【毕业学位论文】（Word原稿）内嵌式系统的应用技术研究-电机工程

圣约翰技术学院专题研究 改善师资案成果报告书 内嵌式系统的应用技术研究 英文名称 : A 行期限： 91/4/1 91/12/31 计画主持人： 陈瑞熙 副教授 张阳郎 副教授 圣约翰 技术学院资工系 2002 年 12 月 2 2 目录 一、 摘要 . 错误 !未定义书签。 二、 背景簡介 . 错误 !未定义书签。 三、 嵌入式系統的系統架構 . 错误 !未定义书签。 1. 及時多工核心 (. 错误 !未定义书签。 2. 精簡指令 (. 错误 !未定义书签。 3. 嵌入式系統運作階層 . 错误 !未定义书签。 4. 非對稱內核的嵌入式系統 . 错误 !未定义书签。 5. 統階層 . 错误 !未定义书签。 6. 軟體平台需求回應模式 . 错误 !未定义书签。 7. 行程的排程 . 错误 !未定义书签。 四、 嵌入式系統即時核心架構： . 错误 !未定义书签。 嵌入即時作業系統架構簡介 : . 错误 !未定义书签。 即時核心監督和紀錄器 . 错误 !未定义书签。 系統呼叫 (. 错误 !未定义书签。 中斷處理 . 错误 !未定义书签。 行程 . 错误 !未定义书签。 核心服務方式 . 错误 !未定义书签。 即時排程 . 错误 !未定义书签。 執行緒排程 (. 错误 !未定义书签。 嵌入式系統實體工作圖 . 错误 !未定义书签。 程 . 错误 !未定义书签。 精置換（ . 错误 !未定义书签。 微伺服服務方式 . 错误 !未定义书签。 執行緒 . 错误 !未定义书签。 (1). 错误 !未定义书签。 (2). 错误 !未定义书签。 (3). 错误 !未定义书签。 使用者與核心執行緒 . 错误 !未定义书签。 (1). 错误 !未定义书签。 (2). 错误 !未定义书签。 五 、 嵌入式系統開發平台 . 错误 !未定义书签。 1. 嵌入式系統核心除錯 . 错误 !未定义书签。 2. 嵌入式系統產生週期 . 错误 !未定义书签。 六、 內嵌式系統應用 . 错误 !未定义书签。 七、 未來發展與應用 . 错误 !未定义书签。 八、 結論 . 错误 !未定义书签。 九、 參考文獻 . 错误 !未定义书签。 3 3 一、 摘要 嵌入式系统的架构随着资 讯科技的进步，有着多样的型式，其应用也涵盖日常生活电子产品的设计领域，内嵌式系统 (应用常涉及到必需同时解决多媒体、通讯、及消费性导向等设计挑战问题，尚有许多待研究解决。本研究将以目前最流行的单晶系统为基础，研究如何布建及时作业系统及应用服务协定， 发展合适之设计与教学的内嵌式开发系统环境，并支援网路资讯家电的应用架构，以期改进内嵌式系统教学品质，并即针对嵌入式系统的型式与应用做探讨，分析嵌入式系统的特色及其核心架构，将重点集中于应用导向的嵌入式架构中，研究小型嵌入式架构的实 用性及如何实现制作之策略，列举一些嵌入式系统之基本模型与应用范例，并证明其与其他系统比较后之优越竞争力与其实用性上可观的潜力，更为嵌入式系统之技术推广及传播交流略尽棉薄之力。 二、 背景简介 嵌入式系统 (是一种量身订做的系统，由于晶片系统快速发展，基于某一种特殊用途，针对需求而开发出结合电脑软体硬体的特殊应用晶片或及时作业系统， 能够依据系统设计的 规格使软硬体发挥最大效益，此即嵌入式系统晶片，这种系统整合了电子与资讯工程的现代化技术使产品效率 价格比达到最佳化，而达到优势竞争力。 