嵌入式软件系统

1 内容 一 嵌入式软件的基本特征二 嵌入式软件结构和组成三 软件系统的设计方法四 软件的移植 2 1 1嵌入式软件开发需要交叉编译1 2嵌入式软件不一定需要操作系统1 3嵌入式软件都是无限循环1 4嵌入式软件都要响应中断1 5嵌入式软件的硬件相关性 一 基本特征 3 由于其本身不具备自主开发能力 必须有一套开发工具和环境才能进行开发 调试需要各种逻辑分析仪 混合信号示波器等 概念列示 1 1嵌入式软件开发需要交叉编译 4 嵌入式系统采用 宿主机 目标机 方式 交叉编译 USB RS232 以太网 宿主机 通用计算机 PC 开发环境 目标机 嵌入式系统 运行环境 通用计算机程序开发和编译在一台计算机上完成 直接编译 内存小存储空间有限计算能力有限 提问 为何嵌入式要用这种方式 5 简单的嵌入式系统上 譬如MCS 51处理器上 可以直接运行裸机程序 复杂嵌入式系统上 需要嵌入式操作系统来调度资源和控制 1 2嵌入式软件不一定需要操作系统 8 嵌入式软件的结构上都是没有出口的 程序不能退出 整个程序的基本结构是无限循环 配合中断构成整体 列概念 1 3嵌入式软件都是无限循环 9 main Init HardWare 硬件初始化 超级循环 while 1 action1 常规循环操作 action2 10 main Init HardWare 硬件初始化 超级循环 for 也有人这样写 action1 常规循环操作 action2 11 main 超级循环 while 1 action1 常规循环操作 action2 中断1对应的服务程序 interruptISR1 中断服务工作 CPU中断源1 外部事件 执行ISR1 编译器自动加入现场出入栈代码 1 4嵌入式软件都要响应中断 12 main 超级循环 while 1 enter low power 进入低功耗状态 中断1对应的服务程序 interruptISR1 中断服务工作 中断n对应的服务程序 interruptISRn 中断服务工作 低功耗程序设计 13 1 5嵌入式软件的硬件相关性 14 驱动程序 15 API函数 应用程序编程接口 16 操作系统 17 系统任务及消息队列 18 用户应用程序 19 软件功能必须硬件可实现更换硬件 BSP必须重编 20 嵌入式系统的软件结构 二 嵌入式软件结构和组成 21 嵌入式软件组成 初始化引导代码板级支持包操作系统通信协议栈图形用户界面应用软件 22 2 1初始化引导代码 嵌入式系统上电复位后第一个执行的代码执行 系统自检进入初始化 硬件 软件 引导操作系统复位向量80186 FFFF0HMCS51 0HARM 0H 23 2 2BSP板级支持包 BoardSupportingPackage 嵌入式操作系统与用户定制硬件平台之间的接口有效解决硬件平台的差异性BSP完成系统硬件的初始化硬件配置寄存器存储器配置I O参数配置等 24 2 3嵌入式操作系统 主要功能 嵌入式系统大管家 管理全部软硬件资源控制程序运行提供人机界面 基于操作系统的开发模式嵌入式操作系统的内核处理器管理 任务 任务之间的通信和同步等 存储器管理 25 完整的嵌入式操作系统内核文件系统人机界面等 26 2 4网络协议栈 协议栈为嵌入式系统产品提供网络功能嵌入式协议栈的提供方式独立的第三方协议栈产品例如 interniche的嵌入式TCP IP嵌入式操作系统的提供商提供协议栈产品例如 NetBIOS IPX SPX 27 28 2 5应用软件 用户自主开发的软件用于PDA上的记事本 通讯录 计算器等 用于工业现场的控制软件等 应用软件的开发基于一系列的低层API操作系统网络通信协议栈图形用户接口文件系统等 29 2 6GUI 与用户交互的应用软件LCD显示 键盘输入 触摸屏输入等GUI运行在嵌入式操作系统之上 通过GUI的功能调用 API 来实现 30 Qt Embedded 31 Microwindows 32 TinyXServer 