少模块间的耦合。
3. 高效的代码编写：在嵌入式系统中，资源是有限的，因此需要编写高效的代码以充分利用系统的资源。
这包括优化算法、减少资源占用、合理地使用内存和处理器，以及减少不必要的操作等。
同时，需要注意代码的可维护性和可读性，以方便后续的维护和升级工作。
4. 实时性要求：嵌入式系统通常需要满足实时性要求，即对事件的处理必须在严格的时间约束下完成。
为了满足实时性要求，需要对系统的任务进行合理的调度和优先级分配，以确保关键任务的及时响应。
此外，还可以使用中断、定时器等机制来处理实时事件。
5. 异常处理和容错设计：在嵌入式系统中，由于环境的复杂性和不可控性，可能会发生各种异常情况，例如硬件故障、通信错误等。
因此，需要在软件设计中考虑异常处理和容错设计。
这包括错误检测和恢复机制、数据校验和纠错码等。
通过这些设计，可以使系统具备较高的容错性和可靠性。
6. 软件测试和验证：软件测试和验证是确保嵌入式系统正常运行的关键步骤。
需要对软件进行全面的测试，包括功能测试、性能测试、安全性测试等。
同时，还需要考虑系统的可靠性验证，通过各种测试工具和技术，检测出潜在的问题并进行修复。
ReWorks嵌入式实时操作系统和ReDe嵌入式软件开发环境
ReWorks嵌入式实时操作系统和ReDe嵌入式软件开发环境1 引言嵌入式系统与软件是发展先进制造业和现代服务业，满足高端数字化应用对网络自适应、服务个性化、功能综合化以及功能复杂化等需求的重要技术保障。
随着嵌入式微处理器、通信总线、存储器和嵌入式计算机系统结构的技术发展，嵌入式硬件的价格不断降低，计算能力、通信能力和存储能力不断提高，这为嵌入式软件的发展提供了更大的空间。
另一方面，嵌入式应用层面的信息化、智能化、网络化需求，促使传统的嵌入式软件向基于嵌入式实时操作系统的、更具功能扩展能力和价值创造能力的嵌入式软件发展。
在轨道交通、船舶电子、信息家电等领域，嵌入式技术的应用已经成为提高产品竞争力的重要手段。
ReWorks是华东计算技术研究所自主研制的嵌入式实时操作系统，ReDe是为ReWorks提供的嵌入式软件开发环境，该产品已广泛应用于轨道交通、船舶电子、信息家电、工业控制和国防领域。
本文从技术角度对ReWorks/ReDe的结构、功能和特点作简要介绍。
2 ReWorks嵌入式实时操作系统嵌入式实时操作系统位于嵌入式硬件和嵌入式应用软件之间，为上层应用提供基础服务，是信息家电、信息终端等嵌入式应用产品的核心和灵魂，应用系统的功能实现、实时性能、安全可靠在很大程度上依赖于操作系统的支持。
ReWorks/ReDe采取宿主/目标机的体系结构，如图1所示：图1 ReWorks/ReDe的宿主/目标机体系结构（1）系统结构ReWorks采用微内核及组件技术，能根据应用需要对操作系统内核进行配置、裁剪、扩展与定制，具备较强的伸缩能力。
其中，微内核提供强实时调度、基本内存管理、时钟管理、中断管理等功能，核心组件提供定时器、区域、分区、信号、事件、信号量、消息等可裁剪功能。
这种微内核、层次化组件结构决定了其固有的模块化特性，为提高系统的升级维护能力、目标处理环境适应能力以及系统的扩展能力等提供了基础保障。
（2）ReWorks的强实时性ReWorks提供实时多任务管理机制，支持基于优先级的可抢占调度、时间片轮转调度以及速率单调算法等任务调度策略和技术。
嵌入式设计流程及设计案例
从算法的分析，可以得到如下特点： 每次运算只涉及1个像素 每个像素的运算量是：9次乘法+6次 加法
根据每次运算只涉及到1个pixel，可 以采用两种可能的输入方式
• 读入整幅图像数据，然后再进行处理，简 称Frame-In模式
• 读取一个图像点，就处理一个图像点，简 称Pixel-In模式
（1）方案1：Pixel方案
Pixel方案＝Pixel-in ＋ Pixel-Out
读像素
单像素处理
写像素
2012-6-28
方案2：Frame模式
Frame方案＝Frame-in ＋ Frame-Out
读数据
Buf
帧数据处理 Buf
Buf
写像素
两种方案对数据处理单元的性能要求
核心算法处理能力要求＝1秒30帧 ＝9216000×（1pixel） 总的IO性能要求
主要概念
