第2章 嵌入式操作系统中的基本概念
嵌入式系统教案(李震)
嵌入式系统教案(李震) -CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN嵌入式系统教案(李震)嵌入式系统教案教材：《ARM9嵌入式系统设计—基于S3C2410与Linux（第二版）》，徐英慧，马忠梅，王磊，王琳编著，北京航空航天大学出版社课时分配：理论课32学时，实验课8学时，共40学时第1章嵌入式系统基础一、教学目的：介绍嵌入式系统的基本概念，包括嵌入式系统的概念、特点及应用，由本章了解嵌入式系统的基础知识，掌握嵌入式的发展方向。
学时分配：2学时二、教学重点：实时操作系统的多任务内核，实时操作系统的任务管理机制三、教学难点：理解和掌握嵌入式系统中任务间采用的共享数据结构和消息机制等两种通信方式，嵌入式系统的优先级继承，抢占式调度和非抢占式调度间的区别。
四、教学方法：课题讲授及嵌入式系统在精细农业中的应用实例演示五、教学过程设计：（2学时）一、嵌入式系统概念（一）嵌入式系统的定义（二）嵌入式系统的组成（三）嵌入式系统的特点（四）嵌入式系统的应用（五）实时系统二、嵌入式处理器（一）嵌入式处理器分类（二）微控制器的定义及特点（三）嵌入式微处理器的定义及特点，介绍主流的微处理器，包括ARM、MIPS、MC68K、PowerPC、X86微处理器等。
（四）DSP处理器的定义及特点（五）片上系统的定义及特点（六）典型的嵌入式处理器三、嵌入式操作系统（一）操作系统的概念和分类（二）实时操作系统（三）常见的嵌入式操作系统四、实时操作系统的内核（一）任务管理（二）任务间的通信和同步（三）存储器管理（四）定时器和中断管理五、嵌入式技术发展现状及趋势六、思考题1、什么是嵌入式系统它由哪几部分组成（作业）2、嵌入式系统有何特点？（作业）3、嵌入式处理器分为哪几类？4、ARM英文原意是什么它是一个怎样的公司其处理器有何特点5、什么事实时系统实时系统有何特点如何划分6、实时操作系统常用的任务调度算法有哪几种？第2章嵌入式系统开发过程一、教学目的：介绍嵌入式软件的开发过程和调试手段，使学生了解嵌入式软件与普通计算机软件在开发和调试上的区别。
嵌入式系统概述ppt
Connecting SRAM
服务特 权
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包权
人书友圈7.三端同步
一、嵌入式系统的定义
嵌入式系统：
嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，
其软硬件可配置，对功能、可靠性、成本、体积、 功耗有严格约束的一种专用系统。
专用计算机系统(非PC智能电子设备)
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
嵌入式系统硬件
Power Supply Oscillation Circuit
Reset Circuit
Ports
Chip Board Ciruit
Prescaler
CPU CORE
Interrupt Controler
Timer DMA
CPU
I/O Port A/D
Connectong for Debugging
前言
课程设置的必要性 嵌入式系统涉及现代生活的方方面面 应用日趣复杂 微处理器技术长足发展 嵌入式软件技术成为核心
嵌入式系统(第二版)第一至第五章课后答案
第一章思考与练习1、举出3个书本中未提到的嵌入式系统的例子。
答:红绿灯控制,数字空调,机顶盒2、什么叫嵌入式系统嵌入式系统：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。
3、什么叫嵌入式处理器？嵌入式处理器分为哪几类？嵌入式处理器是为完成特殊的应用而设计的特殊目的的处理器。
嵌入式微处理器(Embedded Microprocessor Unit, EMPU)嵌入式微控制器(Microcontroller Unit, MCU)嵌入式DSP 处理器(Embedded Digital Signal Processor, EDSP)嵌入式片上系统(System On Chip)4、什么是嵌入式操作系统？为何要使用嵌入式操作系统？是一段在嵌入式系统启动后首先执行的背景程序，首先，嵌入式实时操作系统提高了系统的可靠性。
其次，提高了开发效率，缩短了开发周期。
再次，嵌入式实时操作系统充分发挥了32 位CPU 的多任务潜力。
第二章1、嵌入式系统项目开发的生命周期分哪几个阶段？各自的具体任务是什么？项目的生命周期一般分为识别需求、提出解决方案、执行项目和结束项目4 个阶段。
识别需求阶段的主要任务是确认需求，分析投资收益比，研究项目的可行性，分析厂商所应具备的条件。
提出解决方案阶段由各厂商向客户提交标书、介绍解决方案。
执行项目阶段细化目标，制定工作计划，协调人力和其他资源；定期监控进展，分析项目偏差，采取必要措施以实现目标。
结束项目阶段主要包括移交工作成果，帮助客户实现商务目标；系统交接给维护人员；结清各种款项。
2、为何要进行风险分析？嵌入式项目主要有哪些方面的风险？在一个项目中，有许多的因素会影响到项目进行，因此在项目进行的初期，在客户和开发团队都还未投入大量资源之前，风险的评估可以用来预估项目进行可能会遭遇的难题。
需求风险；时间风险；资金风险；项目管理风险3、何谓系统规范？制定系统规范的目的是什么？规格制定阶段的目的在于将客户的需求，由模糊的描述，转换成有意义的量化数据。
第2章 嵌入式系统硬件开发平台(新)1