嵌入式系统在国内的发展，有其一定的时代背景 : 1. 后 由于 个人电脑得强势发展 ,在以前的年代只要稍微复杂的系统如工业控制器等都用 整合平台。这个潮流下 ,对嵌入式系统的发展有 2 个重要的限制 ,一是 其次是微软作业平台的迁就 ( 4 4 许多嵌入式系统的发展均以具创意的小规模市场为起点 ,在”西瓜效应”下 ,很难抵抗潮流的强大压力。从技术的发展来说 ,这往往是创意的杀手。这不是单就使用习惯与资源而言 ,非 嵌入式系统 ,虽然具有创意 ,但由于其市场规模无法与个人电 脑相比 ,其使用的作业系统 ,微处理器及周边晶片 ,甚至整个电路板的成本均相对较昂贵 。是故嵌入式系统将电子与资讯发展延伸到 后 代 , 并带来以下之影响 : (1). 反垄断 当后 代的来临， 微软的组合不再是垄断性的解决方案时 ，灿烂的嵌入式系统才算诞生。不论是作业系统的提供者 (如 )， 微晶片制造商 (如 或 研发单位，技术服务机构，甚至名不见经传的厂商都将有大展身手的机会。 (2). 大量研发推广在 3C 新兴的嵌入式系统产品中 ,常见的有手机 ,是嵌入式伺服器级精简型终端设备等。除了台湾之外 ,事实上全世界的厂商都非常看好这一个市场 ,并且前仆后继的投下相关产品的趋势预估 。 2. 人才的缺乏 : 发展一个无可取代的技术与能力 ,成为现在各行各业员工的愿望 ,在资讯产业里 ,目前国内的学校教育中有偏向硬体 (不然就是软体 (现象，硬体设计人员做方通常非常保守 ,比较缺乏系统全面整合设计 ,而软体工作人员看到硬体的问题就不知如何下手，比较缺乏硬体观念。 国内以往非常缺乏嵌入式系统所需要的软体系统整合人才，大部分产业还是以硬体 设计人员 为主力。目前国内在这一方面的发展有渐渐受重视的倾向，如 坊间许多个人工作室陆续设计出一些 用的嵌入式系统，资策会则有嵌入式系统实验室部门专门研究此类的软体技术，另 5 5 外学术方 面则常利用市面上得一般用途嵌入式电脑为其实验平台。 此类技术看似已经成熟，但入门之门槛颇高，例如基本上需要有微电脑架构 与即时性作业系统 背景知识，而高级设计更需要有许多更专业的知识来解决面临的问题，必需同时解决多媒体、通 讯、及消费性导向等设计挑战问题，诸如 : 如何降低系统的复杂度 ? 如何规范网路导向及植入服务协定 ?在建立可用的发展环境来整合现成可程式内核(协同处理器、及介面协定等方面， 有许多的解决方案待研究。 嵌入式晶片系统对后 代各项整合晶片技术产业进展的影响极其深远，例如： 8051 单晶片， 殊用途 整合等，终将因嵌入式系统晶片的技术之推进及使用有关键性的研究发展，并将进入另一崭新的境界。 嵌入式系统系统演进历程可分为 : 手控系 统追踪作业系统、多元程式规划、及时性位阶排程、嵌入式系统作业等。从最基本的追踪作业系统，到程式多元规划和及时性位阶排程，最后到嵌入式系统作业，等四大发展里程碑。 三、 嵌入式系统的系统架构 由于晶片系统快速发展，许多研究单位结合电子科技、资讯工程等技术，着手开发一种结合电脑软体硬体的综合体，特别强调量身订做的原则，就基于某一种特出用途，针对需求而开发出截然不同特殊应用晶片或及时作业系统，但又必须能够依据系统设计的规格使软硬体能力发挥最大效益，此乃嵌入式系统晶片 ， 可使用在需求为特一的功能而有广泛的应用点及保有加 持性，使产品达到最佳化的系统。 