• Concurrent（并发）: hardware and software developed at the same time on parallel paths • Integrated（交互）: interaction between hardware and software developments to produce designs that meet performance criteria and functional specifications
算法处理＋IO接口的处理操作要求 ＝》最低处理性能
• 是否需要有MMU功能？
如果希望使用WinCE或标准Linux，减少软件开发时间，可选 用有MMU功能的内核，如ARM720T，920T等 ARM7TDMI，Cortex-M3等不带MMU单元。这时也可以选择 不需要MMU支持的操作系统，如uClinux
嵌入式系统在自动化仪表中的应用
嵌入式系统在自动化仪表中的应用发布时间：2021-09-03T11:49:35.203Z 来源：《教学与研究》2021年8月中作者：苏钊[导读] 自动化仪表是当前计算机技术面向微型化、定制化、简便化方向发展的产物。
广西机电职业技术学院苏钊广西南宁 530007摘要：自动化仪表是当前计算机技术面向微型化、定制化、简便化方向发展的产物。
自动化仪表内部包含着微型的处理单元，能够实现对相关数据信息的有效储存、计算和判断，同时还能够结合对应的指令操作来对其进行相应的管控，并且自动化仪表盘的使用全面促进了各行各业的快速发展。
本文简要对当前嵌入式系统在自动化仪表盘中的使用进行相应的探究。
关键词：嵌入式系统；自动化仪表；应用引言：随着当前基础科学技术的进步，在微电子领域以及网络化技术领域得到了快速的发展，新时期仪表仪器正迈向智能化、网络化、微型化方向进一步发展。
结合对应的嵌入式系统，确保对应的自动化仪表仪盘具备相应的可操纵性，并且代替传统仪表仪器中电子线路，使得仪表仪盘智能化程度更高，促进相关仪表行业快速发展。
一、工业自动化仪表的介绍在当代工业中，结合自动化仪表是实现对生产制造调节的重要方式。
具体来说，结合相关自动化仪表的使用，在当前工业生产管理的过程中，可以确保落实针对生产制造工作实时的检测，对现有的控制程序以及控制流程进行优化和管理，确保各项生产参数均处于正常合理的数值，最终实现对产品的质量以及生产成本的有效管控。
同时结合相应的自动化仪表仪器的使用，可以全面带动当前传统的制造业进行升级和换代，提高企业自身的竞争力。
总体来说，我国现阶段自动化仪表仪器在长时间的发展过程中也更加趋于成熟稳定，并且在我国各行各业中也得到了广泛的使用，无论是机械、冶金、石化等相关重工业领域，还是通信、材料、工艺技术、计算机技术等前沿性的领域均得到了良好的使用。
总体来说，自动化仪表仪器行业推动了我国基础通信、工业、金融等各领域的发展，实现各行业之间相互发展的促进作用。
5嵌入式系统的Bootloader
➢ 屏蔽所有的中断
为中断提供服务通常是 OS 设备驱动程序的责任， 因此在 Bootloader 的执行全过程中可以不必响应任何 中断。中断屏蔽可以通过写 CPU 的中断屏蔽寄存器或 状态寄存器（比如 ARM 的 CPSR 寄存器）来完成
➢ 设置 CPU 的速度和时钟频率
➢ RAM 初始化
包括正确地设置系统的内存控制器的功能寄存器以 及各内存库控制寄存器等
Bootloader 的 stage1
基本的硬件初始化 为加载 stage2 准备 RAM 空间 拷贝 stage2 到 RAM 中
基本的硬件初始化
这是 Bootloader 一开始就执行的操作，其目 的是为 stage2 的执行以及随后的 kernel 的执 行准备好一些基本的硬件环境。它通常包括以 下步骤（以执行的先后顺序）
通常，Bootloader 是严重地依赖于硬件而实现 的，特别是在嵌入式世界。因此，在嵌入式世界里 建立一个通用的 Bootloader 几乎是不可能的。
Bootloader 所支持的 CPU 和嵌入式板
每种不同的 CPU 体系结构都有不同的 Bootloader。 有些 Bootloader 也支持多种体系结构的 CPU，比如 U-Boot 就同时支持 ARM 体系结构和MIPS 体系结构。 除了依赖于 CPU 的体系结构外，Bootloader 实际上 也依赖于具体的嵌入式板级设备的配置。这也就是说， 对于两块不同的嵌入式板而言，即使它们是基于同一 种 CPU 而构建的，要想让运行在一块板子上的 Bootloader 程序也能运行在另一块板子上，通常也 都需要修改Bootloader 的源程序。