重庆大学电气工程学院
嵌入式系统及其应用
在32位RISC芯片中占据了领导地位。
合作伙伴包括了许多世界顶级的半导体公 司
重庆大学电气工程学院
嵌入式系统及其应用
i.MXL/MX21
LPC2000/300 0
PXA255/270
S3C2410/2440
AT91RM9200
重庆大学电气工程学院
嵌入式系统及其应用
而且ARM体系还采用了一些特别的技术，在保证高 性能的同时尽量减小芯片的体积，降低芯片的功 耗。这些技术包括： 在同一条数据处理指令中包含算术逻辑处理单元 处理和移位处理。 MOV R0，R1，LSL #3 //R0=R1<<3 使用地址自动增加（减少）来优化程序中循环处 理。 LDR R0，[R1，R2，LSL #2] //将内存单元（R1+（R2<<2)）中的数据读取到 R0中，同时R1=R1+（R2<<2)
重庆大学电气工程学院
嵌入式系统及其应用
3、JTAG接口
• JTAG（Joint Test Action Group，联合 测试行动小组）是一种国际标准测试协议 （IEEE 1149.1兼容），主要用于芯片内部 测试。
嵌入式系统及其应用
• 我们经常用简易 JTAG接口直接烧写 嵌入式系统Flash存 储器。这种烧写方式 是通过一根并口电缆 和一块信号转换集成 电路板以建立PC机与 开发板之间的通信。
重庆大学电气工程学院
嵌入式系统及其应用
2、嵌入式系统中的存储设备
（1）RAM、SRAM、DRAM • RAM即是我们通常所说的内存。RAM又可 分为SRAM（静态存储器）和DRAM（动 态存储器）。 （2）Flash • Flash是一种非易失闪存，它具有和ROM 一样掉电后数据不会丢失的特性。Flash是 目前嵌入式系统中广泛采用的主流存储器， 它的主要特点是按整体/扇区擦除和按字节 编程，具有低功耗、高密度、小体积等优 点。
嵌入式八股文200页
嵌入式八股文200页第一章嵌入式的基本概念与发展趋势1.1 嵌入式的定义及特点嵌入式系统是以微型计算机技术为基础，集成在其他产品中，实现特定功能的计算机系统。
它具有体积小、功耗低、成本低、性能高等特点。
1.2 嵌入式系统的应用领域嵌入式系统广泛应用于消费电子、通信、汽车、医疗、工业控制等领域。
例如，智能手机、智能家居、车载导航系统等都是嵌入式系统的应用。
1.3 嵌入式系统的发展趋势随着科技的进步和人们对智能化产品的需求不断增加，嵌入式系统的发展呈现以下趋势：1.3.1 多核处理器的应用为提高系统性能和处理能力，嵌入式系统逐渐采用多核处理器，实现并行计算和任务分配。
1.3.2 网络连接能力的增强嵌入式系统通过网络连接，实现与云端数据的交互和远程控制，满足人们对智能化、互联网化的需求。
1.3.3 人工智能的集成随着人工智能技术的发展，嵌入式系统逐渐集成人工智能算法和模型，实现智能感知和决策能力。
第二章嵌入式系统的硬件设计与开发2.1 嵌入式系统的硬件组成嵌入式系统的硬件包括处理器、存储器、外设等。
处理器负责计算和控制，存储器用于存储数据和程序，外设用于与外部设备进行交互。
2.2 嵌入式系统的硬件设计流程嵌入式系统的硬件设计流程包括需求分析、系统设计、电路设计、PCB设计、原型制作等步骤，确保系统满足功能和性能要求。
2.3 嵌入式系统的开发工具与环境嵌入式系统的开发工具包括编译器、调试器、仿真器等，用于开发和调试嵌入式软件和硬件。
第三章嵌入式系统的软件设计与开发3.1 嵌入式系统的软件架构嵌入式系统的软件架构包括操作系统、驱动程序、应用程序等。
操作系统负责管理系统资源和调度任务，驱动程序用于控制外设，应用程序实现系统功能。
3.2 嵌入式系统的软件开发流程嵌入式系统的软件开发流程包括需求分析、系统设计、编码、测试、调试等步骤，确保软件的正确性和稳定性。
3.3 嵌入式系统的软件开发工具与技术嵌入式系统的软件开发工具包括编译器、调试器、仿真器等，技术包括C语言、汇编语言、RTOS等。
嵌入式系统教案李震
嵌入式系统教案李震一、教案概述本教案旨在为广大嵌入式系统学习者提供一个全面、系统的学习路线，通过讲解基本概念、原理及实际应用，使学习者能够熟练掌握嵌入式系统的基本知识，具备实际项目开发能力。
本教案适用于嵌入式系统及相关专业的本科生、研究生和从业人员。
二、教学目标1. 理解嵌入式系统的概念、特点和应用领域；2. 掌握嵌入式系统硬件平台的基本组成；3. 熟悉嵌入式操作系统的基本原理及常用嵌入式操作系统；4. 学会嵌入式系统软件开发的基本方法；5. 能够运用所学知识分析和解决实际嵌入式系统问题。
三、教学内容第一章：嵌入式系统概述1.1 嵌入式系统的定义及特点1.2 嵌入式系统的应用领域1.3 嵌入式系统的发展趋势第二章：嵌入式系统硬件平台2.1 嵌入式处理器2.2 存储器2.3 输入输出接口2.4 嵌入式系统硬件设计方法第三章：嵌入式操作系统3.1 嵌入式操作系统的基本原理3.2 常用嵌入式操作系统简介3.3 嵌入式操作系统的选择与评估第四章：嵌入式系统软件开发4.1 嵌入式软件开发流程4.2 嵌入式编程语言4.3 嵌入式软件调试与测试第五章：嵌入式系统项目实践5.1 嵌入式系统项目开发流程5.2 基于嵌入式系统的应用案例分析5.3 项目实践案例讲解四、教学方法1. 采用讲授、讨论、实验相结合的方式进行教学；2. 使用实际案例进行分析，使学生更好地理解嵌入式系统的应用；3. 鼓励学生进行项目实践，提高实际动手能力；4. 定期进行课后作业和测试，检查学生学习效果。
五、教学资源1. 教材：《嵌入式系统原理与应用》等；2. 实验设备：嵌入式开发板、编程器、仿真器等；3. 网络资源：相关技术博客、论坛、学术论文等。
