嵌入式操作系统原理.ppt
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嵌入式系统的原理及应用.ppt
17
VIVI 第2阶段介绍
第5步：mtd_dev_init()
mtd_dev_init()用来扫描所使用的NAND Flash的型号，构造 MTD设备，即构造一个mtd_info的数据结构。对于本开发板，它 直接调用mtd_init()，mtd_init又调用smc_init()，此函数在 drivers/mtd/maps/s3c2410_flash.c中。
嵌入式系统的原理及应用
3.3 嵌入式Linux系统的开发
编写BootLoader； 裁减嵌入式Linux内核； 裁减嵌入式Linux文件系统； 烧写BootLoader到目标板； 烧写嵌入式Linux内核和文件系统到目标板。
2
3.3.1 编写BootLoader
一个嵌入式Linux系统从软件角度看可以分为四个层次：
怎样编写BootLoader程序?
初学者最好采用拿来主义，在别人的BootLoader源代码基础上 进行修改、编译、调试。
19
18
VIVI 第2阶段介绍
第7步：misc()和init_builtin_cmds()
这两个函数都是简单地调用add_command函数，给一些命令 增加相应的处理函数。在vivi启动后，可以进去操作界面，这些命 令，就是供用户使用的。
第8步：boot_or_vivi()
此函数根据情况，或者启动“vivi_shell”，进入与用户进行交 互的界面，或者直接启动linux内核。
9
head.S通常完成如下几件事情：
(5) 检查是否从掉电模式唤醒，若是，则调用WakeupStart函数进 行处理——这是一段没用上的代码，vivi不可能进入掉电模式； (6) 点亮所有LED (7) 初始化UART0：
VIVI 第2阶段介绍
第5步：mtd_dev_init()
mtd_dev_init()用来扫描所使用的NAND Flash的型号，构造 MTD设备，即构造一个mtd_info的数据结构。对于本开发板，它 直接调用mtd_init()，mtd_init又调用smc_init()，此函数在 drivers/mtd/maps/s3c2410_flash.c中。
嵌入式系统的原理及应用
3.3 嵌入式Linux系统的开发
编写BootLoader； 裁减嵌入式Linux内核； 裁减嵌入式Linux文件系统； 烧写BootLoader到目标板； 烧写嵌入式Linux内核和文件系统到目标板。
2
3.3.1 编写BootLoader
一个嵌入式Linux系统从软件角度看可以分为四个层次：
怎样编写BootLoader程序?
初学者最好采用拿来主义，在别人的BootLoader源代码基础上 进行修改、编译、调试。
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VIVI 第2阶段介绍
第7步：misc()和init_builtin_cmds()
这两个函数都是简单地调用add_command函数，给一些命令 增加相应的处理函数。在vivi启动后，可以进去操作界面，这些命 令，就是供用户使用的。
第8步：boot_or_vivi()
此函数根据情况，或者启动“vivi_shell”，进入与用户进行交 互的界面，或者直接启动linux内核。
9
head.S通常完成如下几件事情：
(5) 检查是否从掉电模式唤醒，若是，则调用WakeupStart函数进 行处理——这是一段没用上的代码，vivi不可能进入掉电模式； (6) 点亮所有LED (7) 初始化UART0：
嵌入式系统PPT优秀课件
四层，各有其特点。下图显示了嵌入式系统的软件体系。
设备驱动层是嵌入式系统中必不可少的重要部分；使 用任何外部设备都需要有相应的驱动程序的支持，它 为上层软件提供了设备的操作接口。上层软件不用理 会设备的具体内部操作，只须调用驱动层程序提供的 接口即可。驱动层一般包括：
硬件抽象层(HAL)
板级支持包(BSP)
相关统计表明，2012 年我国电子制造规模达 5.45 万 亿元，位居世界第二；电视、程控交换机、笔记本电 脑、显示器和智能手机等主要电子信息产品的产量居 全球首位。