Bootloader分类
BootLoader ➢ LILO ➢ GRUB ➢ U-BOOT ➢ vivi
嵌入式实时操作系统题库1
嵌入式实时操作系统题库一、填空题1． uC/OS-II是一个简洁、易用的基于优先级的嵌入式（抢占式）多任务实时内核。
2．任务是一个无返回的无穷循环。
uc/os-ii总是运行进入就绪状态的（最高优先级）的任务。
3．因为uc/os-ii总是运行进入就绪状态的最高优先级的任务。
所以，确定哪个任务优先级最高，下面该哪个任务运行，这个工作就是由（调度器（scheduler））来完成的。
4．（任务级）的调度是由函数OSSched()完成的，而（中断级）的调度是由函数OSIntExt() 完成。
对于OSSched()，它内部调用的是（OS_TASK_SW()）完成实际的调度；OSIntExt()内部调用的是（OSCtxSw()）实现调度。
5．任务切换其实很简单，由如下2步完成：（1）将被挂起任务的处理器寄存器推入自己的（任务堆栈）。
（2）然后将进入就绪状态的最高优先级的任务的寄存器值从堆栈中恢复到（寄存器）中。
6．任务的5种状态。
（睡眠态(task dormat)）：任务驻留于程序空间（rom或ram）中，暂时没交给ucos-ii处理。
（就绪态（task ready））：任务一旦建立，这个任务就进入了就绪态。
（运行态（task running））：调用OSStart（）可以启动多任务。
OSStart（）函数只能调用一次，一旦调用，系统将运行进入就绪态并且优先级最高的任务。
（等待状态（task waiting））：正在运行的任务，通过延迟函数或pend（挂起）相关函数后，将进入等待状态。
（中断状态（ISR running））：正在运行的任务是可以被中断的，除非该任务将中断关闭或者ucos-ii将中断关闭。
7．（不可剥夺型）内核要求每个任务自我放弃CPU的所有权。
不可剥夺型调度法也称作合作型多任务，各个任务彼此合作共享一个CPU。
8．当系统响应时间很重要时，要使用（可剥夺型）内核。
最高优先级的任务一旦就绪，总能得到CPU的控制权。
嵌入式操作系统综述
信息技术与机电化工141嵌入式操作系统综述李孟轩（山西农业大学信息学院）摘要：科学和经济伴随着时代的脚步大步前进，计算机技术的发展也发生了巨大的飞跃。
芯片的制造技术也日益崛起，嵌入式实时操作系统的应用越加广泛，人人家中也有各种实时实时操作系统，最显而易见是手机的应用。
通过这种系统软件，可以始终实现为我们服务的目的。
另外还有无人机、智能洗碗机等等内布置有嵌入式操作系统的高科技产品。
在军事中的应用例如军用飞机、航空母舰中都有嵌入式操作系统，为我国的国防军备的发展做出了重要贡献。
本文根据嵌入式操作系统的特点及应用进行探究讨论。
关键词：嵌入式操作系统；综述；开发引言随着社会的不断发展，新时代对计算机系统和软件的要求越来越高，尤其是大数据时代下对高运算能力的要求。
应用程序是嵌入式操作系统的核心，系统运行的关键在于计算机技术的发展程度，具有良好的稳定性，在计算机技术的不断演变发展的过程中计算机嵌入式操作系统在现阶段已经在许多行业中发挥了重要作用，在未来的发展中也具有良好的发展前景。
一、嵌入式操作系统的发展现代科学技术的飞跃进步，在通过先进技术的结合下，计算机嵌入式操作系统逐渐完善，功能日益强大。
其经历了四个阶段：（一）嵌入式算法阶段在嵌入式计算机系统开发的初始阶段，系统中没有嵌入式算法，其核心是单芯片控制部件，这就导致了计算机嵌入式操作系统的总体结构较为单一、存储容量较小、功能很少、工作效率也比较低、而且没有任何用户互动接口。
（二）以 CPU 为核心计算机嵌入式操作系统主要是以嵌入式CPU作为重要基础。
在此阶段中，加入了许多类型的嵌入式操作系统，但是操作系统的通用性很差，再具体工作中处理器处于轻负载状态。
将过载的处理器之间的任务转换为处于空闲状态的处理器，其基本目标是以提高系统的整体运行性能为基准。
（三）通用式嵌入通用式嵌入，在计算机信息应用程序中计算机嵌入操作系统是第三阶段。