六、课程评估1. 课后作业：考察学生对课堂所学知识的理解和运用；2. 实验报告：评估学生在实验过程中的动手能力和问题解决能力；3. 课程论文：考察学生对嵌入式系统某一领域的深入研究；4. 期末考试：全面测试学生对本门课程的掌握程度。
《嵌入式ARM教案》课件
《嵌入式ARM教案》课件第一章：嵌入式系统概述1.1 嵌入式系统的定义介绍嵌入式系统的概念、特点和应用领域解释嵌入式系统与通用计算机系统的区别1.2 嵌入式系统的历史与发展概述嵌入式系统的发展历程介绍嵌入式系统在不同领域的应用发展情况1.3 嵌入式系统的组成与架构讲解嵌入式系统的常见架构介绍嵌入式系统的主要组成部分及其作用1.4 嵌入式系统的优势与挑战阐述嵌入式系统的优势分析嵌入式系统面临的挑战和发展趋势第二章：ARM处理器简介2.1 ARM处理器的发展历程介绍ARM公司的起源和发展历程讲解ARM处理器的发展阶段和产品系列2.2 ARM处理器的特点与优势阐述ARM处理器的特点分析ARM处理器在嵌入式系统中的应用优势2.3 ARM处理器的架构与工作原理讲解ARM处理器的架构设计介绍ARM处理器的工作原理和指令集2.4 ARM处理器的选型与评估指导如何选择合适的ARM处理器介绍评估ARM处理器性能的方法和指标第三章：嵌入式操作系统基础3.1 嵌入式操作系统的概念与分类解释嵌入式操作系统的定义和分类介绍常见的嵌入式操作系统及其特点3.2 嵌入式操作系统的核心功能与架构讲解嵌入式操作系统的核心功能阐述嵌入式操作系统的常见架构设计3.3 嵌入式操作系统的移植与优化介绍嵌入式操作系统移植的基本步骤讲解嵌入式操作系统的优化方法和技巧3.4 嵌入式操作系统的应用与案例分析分析嵌入式操作系统在实际应用中的案例探讨嵌入式操作系统的发展趋势和挑战第四章：嵌入式系统设计与开发流程4.1 嵌入式系统设计的基本原则介绍嵌入式系统设计的重要原则讲解设计过程中需要考虑的因素4.2 嵌入式系统硬件设计讲解嵌入式系统硬件设计的基本步骤和方法介绍硬件选型和硬件设计中的注意事项4.3 嵌入式系统软件设计阐述嵌入式系统软件设计的基本步骤和方法讲解软件开发工具和编程语言的选择4.4 嵌入式系统开发的流程与实践介绍嵌入式系统开发的典型流程分析实际开发过程中需要注意的问题和实践经验第五章：嵌入式系统编程基础5.1 嵌入式编程语言概述介绍嵌入式编程的常用语言及其特点分析不同编程语言在嵌入式系统中的应用场景5.2 C语言编程基础讲解C语言的基本语法和编程技巧介绍C语言在嵌入式编程中的应用和实践5.3 汇编语言编程基础介绍汇编语言的基本概念和语法讲解汇编语言在嵌入式编程中的应用和实践5.4 嵌入式编程的实践技巧讲解嵌入式编程的常见技巧和注意事项分析实际项目中遇到的问题和解决方法《嵌入式ARM教案》课件第六章：嵌入式系统硬件接口与驱动6.1 嵌入式系统硬件接口概述介绍嵌入式系统中常见的硬件接口类型讲解硬件接口的工作原理和功能6.2 UART接口与驱动编程讲解UART接口的基本概念和功能介绍UART接口的驱动编程方法和实践6.3 I2C接口与驱动编程介绍I2C接口的基本概念和协议讲解I2C接口的驱动编程方法和实践6.4 SPI接口与驱动编程讲解SPI接口的基本概念和协议介绍SPI接口的驱动编程方法和实践第七章：嵌入式系统存储与文件系统7.1 嵌入式系统存储概述介绍嵌入式系统中常见的存储设备和技术讲解存储器接口和存储器控制器的选择7.2 NAND闪存与驱动编程介绍NAND闪存的基本概念和特点讲解NAND闪存的驱动编程方法和实践7.3 NOR闪存与驱动编程讲解NOR闪存的基本概念和特点介绍NOR闪存的驱动编程方法和实践7.4 文件系统的设计与实现讲解嵌入式文件系统的设计原理介绍常见嵌入式文件系统的实现方法和实践第八章：嵌入式系统网络通信8.1 嵌入式系统网络通信基础介绍嵌入式系统网络通信的基本概念和技术讲解网络通信协议和网络架构8.2 TCP/IP协议栈与嵌入式网络应用讲解TCP/IP协议栈的基本原理和组成介绍基于TCP/IP协议栈的嵌入式网络应用实践8.3 Wi-Fi通信模块与驱动编程介绍Wi-Fi通信模块的基本概念和功能讲解Wi-Fi通信模块的驱动编程方法和实践8.4 蓝牙通信模块与驱动编程讲解蓝牙通信模块的基本概念和功能介绍蓝牙通信模块的驱动编程方法和实践第九章：嵌入式系统实时性与调度策略9.1 嵌入式系统实时性概述讲解嵌入式系统实时性的概念和重要性介绍实时系统的分类和实时性要求9.2 嵌入式调度策略与算法讲解嵌入式系统的调度策略和算法分析不同调度策略的优缺点和适用场景9.3 实时操作系统（RTOS）简介介绍实时操作系统的基本概念和特点讲解RTOS在嵌入式系统中的应用和实践9.4 实时调度器的实现与优化讲解实时调度器的实现方法和流程介绍调度器的优化技巧和注意事项第十章：嵌入式系统项目管理与实践10.1 嵌入式系统项目管理概述介绍嵌入式系统项目管理的概念和重要性讲解项目管理工具和方法在嵌入式系统中的应用10.2 项目需求分析与规划讲解项目需求分析和规划的方法介绍需求文档编写和项目进度管理的实践经验10.3 嵌入式系统开发的实践技巧讲解嵌入式系统开发中的实践技巧和注意事项分享实际项目开发中的经验和最佳实践10.4 项目验收与维护介绍项目验收的标准和方法讲解项目维护和升级的策略与实践《嵌入式ARM教案》课件第十一章：嵌入式系统安全与加密技术11.1 嵌入式系统安全概述讲解嵌入式系统安全的重要性介绍常见的嵌入式系统安全威胁和攻击手段11.2 加密技术在嵌入式系统中的应用介绍加密技术的基本原理和算法讲解加密技术在嵌入式系统中的应用场景和实践11.3 