我国嵌入式系统的应用主要分布在电信、医疗、汽车、 安全和消费类等行业。来自 2010-2011 年度的行业调 查数据显示，目前嵌入式产品应用最多的三大领域：
硬件层，是整个嵌入式系统的根本，如果现在单片机 及接口这块很熟悉，并且能用C和汇编语言来编程的 话，从嵌入式系统的硬件层走起来相对容易，硬件层
也是驱动层的基础，一个优秀的驱动工程师是要能够 看懂硬件的电路图和自行完成CPLD的逻辑设计的， 同时还要对操作系统内核及其调度性相当的熟悉的。
嵌入式系统的软件体系是面向嵌入式系统特定的硬件体系和用 户要求而设计的，是嵌入式系统的重要组成部分，是实现嵌入 式系统功能的关键。嵌入式系统软件系统和通用计算机软件体 系类似，分成驱动层、操作系统层、中间件层和应用软件层等
中间件是用于帮助和支持应用软件开发的软件，通常 包括数据库、网络协议、图形支持及相应开发工具等。 例如，MySQL、TCP/IP、GUI等都属于这一类软件。
MySQL[1] 是一个关系型数据库管理系统， 是一个数 据库
TPC/IP 是通信协议 GUI： （Graphical User Interface）图形用户界面
三大领域所占比例之和接近60%
设备驱动层是嵌入式系统中必不可少的重要部分；使 用任何外部设备都需要有相应的驱动程序的支持，它 为上层软件提供了设备的操作接口。上层软件不用理 会设备的具体内部操作，只须调用驱动层程序提供的 接口即可。驱动层一般包括：
硬件抽象层(HAL)
板级支持包(BSP)
相关统计表明，2012 年我国电子制造规模达 5.45 万 亿元，位居世界第二；电视、程控交换机、笔记本电 脑、显示器和智能手机等主要电子信息产品的产量居 全球首位。
我国嵌入式系统的应用主要分布在电信、医疗、汽车、 安全和消费类等行业。来自 2010-2011 年度的行业调 查数据显示，目前嵌入式产品应用最多的三大领域：
硬件层，是整个嵌入式系统的根本，如果现在单片机 及接口这块很熟悉，并且能用C和汇编语言来编程的 话，从嵌入式系统的硬件层走起来相对容易，硬件层
也是驱动层的基础，一个优秀的驱动工程师是要能够 看懂硬件的电路图和自行完成CPLD的逻辑设计的， 同时还要对操作系统内核及其调度性相当的熟悉的。
嵌入式系统的软件体系是面向嵌入式系统特定的硬件体系和用 户要求而设计的，是嵌入式系统的重要组成部分，是实现嵌入 式系统功能的关键。嵌入式系统软件系统和通用计算机软件体 系类似，分成驱动层、操作系统层、中间件层和应用软件层等
中间件是用于帮助和支持应用软件开发的软件，通常 包括数据库、网络协议、图形支持及相应开发工具等。 例如，MySQL、TCP/IP、GUI等都属于这一类软件。
MySQL[1] 是一个关系型数据库管理系统， 是一个数 据库
TPC/IP 是通信协议 GUI： （Graphical User Interface）图形用户界面
三大领域所占比例之和接近60%
【第4章】嵌入式操作系统原理精品PPT课件
实际调度模型
先来先服务 FCFS 最短任务优先调度 基于优先级的非抢占式调度
18
非抢占式调度
低优先级任务
(1)
(2)
(4)
高优先级任务
t0
ISR
t1
(3)
t2
等待态 运行态
时间
(5)
(6) 低优先级任务释 放CPU使用权
t3 t4
(7)
就绪态 被中断态
19
非抢占式调度
低优先级任务
(1)
(2)
(4)
suspended -> pended
taskResume() [shell] tr
suspended -> delayed
taskResume() [shell] tr
4.2.2 任务调度和管理
操作系统内核负责为对任务进行调度和管理；
为每个任务分配CPU时间； 负责任务切换工作； 按照一定的策略，在就绪态任务列表中选择一个任 务执行； 负责任务间的同步和通信。
43
优先级反转的解决方法
Thigh
t0
t1
t2 t3 时间 t4
t5 运行态
Tmedium
就绪态
Tlow
等待态
空闲
T3拥有
T1拥有
空闲
t0: Tlow获得资源 t1: Thigh抢占Tlow，Tlow进入就绪态 t2: Thigh试图获得资源锁，Thigh进入等 待态，Tlow优先级升高，Tlow运行
(5)
高优先级任务
