EOS嵌入式操作系统第五部分EOS内核基础
C语言嵌入式操作系统裸机和RTOS
C语言嵌入式操作系统裸机和RTOS C语言嵌入式操作系统裸机与RTOS嵌入式操作系统（Embedded Operating System，简称EOS）是一种专为嵌入式设备设计的操作系统，它具有小巧、高效、实时等特点。
而裸机编程是指在嵌入式系统中，直接与硬件进行交互编程的方式，不依赖于任何操作系统。
RTOS（Real-time Operating System，实时操作系统）是一种提供实时响应的操作系统，针对嵌入式系统而设计。
本文将介绍C语言嵌入式操作系统裸机编程和RTOS编程的基础知识和技巧。
一、裸机编程入门在进行裸机编程之前，我们需要了解硬件平台的相关信息，包括处理器型号、寄存器、外设等。
然后，我们可以通过配置寄存器来初始化硬件设备，设置中断服务程序，并编写具体的功能代码。
在裸机编程中，我们需要注意时间分片、中断处理和资源管理等问题。
二、裸机编程与RTOS的区别1. 复杂性：裸机编程相对简单，因为我们可以直接访问硬件资源。
而RTOS编程需要考虑任务调度、资源互斥、消息传递等复杂的操作系统特性。
2. 实时性：RTOS可以提供更好的实时性能，可以用于要求较高实时响应的应用场景。
而裸机编程的实时性取决于程序的具体实现。
3. 可移植性：裸机编程通常与特定的硬件平台绑定，不具备通用的可移植性。
而RTOS提供了抽象层，可以将应用程序与底层硬件解耦，提高了可移植性。
三、RTOS编程基础1. 任务管理：RTOS允许将应用程序划分为多个任务，并通过任务调度器进行管理。
每个任务执行特定的功能，实现任务之间的并发执行。
2. 中断处理：RTOS提供了中断处理机制，可以对不同的中断进行响应和处理。
中断处理程序可以与任务同时运行，保证了系统的实时性。
3. 时间管理：RTOS提供了时间管理功能，可以进行时间片轮转调度、优先级调度等，确保任务按照预定的时间顺序执行。
4. 同步与互斥：RTOS提供了信号量、互斥锁等机制，用于管理共享资源的访问。
嵌入式操作系统综述
嵌入式操作系统摘要：嵌入式系统具有非常广阔的应用领域，是现代计算机技术改造传统产业、提升许多领域技术水平的有力工具。
通过对嵌入式系统概念的理解，发展历史及发展趋势了解，对比不同嵌入式操作系统的优缺点，嵌入式系统的选择标准，选择适合开发的开发平台和开发工具，并介绍了常见的开发工具及集成开发环境。
关键词：嵌入式系统；嵌入式操作系统；选择标准；开发一、嵌入式操作系统的概念嵌入式操作系统（Embedded Operating System，简称：EOS）是指用于嵌入式系统的操作系统。
嵌入式操作系统负责嵌入式系统的全部软、硬件资源的分配和调度，控制协调等活动，能够通过装卸模块进行功能配置，体现所在系统的特征。
嵌入式系统（Embedded system），是一种“完全嵌入受控器件内部，为特定应用而设计的专用计算机系统”。
嵌入式操作系统在本质上有操作系统没有多大差别，嵌入式操作系统具有操作系统的基本功能，如：进程调度（没有虚拟内存管理）、内存管理、文件管理、设备管理、中断管理、系统功能接口（API调用）、设备驱动。
嵌入式操作系统具有系统可裁剪、可配置、实时性、稳定可靠的特点。
二、嵌入式系统的发展历史及发展趋势20世纪70年代，单片机的出现到嵌入式微处理器，微控制器得到大规模应用，嵌入式系统出现。
嵌入式系统发展至今，大致分为四个阶段：单芯片阶段，嵌入式cpu阶段，嵌入式操作系统，Internet阶段。
单芯片阶段即以单芯片为核心的可编程控制系统，结构和功能相对单一，处理效率低，常用于专业性极强的工控领域。
嵌入式cpu阶段出现了简单操作系统，系统开销小，效率高，但cpu种类多，通用性差，主要用来控制系统负载和监控应用程序运行。
嵌入式系统阶段性能得到最大提升，能运行于不同类型微处理器上，兼容性好，具有操作系统的特点，开发简单，应用软件丰富。
目前嵌入式正处于Internet的阶段，大多数嵌入式还孤立于Internet之外，随着Internet的技术发展和信息家电、工业控制技术的日益结合，嵌入式与Internet的结合代表着嵌入式的未来。
《普元EOS开发入门》课件
03
eos智能合约开发
eos智能合约开发
编写智能合约: 根据EOS区块链的规则和要求，编写智 能合约。这可能涉及到编写一些关键的函数，如部署、 交易、投票等。 首先，选择一个安全的合约地址，这个地址应该是经过 充分测试和验证的。
编译和部署智能合约: 使用EOS提供的编译工具将智能 合约编译为可执行代码，然后部署到EOS区块链上。
04 根据架构设计，使用相应的编
程语言和框架进行编码实现。
测试与调试
05 对dapp进行测试和调试，确
保其功能和性能符合要求。
上线部署
06 将dapp部署到eos主网上，供
用户使用。
使用eosjs进行dapp开发
安装eosjs
创建智能合约
部署智能合约
调用智能合约
在开发环境中安装eosjs 库，以便使用其提供的 API进行dapp开发。