安全存储与传输讲解如何在嵌入式系统中实现安全存储和传输介绍常见的加密存储和传输技术及其实现方法11.4 安全认证与授权讲解嵌入式系统中的安全认证和授权机制介绍常见的认证和授权方法及其在嵌入式系统中的应用第十二章：物联网与嵌入式系统的融合12.1 物联网概述介绍物联网的概念、架构和应用领域讲解物联网与嵌入式系统的关联和融合趋势12.2 物联网协议与技术讲解物联网中常用的通信协议和技术介绍物联网协议栈和网络架构12.3 物联网在嵌入式系统中的应用案例分析物联网在嵌入式系统中的应用案例探讨物联网技术在嵌入式系统中的实践经验和挑战12.4 物联网安全与隐私保护讲解物联网安全的重要性和挑战介绍物联网中的安全技术和隐私保护措施第十三章：嵌入式系统在智能家居的应用13.1 智能家居系统概述介绍智能家居系统的概念、架构和应用讲解智能家居系统与嵌入式系统的关联和融合13.2 智能家居设备与控制讲解智能家居设备的选择和控制方法介绍智能家居设备的嵌入式系统设计和开发实践13.3 智能家居平台的构建与优化讲解智能家居平台的构建方法和实践介绍智能家居平台的优化技巧和注意事项13.4 智能家居安全与隐私保护讲解智能家居系统中的安全问题和隐私保护需求介绍智能家居系统中的安全技术和隐私保护措施第十四章：嵌入式系统在工业控制的应用14.1 工业控制系统概述介绍工业控制系统的概念、架构和应用领域讲解嵌入式系统在工业控制中的应用和重要性14.2 工业控制设备与接口讲解工业控制设备的选择和接口技术介绍工业控制设备的嵌入式系统设计和开发实践14.3 工业控制协议与通信讲解工业控制中常用的通信协议和技术介绍工业控制协议的实现和通信实践14.4 工业控制系统的安全性与优化讲解工业控制系统中的安全问题和优化需求介绍工业控制系统中的安全技术和优化措施第十五章：嵌入式系统在自动驾驶的应用15.1 自动驾驶系统概述介绍自动驾驶系统的概念、架构和应用前景讲解嵌入式系统在自动驾驶中的应用和挑战15.2 自动驾驶感知与决策讲解自动驾驶系统中的感知技术和决策算法介绍嵌入式系统在自动驾驶感知和决策中的应用15.3 自动驾驶控制与执行讲解自动驾驶系统中的控制技术和执行策略介绍嵌入式系统在自动驾驶控制和执行中的应用15.4 自动驾驶安全与伦理问题讲解自动驾驶系统中的安全问题和伦理挑战介绍自动驾驶系统中的安全技术和伦理指导原则重点和难点解析1. 嵌入式系统的基本概念、特点和应用领域。
嵌入式系统概述
第一章嵌入式系统概述1.嵌入式系统的概念从技术的角度概念：以应用为中心、以运算机技术为基础、软件硬件可裁剪、适应应用系统对功能、靠得住性、本钱、体积、功耗严格要求的专用运算机系统。
从系统的角度概念：嵌入式系统是设计完成复杂功能的硬件和软件，并使其紧密耦合在一路的运算机系统。
术语嵌入式反映了这些系统一般是更大系统中的一个完整的部份，称为嵌入的系统。
嵌入的系统中能够共存多个嵌入式系统。
2.嵌入式处置器的分类①嵌入式微处置器；②嵌入式微控制器；③嵌入式DSP处置器；④嵌入式片上系统（SOC）3.嵌入式操作系统的大体概念及特点一般实时操作系统应用于实时处置系统的上位机和实时查询系统等实时性较弱的实时系统，而且提供了开发、调试、运用一致的环境。
嵌入式实时操作系统应用于实时性要求高的实时控制系统，而且应用程序的开发进程是通过交叉开发来完成的，即开发环境与运行环境是不一致。
嵌入式实时操作系统具有规模小(一般在几K～几十K 内)、可固化利用实时性强(在毫秒或微秒数量级上)的特点4.实时操作系统的大体概念及特点总的来讲实时操作系统是事件驱动的，能对来自外界的作用和信号在限定的时刻范围内作出响应。
它强调的是实时性、靠得住性和灵活性, 与实时应用软件相结合成为有机的整体起着核心作用, 由它来管理和协调各项工作,为应用软件提供良好的运行软件环境及开发环境。
从实时系统的应用特点来看实时操作系统能够分为两种：一般实时操作系统和嵌入式实时操作系统IEEE 的实时UNIX分委会以为实时操作系统应具有以下的几点:异步的事件响应；切换时刻和中断延迟时刻肯定；优先级中断和调度；抢占式调度；内存锁定；持续文件；同步；5.操作系统的内核有哪两种，各自的特点①非占先式内核：非占先式内核要求每一个任务自我舍弃CPU 的所有权。
非占先式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。
异步事件仍是由中断服务来处置。
中断服务能够使一个高优先级的任务由挂起状态变成就绪状态。
嵌入式系统设计教程(第2版)简答题答案.pdf
第一章嵌入式系统概论1.嵌入式系统的定义是什么？答：以应用为中心，以计算机技术为基础，硬件、软件可裁剪，功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。
2.简述嵌入式系统的主要特点。
答：（1）功耗低、体积小、具有专用性（2）实时性强、系统内核小（3）创新性和高可靠性（4）高效率的设计（5）需要开发环境和调试工具3. 嵌入式系统一般可以应用到那些领域？答：嵌入式系统可以应用在工业控制、交通管理、信息家电、家庭智能管理系统、网络及电子商务、环境监测和机器人等方面。
4. 简述嵌入式系统的发展趋势答：（1）嵌入式应用的开发需要强大的开发工具和操作系统的支持（2）连网成为必然趋势（3）精简系统内核、算法，设备实现小尺寸、微功耗和低成本（4）提供精巧的多媒体人机界面（5）嵌入式软件开发走向标准化5.嵌入式系统基本架构主要包括那几部分？答：嵌入式系统的组织架构是由嵌入式处理器、存储器等硬件、嵌入式系统软件和嵌入式应用软件组成。
