嵌入式系统及其应用.doc

第一章 嵌入式系统概述1.嵌入式系统是一种“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”，执行带有特定要求、预先定义的任务2.特点：功能的单一性、系统的紧凑性、运用的实时性3嵌入式系统与通用计算机的区别特征嵌入式系统通用计算机形式和类型看不见的计算机形式多样，应用广泛，按应用来分看得见的计算机按体系结构、运算速度和结构规模等因素分为大、中、小型机和微机组成面向应用的嵌入式微处理器，总线和外部接口集成在处理器内部软件与硬件紧密集成在一起通用处理器、标准总线和外设软件和硬件相对独立软硬件平台构成精简, 低功耗，体积小，低成本高性能，通用开发方式交叉开发，开发平台一般为通用计算机，运行平台为嵌入式系统开发平台和运行平台都是通用计算机二次开发性一般不能再编程应用程序可重新编制4. 发展阶段第一阶段：单片机（Single Chip Microcomputer，SCM）系统特点：以4位和低档8位微处理器为核心，将CPU和外围电路集成到一个芯片，配置外部并行总线、串行通讯接口、SFR模块和布尔指令系统，无操作系统支持缺点：系统结构和功能相对单一，处理效率较低，存储容量较小，几乎没有用户接口 第二阶段：微控制器（Micro Controller Unit，MCU）系统 特点：以高档的8位/16位微处理器为核心，集成较多外部接口，如A/D转换、PWM、PCA、Watchdog、高速I/O口等，配置了芯片间的串行总线，软件结构比较复杂缺点：应用软件较为专业化，用户界面不友好第三阶段：微处理器（MicroProcessorUnit，MPU）系统由通用计算机中的CPU演变而来，具有32位以上的处理器。实际中，只保留和嵌入式应用紧密相关的功能硬件，去除冗余，以最低的功耗和资源实现嵌入式应用的特殊要求目前主要的嵌入式处理器类型有Am186/88、386EX、SC-400、 68000、 PowerPC、 MIPS、ARM/StrongARM系列等，其中ArmStrongArm是专为手持设备开发的嵌入式微处理器从系统结构来讲基于MCU和MPU的电路结构区别不大，关键是区别是MCU和MPU处理器的性能差别很大第四阶段：片上系统（System on Chip，SOC）32位/64位系统，应用于小型的电子设备中，一般含一个很小的操作系统内置到芯片上，是一种面向应用的集成电路设计可根据不同的客户的要求定制的芯片，将系统的关键的部件集成到一个芯片上，以适应于大批量工业生产和应用5.应用：军用、工业控制、网络应用、其他6.构成：嵌入式计算机系统和执行装置嵌入式计算机系统是核心，包含硬件层、中间层中间层又称硬件抽象层或板级支持包（BSP）。分离上层软件与底层硬件包含相关底层硬件的初始化、数据的输入/输出操作和硬件设备的配置完成两部分工作：嵌入式系统硬件初始化和硬件相关的设备驱动程序 嵌入式系统硬件初始化：片级初始化（嵌入式处理器的初始化）、板级初始化（嵌入式处理器以外的其他硬件设备的初始化）和系统级初始化（操作系统的初始化） 硬件相关的设备驱动程序：在系统初始化过程中由BSP将设备驱动与操作系统中通用的设备驱动程序关联起来，并在随后的应用中由通用的设备驱动程序调用，实现对硬件设备的操作、系统软件层由实时多任务操作系统（RTOS）、文件系统、图形用户接口（GUI）、网络系统及通用组件模块组成，其中RTOS是应用软件的基础和开发平台和应用软件层由基于实时操作系统开发的应用程序组成，作用是实现对被控制对象的控制功能。面向被控制对象和用户，为方便用户操作，需要提供友好的人机界面执行装置又称被控制对象，接受嵌入式计算机系统发出的控制命令，执行预定的操作或任务硬件层结构：嵌入式核心控制模块和外围设备接口嵌入式核心控制模块包含嵌入式微处理器，存储器，电源电路，时钟电路和复位电路外围设备接口包含通用设备接口和I/O接口常用的通用设备接口有A/D（模/数转换接口）、D/A接口（数/模转换接口）I/O接口有RS-232接口（低速串口协议）、Ethernet（以太网接口）、USB（通用串行总线接口）、CAN接口（现场总线）、RS485、音频接口、VGA视频输出接口、I2C串行接口、SPI（串行外围设备接口）和IrDA（红外线接口）等，如LCD，CAN，触摸屏等。