t0
ISR
t1
(3)
t2
中断服务程序 使高优先级任
务就绪
时间
(6)
低优先级任务释 放CPU使用权
先来先服务 FCFS 最短任务优先调度 基于优先级的非抢占式调度
18
非抢占式调度
低优先级任务
(1)
(2)
(4)
高优先级任务
t0
ISR
t1
(3)
t2
等待态 运行态
时间
(5)
(6) 低优先级任务释 放CPU使用权
t3 t4
(7)
就绪态 被中断态
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非抢占式调度
低优先级任务
(1)
(2)
(4)
suspended -> pended
taskResume() [shell] tr
suspended -> delayed
taskResume() [shell] tr
4.2.2 任务调度和管理
操作系统内核负责为对任务进行调度和管理；
为每个任务分配CPU时间； 负责任务切换工作； 按照一定的策略，在就绪态任务列表中选择一个任 务执行； 负责任务间的同步和通信。
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优先级反转的解决方法
Thigh
t0
t1
t2 t3 时间 t4
t5 运行态
Tmedium
就绪态
Tlow
等待态
空闲
T3拥有
T1拥有
空闲
t0: Tlow获得资源 t1: Thigh抢占Tlow，Tlow进入就绪态 t2: Thigh试图获得资源锁，Thigh进入等 待态，Tlow优先级升高，Tlow运行
(5)
高优先级任务
t0
ISR
t1
(3)
t2
中断服务程序 使高优先级任
务就绪
时间
(6)
低优先级任务释 放CPU使用权
嵌入式操作系统ppt课件
可编辑ppt
5
ARM－Advanced RISC Machines
ARM（Advanced RISC Machines），既可以认 为是一个公司的名字，也可以认为是对一类微 处理器的通称，还可以认为是一种技术的名字。
ARM公司是专门从事基于RISC技术芯片设计开
发的公司，作为知识产权供应商，本身不直接
2、支持Thumb（16位）/ARM（32位）双指令 集，能很好的兼容8位/16位器件；
3、大量使用寄存器，指令执行速度更快；
4、大多数数据操作都在寄存器中完成；
5、寻址方式灵活简单，执行效率高；
6、指令长度固定；
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7
ARM微处理器系列
ARM微处理器目前包括下面几个系列，以及其它 厂商基于ARM体系结构的处理器，除了具有ARM 体系结构的共同特点以外，每一个系列的ARM微 处理器都有各自的特点和应用领域。
M取至Multiplier，表示具备32bit硬件乘法器。
I取至ICE，表示支持Embedded-ICE接口，可 进行在线仿真。
可编辑ppt
10
ARM微处理器的寄存器结构
ARM处理器共有37个寄存器，被分为若 干个组（BANK），这些寄存器包括：
－ 31个通用寄存器，包括程序计数器 （PC指针），均为32位的寄存器。
－ 6个状态寄存器，用以标识CPU的工作 状态及程序的运行状态，均为32位，目 前只使用了其中的一部分。
可编辑ppt
11
ARM微处理器的工作状态
从编程的角度看，ARM微处理器的工作状态一 般有两种，并可在两种状态之间切换：
第一种为ARM状态，此时处理器执行32位的字 对齐的ARM指令；
第二种为Thumb状态，此时处理器执行16位的、 半字对齐的Thumb指令。
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。
嵌入式系统PPT课件
节能策略65面向pc笔记本电脑服务器通信设备的刀片服务器根据嵌入式系统模型定制节能技术非常缺乏甚至在某些方面是空白66cpu功能管理策略67固化为通用电源管理ic68预测什么时候设备的未来使用状况或者使用率通用性强但是嵌入式系统定制性强效果不佳69测试出每条指令的能耗估计测试程序运行完的总能耗测试出每个函数的能耗然后利用这些函数作为标准去估计其他函数运行的能cpu电压和频率调节会给实时性能带来了严峻挑战重新锁定锁相环路和其它动态时钟机制需要时间造成了很长的等待时间有时是毫秒级别锁定期间cpu既不能执行计算操作又不能响应外部事件中断通过动态的调节cpu的内核频率与内核电压以及动态的关闭系统的某些设备和调整某些设备的状态71通过软件来动态的预测和控制某些部件的开关72低功耗压缩算法73基于ice进行函数执行代码统计个人观点供参考欢迎讨论