嵌入式系统一般由硬件系统和软件系统两大部分组成，其中，硬件系统包括嵌入式处理器、存储器、I/O系统和配置必要的外围接口部件；软件系统包括操作系统和应用软件。
6.嵌入式操作系统按实时性分为几种类型，各自特点是什么？答：（1）具有强实时特点的嵌入式操作系统。
（2）具有弱实时特点的嵌入式操作系统。
（3）没有实时特点的嵌入式操作系统。
第二章嵌入式系统的基础知识1.嵌入式系统体系结构有哪两种基本形式？各自特点是什么？答：冯诺依曼体系和哈佛体系。
冯诺依曼体系结构的特点之一是系统内部的数据与指令都存储在同一存储器中，其二是典型指令的执行周期包含取指令TF，指令译码TD，执行指令TE，存储TS四部分，目前应用的低端嵌入式处理器。
哈佛体系结构的特点是程序存储器与数据存储器分开，提供了较大的数据存储器带宽，适用于数据信号处理及高速数据处理的计算机。
2.在嵌入式系统中采用了哪些先进技术？答：（1）流水线技术（2）超标量执行（3）总线和总线桥3.简述基于ARM架构的总线形式答：ARM架构总线具有支持32位数据传输和32位寻址的能力，通过先进微控制器总线架构AMBA支持将CPU、存储器和外围都制作在同一个系统板中。
嵌入式系统设计及开发研究
嵌入式系统设计及开发研究一、嵌入式系统的基本概念嵌入式系统是由硬件、嵌入式操作系统和应用软件等组成的一种计算机系统。
它适用于需要实时响应、具有特定功能和严格资源限制的应用环境中。
嵌入式系统的应用范围广泛，包括智能家居、智能交通、医疗设备等领域。
二、嵌入式系统设计的基本流程嵌入式系统设计的基本流程包括需求分析、系统实现、测试及优化三个阶段。
1. 需求分析阶段在需求分析阶段，需要明确系统的需求和要求，包括系统功能、性能、电源要求、交互界面等。
2. 系统实现阶段在系统实现阶段，需要根据需求分析的结果进行硬件和软件设计，包括硬件电路和嵌入式操作系统的设计。
3. 测试及优化阶段在测试及优化阶段，需要进行系统的测试和优化，确保系统稳定性、可靠性和性能。
三、嵌入式系统设计中的重点技术1. 嵌入式操作系统嵌入式操作系统是嵌入式系统的核心部分，它决定了系统的响应速度、可靠性和性能。
常用的嵌入式操作系统有嵌入式Linux、FreeRTOS、uC/OS-II等。
2. 单片机和嵌入式处理器单片机和嵌入式处理器是实现嵌入式系统的重要部分。
常用的单片机有8051、PIC、AVR等，常用的嵌入式处理器有ARM、MIPS等。
3. 通信协议嵌入式系统中通信协议的选择决定了系统的数据传输速度和可靠性。
常用的通信协议有SPI、I2C、UART、CAN等。
4. 数字信号处理技术数字信号处理技术在嵌入式系统中应用广泛，它用于采集、处理和分析传感器信号，并进行数据识别和控制。
常用的数字信号处理技术有FFT、滤波等。
四、嵌入式系统的应用案例1. 智能家居在智能家居中，嵌入式系统可以实现家庭设备的控制和管理，如智能家电、智能照明等。
2. 智能交通在智能交通中，嵌入式系统可以实现路况监控、车辆导航和交通管理等。
3. 医疗设备在医疗设备中，嵌入式系统可以实现心电监测、无线医疗等应用。
总之，嵌入式系统在现代生活中的应用已经非常广泛，从智能家居到智能交通再到医疗设备，嵌入式系统都扮演着不可或缺的角色。
嵌入式部分复习题、练习题-含答案
第1章：ARM和嵌入式系统介绍嵌入式系统的概念ARM嵌入式处理器的版本Cortex系列处理器的组成和特点嵌入式操作系统第2章：ARM体系结构ARM、CM3处理器状态：Thumb状态和调试状态CM3处理器工作模式：Handler模式和Thread模式代码特权分级：特权级和非特权（用户）级CM3内部寄存器：r0-r12，r13，r14，r15，状态寄存器xPSR存储器映射机制：大端格式和小端格式数据对齐方式：字对齐、半字对齐、非字对齐、非半字对齐异常概念、CM3异常机制特点第3章：Cortex-M3控制器及外围硬件简介嵌入式最小系统组成第4章：指令系统和时钟ARM、Thumb、Thumb-2和CM3指令集的特点和关系STM32时钟系统结构原理和初始化编程启动代码第5章：GPIO实验、第6章：UART实验、第9章：中断实验第10章：RTC实验原理和编程第7章：模/数转换、第8章：定时器实验原理即可，不考程序1. 什么是嵌入式系统？嵌入式系统有哪些应用？2. 什么是嵌入式处理器？嵌入式处理器分为哪几类？3. 说明使用实时操作系统的必要性。
4. 简要说明ARM Cortex内核处理器分为哪几个系列？各有什么特点？5. ARM Cortex-M3处理器有哪些优势符合嵌入式操作系统的要求？6. 简述NVIC的初始化步骤。
7. 什么是嵌入式处理器？嵌入式处理器分为哪几类？二、填空1. STM32F103ZET6有个引脚， KB片内FLAM ROM， KB 片内SRAM。
2. Cortex-M3处理器支持两种特权分级：特权级和。
Cortex-M3处理器支持两种工作模式，：模式和模式。
3. PSR中，标志位C是，Z是 N是，V是。
4. CM3内部寄存器中，R13的作用是，R14的作用是，R15的作用是。
5. 经典ARM7处理器有和两种状态，CM3处理器只有状态。
6. Cortex-M3的流水线分3级，分别为、、。
7. STM32F10x的管理着包括Cortex-M3核异常等中断，其和ARM 处理器核的接口紧密相连，可以实现的中断处理，并有效地处理迟来中断。
《嵌入式系统》课程教学大纲
《嵌入式系统》课程教学大纲学分：3学时：64适用专业：电子信息、通信技术前导课程：电路分析基础、模拟电路、数字电路、高频电路、单片机原理、C语言后续课程：一、课程的性质和任务本课程围绕目前流行的32位ARM处理器和嵌入操作系统，讲述嵌入式系统的概念、软硬件组成、开发过程以及嵌入式应用程序和驱动程序的开发设计方法。