存储器存储器包含Cache、主存和辅助存储器，还有容量不大的片内RAM和片内ROM，高档微处理器基本上都包含CacheCache是一种容量小、速度快的存储器阵列，位于主存和嵌入式处理器内核之间，存放最近使用最多的程序代码和数据，提高微处理器和主存之间的数据传输速率主存是嵌入式微处理器能直接访问的寄存器，用来存放系统和用户的程序及数据，ROM和RAM常用作主存辅助存储器（外存）用来存放大数据量的程序代码和信息，容量大，读取速度慢嵌入式微处理器 将通用CPU中许多由板卡完成的任务集成到芯片内部 体系结构可以采用冯诺依曼体系结构或哈佛体系结构 指令系统可以选用精简指令系统（RISC）和复杂指令系统（CISC）。CISC计算机具有大量的指令和寻址方式，但只用到少量指令；RISC计算机只包含最有用的指令，确保每一条指令快速完成，以提高执行效率嵌入式系统开发流程第2章 Linux基础知识1.Unix已经发展成为一个支持多任务、多线程、虚拟内存、换页、动态链接和TCP/IP网络的现代操作系统2.Linux克隆了Unix，但Linux不是Unix3.Linux内核与Unix各种变体的内核的分析比较如下Linux支持动态加载内核模块；Linux支持对称多处理（SMP）机制；Linux内核可以抢占（preemptive）；Linux对线程支持的实现比较有意思；Linux体现了自由这个词的精髓。4.Linux系统的特点开放性、多用户多任务、出色的速度性能、良好的用户界面、提供了丰富的网络功能、可靠的系统安全、良好的可移植性、具有标准兼容性5.Linux一般由4个部分组成：内核、shell、文件系统和应用程序。6. Linux的内核版本内核版本号由3个数字组成：r.x.yr：目前发布的Kernel主版本x：偶数：稳定版本；奇数：开发中版本y：错误修补的次数7. 常用命令简介 l roottty/#其中第一个root表示登录用户，tty表示网络中主机名，/表示当前目录（当登录用户，登录主机名以及进入目录不同时，相应的项也会改变），#表示登录用户是超级用户root，如果是一般用户则为$。l 关机与重新启动关机可以使用命令：#init 0；重新启动系统可以使用命令#init 6。命令init用于立即关机或重启，但在多用户系统中，若想给用户发送关机警告信息以便各个用户完成自己的工作并注销登录，则必须使用shutdown命令。l 常用文件目录操作命令1）ls：显示文件和目录列表。ls命令应该是Unix用户和Linux用户非常熟悉的命令，该命令的基本功能是浏览文件。它的后面可以附加一定格式的参数，从而来显示关于文件的不同信息。ls a 在Linux系统中，以.开头的文件被系统视为隐藏文件，仅用ls命令是无法看到的。如果想要显示出隐藏文件，我们就要使用ls -a命令。该命令除了显示一般文件名外，连隐藏文件也同时显示出来。ls -l 以长格式显示结果。有的时候我们希望察看更详细的文件或目录属性，这个时候我们就可以使用-l参数。每一行的信息可以分成7栏。最左端第一栏中包含10个字符，比如“lrwxrwxrwx”。这10个字符主要是显示 文档的类型以及不同用户对该文档的操作权限。从左向右第一个字符表示文件是目录、连接文件或普通文档。其中，d表示目录文件，l表示连接文件，-表示一般文件。后面的9个字符可以被分成3组，每组3个字符，分别用于表示Owner、Group、Other用户对该文件的操作权限；其中，r：可读，w：可写，x：可执行，有时执行部分不是x而是s，表示这个程序的执行者临时拥有和拥有者一样的权利来执行该文件。第一栏后面的第二个栏是一个数字，用于表示文件数目，如果是目录，则是该目录下文件数目。第三栏用于表示文件或目录的拥有者，若使用者目前处于自己的Home，那这栏则是他的账号名称。第四栏表示所属的组。第五栏表示文件大小，一般是以字节为单位。第六栏表示文件的创建时间，第七栏则给出了文件名。2）cp：复制文件或目录。用法：cp options source dest或cp options source directory选项：-a 表示尽可能将档案状态、权限等资料都按照原样予以复制。 -r 若source中含有目录名，则目录下档案也按序复制到目标目录中。-f 若目的目录中已经包含与被复制文件或者目录相同名字的文件或者目录，则复制前先将原来的文件或者目录删除，然后把新的文件或者目录写入到该目录下。3）mv 移动文件或目录，文件或目录改名。用法：mv options source target，选项：-b 在把文件名或子目录名改为其他文件或子目录已经使用过的名字时，将会对所有原有文件和子目录备份。 -i mv命令设有回显，使用该参数可以和用户交互。4）cat：显示文本文件内容。用法：cat options filename选项： -n 由1开始对所有输出的行数编号。 -b 和-n相似，只不过对于空白行不编号。5）more，less：分页显示文本文件内容。6）head，tail：显示文本文件的前若干行或后若干行。7）wc：统计指定文本文件的行数、字数、字符数。8）find：在文件系统中查找指定文件。9）grep：从指定的一个或多个文本文件中逐行查找指定的字符串10）pwd：显示当前工作目录。11）mkdir：创建目录。12）rmdir：删除空目录。选项：-p删除某个子目录的全部继承结构。13）rm：删除文件 用法：rm option 文件名 参数：-i 删除文件时会询问用户是否删除。 -f 强行删除某个文件。 除时会报错，-f，-r 参数一起使用时可以删除该同名目录以及其下的子目录。l 常用信息显示命令 1）stat：显示指定文件的相关信息。 2）who：显示在线登录用户。 3）whoami：显示用户自己的身份。 4）hostname：显示主机名称。 5）uname：显示操作系统信息。 6）ifconfig：显示网络接口信息。7）ping：测试网络的连通性。范例：ping 6，测试本机与IP地址为6的主机的连通性。 ping ，测试本机与主机的连通性。8）netstat：显示网络状态信息。9）id：显示当前用户的id信息。l 常用备份压缩命令1）tar：文件、目录打（解）包。用法：tar 主选项+辅选项 文件或目录参数：主选项： -t列出文档中的内容。 -c创建新的档案文件。 -r把要存档的文件追加到档案文件末尾。 -x从档案文件中释放文件。-z 用gzip来压缩/解压缩文件，加上该选项后可以将档案文件进行压缩，但还原时也一定要使用该选项进行解压缩。 辅选项： -f使用档案文件或设备，该选项通常是必选的。 -k保存已经存在的文件，若我们把某个文件还原，在还原过程中遇到 相同文件，不会进行覆盖。 -v详细报告tar处理的文件信息。 -w每一步都要求确认。范例：tar -zcvf myfile.tar.gz mydir，将mydir目录打包后压缩。 tar -zxvf myfile.tar.gz，解压缩。2）gzip：压缩（解压）文件或目录，压缩文件后缀名为gz。3）compress：压缩（解压）文件或目录，压缩文件后缀名为Z。4）bzip2：压缩（解压）文件或目录，压缩文件后缀名为bz2。5. 常用系统管理命令 1）mount：挂装文件系统。 umount：解挂装文件系统。 范例：mount，察看系统自动挂装的文件系统。mount /mnt/cdrom挂装光驱。mount -t vfat /dev/hda10 /mnt/win，将本地FAT32分区挂到/mnt/win目录下。umount /mnt/win，解挂装分区。2）chmod：更改文件或目录的权限。 用法：chmod -cfvR-help-version+-=mode file 说明：Linux/Unix的档案存取权限分为三级：档案拥有者(owner)、群组 (group)、其他（other）。利用chmod可以藉以控制档案如何被他人所存取。mode权限设定字串，格式如下ugoa+-=rwxX.，其中u表示该档案的拥有者，g表示与该档案的拥有者属于同一个群体（group）者，o表示其他以外的人，a表示这三者皆是。+表示增加权限，-表示取消权限，= 表示唯一设定权限。r表示可读取，w表示可写入，x表示可执行，x表示只有当该档案是个子目录或者该档案已经被设定过，为可执行。