在此阶段，操作系统的性能已得到显著改善，同时针对特定情况（例如静态和动态指标）进行了适当的调整，以提高处理器之间的性能，可以实现负载分配，这样不仅确保了系统稳定性，而且也节省了时间。
嵌入式系统第5章 嵌入式实时操作系统基础
2.1任务函数
图二
2.1任务函数
上例中main()函数在启动调度器之前先完成两个任务 的 创建。当然也可以从一个任务中创建另一个任务。
我们可以先在main()中创建任务1，然后在任务1中创建 任务2．这样需要在任务一中添加以下语句：
xTaskCreate( vTask2, "Task 2", 1000, NULL, 1, NULL );
1、FreeRTOS简介
实时（RT）
软实时：按照任务的优先级，尽可能快 地完成操作即可 。
硬实时：硬实时要求在规定的时间内必 须完成操作 。
1、FreeRTOS简介
系统基本架构 其代码可以分解为三个主要区块：
任务 通讯 硬件接口
●任务：大约50%的FreeRTOS的核心代码
1、FreeRTOS简介
2. 如果应用程序用到了vTaskDelete() 函数， 则空闲钩子函数必须能够尽快返回。
因为在任务被删除后（vTaskDelete()），空 闲任务负责回收内核资源。如果空闲任务一 直运行在钩子函数中，则无法进行回收工作。
2.2任务调度
任务优先级的改变
API函数vTaskPriofitySet()可以用于在调度器启动 后改变任何任务的优先级。
于或赋予任何任务。所有任务都可以向同一队列写 入和读出。
3、队列
5、读队列时阻塞 当某个任务试图读一个队列时，其可以指定
一个阻塞超时时间。在这段时间中，如
果队列为空，该任务将保持阻塞状态以等待队 列数据有效。
6、写队列时阻塞 同读队列一样，任务也可以在写队列时指定
一个阻塞超时时间。这个时间是当被写
uxPriority 指定任务执行的优先级。优先级的取值范围可以从最低优先 级0到最高优先级(configMAX_PRIORITIES – 1)。
嵌入式课件(ppt)
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。”
嵌入式实时操作系统题库1
嵌入式实时操作系统题库一、填空题1．uC/OS-II是一个简洁、易用的基于优先级的嵌入式（抢占式）多任务实时内核。
2．任务是一个无返回的无穷循环。
uc/os-ii总是运行进入就绪状态的（最高优先级）的任务。
3．因为uc/os-ii总是运行进入就绪状态的最高优先级的任务。
所以，确定哪个任务优先级最高，下面该哪个任务运行，这个工作就是由（调度器（scheduler））来完成的。
4．（任务级）的调度是由函数OSSched()完成的，而（中断级）的调度是由函数OSIntExt() 完成。
对于OSSched()，它内部调用的是（OS_TASK_SW()）完成实际的调度；OSIntExt()内部调用的是（OSCtxSw()）实现调度。
5．任务切换其实很简单，由如下2步完成：（1）将被挂起任务的处理器寄存器推入自己的（任务堆栈）。
（2）然后将进入就绪状态的最高优先级的任务的寄存器值从堆栈中恢复到（寄存器）中。
6．任务的5种状态。
（睡眠态(task dormat)）：任务驻留于程序空间（rom或ram）中，暂时没交给ucos-ii处理。
（就绪态（task ready））：任务一旦建立，这个任务就进入了就绪态。
（运行态（task running））：调用OSStart（）可以启动多任务。
OSStart（）函数只能调用一次，一旦调用，系统将运行进入就绪态并且优先级最高的任务。
（等待状态（task waiting））：正在运行的任务，通过延迟函数或pend（挂起）相关函数后，将进入等待状态。
（中断状态（ISR running））：正在运行的任务是可以被中断的，除非该任务将中断关闭或者ucos-ii将中断关闭。
7．（不可剥夺型）内核要求每个任务自我放弃CPU的所有权。
不可剥夺型调度法也称作合作型多任务，各个任务彼此合作共享一个CPU。
8．当系统响应时间很重要时，要使用（可剥夺型）内核。
最高优先级的任务一旦就绪，总能得到CPU的控制权。
1.1 嵌入式系统的定义和组成
逻辑结果正确 在要求的时间内
2．RTOS特点
约束性
