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。

软件开发在这个编程接口的上进行，而不直接与机器硬件层打交道。

EOS所提供的编程接口实际上就是操作系统对外提供的系统调用函数。

2.系统资源的管理者嵌入式操作系统是一个系统资源的管理者，负责管理系统当中的各种软硬件资源，如处理器、内存、各种I/O设备、文件和数据等，使得整个系统能够高效、可靠地运转。

操作系统的作用主要体现在两方面：1．屏蔽硬件物理特性和操作细节，为用户使用计算机提供了便利令系统（成千上万条机器指令，它们的执行由微程序的指令解释系统实现的）。

计算机问世初期，计算机工作者就是在裸机上通过手工操作方式进行工作。

算机硬件体系结构越来越复杂。

2．有效管理系统资源，提高系统资源使用效率如何有效地管理、合理地分配系统资源，提高系统资源的使用效率是操作系统必须发挥的主要作用。

资源利用率、系统吞吐量是两个重要的指标。

Linux与嵌入式使用的uclinux操作系统的关系Linux是一种很受欢迎的操作系统，它与UNIX系统兼容，开放源代码。

它原本被设计为桌面系统，现在广泛应用于服务器领域。

而更大的影响在于它正逐渐的应用于嵌入式设备。

uClinux正是在这种氛围下产生的。

在uClinux这个英文单词中u表示Micro，小的意思，C表示Control，控制的意思，所以uClinux就是Micro-Control-Linux，字面上的理解就是"针对微控制领域而设计的Linux系统"。

uClinux是针对控制领域的嵌入式linux操作系统，它从Linux 2.0/2.4内核派生而来，沿袭了主流Linux的绝大部分特性。

适合不具备内存管理单元(MMU)的微处理器/微控制器。

没有MMU支持是uClinux与主流Linux的基本差异。

标准Linux是针对有MMU的处理器设计的。

在这种处理器上，虚拟地址被送到MMU，把虚拟地址映射为物理地址。

通过赋予每个任务不同的虚拟－物理地址转换映射，支持不同任务之间的保护.对uCLinux 来说，其设计针对没有MMU的处理器，不能使用处理器的虚拟内存管理技术。

uCLinux仍然采用存储器的分页管理，系统在启动时把实际存储器进行分页。

在加载应用程序时程序分页加载。

但是由于没有MMU管理，所以实际上uCLinux采用实存储器管理策略。

uCLinux系统对于内存的访问是直接的，所有程序中访问的地址都是实际的物理地址。

操作系统对内存空间没有保护，各个进程实际上共享一个运行空间。

一个进程在执行前，系统必须为进程分配足够的连续地址空间，然后全部载入主存储器的连续空间中。

什么是内核？内核是操作系统最基本的部分。

它是为众多应用程序提供对计算机硬件的安全访问的一部分软件，这种访问是有限的，并且内核决定一个程序在什么时候对某部分硬件操作多长时间。

内核，是一个操作系统的核心。

是基于硬件的第一层软件扩充，提供操作系统的最基本的功能，是操作系统工作的基础，它负责管理系统的进程、内存、设备驱动程序、文件和网络系统，决定着系统的性能和稳定性。

什么是Bootlonder?答案一搜狗百科：启动程序（英语：boot loader，也称启动加载器，引导程序）位于电脑或其他计算机应用上，是指引导操作系统启动的程序。

引导程序启动方式及程序视应用机型种类而不同。

BIOS开机完成后，bootloader就接手初始化硬件设备、创建存储器空间的映射，以便为操作系统内核准备好正确的软硬件环境。

BootLoader是依赖于硬件而实现的，特别是在嵌入式领域，为嵌入式系统建立一个通用的BootLoader是很困难的。

答案二百度百科：Boot Loader 是在操作系统内核运行之前运行的一段小程序。

通过这段小程序，我们可以初始化硬件设备、建立内存空间的映射图，从而将系统的软硬件环境带到一个合适的状态，以便为最终调用操作系统内核准备好正确的环境。

通常，Boot Loader 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Boot Loader 几乎是不可能的。