参数-cfVR则主要是用于用户更改过程中或者更改后相关信息的显示，以及对子目录的更改限制的，比如：-c 只有该档案的权限确实已经被更改，才显示其更改的信息。-f 即使该档案的权限无法按照要求被更改，也不会向用户显示错误信息。-v 显示权限变更的详细资料。-R 对当前目录下的所有档案与子目录进行相同的权限变更（即以递回的方式逐个变更）。-help显示辅助说明。-version显示版本。范例：chmod u-=rw，g=r，o=r myfile对myfile文件的权限进行设置，设置后owner用户拥有对该文件的读写权，group用户和other用户拥有只读权；另外，权限设置相同时，还可按以下方式合并参数： chmod ugo=r myfile表示将三种类型用户的权限都设置为只读； chmod u+rW，g+r，o+r filename则是在原来权限的基础上，对owner用户添加读写权限，对group用户和other用户添加只读权限。3）su转换用户并改变相应环境变量。用法：su -用户账号名su命令用于转换当前用户到指定的用户账号，并改变相应的环境变量为新用户的值。范例：su -sdul。4）ps：显示系统中所运行进程的详细信息 ps命令不加任何参数时，显示当前控制台的进程。ps -e命令显示系统中 所有进程。5）kill：停止指定的进程运行。用法：kill 进程号范例：#ps |grep vi 7740 pts/0 00:00:00 vi #kill 77406）rpm对rpm软件包进行各种维护操作。 用法： rpm -qa 查询系统中安装的所有RPM软件包。 rpm -q 软件包名 查询指定的软件包在系统中是否安装。 rpm -qi 软件包名 查询系统中已安装软件包的描述信息。 rpm -ql 软件包名 查询系统中已安装软件包里所包含的文件列表。 rpm -qf 文件全路径名 查询系统中指定文件所属的软件包。 rpm -qp RPM包文件全路径名 查询RPM包文件中的信息，用于未安装前了解包中信息。rpm -i RPM包文件全路径名 安装指定的RPM包到当前系统。rpm -ivh RPM包文件全路径名 安装RPM包并显示安装信息。 “i”代表安装， “v”设置在安装过程中将显示详细信息。 “h”设置在安装过程中显示“#”来表示安装进度。rpm -e RPM包名称 删除已安装的软件包。rpm -u RPM包文件全路径名 使用命令中指定的RPM软件包对当前系统中已安装的同一软件的较低版本进行升级。上述内容仅仅是Linux下的常用命令，如果在使用时需要察看命令的详细用法，可以使用如下命令： man command或者command -helpLinux目录系统1. /根目录 开机时，系统会将根分区挂载在该目录下。2. /bin 这个目录是系统中最主要的可执行文件的存放地，这些可执行文件大都是Linux系统里最常用的命令了，一般用户和超级用户都会经常使用该目录下的命令，如：ls、SH、mount等。3. /boot 该目录下存放的是系统启动时内核文件和其他一些信息文件， 如initrd.img、vmlinux、System-map等。该目录下存放的文件都比较重要，所以目录不可任意删除。另外，有的版本的Linux系统中可能没有该目录，把该目录下的内容直接放在根目录下。4. /dev 这个目录下面的所有文件都是特殊文件，Linux系统把所有的外设都看成是一个文件，就是说你对代表该外设的文件的操作就表示对该外设的操作。所以说/dev对系统是相当重要的。比如你想对软盘进行EXT2文件系统的格式化，那么就要这样做：mke2fs /dev/fd0，这里的fd0就代表软盘驱动器。5. /etc 该目录用于存放系统的配置文件，一般和系统关系十分密切的配置文件都放在该目录下，也就是说对系统的配置主要就是对该目录下的文件进行修改。在该目录下大多是文本文件，比如：inittab、lilo.conf等。6. /home 这是系统默认的普通用户的主目录的根目录，也就是普通用户的主目录设置为：/home/userid目录。在使用过程中，用户的数据一般均存放在其主目录中。7. /lib 该目录用于存放系统的链接库文件，许多系统启动时所需要用到重要的共享函数库都在此目录