时间约束 资源约束（能耗，费用） 执行顺序约束（多任务操作系统，每一组任务都要 在时间约束内完成） 性能约束（可靠性）
完成实时任务所需的执行时间应该是可知的 在系统最坏情况下都能正常工作或避免损失
可预测性
可靠性
交互性
硬件层
output
analog
CPU
input
analog
embedded computer
mem
嵌入式微处理器
嵌入式微处理器的体系结构
冯· 诺依曼体系结构 哈佛体系结构(指令数据分别存储在不同 memory中，且不同总线)，
精简指令系统（Reduced Instruction Set Computer，RISC） 复杂指令集系统CISC（Complex Instruction Set Computer, CISC）。
硬盘、NAND Flash、CF卡、MMC和SD卡等 用来存放大数据量的程序代码或信息，
容量较大 读取速度慢
通用设备接口和I/O接口
与外界交互所需要的通用设备接口
GPIO、 A/D（模／数转换接口） D/A（数／模转换接口） RS-232接口（串行通信接口） Ethernet（以太网接口） USB（通用串行总线接口） 音频接口 VGA视频输出接口 I2C（现场总线） SPI（串行外围设备接口） IrDA（红外线接口）
轻型、占用资源少、高性能、高可靠性、 便于移植、可配置 实现方法：
4.嵌入式系统的开发
4.嵌入式系统的开发嵌入式理论课程PPT第2章嵌入式系统的开发过程嵌入式理论课程PPT一嵌入式软件开发的特点嵌入式系统与通用计算机在以下几个方面的差别比较明显：(1)人机交互界面。
嵌入式系统和通用计算机之间的最大区别在与人机交互界面。
嵌入式系统可能根本就不存在键盘、显示器等设备，它所完成的事情也可能只是络情况或者传感器的变化情况，并按照事先规定好的过程及时完成相应的处理任务。
(2)有限的功能。
嵌入式系统的功能在设计时已经定制好，在开发完成投入使用之后就不再变化，系统将反复执行这些预定好的任务，而不象通用计算机那样随时可以运行新任务。
当然，使用嵌入式操作系统的嵌入式系统可以添加新的任务，删除旧的任务；但这样的变化对嵌入式系统而言是关键性的变化，有可能会对整个系统产生影响。
(3)时间关键性和稳定性。
嵌入式系统可能要求实时响应，具有严格的时序性。
同时，嵌入式系统还要求有非常可靠的稳定性。
其工作环境可能非常恶劣，如高温、高压、低温、潮湿等。
这就要求在设计时考虑目标系统的工作环境，合理选择硬件和保护措施。
软件稳定也是一个重要特征。
软件系统需要经过无数次反复测试，达到预先规定的要求才能真正投入使用。
嵌入式理论课程PPT嵌入式软件开发与传统软件开发有许多共同特点，但它又有它自身的特点：(1)需要交叉开发环境。
嵌入式应用软件开发要使用交叉开发环境。
交叉开发环境是指实现编译、链接和调试应用程序代码的环境。
与应用程序环境不同，它分布在有通信链接的宿主机和目标机环境之中。
宿主机(Host)是一台通用计算机，一般是PC机。
它通过串口或网络连接与目标机通信。
目标机(Target)常在嵌入式软件开发期间使用，用来区(Target) 别与嵌入式系统通信的宿主机。
目标机应用软件需要绑定操作系统一起运行。
交叉软件包括交叉编译器、交叉调试器和模拟软件等。
交叉编译器允许应用程序开发者在俗主机上生成能在目标机上运行的代码。
交叉调试器和模拟调试软件用于完成俗主机与目标机应用程序代码的调试。
第3章嵌入式处理器ppt课件
Inst1 Inst2 Inst3 Inst4 Inst5 Inst6 Inst7 Inst8
EXE
Inst1 Inst2 Inst3 Inst4 Inst5 Inst6 Inst7 Inst8 Inst9
ID
Inst1 Inst2 Inst3 Inst4 Inst5 Inst6 Inst7 Inst8 Inst9 Inst10
执行划分为多个顺序功能段（这些功能段可以被CPU中各个独立的电
路部件分别并行执行），充分利用指令流经过的CPU各电路部件的每
个时间段，并行处理多条指令，以最大限度的利用电路的潜能
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在日常生 活中， 随处都 可以看 到浪费 粮食的 现象。 也许你 并未意 识到自 己在浪 费，也 许你认 为浪费 这一点 点算不 了什么
