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DZ049嵌入式系统在多点温度控制中的应用,毕业设计
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1 摘要：课题背景、课题意义、课题内容实现、结果 嵌入式系统在多点温度控制中的应用 第一章 概述 . 3 1.1 引言 . 3 1.2 选题意义 . 3 1.3 课题的实现 . 5 1.4 论文的章节安排 . 6 第二章 嵌入式系统 . 8 2.1 嵌入式系统的基本概念 . 8 2.1.1 嵌入式系统的历史 . 8 2.1.2 何为嵌入式系统 . 9 2.1.3 嵌入式实时操作系统 . 10 2.2 嵌入式系统的组成 . 11 2.2.1 嵌入式处理器 . 11 2.2.2 嵌入式操作系统 . 12 2.3 嵌入式系统的开发 . 15 2.4 嵌入式系统的应用 . 16 2.5 嵌入式系统的未来发展趋势 . 16 第三章 系统开发环境与技术 . 18 3.1 系统的开发环境 . 18 3.1.1 SM5964 概述 . 18 3.1.2 嵌入式操作系统 -C/OS-II . 19 3.2 嵌入式系统软 /硬件协同设计技术 . 25 3.3 嵌入式系统的测试技术 . 27 第四章 系统的设计与实现 . 29 4.1 系统的硬件设计 . 29 4.2 系统的移植 . 33 4.3 系统的软件设计与实现 . 35 4.3.1 设计总述 . 35 4.3.2 任务的划分 . 36 4.3.3 人机交互模块的详细设 计 . 38 4.3.5 温度测量及控制模块详细设计 . 43 4.3.6 远程加载程序的设计 . 47 第五章 PC 侧程序的设计 . 50 5.1 PC 机侧串行通信程序的设计 . 50 5.1.1 程序设计的关键技术 . 51 5.1.2 通信协议的制定 . 52 5.1.2 PC 机侧通信程序的实现 . 53 5.2 PC 侧 ISP 功能控制模块设计 . 58 5.2.1 PC 机侧传输协议约定 . 58 5.2.2 控制界面和流程图设计 . 59 nts 2 第六章 结论 . 61 6.1 总结 . 61 6.2 进一步的研究 . 61 nts第一章 概述 3 第一章 概述 1.1 引言 嵌入式系统被定义为：以应用为中心，以计算机技术为基础，软硬件可裁剪，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。实际上嵌入式系统是计算机的一种应用形式，是将先进的计算机技术、半导体技术和电子技术与各个行业的具体应用相结合后的产物，具有软件代码小、高度自动化、响应速度快等特点。 因此它是一个技术密集、资金密集、高度分散、不断创新的知识集成系统。 特 别适合于要求实时的和多任务的系统。 从美国微软发布“维纳斯计划”白皮书到中国中科院推出的“女娲计划”，整个世界仿佛在一夜之间掀起了嵌入式开发与应用的热潮，人们开始关注嵌入式技术的发展和应用情况。嵌入式系统的研究和开发也随之走入了高校和研究所，成为人们的学科，并且相应地开发出了嵌入式操作系统，嵌入式浏览器和嵌入式数据库等产品。 在当前数字信息技术和网络技术高速发展的后 PC（ Post-PC）时代，嵌入式系统已经广泛地渗透到科学研究、工程设计、军事技术、各类产业和商业文化艺术以及人们的日常生活等方方面面中。 随着国内外各种嵌入式产品的进一步开发和推广，嵌入式技术越来越和人们的生活紧密结合。 如今嵌入式系统的应用越来越广泛，那么嵌入式系统应用缘何能在近年来的信息技术应用中脱颖而出，成为众多商家角逐的对象。其实原因很简单，因为这里面蕴藏着巨大的市场，巨大的商业利益，单就电视应用而言，目前全球有 2 亿多有线电视用户，中国也有 8000 多万户，而且每年还在以 600 万的速度递增。如今，在这块领域里，还没有一家公司有成熟的产品，也没有标准的操作系统，更没有一个可以主导市场的垄断者。在这种局势下，虽然竞争将异常剧烈，但突围的可能 性也较大，只要能够培养出自己的技术能力和市场开拓能力，是有可能取得巨大成功的。 