eos的核心技术
01
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跨链技术
阐述eos如何通过跨链技 术实现不同区块链之间的 互操作性。
共识算法
介绍eos采用的共识算法 及其特点，如DPoS等。
智能合约
解析eos支持的智能合约 语言和开发工具，以及智 能合约在eos生态中的重 要地位。
eos 用，如去中心化交易、数 字货币等。
使用eosjs提供的API编 写智能合约代码，实现
dapp的功能。
将智能合约部署到eos主 网上，供用户使用。
通过eosjs提供的API调 用已部署的智能合约，
实现dapp的功能。
使用vue.js进行dapp开发
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03
04
安装vue.js
在开发环境中安装vue.js框架 ，以便使用其进行前端开发。
EOS 实验指南
OS Lab配套资料EOS实验指南基于EOS的操作系统实验参考资料北京海西慧学科技有限公司目录第1章EOS内核编程基础 (4)一、EOS内核源代码的结构 (4)二、C数据类型 (5)三、错误处理 (6)四、原语操作 (9)五、链表的使用 (10)六、C和汇编的相互调用 (12)第2章EOS的启动过程 (16)一、BIOS程序的执行过程 (16)二、Boot程序的执行过程 (16)三、Loader程序的执行过程 (17)四、内核的初始化过程 (17)第3章对象管理 (19)一、对象类型 (19)二、对象 (19)三、对象类型和对象的关系 (21)四、对象类型的虚函数 (21)五、对象的生命周期 (22)六、对象句柄 (22)第4章进程管理 (24)一、进程的描述与控制 (24)二、线程的描述与控制 (25)三、进程的同步与通信 (28)四、线程调度 (30)第5章内存管理 (34)一、386的工作模式和内存管理方式 (34)二、EOS的内存管理方式 (37)三、进程地址空间 (37)四、物理内存的管理 (39)五、系统内存池 (40)六、系统地址空间的内存分布 (41)七、系统进程地址空间 (42)八、内存管理模块的初始化过程 (43)第6章I/O管理 (44)一、驱动程序对象与设备对象 (44)二、文件对象及其操作 (45)三、设备驱动的安装与工作原理 (48)四、文件系统驱动 (51)五、块设备的读写 (52)附录A：FAT12文件系统简介 (53)一、FAT引导扇区 (53)二、FAT表 (54)三、根目录 (54)四、数据区 (55)五、读文件 (56)六、总结 (57)第1章EOS内核编程基础本章将主要介绍在EOS内核编程中涉及到的C语言、汇编语言、数据结构等一些基础知识。
阅读本章内容对阅读并理解EOS源代码有很大帮助。
一、EOS内核源代码的结构使用OS Lab打开EOS内核项目，在项目管理器中可以看到如下图所示的源代码目录树。
EEOS
EEOS内核分析报告（线程与调度部分）——工程实践总结计73班魏小亮971290一、EEOS概况Easy Embedded OS (EEOS )嵌入式操作系统是中科院计算所组织开发的开放源码的嵌入式操作系统。
该嵌入式操作系统重点支持p-Java，要求一方面小型化，一方面能复用Linux的驱动和其他模块。
EEOS的系统功能结构如下图所示：中科院在EEOS的开发上利用CYGNUS公司的RTOS（Real Time Operating System实时操作系统）eCos作为蓝本，并利用Utah大学的可重用OS工具OS-Kit作为开发基础，在此之上建立自己的驱动程序、API、Java虚拟机和相应软件开发工具和调试器，同时把Mini GUI纳入EEOS体系，最后形成了上图EEOS构架。
（该项目持续两三年，现在仍在发展。
）EEOS的目标是重点支持机顶盒产品的网络传输和多媒体浏览功能，同时具有非常灵活的可移植性。
二、内核总览[内核特点]我们研究的RTOS内核来自eCos实时内核。
作为EEOS的底层，eCos内核具有以下特征：1、实时性。
内核从调度器内部支持线程的实时特征，实现了真正意义上的实时性。
而通过Linux裁减的RTOS一般是在内核的外部添加一层外壳（Shell）来解决实时性的问题，并不能真正意义支持的实时功能。
2、可配置性。
内核的大小和功能非常灵活。
整个内核小于50K，核心源代码（C++程序）约17000行。
但实际应用的时候，配置非常灵活，eCos支持实时性/非实时性进程，BitMap/多级队列/彩票调度三种线程调度方式，单链表/多链表两种Alarm组织方式，固定大小内存/可变大小内存……用户可以根据实际应用生成自己需要的系统。
eCos 提供了可视化的系统配置工具，可以在windows上对系统（包括内核）进行各种配置。
3、支持uItron核心服务界面标准。
uItron是专门为实时系统制定的专用标准。
适用于代码尺寸限制严格的场合。
EOS软件操作说明