《嵌入式系统》是培养学生具有嵌入式系统的应用知识、嵌入式系统的初步分析能力和具有使用RTOS （实时操作系统）构成嵌入式系统的应用能力等方面的学科，是电子信息与计算机类或相关工科专业的一门专业课。
二、课程的教学基本要求本课程是一门综合性、实践性、应用性很强的专业课。
课程教学所要达到的目的是：使学生掌握嵌入式系统体系结构，嵌入式处理器结构（ARM架构为主），异常处理、系统控制过程、存储处理、ARM内部资源、各种I/O接口；嵌入式系统开发应用方法；实时多任务操作系统。
本课程将为学生今后从事嵌入式系统研究与开发打下坚实的基础。
三、教学内容和要求（一）理论教学内容和要求第一章：嵌入式系统的概况1、讲授内容：主要讲解嵌入式系统的定义、嵌入式系统的分类、嵌入式系统的组成及嵌入式系统的应用领域和发展趋势。
2、基本要求：使学生明确学习本课程的目的。
第二章：嵌入式系统的硬件基本知识1、讲授内容：1、ARM体系的硬件架构2、冯.诺依曼体系结构和哈佛体系结构3、RISC体系结构4、流水线技术2、基本要求：了解嵌入式系统的硬件基础。
第三章：嵌入式操作系统1、讲授内容：1、嵌入式操作系统的分类2、嵌入式操作系统的特点3、实时操作系统4、目前市场上流行的嵌入式操作系统2、基本要求：掌握嵌入式操作系统的分类和特点，明确实时操作系统的内核特点第四章：ARM架构的嵌入式微处理器1、讲授内容：目前基于ARM架构的嵌入式微处理器：I44B0，2410，LPC2000的架构及特点。
2、基本要求：要求掌握不同处理的的特点及使用场合。
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
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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。”
嵌入式系统的定义及特点
嵌入式系统的定义及特点定义：嵌入式系统是以应用为中心、以计算机技术为基础，软、硬件可裁剪，适应于应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗等方面有特殊要求的专用计算机系统。
特点：（1）嵌入式系统是面向特定应用的。
嵌入式系统中的CPU是专门为特定应用设计的，具有低功耗、体积小、集成度高等特点，能够把通用CPU中许多由板卡完成的任务集成在芯片内部，从而有利于整个系统设计趋于小型化。
（2）嵌入式系统涉及先进的计算机技术、半导体技术、电子技术、通信和软件等各个行业。
是一个技术密集、资金密集、高度分散、不断创新的知识集成系统。
（3）嵌入式系统的硬件和软件都必须具备高度可定制性。
（4）嵌入式系统的生命周期相当长。
嵌入式系统和具体应用有机地结合在一起，其升级换代也是和具体产品同步进行的。
（5）嵌入式系统本身并不具备在其上进行进一步开发的能力。
在设计完成以后，用户如果需要修改其中的程序功能，必须借助于一套专门的开发工具和环境。
（6）为了提高执行速度和系统可靠性，嵌入式系统中的软件一般都固化在存储器芯片或单片机中，而不是存贮于磁盘等载体中。
3．与通用计算机相比，嵌入式系统有哪些特点？答：与通用计算机相比，嵌入式系统有以下特点：（1）嵌入式系统通常是面向特定应用的；（2）嵌入式系统的硬件和软件必须高效率地设计，做到量体裁衣、去除冗余；（3）有实时操作系统的支持；（4）嵌入式系统具有较长的生命周期；（5）嵌入式系统中的软件一般都固化在存储器芯片或单片机本身中，而不是存储在磁盘等载体中；（6）具有专门的开发工具支持。
操作系统在嵌入式系统中所起的作用EOS负责嵌入系统的全部软、硬件资源的分配、调度作，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。
嵌入式操作系统在系统实时高效性、硬件的相关依赖性、软件固化以及应用的专用性等方面具有较为突出的特点。
嵌入式系统是以应用为中心，整合了计算机软件、硬件技术，通信技术和微电子技术，嵌入式操作系统（嵌入式linux学习）的功能嵌入式操作系统除具备了一般操作系统（嵌入式linux系统）最基本的功能，如任务调度、同步机制、中断处理、文件处理等外，还有以下两个方面的功能：1.构成一个易于编程的虚拟机平台嵌入式操作系统构成一个虚拟机平台，EOS把底层的硬件细节封装起来，为运行在它上面的软件(如中间件软件和各种应用软件)提供了一个抽象的编程接口。
【RTX操作系统教程】第2章 嵌入式实时操作系统介绍
【RTX操作系统教程】第2章嵌入式实时操作系统介绍RTX操作系统教程第2章嵌入式实时操作系统介绍2.1 实时操作系统概述实时操作系统（RTOS）是一种特殊类型的操作系统，主要用于嵌入式系统中，在固定的时间约束下完成任务。
RTOS的设计目标是满足实时性要求，并提供高可靠性和稳定性。
2.1.1 实时性要求实时系统通常分为硬实时系统和软实时系统。
硬实时系统要求任务在严格的时间约束下完成，任何延迟都是不能接受的。
软实时系统也要求任务在特定的时间约束下完成，但允许一定的延迟。
2.1.2 RTOS的特性RTOS具有以下特性：- 实时性：能够满足任务的实时性要求；- 可靠性：能够提供高可靠性和稳定性；- 灵活性：能够适应不同的应用需求；- 可移植性：能够在不同的硬件平台上使用。
2.2 嵌入式实时操作系统的架构嵌入式实时操作系统的架构包括内核、任务管理器、中断处理机制以及通信机制等。