如今 嵌入式系统 已经成为 IT界的又一新焦点，它 正处在一个飞速发展和激烈竞争的时代 ，它被广泛应用到金融、航天、电信、网络、信息家电、医疗、工业控制、军事等各个领域。 1.2 选题意义 微机控制系统是一种实时系统，所谓实时系统是指系统能及时地响应外部事件的请求，在许可的时间限制内完成对该事件的处理，并控制相应的设备完成实时操作。 为了满足处理实时事件的要求，绝大部分单片微机都具有中断功能。它允许在发生某一事件时（例如外部设备运行完成、 定时时间到等），为了对这一事件进行处理，中止现行程序的运行而进入处理该事件的程序，处理完再返回原程序执行。 nts第一章 概述 4 随着单片微机应用的日益深入和广泛，应用的水平越来越高，应用系统的功能也越来越复杂，一个系统经常需要控制多个对象，并且这些对象都要求实时操作。特别是现在已开始大量使用多机系统，它们一般为主从结构的多机控制系统。从机完成数据采集、计算、控制等功能。主机可向从机发命令，修改从机的参数，而从机可向主机回送结果和数据。在这样的系统中，主从机通信与从机的数据采集、计算、控制等必须并行进行，即从机在通信和执行主机的 命令时，也不能影响其它操作。因此，较复杂的单片微机实时系统特别是多机系统，均要求单片微机系统具有同时进行多种实时操作的能力，我们称之为并行处理。另外， 在系统软件设计中，多采用单任务顺序机制。 程序由一个主循环控制，通过判断不同的标志轮循调用各功能函数，在主循环中调用的模块按顺序运行。 （论述嵌入式系统与一般系统的差别，优缺点） 本课题基于嵌入式系统的开发及应用，利用嵌入式系统的设计方法及测试技术，结合 RTOS 的选取原则，选用了 源码公开的嵌入式实时操作系统 C/OS-II，结合实际应用，设计了一个实现对多点温 度进行控制的嵌入式系统。 复杂的微机控制系统使用常规的顺序程序设计方法加上中断来实现功能是比较困难的，主要体现在以下几个方面： (1).实时性差：由于计算机在处理中断时，一般不允许响应低级和同级中断，为了提高实时性，要求中断处理程序尽量短。但是有许多实时操作的处理比较复杂，需要较长的 CPU 执行时间。如果用中断来完成这些处理，则在处理时，无法响应低级或同级中断。如果采用中断置标志的方法，让主程序来进行处理，则一方面会增加程序的复杂性，另一方面也难以做到实时处理，因为主程序不可能在执行其它程序时，随时去检查 这些标志位而转向不同的处理程序。 (2).难以实现并行操作的相互通信：在功能较强的实时系统中，除了主程序有时需要与中断间进行信息交换外，各个并行操作之间有时也需相互通信。这些用常规方法是难以实现的。 (3).结构复杂、移植性差、维护困难：单片微机功能的复杂化，使软件越来越复杂，特别是为了实现并行操作，需使用大量的中断和标志，使程序结构十分混乱，难以设计和调试。同时由于程序采用线性结构，使得程序难于修改或者移植，因此缺乏灵活性、通用性和可维护性。 为了解决以上的问题，可以把应用软件按所完成的功能分成一个个独立 的、但可以并行运行的任务，如串行口通信任务、数据采集任务、数据计算任务、定时打印任务等。这样，整个应用软件有各个任务所组成，设计、调试时可分别进行。修改时只可修改个别任务即可，从而提高了软件的可移植性。为了提高系统的可靠性，并有效地实现任务间的相互通信，当应用程序处理的任务较多，尤其要求同时执行两个以上的工作和任务时，在软件设计中引入实时多任务操作系统(Real Time Operating System,RTOS)将非常必要 。 提倡在嵌入式应用中使用 RTOS的最主要原因是提高系统的可靠性。长期以来，在国内 传统的开发方式是：针对某一应用，画程序流程图、编制应用程序。通常是线性程序， 此机制的优势在于流程直观。 这种方法的缺点是：除中断服务程序以外，各程序模块没有优先级的区别，被主循环简单地轮转调用，实时性差，响nts第一章 概述 5 应时间无法预料；而且，当一个任务申请不到资源，或循环过程中由于某种原因无法跳出循环时，其他任务将得不到响应， 当程序很小时，虽然可通过设置Watchdog ，利用中断等方法来解决上述矛盾。