EOS平台说明帮助文档EOS软件&步森信息部（2010年）引言 (1)系统特点 (1)运行环境 (2)系统组成 (2)进入系统 (3)单据定义目录 (4)定义单据 (5)单据生成 (9)单据录入定义 (13)单据控制 (16)单据事务定义 (19)单据打印设计 (22)查询 (31)视图定义 (31)查询定义 (33)查询的高级使用 (39)统计定义 (41)功能定义 (43)菜单定义 (45)权限定义 (47)定义角色 (47)定义用户 (49)分配权限 (50)系统设置 (53)导入认证 (53)服务器连接 (53)登录条件定义 (54)会计期间管理 (55)日志维护 (56)数据迁移定义 (56)数据删除定义 (58)收发存定义 (60)条码打印机的使用 (62)函数 (63)AUTOERP平台系统是分析并综合了国内外各类管理软件的特点，所研制开发的一种功能强大的企业资源计划系统生成与运行软件。
它的最大特色就是工程实施人员不用去学习和使用计算机的程序原代码就可以生成软件系统，并且用户在学会使用平台的情况下可以按自己意愿进行组合、增减或修改，不再被软件牵着走，而达到缩短软件开发时间，使用户与软件携手共进的境界。
它可以方便地重组或新增各类新功能，所有的单据本报表的项目、使用界面和打印格式均可灵活定义。
因为内置先进的管理插件和系统插件，因此可以提供先进、安全、灵活的企业资源计划系统。
系统特点▲节省开发时间，进入应用快。
信息系统主要涉及信息的存在、来源和去向， AUTOERP平台系统将这三者的定义方法交给用户，用户只需按需求定义完成，即可自动产生一套信息系统，而无需编写一行计算机程序。
平台将信息的存在分为三大类：单据、账本、报表。
单据是信息的来源，账本是信息归纳存在形式，并将三种形式的勾稽关系描述于平台，平台将自动制作出ERP模块。
在平台上开发系统的人员只需分析信息的业务，而无需考虑数据库的存在方法，平台自动根据信息的定义产生和修改数据库。
《嵌入式》课后习题答案
第一章1. 简述嵌入式的定义以应用为中心、以计算机技术为基础，软件硬件可裁剪，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。
2. 举例说明嵌入式系统的“嵌入性” 、“专用性” 、“计算机系统”的基本特征。
按照嵌入式系统的定义，嵌入式系统有3个基本特点，即“ 嵌入性”、“ 专用性”与“ 计算机”。
“嵌入性”由早期微型机时代的嵌入式计算机应用而来，专指计算机嵌入到对象体系中，实现对象体系的智能控制。
当嵌入式系统变成一个独立应用产品时，可将嵌入性理解为内部嵌有微处理器或计算机。
“计算机”是对象系统智能化控制的根本保证。
随着单片机向MCU SoC发展，片内计算机外围电路、接口电路、控制单元日益增多，“专用计算机系统”演变成为“内含微处理器”的现代电子系统。
与传统的电子系统相比较，现代电子系统由于内含微处理器，能实现对象系统的计算机智能化控制能力。
“专用性”是指在满足对象控制要求及环境要求下的软硬件裁剪性。
嵌入式系统的软、硬件配置必须依据嵌入对象的要求，设计成专用的嵌入式应用系统。
3. 简述嵌入式系统发展各阶段的特点。
（1）无操作系统阶段：使用简便、价格低廉；（2）简单操作系统阶段：初步具有了一定的兼容性和扩展性，内核精巧且效率高，大大缩短了开发周期，提高了开发效率。
（3）实时操作系统阶段：系统能够运行在各种不同类型的微处理器上，具备了文件和目录管理、设备管理、多任务、网络、图形用户界面Graphic User Interface ，GUI ）等功能，并提供了大量的应用程序接口Application Programming Interface ，API ），从而使应用软件的开发变得更加简单。
（4）面向Internet 阶段：进入21 世纪，Internet 技术与信息家电、工业控制技术等的结合日益紧密，嵌入式技术与Internet 技术的结合正在推动着嵌入式系统的飞速发展4. 简述嵌入式系统的发展趋势。
4-1-嵌入式操作系统概述
嵌入式Linux概览 使用嵌入式Linux的开发过程 嵌入式Linux与Windows CE
各种设备中:
NASA 个人助理
从系统设计
Linux 操 作系统选 择 操作系统的移植 与改进
Rehat,bluecat,RT Linux,Monta Vista Linux,RTAI,… http://www.gn … Tekram,HP,Intel, …
缺少某些OS特性 保证时限要求是设计者自己的任务(系统的灵活性带 来的弊端) 不支持很多应用和APIs(只支持部分POSIX标准的函 数集) 尽管采用了平板式内存管理，但是由于内存的动态 分配，仍然存在内存段，这样仍然存在时间上的不 可预测性
应用领域主要局限在对实时性要求较严格的硬实时 系统中 带给用户最大的控制权的同时，用户对系统的实时 性调度责任也更大