– 设计过程应该是逐步细化和逐步完善的过程
• 面向对象的方法 以类及交互模式为中心
27
系统软件结构的设计
• 结构化方法(SA/SD) • 面向对象的方法(OOA/OOD)
– UML建模
28
结构设计的验证
• 结构设计的正确性非常关键 – 详细设计和实现的基础，对开发周期、成本有很大影响
• 验证所关心的问题 – 结构设计是否满足功能、性能要求 – 能否实现
• 软硬件协同设计 • 功耗的优化设计 • 嵌入式操作系统 • 开发环境 • 成本和开发周期 • 代码优化 • 高效的输入和输出 • 测试环境
7
嵌入式系统软件技术面临的几大问题
• 嵌入式软件全生命周期开发工具链 • 硬件与软件的Co-Design: Verilog + C = ? • 驱动程序的设计和生成技术（嵌入式软件开发中
– EDA设计工具
– 设计过程应该是逐步细化和逐步完善的过程
• 面向对象的方法 以类及交互模式为中心
27
系统软件结构的设计
• 结构化方法(SA/SD) • 面向对象的方法(OOA/OOD)
– UML建模
28
结构设计的验证
• 结构设计的正确性非常关键 – 详细设计和实现的基础，对开发周期、成本有很大影响
• 验证所关心的问题 – 结构设计是否满足功能、性能要求 – 能否实现
• 软硬件协同设计 • 功耗的优化设计 • 嵌入式操作系统 • 开发环境 • 成本和开发周期 • 代码优化 • 高效的输入和输出 • 测试环境
7
嵌入式系统软件技术面临的几大问题
• 嵌入式软件全生命周期开发工具链 • 硬件与软件的Co-Design: Verilog + C = ? • 驱动程序的设计和生成技术（嵌入式软件开发中
– EDA设计工具
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
嵌入式操作系统基础ppt
1. 无操作系统的嵌入算法阶段
♫ 以单芯片为核心的可编程控制器形式，同时具
♫
有与监测、伺服、指示设备相配合的功能。 ♫ 主要用于一些专业性极强的工业控制系统中， 一般没有操作系统的支持，通过汇编语言编程 对系统进行直接控制，运行结束后清除内存。 这一阶段系统的主要特点： ♫ 系统结构和功能都相对单一 ♫ 处理效率较低，存储容量较小 ♫ 几乎没有用户接口
嵌入式操作系统发展的四个阶段
3. 通用的嵌入式实时操作系统阶段，是以嵌入式操作系
统为核心的嵌入式系统 这一阶段系统的主要特点： 嵌入式操作系统能运行于各种不同类型的微处理器 上，兼容性好； 操作系统内核精小、效率高，并且具有高度的模块 化和扩展性； 具备文件和目录管理、设备支持、多任务、网络支 持、图形窗口以及用户界面等功能； 具有大量的应用程序接口 (API) ，开发应用程序简 单； 嵌入式应用软件丰富。
统 ♫ 结构紧凑、功能强大 ♫ 高可用(High Available)、高可靠(High Reliable )、支持 多处理器和分布式计算 ♫ 可动态加载和升级软件 ♫ 与开发工具有机的结合起来
使用嵌入式操作系统的必要性
♫ 嵌人式实时操作系统提高了系统的可靠性。
系统不崩溃，有自愈能力
♫ 提高了开发效率，缩短了开发周期。
任务分解为多个模块。每个模块的调试、修改几
乎不影响其他模块，支持多任务调试环境。 ♫ 嵌入式实时操作系统充分发挥了32位CPU的多任务 潜力。 32位CPU是为运行多用户、多任务操作系统而设 计的，特别适于运行多任务实时系统。32位CPU 采用利于提高系统可靠性和稳定性的设计，使其 更容易做到不崩溃。
Windows CE
♫ 微软公司嵌入式、移动计算平台的基础，是一个开放的、
♫ 以单芯片为核心的可编程控制器形式，同时具
♫
有与监测、伺服、指示设备相配合的功能。 ♫ 主要用于一些专业性极强的工业控制系统中， 一般没有操作系统的支持，通过汇编语言编程 对系统进行直接控制，运行结束后清除内存。 这一阶段系统的主要特点： ♫ 系统结构和功能都相对单一 ♫ 处理效率较低，存储容量较小 ♫ 几乎没有用户接口