如果程序变得较大，将大大增加开发时间和调试难度，复杂度不堪想象。正是上述的缺点， 在干扰严重的情况下，系统安全性差。另一重 要原因是提高开发效率，缩短开发周期。 系统中引入 RTOS 之后，有 RTOS 完成任务管理、任务间通信、中断管理等功能。嵌入式系统中的多任务操作系统在应用系统启动后，首先运行的是背景程序，用户的应用程序是运行于其上的各个具体任务 ， 多任务操作系统允许灵活地分配系统资源（中央处理器、存储器等等）给各个任务，各程序模块（或者任务）就如同中断程序一样并行运行，这样就可以简化那些复杂而且时间要求严格的工程的软件设计 ，同时也提高了可靠性。 目前较流行的嵌入式实时多任务操作系统国外主要有 VxWorks、 QNX、 pSOS、Windows CE 等。 另外，国内也有许多自主开发的实时操作系统，如科银京成（ CoreTek）公司的嵌入式软件开发平台 DeltaSystem,中科院推出的 Hopen嵌入式操作系统， 浙江大学自主研制开发的全中文的嵌入式操作系统 HBOS 系统 等。 这些操作系统性能优越，易于移植，但均属于商业操作系统，需支付昂贵的版税。另外也有两个优秀的自由软件操作系统是 C/OS-II和嵌入式 Linux，它们也具有相当好的性能，且源代码开放，免费使用 ,以上这些操作系统大多都有完善的开发环境和工具。用户在进行嵌入式系统的设计时，根据具体 应用和实际情况，选择适合自己的实时操作系统。 1.3 课题的实现 （本课题基于嵌入式系统的开发及应用，利用嵌入式系统的设计方法及测试技术，结合 RTOS的选取原则，选用了 源码公开的嵌入式实时操作系统 C/OS-II，结合实际应用，设计了一个实现对多点温度进行控制的嵌入式系统。） 目前就成本而言，在较长的一段时间，很多测控应用领域，微处理器只需 8 位或 16位单片机就可胜任 ,对于这样低端的产品开发，要完成较复杂的任务，可采用微内核的多任务操作系统如 C/OS-II、 RTX、 CMX等来完成软件设计。在应用中，已经 能够明显减少系统的软件设计工作量，并提高了系统的可靠性。 考虑到系统实际应用，在硬件设计方面，微控制器选用了 台湾 Syncmos公司生产的 8位微控制器 SM5964, 它是 80C52 微控制器家族的派生产品，其强大的片内资源，只需选用少量的外围器件即可实现系统的要求。温度测量利用 Pt（ 100）热敏电阻，测量的模拟信号经模数转换模块转换后送入微处理进行处理。模数转换器选用 凌特公司 (Linear Technology)推出的 20位无延迟模数转换器 LTC2430，此模块可直接对测量的毫伏级信号进行处理，并能够达到 精度要求。其它也选用了与通信和输出控制相关的器件。 软件的设计基于软件开发平台 C/OS-II，它是由 Labrosse先生编写的一个开放式内核，最主要的特点就是源码公开，此 RTOS的更多优点在第三章有详细论述。一方面它是免费的，另一方面用户可以根据自己的需要对它进行修改。由于它没nts第一章 概述 6 有功能强大的软件包，基于具体应用需要自己编写驱动程序，为使其能够正常工作，要根据具体的硬件平台完成相应的移植工作。 C/OS-II是一个占先式的内核，即已经准备就绪的高优先级任务可以剥夺正在运行的低优先级任务的 CPU使用权。这个特点 使得它的实时性比非占先式的内核要好。在设计中，给予不同任务不同的优先级，提高了系统的实时性。对温度控制方面， 采用了一种基于时间最优控制的 PID算法实现对温度控制。 除了实现对温度的采集、处理、控制之外，本课题一方面利用 SM5964的 ISP功能，实现了 PC机利用 ISP技术进行对系统远程加载和升级。另一方面，利用 RS232串行通信技术，实现了 PC机与系统的通信，并可对系统进行远程控制。从而实现了微机控制系统中主从式控制系统结构。 1.4 论文的章节安排 论文的结构及内容安排如下： 第一章 概述 概述部分由嵌入式系统成 为当今 IT行业又一热点开始，结合当前微机控制领域存在的问题，论述了在此领域引入嵌入式操作系统的必要性，引出课题的意义。最后给出课题的实现方案。 