EOS的发展大致可分四个阶段： 4. 以基于Internet为标志的嵌入式系统。 这是一个正在迅速发展的阶段。 目前大多数嵌入式系统还孤立于Internet 之外，但随着Internet的发展及Internet 技术与信息家电、工控技术等结合日益密 切，嵌入式设备与Internet的结合将代表 着嵌入式技术的真正未来。
OS是对计算机资源进行管理的程序集合， 提供人机接口，其结构直接影响系统性能。 OS的结构通常分为4种：
1. 2. 3. 4. 单体结构、 分层结构、 虚拟机系统、 客户/服务器（C/S）系统
实际上是一个无结构的系统，OS是一组过 程的集合，每一个过程都可以任意调用其 它过程。 系统中的每一个过程实现的功能不同，需 要不同的I/O参数，有定义好的接口。 应用：早期，用户自行设计的监控程序
EOS应用的架构及运行机制
EOS应用的架构及运行机制EOS是一种基于区块链技术的平台，旨在提供高性能和可扩展性的分布式应用程序（DApp）。
它的架构和运行机制是为了实现这些目标而设计的。
EOS的架构主要包含以下几个组成部分：1.操作系统：EOS作为一个区块链操作系统，运行在分布式的计算机网络上。
它提供了一种公共计算机资源的抽象层，使开发者能够构建和部署分布式应用程序。
2. 区块链架构：EOS采用了一种称为“区块链和共识”的架构，以实现高性能和可扩展性。
它使用了一种名为“异步 Byzantine Fault Tolerant”的共识算法，可以实现每秒处理数万次的交易。
3. 智能合约：EOS通过智能合约机制来实现应用程序的逻辑。
它使用了一种名为WebAssembly（WASM）的虚拟机来执行智能合约。
开发者可以使用兼容C、C++、Rust等语言编写智能合约，在虚拟机上执行。
4.账户系统：EOS提供了一个去中心化的账户系统，用于管理用户的资产和身份。
每个用户都拥有一个唯一的EOS账户，可以通过私钥进行身份验证和交易签名。
5.分布式存储：EOS使用一种称为“RAM市场”的机制来存储应用程序的状态数据。
开发者需要购买和管理RAM来存储应用程序的状态。
这种机制可以确保应用程序的状态数据可以快速读取和写入。
EOS的运行机制如下：1. 节点选举：EOS是一个完全去中心化的平台，没有中央机构管理节点。
相反，节点是由持有EOS代币（EOS token）的持有人选举产生的。
持有EOS代币的人可以通过投票选出他们认为可信任的节点来维护整个网络。
2.区块生成：节点会竞争生成区块的权力，并且获得相应的奖励。
EOS每隔一段时间生成一个新的区块，每个区块都包含了一系列的交易。
节点通过执行智能合约和验证交易的有效性来生成新的区块。
3.区块验证：当一个新的区块被生成后，其他节点将验证该区块的有效性。
他们会检查区块中的交易是否有效，并验证节点的行为是否合规。
EOS基础开发培训
学习实践经验
通过参与实际项目，积累EOS开发的 实践经验，提高解决问题的能力。
关注EOS社区动态
积极参与EOS社区的讨论和活动，了 解最新的技术动态和趋势。
持续学习与提升
区块链技术发展迅速，EOS开发者需 要保持持续学习的态度，不断提升自 己的技能和知识水平。
THANKS
感谢观看
06
总结与展望
eos基础开发的未来发展方向
区块链技术的进一步普及
跨链技术的发展
随着人们对区块链技术的认知加深，EOS基 础开发将在更多领域得到应用，如金融、 物流、医疗等。
为了实现不同区块链之间的互联互通，EOS 基础开发将不断探索跨链技术，以实现更 广泛的应用场景。
智能合约的广泛应用
安全性与隐私保护
安装Docker
安装git
使用Docker可以快速搭建EOS开发环 境，包括EOS镜像、EOSIO工具链等。
git是版本控制工具，用于管理EOS代 码。
安装Node.js
Node.js是EOS开发中常用的 JavaScript运行环境，需要安装最新 版本。
eos工具链介绍
cleos
keosd
nodeos
分布式操作系统
EOS不仅是一个去中心化的网络， 更是一个分布式操作系统，为各种 去中心化应用（DApps）提供后 端支持。
智能合约平台
EOS提供了智能合约开发框架和工 具，允许开发者创建复杂的DApps， 并具有高度的可扩展性和灵活性。
eos的诞生和发展
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创始人愿景
EOS由Block.one公司创 始人Daniel Larimer提出， 旨在构建一个高性能、可 扩展、易用的区块链平台。
嵌入式操作系统设计与实现
嵌入式操作系统设计与实现嵌入式操作系统（Embedded Operating System，简称EOS）是指被嵌入到特定的硬件平台上运行的操作系统，它通常具备较小的内存占用和较快的响应速度，同时还能满足特定的实时性要求。
嵌入式操作系统的应用范围较广，例如：智能家居、智能穿戴、智能交通、智能医疗、智能机器人等领域。
那么，如何设计和实现一款优秀的嵌入式操作系统呢？一、硬件平台选择嵌入式操作系统需要根据不同的硬件平台进行设计和实现，硬件平台的性能往往影响着嵌入式操作系统的运行效果、响应速度和稳定性。