2.2.1 内核RTOS的内核是实时操作系统的核心部分，负责任务的调度、资源管理、中断处理等。
内核一般包括任务管理、内存管理、中断管理、通信机制等功能模块。
2.2.2 任务管理器任务管理器负责任务的创建、删除、挂起、恢复和优先级调度等操作。
任务管理器根据任务的优先级和实时性要求，决定任务之间的运行顺序。
2.2.3 中断处理机制中断处理机制是RTOS的重要组成部分，用于处理外部中断事件。
当发生外部中断时，RTOS会中断当前任务的执行，转而执行中断服务程序。
2.2.4 通信机制通信机制用于任务之间的数据交换和共享。
常用的通信机制包括信号量、消息队列、邮箱、互斥锁等。
2.3 RTX操作系统的应用领域RTX操作系统广泛应用于需要实时性的嵌入式系统中，包括工业控制、通信设备、汽车电子、医疗设备等领域。
2.4 RTX操作系统的优势RTX操作系统具有以下优势：- 高可靠性：RTOS能够保证任务的实时性和可靠性；- 稳定性：RTOS在各种硬件平台上运行稳定，不易出现故障；- 灵活性：RTOS能够适应不同的应用需求，具有较强的可扩展性。
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断服务程序，处理异步事件。后台一般也叫任务级，前台也
叫中断级。时间相关性要求很强的关键操作一定要靠中断服 务来保证，但是中断服务提供的信息并不能马上得到处理，
必须要一直等到后台程序运行到相应的处理任务时才能处理，
这种系统对处理信息的及时性比较差，最坏情况取决于整个 循环的执行时间。这个指标称做任务级响应时间。
有多少寄存器要进出堆栈。任务切换过程增加了CPU的额外 负荷，CPU的内部寄存器越多，额外负荷就越重。实时内核 的性能不应该以每秒钟能做多少次任务切换来评价。
第2章 嵌入式操作系统中的基本概念
2.7 死 锁
死锁又称抱死，是指两个或者更多的任务相互等待对方 占有的资源而无限期地僵持下去的局面。例如：任务A正独 享资源R1，任务B正在独享资源R2，而此时任务A又要独享 资源R2，任务B也要独享资源R1，于是哪个任务都无法继续
第2章 嵌入式操作系统中的基本概念
2.2 调
度
调度是内核的主要职责之一，它为任务分配资源和时间，
决定任务运行的次序，从而使系统满足特定的性能要求。 基本的调度算法有先来先服务(FCFS)、最短周期优先
(SBF)、优先级法(Priority)、轮转法(Round-Robin)等。
调度的基本方式有可剥夺型(占先式)和不可剥夺型(非占 先式)。多数实时内核是基于优先级调度的多种方法的复合。
第2章 嵌入式操作系统中的基指为任务所占用的任何实体，它
可以是硬件设备，如打印机、键盘、显示器、I/O端口、 RAM、ROM、中断源和时钟等，也可以是软件，如变量、
结构和数组等。
共享资源是指被两个或者更多任务所使用的资源。
第2章 嵌入式操作系统中的基本概念
第2章 嵌入式操作系统中的基本概念
由于循环的执行时间不是常数，因此程序经过某一特定部分
的准确时间也是不能确定的。如果程序修改了，循环的时序 也会受到影响。
第2章 嵌入式操作系统中的基本概念
图2.1 前后台系统
第2章 嵌入式操作系统中的基本概念
前后台系统也称为超循环系统。一般不复杂且实时性要
求不高的小系统很适合采用前后台系统，例如微波炉、电话 机、玩具等。在另外一些基于省电的应用中，由于平时微处 理器处在停机状态，所有的事都靠中断服务来完成，因此也 常常采用前后台系统模式。
程共用相同进程地址空间，合并起来构成一个完整的应用程 序。线程管理的开销是很小的。大多数嵌入式系统不具备担
负面向进程操作系统的内存开销，小的微处理器也不具备支
持面向进程操作系统的硬件结构。基于上述原因，绝大多数 嵌入式实时操作系统的任务都采用了线程模式。
第2章 嵌入式操作系统中的基本概念
多任务是指用户可以在同一时间内运行多个应用程序，
2.4.2 线程的概念
为了提高计算效率，提出了进程的概念，但随着计算机 技术的飞速发展，人们逐步发现进程拥有较多的资源，在创 建、撤销和切换的过程中，系统为之付出的开销还是很大， 进程这一概念已经不能满足高效率地使用系统资源的需求了。 在最大限度地减小系统开销的前提下，如何使多个程序更好 地并发执行，已经成为操作系统所追求的重要目标。于是， 人们想到将进程的两个属性分离开来，由操作系统分别处理， 使具有调度和分配属性的基本单元不再拥有独立的资源，使 之轻装运行，而拥有独立资源的基本单位，又不频繁地进行 切换。
2.6 任务切换
2.7 死锁 2.8 不可剥夺型内核
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2.1 前 后 台 系 统
如图2.1所示，前后台系统一般由前台(Foreground)和后 台(Background)两部分程序组成。后台是一个无限循环的应 用程序，循环中调用相应的任务函数完成相应的操作，各个 任务依次运行，没有调度，运行的次序不能改变。前台是中
第2章 嵌入式操作系统中的基本概念
进程是操作系统中最基本、最重要的概念，但目前还没
有出现一个十分确切、令人满意的统一定义。如下是几种常 见的定义： (1) E.W.Dijkstra定义：行为的一个规则叫做程序，程 序在处理器上执行时所发生的活动叫做进程。 (2) Madnick和Donovan定义：进程是可以与其它进程 并发执行的计算部分。 (3) J.H.Saltzer定义：一个进程是由伪处理机执行的一 个程序。
第2章 嵌入式操作系统中的基本概念