第二章 嵌入式系统 本章首先对嵌入式系统的历史进行论述，引出其当前的定义，并提出了 RTOS所要解决的几个问题。然后提出了嵌入式系统的两大组成部分：嵌入式处理器和嵌入式实时操作系统，分析了当前嵌入式处理器的分类以及当前流行嵌入式操作系统的特点。最后论述了嵌入式系统的开发工具及应用状况，并对嵌入式系统的未来发展趋势加以展望。 第三章 系统的开发环境及相关技术 本章根据第二章的论述， 结合课题的需要，首先对系统选用的主控芯片SM5964的特性进行了介绍，并根据嵌入式操作系统的选取原则，对系统选用的RTOS - C/OS-II的特点进行了论述。然后根据系统实际应用介绍了对实时内核进行的扩展。最后，阐述了系统设计中使用的嵌入式系统软 /硬件协同设计技术和测试技术。 第四章 系统的设计与实现 本章中论述了本课题的核心，详细论述了实现对多点温度进行控制的嵌入式系统的设计。从对系统的硬件设计进行论述开始，然后完成根据具体的硬件平台进行操作系统的移植工作。最后对系统的软件设计进行了详细的阐述，在软件设计 中，把系统的软件分成人机交互、串行通信、温度的测量及控制、远程加载等四大模块，并对每一模快的具体实现进行了详细论述。 第五章 PC侧程序的设计 本章中论述了对系统进行远程监控和 ISP功能主控侧程序的实现，模拟实现了主从式微机控制系统主控方的程序设计。首先论述了 VC+对多线程的支持 以及多线程编程中的关键问题，然后详细阐述了主机侧通信功能和 ISP功能的设计。 第六章 系统的扩展及总结 本章简要介绍了在系统中实现文件系统和网络功能的方法，对整个课题给予nts第一章 概述 7 总结。nts第一章 概述 8 第二章 嵌入式系统 嵌入式系统的发展和应用是现代信息社会的一个 重要特征，已经被用于各行各业，也深入地影响到人们的生活和工作，本章较为全面地介绍和研究了嵌入式系统的基本概念和原理，并对嵌入式系统的发展方向和趋势作一定的论述，对于了解嵌入式系统及其开发和研究将起到一定的作用。 2.1 嵌入式系统的基本概念 2.1.1 嵌入式系统的历史 虽然嵌入式系统是近几年才风靡起来的， 但从 20 世纪 70 年代单片机的出现到今天各式各样的嵌入式微处理器、微控制器的大规模应用，嵌入式系统已经有近 30 年的发展历史。 作为一个系统，往往是在硬件和软件双螺旋式交替发展的支撑下逐渐趋于稳定和成熟，嵌入 式系统也不例外。 嵌入式系统最初的应用是基于单片机的。 20世纪 70年代单片机的出现，使得汽车、家电、工业机器、通信装置以及成千上万种产品可以通过内嵌电子装置来获得更佳的使用性能，更容易使用，更快、更便宜。这些装置已经初步具备嵌入式的应用特点，但是这时的应用只是使用 8位的芯片，执行一些单线程的程序，还谈不上“系统”的概念。 从 80 年代早期开始，嵌入式系统的程序员开始用商业级的“操作系统”编写嵌入式应用软件，这使得开发人员可以进一步缩短开发周期，降低开发成本并提高开发效率。 1981 年， Ready System 开发出世界上第一个商业嵌入式实时内核（ VTRX32）。这个实时内核包含了许多传统操作系统的特征，包括任务管理、任务间通信、同步与相互排斥、中断支持、内存管理、时钟管理等功能。如Integrated System Incorporation (ISI)(现已被风河公司收购 )的 pSOS 和WindRiver(风河 )的 VxWorks、 QNX公司的 QNX等。这些嵌入式操作系统都具有嵌入式的典型特点：系统内核很小，具有可裁减性、可扩充性和可移植性，可以移植到各种处理器上；较强的实时性和可靠性，适合嵌入式应用。这些嵌入式 实时多任务操作系统的出现，使得应用开发人员从小范围的开发中解放出来，同时也促使嵌入式有了更为广阔的应用空间。 90 年代以后，随着对实时性要求的提高，软件规模不断上升，实时内核逐渐发展为实时多任务操作系统（ RTOS） ，并作为一种软件平台逐步成为目前国际嵌入式系统的主流。这时候更多的公司看到了嵌入式系统的广阔发展前景，开始大力发展自己的嵌入式操作系统。