因此，在设计嵌入式操作系统时，需要先选择适合的硬件平台，通常可以考虑嵌入式ARM、MIPS、PowerPC等处理器。
二、嵌入式操作系统设计在嵌入式操作系统设计时需要考虑操作系统的核心功能，以及支持的设备、外部接口和通讯协议等。
嵌入式操作系统设计的主要内容如下：（1）任务管理器任务管理器是嵌入式操作系统的核心之一，它负责进程的调度和管理。
通过任务管理器可以实现多任务并发执行、协作式任务切换等功能。
（2）内存管理器内存管理器负责管理嵌入式操作系统的内存资源，包括内存的分配、回收、保护和共享等。
合理的内存管理能够提高嵌入式操作系统的稳定性和效率。
（3）文件系统管理器文件系统管理器负责管理嵌入式操作系统中的文件系统，包括文件的读写、目录的创建和删除等。
嵌入式操作系统常用的文件系统有FAT、NTFS、EXT等。
（4）设备驱动程序设备驱动程序是嵌入式操作系统与硬件之间的桥梁，负责对硬件进行读、写、控制等操作。
嵌入式操作系统所支持的设备包括串口、并口、网络接口、存储器等。
（5）网络协议栈网络协议栈是嵌入式操作系统与外部网络进行通讯的关键，它通常包括传输层、网络层、数据链路层等。
常见的网络协议栈有TCP/IP、HTTP、SMTP、FTP等。
三、嵌入式操作系统实现在嵌入式操作系统实现时需要采用合适的编程语言和开发工具，以及进行详细的测试和优化。
eos芯片
eos芯片EOS芯片是一种可程序控制的芯片，能在计算机系统中进行高效的处理和存储。
它的名字来源于企鹅操作系统（EOS），该操作系统是一种开源操作系统，旨在为嵌入式系统提供高性能和高可用性。
EOS芯片有着以下几个主要特点：1. 高性能：EOS芯片采用了先进的制造工艺和架构设计，使其能够在相对较低的功耗下提供出色的性能。
它的处理器核心采用了高性能的ARM架构，并配备了大容量的高速缓存和高带宽的内存接口，从而能够处理复杂的计算任务。
2. 低功耗：EOS芯片采用了先进的功耗管理技术，包括电压调整、频率调整和电源管理等，使其在保持高性能的同时能够保持较低的功耗水平。
这使得EOS芯片非常适用于移动设备和嵌入式系统，能够延长电池寿命并降低系统发热。
3. 高可靠性：EOS芯片具有强大的错误检测和纠正机制，以及多重备份和故障恢复功能，能够保证系统的高可靠性和稳定性。
它还支持热插拔和热升级等特性，使系统能够在运行过程中无缝地进行升级和维护。
4. 大规模并行处理：EOS芯片拥有多个处理核心，能够同时执行多个线程或任务。
这使得它非常适用于大规模并行处理的应用场景，如人工智能、图像处理和数据分析等。
EOS芯片还支持分布式计算和协同处理等特性，能够更好地利用多个芯片之间的协同效应。
5. 安全性：EOS芯片具有严格的安全控制机制，包括硬件加密和数字签名等，能够确保系统的数据和指令的安全性。
它还支持可信计算和安全启动等功能，能够防止恶意软件和非法访问。
总而言之，EOS芯片具有高性能、低功耗、高可靠性、大规模并行处理和安全性等特点，适用于多种应用场景。
它可以广泛应用于移动设备、嵌入式系统、人工智能、图像处理和数据分析等领域，为计算机系统的高效运行提供有力的支持。
eos技术原理
eos技术原理
EOS的技术原理主要集中在它的架构和功能上。
EOS被设计为一个类似操
作系统的区块链架构，其目标是提供账户、身份认证和数据库等功能，并最终成为一个区块链体系架构。
EOS的架构是为了解决扩容性、交易手续费和商业落地应用的问题。
它的架构能够支持每秒数百万个交易，而且普通用户无需支付使用费用。
EOS的这种设计理念使其成为了区块链的代表之一。
在技术实现上，EOS采用了一些独特的技术，如并行链和DPOS共识算法。
并行链允许EOS同时处理多个交易，提高了系统的吞吐量和效率。
而DPOS共识算法则保证了系统的安全性和去中心化，同时降低了交易手续费。
此外，EOS还采用了一种称为“租赁”的机制，允许用户租用计算资源，从而降低了用户的门槛和成本。
这种机制使得EOS的生态系统更加开放和包容，吸引了更多的开发者、企业和用户加入。
总的来说，EOS的技术原理是建立一个高效、安全、去中心化的区块链体系架构，通过并行链、DPOS共识算法和“租赁”机制等技术手段实现这些目
标。
这些技术原理使得EOS具有很高的性能、安全性和可扩展性，同时也为区块链技术的发展和应用提供了新的思路和方向。
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
天工EOS操作手册
EOS 数字摄影测量成果生产软件是以空三成果为输入，以计算机视觉以及形态学等 相关理论为理论基础设计的针对航空数字影像的成果生产软件；
EOS 系统包含 DSM/DEM 生产模块，DOM 生产模块以及快速成果输出模块。系统基 于高度智能化的目标，流程的设计考虑尽量减少人工干预过程，并为用户提供了方便的 交互界面和接口；系统实现基于灵活组装架构模式，用户可根据实际的生产需求定制生 产流程。
表 2.1 系统建议配置