嵌入式操作系统发展的四个阶段
3. 通用的嵌入式实时操作系统阶段，是以嵌入式操作系
统为核心的嵌入式系统 这一阶段系统的主要特点： 嵌入式操作系统能运行于各种不同类型的微处理器 上，兼容性好； 操作系统内核精小、效率高，并且具有高度的模块 化和扩展性； 具备文件和目录管理、设备支持、多任务、网络支 持、图形窗口以及用户界面等功能； 具有大量的应用程序接口 (API) ，开发应用程序简 单； 嵌入式应用软件丰富。
统 ♫ 结构紧凑、功能强大 ♫ 高可用(High Available)、高可靠(High Reliable )、支持 多处理器和分布式计算 ♫ 可动态加载和升级软件 ♫ 与开发工具有机的结合起来
使用嵌入式操作系统的必要性
♫ 嵌人式实时操作系统提高了系统的可靠性。
系统不崩溃，有自愈能力
♫ 提高了开发效率，缩短了开发周期。
任务分解为多个模块。每个模块的调试、修改几
乎不影响其他模块，支持多任务调试环境。 ♫ 嵌入式实时操作系统充分发挥了32位CPU的多任务 潜力。 32位CPU是为运行多用户、多任务操作系统而设 计的，特别适于运行多任务实时系统。32位CPU 采用利于提高系统可靠性和稳定性的设计，使其 更容易做到不崩溃。
Windows CE
♫ 微软公司嵌入式、移动计算平台的基础，是一个开放的、
相关主题
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程序映像
存放在磁盘上的可执行文件的代码和数据的集合称为可执行映 象(Executable Image)，即程序
当一个程序（可执行映象）装入系统中运行时，它就形成了一 个进程
进程映像
进程是由正文段(text)、用户数据段(user segment)和系统数据 段(system segment)组成的一个动态实体。
Linux进程调度方法
Linux进程调度采用动态优先级法，调度 对象是可运行队列，
可运行队列中优先级大的进程首先得到 CPU投入运行。
进程在运行中，counter的代表进程的动 态优先级。
Linux采取了加权的方法来保证实时进程 优先于普通进程。
进程调度时机
时机1．进程状态发生变化时。
Linux调度分析
Linux进程的状态变化
进程状态
运行态：进程正在使用CPU运行的状态。处于运行态的进程又称为 当前进程（current process）
可运行态：进程已分配到除CPU外所需要的其它资源，等待系统把 CPU分配给它之后即可投入运行
等待态：又称睡眠态，它是进程正在等待某个事件或某个资源时所 处的状态。 等待态进一步分为可中断的等待态和不可中断的等待 态。处于可中断等待态的进程可以由信号(signal)解除其等待态。 处于不可中断等待态的进程，一般是直接或间接等待硬件条件。 它只能用特定的方式来解除，例如使用唤醒函数wake_up()等
嵌入式操作系统原理
嵌入式LINUX操作系统开发
体系结构概览 进程与调度管理 内存管理 文件系统 系统调用
体系结构概览
体系结构概览
内核的功能
进程控制(process management) 内存管理(Memory management) 文件系统管理(Filesystem management) 设备驱动程序(Device control) 网络(Networking)
暂停态：进程需要接受某种特殊处理而暂时停止运行所处的状态。 通常进程在接受到外部进程的某个信号进入暂停态，例如，正在接 受调试的进程就处于这种状态。
僵死态：进程的运行已经结束，但它的任务结构体仍在系统中。
核心态和用户态
Linux的进程处理机上运行时，处理机提供了两种不同 的的执行状态，核心态(kernel mode)和用户态(user mode)。
正文段中存放着进程要执行的指令代码，具有只读的属性， 用户数据段是进程在运行过程中处理数据的集合，它们是进程
直接进行操作的所有数据， 以及进程使用的进程堆栈。 系统数据段存放着进程的控制信息。其中包括进程控制块PCB。
进程控制块PCB
进程控制块PCB是名字为task_struct的数据结构，称为任务结构体 任务结构体中容纳了一个进程的所有信息，是系统对进程进行管理