除了上面的几家老牌公司以外，还出现了 Palm OS、 Windows CE、嵌入式 Linux、 Lynx、 Nucleus 以及国内的 Hopen、 Delta OS 等嵌入 式操作系统。随着嵌入式技术的发展前景日益广阔，嵌入式操作系统软越来nts嵌入式系统在多点温度控制中的应用 12 越多。 现在 RTOS已经在全球形成了 1个产业，更具美国 EMF(电子市场分析 )报告，1999年全球 RTOS 市场产值达 3.6亿美元，而相关的整个嵌入式开发工具（包括仿真器、逻辑分析仪、软件编译器和调试器）则高达 9亿美元。 2.1.2 何为嵌入式系统 随着嵌入式技术的发展和应用，出现了不同的嵌入式系统的定义， 目前国内一个普遍被认同的定义是：以应用为中心，以计算机技术为基础，软硬件可裁减，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的计算机系 统。 可以从以下几个方面来理解国内对嵌入式系统的定义： 1 嵌入式系统式面向用户、面向产品、面向应用的，它必须与具体的应用相结合才会具有生命力、才具有优势。即嵌入式系统是与应用紧密结合的，它具有很强的专用性，必须结合实际系统需求进行合理的裁减利用。 2 嵌入是系统式将先进的计算机技术、半导体技术和电子技术以及各个行业的具体应用相结合后的产物。这一点就决定了它必然是一个技术密集、资金密集、高度分散、不断创新的知识集成系统。所以，介入嵌入式系统的行业，必须有一个正确的定位。例如 Palm OS 之所以在 PDA领域占有 70%以上的市场，就是因为其立足于个人电子消费品，着重发展图形界面和多任务管理；而风河（ WindRiver）的 VxWorks 之所以在火星车上得以应用，则是因为其高实时性和高可靠性。 3. 嵌入式系统必须根据应用需求可对软硬件进行裁减，满足应用系统的功能、可靠性、成本、体积等要求。所以，如果能建立相对通用的软硬件基础，然后在其上开发出适应各种需要的系统，是一个比较好的开发模式。目前，国内外有很多微内核大小不等的嵌入式操作系统，可以根据实际的使用进行功能扩展或者裁减，从而加速嵌入式系统的开发。 现在当讲到嵌入 式系统时，一般是指近年来比较热的具有操作系统的嵌入式系统。其基本结构如图 1所示。 嵌入式实时应用程序 嵌入式实时操作系统 硬 件 平 台 应用程序与操作系统的接口 操作系统与硬件接 口 图 1 嵌入式系统的基本结构 nts嵌入式系统在多点温度控制中的应用 12 2.1.3 嵌入式实时操作系统 实时操作系统（ Real Time Operating System， RTOS） 是根据操作系统的工作特性而言的，是指具有实时性，能支持实时控制系统工作的操作系统。它的首要任务是调度一切可利用的资源完成实时控制任务，提高可靠性，其次才着眼于提高系统的使用效率，要满足对时间的限制和要求。 RTOS是嵌入式应用软件的基础和开发平台，它应具有如下的功能： 1)任务管理 （多任务和基 于优先级的任务调度）； 2)任务间的同步和通信 （信号量、邮箱和消息队列）； 3). 存储器优化管理（含 ROM 的管理） 4). 实时时钟服务 5). 中断管理服务 实时操作系统中的任务（ Task） 等同于分实操作系统中的进程（ Process）的概念。系统中的任务有四种状态：运行（ Executing）、就绪（ Ready）、挂起（ Suspended）、睡眠（ Dormant）。 运行：获得 CPU控制权； 就绪：进入任务等待队列，通过调度转为运行状态； 挂起：任务发生阻塞，从任务等待队列中移出，等待系统实时事件的发 生而唤醒，从而转为就绪或运行状态； 睡眠：任务完成或者错误等原因被删除的任务。 在任意时刻，只有一个任务处于运行状态。 RTOS 是操作系统研究的一个重要分支，它与一般商用多任务 OS 如 Unix、Windows 等有共同的一面，也有不同的一面。对商用多任务 OS，其目的是方便用户管理计算机资源，追求系统资源最大利用率；而 RTOS追求的是调度的实时性、时间响应时间的可确定性、系统的高度可靠性。评价一个实时操作系统一般可以从任务调度、内存管理、任务通讯、内存开销、任务切换时间、最大中断禁止时间等几个方面来衡量。