EOS 操作手册
3 EOS 系统流程
3.1 匹配 DSM/DEM
利用 EOS 系统生成测区的 DSM 一般遵循一个固定的工作流程，下面将具体说明在 EOS 系统匹配 DSM 的操作流程，用户在 EOS 系统中按照下面介绍的功能流程先后操作即可；
3.1.1 工程管理
创建新工程：EOS 主界面菜单栏【工程管理】 新建工程对话框：指定工程路径和名称 通过导入影像文件夹对话框导入影像文件夹或者 通过增加影像对话框导入影像序列 导入 EO 对话框：导入 EO 文件 导入相机文件对话框：导入相机文件 导入 DEM 对话框：导入 DEM 文件
3.1.2 生成 DSM
在 EOS 系统中，匹配 DSM 是一个全自动流程，完成 DSM 运行参数配置后，通过单击相 应的菜单或者工具按钮，即可自动完成 DSM 的匹配；
1.3 输入数据约定
使用 EOS 系统，创建新的工程，需要几种不同的数据输入，对于各种输入数据的 约定如下： 影像数据
支持 TIFF 和 JPG 格式 相机文件：
camera_name=Canon_450D type = pixel x0 = 1913.666667 y0 = 1293.403509 f = 4283.175439 k1 = 5.922927e-009 k2 = -2.836397e-016 k3 = 0.000000 p1 = 1.622790e-007 p2 = 1.578330e-008 pixel_width = 3888 pixel_height = 2592 mm_width = 22.161600 mm_height = 14.774400
嵌入式系统
第3章嵌入式系统随着信息技术的发展，嵌入式系统的应用越来越广，同时，在我国软件产业发展的规划中，也把嵌入式系统应用软件作为一个重点发展方面。
因此，系统架构设计师必须熟悉有关嵌入式系统的基础知识，掌握嵌入式系统架构设计技术。
根据考试大纲，本章要求考生掌握以下知识点：（1）信息系统综合知识：包括嵌入式系统的特点、嵌入式系统的硬件组成与设计、嵌入式系统应用软件及开发平台、嵌入式系统网络、嵌入式系统数据库、嵌入式操作系统与实时操作系统。
（2）系统架构设计案例分析：包括实时系统和嵌入式系统特征、实时任务调度和多任务设计、中断处理和异常处理、嵌入式系统开发设计。
3.1嵌入式系统概论嵌入式系统是一种以应用为中心，以计算机技术为基础，可以适应不同应用对功能、可靠性、成本、体积、功耗等方面的要求，集可配置可裁减的软、硬件于一体的专用计算机系统。
它具有很强的灵活性，主要由嵌入式硬件平台、相关支撑硬件、嵌入式操作系统、支撑软件以及应用软件组成。
3.1.1 嵌入式系统的特点嵌入式系统具有以下特点：（1）系统专用性强。
嵌入式系统是针对具体应用的专门系统。
它的个性化很强，软件和硬件结合紧密。
一般要针对硬件进行软件的开发和移植，根据硬件的变化和增减对软件进行修改。
（2）软、硬件依赖性强。
嵌入式系统的专用性决定了其软、硬件的互相依赖性很强，两者必须协同设计，以达到共同实现预定功能的目的，并满足性能、成本和可靠性等方面的严格要求。
（3）系统实时性强。
在嵌入式系统中，有相当一部分系统对外来事件要求在限定的时间内及时做出响应，具有实时性。
（4）处理器专用。
嵌入式系统的处理器一般是为某一特定目的和应用而专门设计的，通常具有功耗低、体积小、集成度高等优点，能够把许多在通用计算机上需要由板卡完成的任务和功能集成到芯片内部，从而有利于嵌入式系统的小型化和移动能力的增强。
80系统架构设计师考试全程指导（第2版）（5）多种技术紧密结合。
嵌入式系统通常是计算机技术、半导体技术、电力电子技术及机械技术与各行业的具体应用相结合的产物。
嵌入式操作系统EOS
常见而易于使用的开发工具和嵌入功能可帮助进一步降低瘦客户机、零售终端机 (POS)、售货亭、医 疗、多功能打印机及其他设备的开发成本，并加快其上市速度。
Windows Embedded Standard 2011 的功能包括：
- Enterprise Equipped 使得各机构能够通过使用 Active Directory 组策略和微软 System Center Configuration Manager 将现有的技术管理和基础架构投资无缝拓展至设备，并 且使客户服务器与微软 Terminal Services 及 Virtual Desktop Infrastructure (VDI) 的兼容性增强。 - 凭借 Internet Explorer 8 的安全性、Windows Media Player 12 的媒体功能的增强、微软远程桌面协议 (RDP) 7.0 对客户端服务器的改进以及微软.NET Framework 3.5，最新的 Windows 技术创新可增强特种设备的用户体验。 - 丰富、沉浸式的用户体验，支持64位 CPU、Windows Aero 用 户界面、Windows Presentation Foundation、Windows Touch（多点触控界面和上下文感知应用程序）和 Windows Flip 3D 导航 - 能够采用智能电源管理的应用程序接口 (API) 开发出“绿色”解 决方案，帮助开发人员创建各种可改善 CPU 空闲时间并且降低 功耗的应用程序