嵌入式处理器芯片内部架构
处理器核
高速总线
片上
或片
外存
储器
显示
设备
低速总线
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3.1.3 附属电路和I/O模块
➢ 附属电路
➢ I/O模块
处理器芯片与外部设备之间的交互和通信，通过芯
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在日常生 活中， 随处都 可以看 到浪费 粮食的 现象。 也许你 并未意 识到自 己在浪 费，也 许你认 为浪费 这一点 点算不 了什么
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在日常生 活中， 随处都 可以看 到浪费 粮食的 现象。 也许你 并未意 识到自 己在浪 费，也 许你认 为浪费 这一点 点算不 了什么
3.1.4 调试接口
CISC
CISC指复杂指令集计算机，它的目的是要用最少的
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板级支持包（BSP） 硬件层
固件
2020/2/29
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嵌入式ARM系统原理与实例开发
通用计算机系统与嵌入式系统对比
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北京大学出版社出版 杨宗德编著
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嵌入式ARM系统原理与实例开发
第5章 嵌入式系统结构及软件开发模式
1
嵌入式系统软硬件结构
2
嵌入式软件开发工具及开发模式
• 所谓交叉是指在一种CPU及其环境上开发另一种CPU及其环境 上运行的程序。
2020/2/29
北京大学出版社出版 杨宗德编著
8
嵌入式软件开发环境
嵌入式ARM系统原理与实例开发
• 2）软件模拟环境
• 软件模拟环境也称为指令集模拟器ISS(Instruction Set Simulator)
• 软件模拟不可能完全代替真正的硬件环境，这种模拟调试只能 作为一种初步调试，主要是用作用户程序的模拟运行，用来检 查语法、程序的结构等简单错误，用户最终还必须在真实的硬 件环境中实际运行调试，完成整个应用的开发。
嵌入式ARM系统原理与实例开发
嵌入式ARM系统原理与实例开发
北京大学出版社 出版 杨宗德 编著 2007年7月
嵌入式ARM系统原理与实例开发
第5章 嵌入式系统结构及软件开发模式
1
嵌入式系统软硬件结构
2
嵌入式软件开发工具及开发模式
嵌入式硬件最小系统结构
嵌入式ARM系统原理与实例开发
FLASH
ROM
共享目标文件 （*.o，*.a）
可执行映象 （*.elf，*.coff）
链接映射文件 （*.map） 设备程序员
源
阶 段
代 码 编
辑
源文ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 编译 阶段
与 重链 定接 位
调试与 下载 阶段
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嵌入式ARM系统原理与实例开发
嵌入式软件开发的可移植性和可重用性
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嵌入式ARM系统原理与实例开发
嵌入式应用软件开发的基本流程
头文件 （*.h，*.hpp）
源文件列表
C/C++源代码
汇编源代码
编译预处理
编译器
汇编器
头文件 （*.h，*.hpp）
源文件列表
Archive工具
库文件 （*.a，*.lib）
可重定位 目标文件
链接器和定位器
链接器 命令文件
重定位文件表 （*.o，*.a） 目标开发系统
嵌入式应用软件开发的基本流程
• 基于交叉开发环境的嵌人式应用软件开发主要分如下几个步骤： 开发环境的建立、源代码编辑阶段、交叉编译和链接、重定位 和下载、联机调试几个基本阶段。 – 开发环境建立 – 源文件编辑阶段 – 编译 – 链接 – 下载 – 调试