因此 ， RTOS要解决的几个主要问题如下： 任务调度机制： RTOS 的实时性和多任务能力在很大程度上取决于它的任务调度机制。从调度策略上来讲，分优先级调度策略和时间片轮转调度策略；从调度方式上来讲，分可抢占、不可抢占、选择可抢占调度方式；从时间片上来看，分固定与可变时间片轮转。单纯从基于优先级的抢占式调度方式而言，又存在多种优先级计算方法。 在大多数商用的实时系统中，为了让操作系统能够在有突发事件时，迅速取得系统控制权以便对时间作出反应，所以大都提供了“抢占式任务调度”的 功能，也就是操作系统有权终止应用程序（应用任务）的执行，并且将执行权交给拥有最高优先级的任务。 内存管理 如同分时操作系统一样，实时操作系统使用内存管理单元（ MMU）进行内存管理。实时操作系统内存管理模式可以分为实模式与保护模式（主要对 Intel x86 而言）。目前主流的实时操作系统一般都可以提供两种模式，让用户根据应用自主选择。 最小内存开销 RTOS 的设计过程中，最小内存开销是一个较重要的指标，这是因为在工业控nts嵌入式系统在多点温度控制中的应用 12 制领域中的某些工控机（如 上下位机控制系统中的下位机），由于基于降低成本的考虑，其内存的配置一般都不大，而在这有限的空间内不仅要装载实时操作系统，还要装载用户程序。因此，在 RTOS的设计中，其占用内存大小是一个很重要的指标，这是 RTOS设计与其它操作系统设计的明显区别之一。 最大中断禁止时间与中断延迟时间 当 RTOS运行在核心态或执行某些系统调用的时候，是不会因为外部中断的到来而中断执行的。只用当 RTOS重新回到用户态才响应外部中断请求，这一过程所需要的最大时间就是最大中断禁止时间。 中断延迟（ Interrupt Latency） 时间是指系统确认中断开始直到执行中断服务程序的第一条指令为止整个处理过程所需要的时间。实时操作系统的中断延迟时间有下列三个因素决定：处理器硬件电路的延迟时间，通常这个时间可以忽略；实时操作系统处理中断并将控制权转移给相关处理程序所需要的时间；实时操作系统的中断禁止时间。 任务切换时间 (Context-Switching Time) 当由于某种原因使一个任务退出运行时， RTOS 保存它的运行现场信息、插入相应队列、并根据一定的调度算法重新选择一个 新任务使之投入运行，这一过程所需时间称为任务切换时间。更准确地说，任务切换时间是实时操作系统将控制权从一个任务的执行中取回，然后交给另一个任务所需的时间。它包括保存目前正在执行任务的现场信息所需要的时间、 RTOS 决定下一个调度任务所需的调度时间以及 RTOS把另外一个任务调入系统执行所需要的时间。 在上述几项中，最大中断禁止时间和任务切换时间是评价一个 RTOS 实时性最重要的两个技术指标。 2.2 嵌入式系统的组成 一个嵌入式系统是一个有特定功能或用途的计算机软硬件的集合体，其硬件的核心部件是嵌入式处理器，包 括微控制器（ MCU）、数字信号处理器（ DSP）、嵌入式微处理器（ MPU）、嵌入式片上系统（ System On Chip）等。而软件的核心部件式嵌入式操作系统，目前流行的嵌入式操作系统有 VxWorks、 pSOS、 QNX、Windows CE、 Palm OS、 QNX、 Linux等。 2.2.1 嵌入式处理器 目前据不完全统计，全世界嵌入式处理器的品种总量已经超过 1000多种，流行的体系结构有 30多个系列。现在几乎每个半导体制造商都生产嵌入式处理器，根据其现状，大致分为以下几类： 1).嵌入式微处理器（ Embedded Microprocessor Unit, EMPU） 嵌入式处理器的基础是通用 CPU，在应用中，将微处理器装配在专门设计的电路板上，只保留和嵌入式应应用有关的母板功能，这样可以大幅度减少系统体积和功耗。为了满足嵌入式应用的特殊要求，嵌入式微处理器具有体积小、重量轻、nts嵌入式系统在多点温度控制中的应用 12 成本低、可靠性高等优点，但是设计中需外加 ROM、 RAM、总线接口、各种外设等器件，从而降低了系统的可靠性，技术保密性也较差。 