嵌入式操作系统EOS
(Embedded OperatingSystem)
一种用途广泛的系统软件，过去它主要应用于工业控 制和国防系统领域。EOS负责嵌人系统的全部软、硬件资 源的分配、调度工作，控制协调并发活动；它必须体现其 所在系统的特征，能够通过装卸某些模块来达到系统所要 求的功能。目前，已推出一些应用比较成功的EOS产品系 列。随着Internet技术的发展、信息家电的普及应用及EOS 的微型化和专业化，EOS开始从单一的弱功能向高专业化 的强功能方向发展。
嵌入式操作系统与嵌入式处理器
嵌入式操作系统与嵌入式处理器1 嵌入式系统嵌入式系统(Embedded System，ES)是将先进的微电子技术、通讯技术和计算机技术与各个具体应用领域相结合的产物，是一个资金技术密集且高度集成创新的知识系统。
嵌入式系统是以应用为中心，计算机技术为基础，软硬件可裁剪，适应于应用系统对功能、可靠性、成本、体积和功耗等方面有严格要求的专用计算机系统。
因此，它具有“嵌入性”、“专有性”和“计算机系统”三个基本要素，其中“嵌入性”是它的特征，“专有性”是它的灵魂，“计算机系统”是它的本质。
根据IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers 电气电子工程师协会)从它的用途来定义，嵌入式系统是用来监视、控制或者辅助机器和设备运行的系统[2]。
其实嵌入式系统就是微操作系统和功能软件的集成，在以微处理器为核心的微型计算机硬件体系中所形成的简易便捷，稳定可靠，经济实用的机电一体化产品。
2 嵌入式处理器嵌入式处理器(Embedded Processor，EP)与通用处理器最大的区别就在于嵌入式处理器大多工作在为不同用户群所设计的特定系统中，它常常将通用处理器中许多由板卡完成的功能集成到芯片内部，从而有利于实现嵌入式系统设计的微型化，同时又保证了较高的可靠性和处理效率。
到目前为止，全球嵌入式处理器的种类已经超过1000多种，其中以ARM、MIPS、Power PC、Motorola 68K、X86等体系结构最为常见，一般将嵌入式处理器分成以下四类：1)嵌入式微控制器 (Microcontroller Unit，MCU);2)嵌入式微处理器 (Embedded Microprocessor Unit，EMPU);3)嵌入式DSP处理器(Embedded Digital Signal Processor，EDSP);4)片上系统(System On Chip，SOC)。
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Application
Browser / GUI
Application
Java Advanced Interconnect
Windows API
Advanced Networking
Networking Utility Memory Management
Distributed Objects
90%
Fault Tolerance
备、文件、网络、安全、... • 接口库 一系列特殊的程序库，提供应用程序所
需的API；最靠近应用程序的部分。 • 外围 提供特定高级服务的部件。如对微内核结
构，文件管理等均归于外围
嵌入式实时计算团队
11
RTOS组成（2）：示例
嵌入式实时计算团队
12
RTOS特点
13
RTOS特点
• 及时性 嵌入式实时系统的基本特征 • 可确定性 系统执行时，任务的执行序列、最坏执行时
必须顺序访问的机制
嵌入式实时计算团队
5
基本概念和术语（续）
• 优先级 Priority；任务的紧急程度和重要性 • 优先级驱动 Priority Driven；任何时刻，总是将处理器
分配给优先级最高的任务的机制
• 可调度性 Schedulability；一个任务的完成时间不大于截 止时间（Deadline），称任务可调度；若系统所有任务可 调度，称系统可调度
存储管理
逻辑I/O 设备驱动
Hale Waihona Puke 实时多任务内核 I/O中断服务
嵌入式实时计算团队
19
微内核结构
应用 API
内部服务
微内核 RTOS
外部服务
嵌入式实时计算团队
20
微内核结构（另一种体现）
Application
Memory
Display
Process
File
Request Return
Micro-kernel Hardware
间等可确定
• 并发性 同一时刻，可能有多个外部事件到达，因此必 须激活多个任务同时响应以应对外部事件
• 高可信性 无论外部环境如何，系统需要对外部事件做 出准确反应
➢可靠性 不出错概率 ➢鲁棒性 容错能力 ➢防危性 不发生灾难性问题
➢......