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北京大学出版社出版 杨宗德编著
• 由于嵌入式系统是一个专用的系统，所以嵌入式产品的设计过 程中，软件设计和硬件设计是紧密结合、相互协调的。这就产 生了一种全新的发展中的设计理论软硬件协同设计
• 这种方法的特点是在设计时，从系统功能的实现考虑，把实现 时的软硬件同时考虑进去，硬件设计包括芯片级“功能定制” 设计。既可以最大限度的利用有效资源、缩短开发周期，又能 取得更好的设计效果。
• 在确保软件的正确性、实时性的前提下，必须关注软件的可移 植性和可重用性。
• 嵌入式软件与通用软件的不同在于嵌入式应用软件高度依赖于 目标应用的软硬件环境，软件的部分任务功能函数由和处理器 密切相关的汇编语言完成，可移植性差。
• 一个运行良好的嵌入式软件或其中的部分子程序可能在今后的 开发中被应用于类似的应用领域。原有的代码已被反复应用和 维护，具有更好的稳定性。在原有的代码上进行移植将会减少 开发的周期、提高开发效率、节约开发成本
嵌入式ARM系统原理与实例开发
嵌入式软件开发的特点和技术挑战
• 嵌入式软件开发需要软硬件开发环境和工具 • 嵌入式软硬件必须协同设计 • 需要新的任务设计方法 • 开发过程完成后，系统应用程序代码需要固化到系统中并进行
功能、性能和可靠性测试 • 技术挑战：软件的要求更高，开发工作量和难度更大，需要较
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北京大学出版社出版 杨宗德编著
9
嵌入式软件开发环境
嵌入式ARM系统原理与实例开发
• 3)评估电路板
• 一般用来作为开发者使用的开发平台、学习板、实验板，它们 可以作为应用目标板出来之前的软件测试、硬件调试的电路板
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嵌入式ARM系统原理与实例开发
SDRAM POWER
ARM 处 理 器
GPIO RTC
USB
RS232
RJ45
Key
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北京大学出版社出版 杨宗德编著
3
嵌入式软件系统基本模型
嵌入式ARM系统原理与实例开发
应用程序层（Application） FS文件系统 图形界面GUI 系统管理接口
实时操作系统内核系统（RTOS）
大的知识集合
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嵌入式软件开发环境
嵌入式ARM系统原理与实例开发
• 1）交叉开发环境
• 交叉开发软件一般为一个整合编辑、编译、汇编、链接、调试、 工程管理及函数库等功能模块的集成开发环境IDE （Intergrated Development Environment）。
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软硬件协同设计
嵌入式ARM系统原理与实例开发
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17
嵌入式ARM系统原理与实例开发
嵌入式开发的基本流程
2020/2/29
北京大学出版社出版 杨宗德编著
13
嵌入式ARM系统原理与实例开发
嵌入式软件开发的可移植性和可重用性
• 采用下面的方法可以提高应用软件的可移植性和可重用性。
– 多用高级语言少用或者不用汇编语言 – 将不可移植部分局域化 – 提高代码的可重用性（标准化接口）
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14
嵌入式开发的考虑要素
• 复杂计算与资源紧缺 • 用户界面的选择 • 实时性 • 多任务多速率 • 制造成本 • 功耗 • 成品的体积
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软硬件协同设计
嵌入式ARM系统原理与实例开发
• 嵌入式系统设计是使用一组物理硬件和软件来完成所需功能的 过程。系统是指任何由硬件、软件或者两者的结合来构成的功 能设备。