嵌入式处理器目前主要有 Aml86/88、 386EX、 SC-400、 Power PC、 68000、 MIPS、ARM系列等。 2).嵌入式微控制器（ Microcontroller Unit,MCU） 嵌入式微控制器又称单片机，顾名思义，就是将整个计算机系统集成到一片芯片中。嵌入式微控制器一般以某种微处理器内核为核心，芯片内部集成ROM/EPROM、 RAM、总线、总线逻辑、定时 /计数器、 WatchDog、 I/O、串行口、脉冲调制输出、 A/D、 D/A、 Flash等各种必要功能和外设。和嵌入式微处理器相比，微控制器的最大特点是单片化，体积大大减少，从而使功耗和成本下降、可靠性提高。 嵌入式微控制器是目前嵌入式系统工业的主流。微 控制器的片上外设资源一般比较丰富，适合于控制，故称为微控制器。嵌入式微控制器目前的品种和数量最多，比较有代表性的通用系列有 8051、 P51XA、 MCS-251/96、 MC68HC05/11/16、68300等， 3).嵌入式 DSP处理器（ Embedded Digital Signal Processor, EDSP） DSP处理器对系统结构和指令进行了特殊设计，使其适合于执行 DSP算法，编译效率较高，指令执行速度快。在数字滤波、 FFT、谱分析等方面 DSP算法正大量进入嵌入式领域， DSP应用正从在单片机中以普 通指令实现 DSP功能，过渡到采用嵌入式 DSP处理器。嵌入式 DSP处理器有两个发展来源，一是 DSP处理器经过单片化、EMC改造、增加片上外设称为嵌入式 DSP处理器；二是在通用单片机或 SOC中增加 DSP协处理器。 目前嵌入式 DSP处理器比较有代表性的产品是 Texas Instruments的 TMS320系列和 Motorola 的 DSP56000系列。 4).嵌入式片上系统（ System On Chip, SOC） 随着 EDI的推广、 VLSI设计的普及以及半导体工艺的迅速发展，可以结合许多功能区块，将功能做在一个 芯片上而构成一个更为复杂的系统，这就是 SOC。它结合了微内核，像 ARM RISC、 MIPS RISC、 DSP或是其它的微处理器核心，外加通信接口单元，像 USB、 TCP/IP通信单元、 GPRS通信接口、 GSM通信接口、蓝牙模块等等。这样开发的应用系统电路板变得很简洁，对于减小体积和功耗、提高可靠性非常有利。 SOC分为通用和专用两类，通用系列包括 Siemens的 TriCore， Motorola的M-Core，某些 ARM系列器件。专用 SOC一般专用于某个或某类系统中，一个有代表性的产品是 Philips的 Smart XA，它将 XA单片机内核和支持超过 2048位复杂 RSA算法的 CCU单元制作在一块硅片上，形成一个可加载 JAVA或者 C语言的专用 SOC，可用于公众互联网如 Internet安全方面。 2.2.2 嵌入式操作系统 嵌入式操作系统并不是一个新生的事物，从 20世纪 80年代起，国际上就有一些 IT组织、公司开始进行商用嵌入式操作系统和专用操作系统的研究，它作为嵌nts嵌入式系统在多点温度控制中的应用 12 入式系统灵魂，大大提高了嵌入式系统的开发效率，一改以往嵌入式软件设计只能针对具体的应用从头做起的历史。在嵌入式操作系统之上开发嵌入式系统将减少系统开发的工作 量，增强了嵌入式应用软件的可移植性，使嵌入式系统的开发方法更具科学性，可以说嵌入式操作系统的出现为嵌入式系统的发展铺平了道路。 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，用户的应用程序是运行于其上的各个任务，它根据各个任务的要求，进行资源（包括存储器、外设等）管理、消息管理、任务调度、异常处理等工作。在有嵌入式操作系统支持的系统中，每个任务有一个优先级，根据各个任务的优先级，动态地切换各个任务，保证对实时性的要求。开发人员在编写程序时，可以分别编写各个任务，不必同时将所有任务运行的各种可能情 况记在心中，这样大大减少了程序编写的工作量，而且减少了出错的可能，保证最终程序具有高可靠性。 