嵌入式实时计算团队
14
RTOS特点（2）
• 安全性 主要指信息安全，能抵御外部环境对系 统的恶意攻击。也属于可信性内容之一
Multiprocessing
75% Multiprocessing
30% Networking Kernel
Networking Kernel
嵌入式实时计算团队
8
EOS与RTOS
广义： RTOS ≈ EOS
嵌入式实时计算团队
9
RTOS组成
10
RTOS组成
• 类似于通用操作系统 • 驱动程序 底层硬件相关；广义属于RTOS • 内核 最高权限部分；负责管理进程、内存、设
• EOS Embedded Operating System • 任务 Task；程序运行的实体，调度的基本单元 • 线程 Thread；进程内可并发执行的程序段 —— 资源共
享，调度的基本单元
• 上下文切换 Context Switching；当前运行任务的交换 • 抢占 Preemptive；当前执行任务被另一就绪任务打断 • 不可抢占 Non-Preemptive；当前执行任务不允许被打断 • 互斥 Mutual Exclusion；多个任务同时访问共享数据时，
处理器集成度越来越高；应用领域广，软件功能多且复杂，对EOS有越来越高的要求；
各阶段并存！ EOS？
工业应用 军事应用 监测、伺服 、指示功能
汇编语言
无OS
单芯片可编 程控制器
家电、医 疗、仪器仪
表、通信
简单工具： XRAY； 无GUI
汇编语言
无OS、 VRTX
8位MCU DSP
消费电子、手 机、汽车电 子、…...
GUI、网络、 文件系统、...
pRISM+、 Tornado
汇编、C、 C++
pSOS+、 VxWorks、
QNX
32位嵌入式处 理器
智能家电、联网 设备、无线终 端、….
Internet、流媒 体、数据库、…
Tornado、 GNU、Brew
汇编、C、 C++、Java
VxWorks、 Symbian、
• 优先级反转 Priority Inversion；高优先任务等待低优先 级任务释放资源而被堵塞的情况 —— 产生死锁的原因
• 优先级继承 Priority Inheritance；优先级反转时，低优先 级任务提高优先级确保继续执行以释放资源的方法
嵌入式实时计算团队
6
嵌入式软件与EOS
• 嵌入式软件的发展过程示意
• 可嵌入性 能嵌入式到应用软件中 —— 捆绑为一 个可执行程序
• 可剪裁性 针对应用需要，合理裁减，够用即 可 —— 节约资源、增强性能
• 可扩展性 能适应应用的不断变化发展 —— 动态 管理、嵌入式DB、...Adaptive
嵌入式实时计算团队
15
RTOS结构
16
整体结构（单块）：原理
Application …
嵌入式操作系统
Embedded Operating System
2016年2月
1
第五部分
EOS基础
2
核心内容 • 嵌入式软件、EOS、RTOS • RTOS的特点 • RTOS的结构 • RTOS与通用OS的异同
嵌入式实时计算团队
3
嵌入式软件 EOS、RTOS
4
基本概念和术语
• OS 管理和控制计算机硬件与软件资源的系统软件
Linux、 Andriod、 面向领域OS
SOC芯片、多核
萌芽阶段
1970 简单系统阶段 1985
RTOS阶段
1998
网络化阶段
嵌入式实时计算团队
7
嵌入式软件与EOS（2）
• 典型嵌入式设备中由EOS提供的软件比例
Application
Application
Kernel
10%
Networking Kernel
Application User
API
Kernel
Hardware
嵌入式实时计算团队
17
整体结构（单块）：示意
应用程序 系统服务接口
数据库系统
RTOS内核
任务管理
Ｉ/Ｏ管理
文件系统
内存
调度 中断
设备驱动
通信
时钟、定时器
硬件抽象层
硬件层
嵌入式实时计算团队
18
层次结构
实时多任务应用程序
命令解释器
文件系统与网络系统
Net User
kernel
Safety
Security
嵌入式实时计算团队
21
构件化结构
实时多任务应用程序
RTOS编程接口
中断管理
调度管理
存储管理
信号量
任务管理
时间管理