Linux结构
Linux进程管理
Linux是一个多任务多用户操作系统 一个任务(task)就是一个进程(process) 每一个进程都具有一定的功能和权限，它
们都运行在各自独立的虚拟地址空间。 在Linux中，进程是系统资源分配的基本
单位，也是使用CPU运行的基本调度单位。
Linux进程概
MMU是内存管理单元 内存的管理单位是页(page),通常是4K或8K
虚拟地址与物理地址
物理地址可以位于RAM/FLASH/DISK 经过MMU,虚拟地址可以转化成物理地址 MMU可以在转换过程中检查权限，以保护内存不受
非法访问 如果没有MMU,进程与内核之间无法隔离和保护，系
和控制的有效手段，是系统实现进程调度的主要依据 当一个进程被创建时，系统就为该进程建立一个task_struct任务结
构体。当进程运行结束时，系统撤消该进程的任务结构体 Linux在内存空间中开辟了一个专门的区域存放所有进程的任务结
构体，在操作系统的内核空间设置了一个task数组，该数组的每一 个元素是一个指向任务结构体的指针,所以task数组又称为task向量。 进程的任务结构体是进程存在的唯一标志，调度程序维护current指 针，它指向当前正在运行的进程。
核心态又称系统态，它具有较高的特权，能执行所有的 机器指令，包括由操作系统执行的特权指令，能访问所 有的寄存器和存储区域，能直接控制所有的系统资源。 Linux在执行内核程序时是处于核心态下。
用户态是进程的普通执行状态，在用户态下进程具有较 低的特权， 只能执行规定的机器指令，不能执行特权 指令。进程在用户态下只能访问进程的存储空间。在用 户态下进程不能与系统硬件相互作用，不能访问系统资 源。
内核层次
内核在系统中的位置
用户进程 系统调用接口 内核 硬件
什么是Linux内核？
从程序员的角度 从用户的角度
系统调用
内核提供的一套C语言函数库称为系统调 用
应用程序使用系统调用完成编程任务 系统调用分类
进程管理 进程间通信(IPC) 文件系统管理 网络编程(Socket)
Linux进程调度方式
Linux系统采用抢占调度方式，又称可剥 夺调度方式。采用这种调度方式时，对于 当前运行的进程而言，当有更紧急的进程 到来时，系统将剥夺当前进程使用处理机 的权利，立即停止它在处理机上的运行， 而把处理机分配给那个更紧急的进程。
Linux采用时间片轮转法。对某个运行中 的进程，当它的时间片用完时，系统将停 止它的运行并把处理机分配给其它进程。
处于运行态下的进程要等待某种资源， 运行态下的进程在程序执行完毕后，一般通过调用
内核函数do_exit()终止运行并转入僵死态。 处于等待态的进程被唤醒后，将加入到可运行队列
中时。 进程从运行态转入暂停态时。 进程从暂停态成为可运行态时。
时机2．当前进程时间片用完时。 时机3．进程从系统调用返回到用户态时。 时机4．中断处理后，进程返回到用户态时。
存放在磁盘上的可执行文件的代码和数据的集合称为可执行映 象(Executable Image)，即程序
当一个程序（可执行映象）装入系统中运行时，它就形成了一 个进程
进程映像
进程是由正文段(text)、用户数据段(user segment)和系统数据 段(system segment)组成的一个动态实体。
Linux进程调度方法
Linux进程调度采用动态优先级法，调度 对象是可运行队列，
可运行队列中优先级大的进程首先得到 CPU投入运行。
进程在运行中，counter的代表进程的动 态优先级。
Linux采取了加权的方法来保证实时进程 优先于普通进程。
进程调度时机
时机1．进程状态发生变化时。
Linux调度分析
Linux进程的状态变化
进程状态
运行态：进程正在使用CPU运行的状态。处于运行态的进程又称为 当前进程（current process）
可运行态：进程已分配到除CPU外所需要的其它资源，等待系统把 CPU分配给它之后即可投入运行
等待态：又称睡眠态，它是进程正在等待某个事件或某个资源时所 处的状态。 等待态进一步分为可中断的等待态和不可中断的等待 态。处于可中断等待态的进程可以由信号(signal)解除其等待态。 处于不可中断等待态的进程，一般是直接或间接等待硬件条件。 它只能用特定的方式来解除，例如使用唤醒函数wake_up()等