经过多年的发展，目前世界上已经有一大批十分成熟的实时嵌入式操作系统，比较流行的嵌入式操作系统如下： VxWorks VxWorks 操作系统是美国 WindRiver公司于 1983年设计开发的一种实时嵌入式操作系统（ RTOS） ，由于具有高性能的系统内核和友好的用户开发环境，在实时嵌入式系统领域牢牢占据着一席之地。如美国 JPL 实验室研制的著名“索杰纳 ”火星车采用的就是 VxWorks 操作 系统。 VxWorks的突出特点：可靠性、实时性和可裁减性。它是目前嵌入式系统领域中使用最广泛、市场占有率最高的操作系统。它支持多种处理器，如 x86、 i960、Sun Sparc、 Motorola Mc68xxx、 MIPS RX000、 Power PC等。大多数的 VxWorks API是专有的，采用 GNU 的编译和调试器，具有集成开发环境 Tornado 系列。 它属于商业型操作系统，目前国内很多大的公司都采用此操作系统进行嵌入式系统的开发，如中兴通讯、华为等。 pSOS pSOS 原属 ISI 公司的产品，但 ISI 已经被 WindRiver 公司兼并，现在 pSOS 属于WindRiver公司的产品。该系统是一个模块化、高性能的实时操作系统，专为嵌入式微处理器设计，提供一个完全的多任务环境，在定制的或者商业化的硬件上具有高性能和高可靠性，可以让开发者根据操作系统的功能和内存需求定制每一个应用所需的系统。开发者可以利用它来实现从简单的单个独立设备到复杂的、网络化的多处理器系统。 Windows Embedded Windows Embedded 产品家族是 Microsoft的产品，主要是用于建立支持具有丰富应用程序和服务的 32 嵌入时系统，从而针对广泛的用户需求提供灵活解决方案。此外，同支持更快的“产品上市速度”并降低开发成本， Windows Embedded 产品家族还能保证开发人员立于竞争前沿。目前 Windows Embedded 产品家族主要有Windows CE 3.0 和 Windows NT Embedded 4.0。 Palm OS Palm OS是著名的网络设备制造商 3COM 旗下的 Palm Computing 掌上电脑 公司的产品，在 PDA 市场上占有很大的市场份额。它具有开放的操作系统应用程序接口（ API），开发商可以根据需要自行开发所需要的应用程序。 从全球范围来看，由于 Handspring 公司和 SONY 公司也被授权使用 Palm OS操作系统，致使 Palm OS 的市场份额占到将近 90%。 Palm OS的优势在于可以让用nts嵌入式系统在多点温度控制中的应用 12 户灵活方便地定制操作系统以适合自己的习惯，而且其市场运作经验丰富，资本雄厚，目前也正在通过第三方软件商进行软件的中文化工作。 OS-9 Microwave 的 OS-9 是为微处 理器关键实时任务而设计的操作系统，广泛应用于高科技产品中，包括消费电子产品、工业自动化、无线通信产品、医疗仪器、数字电视 /多媒体设备。它提供了很好的安全性和容错性。与其它的嵌入式系统相比，它的灵活性和可升级性非常突出。 LynxOS Lynx Real-time Systems 的 LynxOS 式一个分布式、嵌入式、可规模扩展的实时操作系统，它遵循 PosIX.la、 PosIX.lb 和 PosIX.1c 标准。 LynxOS 支持线程的概念，提供 256 个全局用户线程优先级；提供一些传统 的、非实时系统的服务特性，包括基于调用需求的虚拟内存、一个基于 Motif 的用户图形界面、与工业标准兼容的网络系统以及应用开发工具。 QNX QNX是加拿大 QNX公司的产品。 QNX是在 x86体系上开发出来的，这和别的 RTOS不太一样，别的大多 RTOS都是从 68K的 CPU 上开发成熟，然后再移植到 x86体系上来的，但是 QNX是直接在 x86上面开发，只是近年才在 68K等
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