33 三 软件系统的设计方法 无操作系统的嵌入式软件设计有操作系统的嵌入式软件设计 34 3 1无操作系统的嵌入式软件设计 前后台系统中断 事件 驱动系统巡回服务系统基于定时器的巡回服务系统 35 3 1 1前后台系统 后台 一个无限循环 巡回地执行多个事件 完成相应的操作 前台 中断服务程序 处理异步事件 36 程序框架 后台 main 硬件初始化 while 1 后台程序 action1 action2 action3 action 1 执行动作n action n 执行动作n 37 程序框架 前台 Isr 1 中断1的中断服务程序 Isr n 中断2的中断服务程序 38 main c 3 a 6 超级循环 while 1 b a c action b interruptISR1 中断1对应的服务程序 a 100 中断b 18 中断b 300 39 3 1 2中断 事件 驱动系统 原理整个嵌入式系统软件由中断服务程序构成主程序完成系统的初始化工作应用低功耗系统设计事件驱动系统构成主程序 完成系统的初始化中断服务例程 完成事务处理 40 中断驱动系统 主程序 main 初始化 todo 系统的初始化 while 1 其它代码enter low power 进入低功耗状态 41 中断驱动系统 中断程序 Isr n 其中的一个中断服务程序 todo 处理中断事件 42 3 1 3巡回服务系统 应用 嵌入式处理器 控制器的中断源不多 无法将外部事件与中断源完全关联 main todo 系统初始化 while 1 action 1 巡回检测事件1并处理事件 action 2 巡回检测事件2并处理事件 action n 巡回检测事件n并处理事件 43 3 1 4基于定时器的巡回服务系统 普通巡回服务系统的缺点处理器全速运行 开销大 功耗高构成主程序定时器中断服务程序 44 主程序 main todo 系统初始化 todo 设置定时器 while 1 其它代码或enter low power 45 定时器中断服务例程 Isr timer 定时器的中断服务程序 action 1 执行事件1的处理 action 2 执行事件2的处理 action n 执行事件n的处理 46 1 嵌入式操作系统种类分时系统实时系统2 任务调度方式非抢占式抢占式 3 2基于嵌入式操作系统的软件设计 47 3 2 1基于分时系统的软件结构 应用 PDA等不需要实时处理的应用缺点 无法保证事务处理的优先级 48 3 2 2实时嵌入式系统 系统组成任务用户任务系统任务操作系统的任务调度器根据任务的优先级进行调度任务的执行引起任务调度的因素硬件中断定时器溢出任务之间的通信和同步等其它程序 主程序 子程序等 49 50 3 2 3实时系统的调度方法 非抢占式调度系统总是先运行高优先级的任务低优先级的任务运行时 高优先级的任务不能中断低优先级的任务系统简单 操作系统的开销小 抢占式调度系统总是运行最高优先级的任务一旦高优先级的任务就绪 低优先级的任务被中断系统复杂 操作系统的开销大 51 四 软件的移植 移植的必要性裸机系统的软件移植操作系统与应用软件整体移植应用软件的移植可移植应用软件的设计思路 52 4 1移植的必要性 基于嵌入式处理器的原因兼容机更新方式 量变 短时间例如 80 x86系列新的体系结构代替旧的体系结构 质变 长时间例如 dragonball EZ VZ 68000体系 SZ ARM体系基于嵌入式操作系统的原因旧的操作系统淘汰 新的操作系统被开发出来应用软件运行于不同的嵌入式操作系统平台上 53 4 2裸机系统的软件移植 裸机系统的特点比较简单使用汇编语言或C语言开发不可移植的情况汇编语言开发跨平台模块化差 54 应用软件 输入 输出模块 处理器硬件 应用软件 硬件抽象层 处理器硬件 输入 输出模块 硬件相关 可移植性结构增加硬件抽象层 55 4 3操作系统之上的移植 系统组成操作系统应用软件移植工作I O接口驱动程序的移植BSP 56 软件结构