嵌入式操作系统原理
嵌入式LINUX操作系统开发
体系结构概览 进程与调度管理 内存管理 文件系统 系统调用
体系结构概览
体系结构概览
内核的功能
进程控制(process management) 内存管理(Memory management) 文件系统管理(Filesystem management) 设备驱动程序(Device control) 网络(Networking)
暂停态：进程需要接受某种特殊处理而暂时停止运行所处的状态。 通常进程在接受到外部进程的某个信号进入暂停态，例如，正在接 受调试的进程就处于这种状态。
僵死态：进程的运行已经结束，但它的任务结构体仍在系统中。
核心态和用户态
Linux的进程处理机上运行时，处理机提供了两种不同 的的执行状态，核心态(kernel mode)和用户态(user mode)。
正文段中存放着进程要执行的指令代码，具有只读的属性， 用户数据段是进程在运行过程中处理数据的集合，它们是进程
直接进行操作的所有数据， 以及进程使用的进程堆栈。 系统数据段存放着进程的控制信息。其中包括进程控制块PCB。
进程控制块PCB
进程控制块PCB是名字为task_struct的数据结构，称为任务结构体 任务结构体中容纳了一个进程的所有信息，是系统对进程进行管理
Linux结构
Linux进程管理
Linux是一个多任务多用户操作系统 一个任务(task)就是一个进程(process) 每一个进程都具有一定的功能和权限，它
们都运行在各自独立的虚拟地址空间。 在Linux中，进程是系统资源分配的基本
单位，也是使用CPU运行的基本调度单位。
Linux进程概
MMU是内存管理单元 内存的管理单位是页(page),通常是4K或8K
虚拟地址与物理地址
物理地址可以位于RAM/FLASH/DISK 经过MMU,虚拟地址可以转化成物理地址 MMU可以在转换过程中检查权限，以保护内存不受
非法访问 如果没有MMU,进程与内核之间无法隔离和保护，系
和控制的有效手段，是系统实现进程调度的主要依据 当一个进程被创建时，系统就为该进程建立一个task_struct任务结
构体。当进程运行结束时，系统撤消该进程的任务结构体 Linux在内存空间中开辟了一个专门的区域存放所有进程的任务结
构体，在操作系统的内核空间设置了一个task数组，该数组的每一 个元素是一个指向任务结构体的指针,所以task数组又称为task向量。 进程的任务结构体是进程存在的唯一标志，调度程序维护current指 针，它指向当前正在运行的进程。
核心态又称系统态，它具有较高的特权，能执行所有的 机器指令，包括由操作系统执行的特权指令，能访问所 有的寄存器和存储区域，能直接控制所有的系统资源。 Linux在执行内核程序时是处于核心态下。
用户态是进程的普通执行状态，在用户态下进程具有较 低的特权， 只能执行规定的机器指令，不能执行特权 指令。进程在用户态下只能访问进程的存储空间。在用 户态下进程不能与系统硬件相互作用，不能访问系统资 源。
内核层次
内核在系统中的位置
用户进程 系统调用接口 内核 硬件
什么是Linux内核？
从程序员的角度 从用户的角度
系统调用
内核提供的一套C语言函数库称为系统调 用
应用程序使用系统调用完成编程任务 系统调用分类
进程管理 进程间通信(IPC) 文件系统管理 网络编程(Socket)
Linux进程调度方式
Linux系统采用抢占调度方式，又称可剥 夺调度方式。采用这种调度方式时，对于 当前运行的进程而言，当有更紧急的进程 到来时，系统将剥夺当前进程使用处理机 的权利，立即停止它在处理机上的运行， 而把处理机分配给那个更紧急的进程。
Linux采用时间片轮转法。对某个运行中 的进程，当它的时间片用完时，系统将停 止它的运行并把处理机分配给其它进程。
处于运行态下的进程要等待某种资源， 运行态下的进程在程序执行完毕后，一般通过调用
内核函数do_exit()终止运行并转入僵死态。 处于等待态的进程被唤醒后，将加入到可运行队列
中时。 进程从运行态转入暂停态时。 进程从暂停态成为可运行态时。
时机2．当前进程时间片用完时。 时机3．进程从系统调用返回到用户态时。 时机4．中断处理后，进程返回到用户态时。