尽管如此，我们仍然可以对Boot Loader 归纳出一些通用的概念来，以指导用户特定的Boot Loader 设计与实现。

使用带uclinux操作系统的嵌入式系统应该注意什么问题？3 uClinux的内存管理uClinux同标准Linux的最大区别就在于内存管理。

标准Linux是针对有MMU的处理器设计的。

在这种处理器上，虚拟地址被送到MMU，MMU把虚拟地址映射为物理地址。

通过赋予每个任务不同的虚拟—物理地址转换映射，支持不同任务之间的保护。

对于uCLinux 来说，其设计针对没有MMU的处理器，不能使用处理器的虚拟内存管理技术。

uClinux不能使用处理器的虚拟内存管理技术（应该说这种不带有MMU的处理器在嵌入式设备中相当普遍）。

uClinux仍采用存储器的分页管理，系统在启动时把实际存储器进行分页。

在加载应用程序时程序分页加载。

但是由于没有MMU管理，所以实际上uClinux采用实存储器管理策略(real memeory management)。

这一点影响了系统工作的很多方面。

uClinux系统对于内存的访问是直接的，（它对地址的访问不需要经过MMU，而是直接送到地址线上输出），所有程序中访问的地址都是实际的物理地址。

操作系统对内存空间没有保护（这实际上是很多嵌入式系统的特点），各个进程实际上共享一个运行空间（没有独立的地址转换表）。

一个进程在执行前，系统必须为进程分配足够的连续地址空间，然后全部载入主存储器的连续空间中。

与之相对应的是标准Linux系统在分配内存时没有必要保证实际物理存储空间是连续的，而只要保证虚存地址空间连续就可以了。

此外磁盘交换空间也是无法使用的，系统执行时如果缺少内存将无法通过磁盘交换来得到改善。

uClinux对内存的管理减少同时就给开发人员提出了更高的要求。

如果从易用性这一点来说，uClinux的内存管理是一种倒退，退回了到了UNIX早期或是Dos系统时代。

开发人员不得不参与系统的内存管理。

从编译内核开始，开发人员必须告诉系统这块开发板到底拥有多少的内存（假如你欺骗了系统，那将在后面运行程序时受到惩罚），从而系统将在启动的初始化阶段对内存进行分页，并且标记已使用的和未使用的内存。

系统将在运行应用时使用这些分页内存。

由于应用程序加载时必须分配连续的地址空间，而针对不同硬件平台的可一次成块（连续地址）分配内存大小限制是不同（目前针对EZ328处理器的uClinux是128k，而针对Coldfire 处理器的系统内存则无此限制），所以开发人员在开发应用程序时必须考虑内存的分配情况并关注应用程序需要运行空间的大小。

另外由于采用实存储器管理策略，用户程序同内核以及其它用户程序在一个地址空间，程序开发时要保证不侵犯其它程序的地址空间，以使得程序不至于破坏系统的正常工作，或导致其它程序的运行异常。

从内存的访问角度来看，开发人员的权利增大了（开发人员在编程时可以访问任意的地址空间），但与此同时系统的安全性也大为下降。

此外，系统对多进程的管理将有很大的变化，这一点将在uClinux的多进程管理中说明。

4 uClinux的多进程处理uClinux没有MMU管理存储器，在实现多个进程时（fork调用生成子进程）需要实现数据保护。

由于uClinux的多进程管理是通过vfork来实现，因此fork等于vfork。

这意味着uClinux系统fork调用完成后，要么子进程代替父进程执行（此时父进程已经sleep）直到子进程调用exit退出；要么调用exec执行一个新的进程，这个时候将产生可执行文件的加载，即使这个进程只是父进程的拷贝，这个过程也不能避免。

当子进程执行exit或exec 后，子进程使用wakeup把父进程唤醒，使父进程继续往下执行。

uClinux的这种多进程实现机制同它的内存管理紧密相关。

uClinux针对没有mmu处理器开发，所以被迫使用一种flat方式的内存管理模式，启动新的应用程序时系统必须为应用程序分配存储空间，并立即把应用程序加载到内存。

缺少了MMU的内存重映射机制，uClinux 必须在可执行文件加载阶段对可执行文件reloc处理，使得程序执行时能够直接使用物理内存。