在这种思想的指导下，于20世纪80年代中期提出了比进程更
小的独立运行单位——线程的概念。近年来，线程的概念已 广为应用，不仅在大量操作系统中被引用，而且在部分数据 库和应用软件中，也引入了这一概念以期改善系统性能。 线程是进程中的一个实体，是CPU调度和分配的基本单 位，它基本上不拥有资源，只拥有维持运行的最少资源(如 寄存器、堆栈、程序计数器等)。进程可以独立运行，同一 进程可以拥有多个线程，每个线程都可以共享同一进程中的 所有资源，线程可以在进程中并发执行，但不能脱离进程独 立运行。线程具有许多进程所具有的特征，所以又称为轻量 级进程(Light-Weight Process)或进程元。
首先入栈，将当前任务用到的所有寄存器内容以及当前状态
保存到自己的任务栈中去，然后像中断返回一样，将下一个 将要运行的任务的所有寄存器内容和状态从该任务的任务栈
中弹出，重新装入CPU的寄存器，任务即恢复到挂起前的状
态，并开始执行。这个过程就是任务切换。
第2章 嵌入式操作系统中的基本概念
任务切换所需要的时间叫任务切换时间，它取决于CPU
第2章 嵌入式操作系统中的基本概念
图2.2 多任务
第2章 嵌入式操作系统中的基本概念
实时应用程序设计的关键就是确定如何把问题分割成多
个任务，以及如何确定每个任务的优先级和任务之间的通信。 典型地，每个任务都是一个无限的循环，每个任务都处在休 眠态、就绪态、运行态、挂起态(等待某一事件发生)和被中 断态等五种状态之一。 休眠态是指任务驻留在内存中，还没有交给内核管理， 不被多任务内核所调度。
2.4 进 程 与 线 程[2]｝
2.4.1 进程的概念 在现代计算机系统中，为了充分利用系统资源，提高 CPU效率，通常采用多道程序设计技术，使CPU不再为某一 程序独占使用。多道程序设计即指允许多个程序同时驻留计
算机内存并运行。在多道程序环境下，程序的并发运行代替
了原来程序的顺序运行，使得程序与计算不再一一对应，各 个程序之间由于需要使用共享系统资源，往往存在相互制约
第2章 嵌入式操作系统中的基本概念
第2章 嵌入式操作系统中的基本概念
2.1 前后台系统 2.2 调度 2.3 临界区 2.4 进程与线程 2.5 任务与多任务 2.9 可剥夺型内核 2.10 可重入性
2.11 优先级反转
2.12 事件 2.13 互斥 2.14 同步 2.15 通信 2.16 对存储器的要求 习题
任何时候都只允许一个任务访问的资源称为临界资源，
用于访问临界资源的代码段称为临界区或临界段。这部分代 码不允许多个并发任务交叉执行，否则会产生严重后果，比
如进入中断后的现场保护代码等。为确保临界区代码的安全
执行，在进入临界区之前要关中断，而临界区代码执行完以 后要立即开中断。
第2章 嵌入式操作系统中的基本概念
第2章 嵌入式操作系统中的基本概念
一旦发生死锁，可用资源剥夺或任务撤消等方法解除死
锁。 大多数内核提供了等待超时功能，以此化解死锁。死锁 一般发生在大型多任务系统中，在嵌入式系统中不易出现。
第2章 嵌入式操作系统中的基本概念
2.8 不可剥夺型内核
不可剥夺型内核(Non-Preemptive Kernel)的特点是运行 的任务占有CPU的绝对使用权，若不自我放弃，准备就绪的 高优先级任务不能抢占CPU的使用权。不可剥夺型调度法也 称做合作型多任务，各个任务彼此合作共享一个CPU。正在
每个应用程序就是一个任务。对于单CPU系统来说，由于 CPU不能在同一时刻运行多个程序，因此多任务只是在宏观 上看起来像是并发运行，而在微观上各个任务还是串联执行 的。
第2章 嵌入式操作系统中的基本概念
多任务的并发执行通常依赖于一个多任务操作系统，多
任务操作系统的核心是系统调度器，它使用任务控制块 (Task Control Block，TCB)来管理任务调度功能。如图2.2所 示，TCB用来保存任务的当前状态、优先级、要等待的事件 或资源、任务程序代码的起始地址、初始堆栈指针等信息。 一旦任务建立，TCB就被赋值，当任务的CPU使用权被剥夺 时，TCB用来保存该任务的状态；当任务重新得到CPU使用 权时，该任务的信息将从它的TCB中取出，放入各个寄存器 中，TCB能确保任务从当时被中断的那一点丝毫不差地继续 执行。TCB全部驻留在内存中。
第2章 嵌入式操作系统中的基本概念
2.5 任务与多任务
任务在不同的应用领域具有不同的意义，它既可以是一 个独立装载的程序，也可以是全部程序中的一段。在实时操 作系统中，有时会用线程或者进程来替代任务。进程是一个 完全独立的程序，有自己的地址空间；线程一般定义为具有
特定目的的半独立程序段，是进程中的一个子程序，所有线
第2章 嵌入式操作系统中的基本概念
就绪态是指任务已经做好了运行的准备，可以运行，但
由于有更高优先级的任务正控制着CPU的使用权，因此该任 务暂时还不能运行。
运行态是指任务控制了CPU的使用权，正在运行中。
挂起态也叫做等待事件态，指任务在等待某一事件的发 生，例如等待某外设的I/O操作，等待某共享资源的释放， 等待定时脉冲的到来，或等待超时信号的到来以结束目前的 等待状态，等等。 被中断态是指发生中断时，CPU转入相应的中断服务， 原来正在运行的任务暂时放弃CPU的使用权，就进入了被中 断状态。
第2章 嵌入式操作系统中的基本概念
进程是操作系统中可以独立运行的单位，通常由三部分
组成，即程序、数据集合和进程控制块。进程具有两种属性： 一是可拥有资源的独立单位；二是可以独立调度和分配的基 本单位。正是因为同时具备这两个基本属性，进程才成为能 够独立运行的基本单位，从而构成进程并发执行的基础。