市面上常见的嵌入式系统如下 : 证卷所股票 板 6 6 E：虽然微软保有 场占有率，但嵌入式系统很难保有原来龙头的地位，因为 始码开放给使用者修改加以利用 E 应用在 手机大厂结合 发而出。 E 比较起来 业系统架构非常简洁，也是销售反应最好的一家，且待机时间长，耗电量小。 开原始码，工程师可以修改成适合自 己的需求，且核心为模组化设计，在每件事都要求网路功能的时代， 心的改进，稳定度提高，在资讯家电如用电视上网，把公寓大门外的答录机影像传送的电视，电冰箱透过网路作业，如何延伸家电网路功能，适合不过。因为 使用在跨平台作业。 嵌入式系统晶片常 包含在其他装置中专门使用于特定的工作，拥有少量记忆体和高速运算的特定功能处理器。当设计嵌入式的作业系统时，要在尽可能的范围内做出拥有高效率及低成本的考量，例如减少记忆体用量和发挥其高速处理的特性。有的时候基于上列的考量，系统本身并不具备有可以 完整显使状态的装置，而须借助其他装置的检视， 如 侦测人机介面控制与回应，核心程式管理运作 。嵌入式系统可使用多次写入的高速记忆体来增加系统的弹性，使系统和应用程式可以升级或抽换。同样的硬体设备，换不 同的软体元件即可改善效能，但要做到高度的弹性 ，嵌入式系统相对的有较高的设计难度。以下为嵌入式系统架构之概要说明图示及其简要系统说明 以 例 : 7 7 1. 及时多工核心 (利用及时多工核心 特性，拥有即时多工作业系统 称 心脏部分。它主要负责工作是掌管 间的分配，记忆体的管理，以及作业系统下各工作之间的联系，这对需要精简有效的嵌入式 系统 而言，选择配置即时多工作业系统的核心是最直接的办法。也就是说嵌入式晶片可用于特别需求功能之持性，相较于传统利用泛用型 能却没有嵌入式的机动性特定效能。嵌入式系统几乎涵盖所有微电脑控制的装置，例如个人电脑中的磁碟机或光碟机的伺服 控制与资料存取介面等。 8 8 2. 精简指令 (名是 指精简指令集电脑，所谓 精简指令集电脑 是指一种电子计算机的架构，由于这种电脑所提供的指令具有 指令种类少 ， 指令功能简单 的特征，因此称为精简指令集电脑。只需提供少数常用且简单的指令当成指令集，再对这些指令进行特殊设计，则在大部分情况下会有较佳的效率。 精简指令集电脑 在设计上 强调 降低 平均计时周期个数 与 计时周期时间 ， 因此具备的主要特性如下： a采用指令管线的作业方式，让平均计时周期个数降低为一。 b具有载入与回存的架构，只 许载入指令与回存指令存取处记忆里单元的运算元资料，以减少记忆体单元的存取次数。 c控制单元采用硬体线路控制方式制作，可以提升整体得执行效能。 d指令长度与格式固定，可以简化解码电路的复杂度，会也较佳的执行效率。 e中央处理器内部具有大量的暂存器，一般通称为暂存器档案。 3. 嵌入式系统运作阶层 9 9 动作流程说明 一 人机介面 :如控制参 数设定 ,按钮输入 ( 反应如银幕或显示器显示目前工作状态 (, 负责把资讯传至系统。 二 工作表 ) : 是一群应用程式一般我们是将应用程式的软体 . 而各个应用程式 (再记忆体上有自己专属的位置 ,在下面我们会讨论有关记忆体配置和工作排程 (问题。 三 动器 ): 是用来决定工作的执行 ,它并不是硬体的一部分 ,事实上它是属于软体的控制 排程器则是包含于起动器中 ,帮助决定要起 动的工作 很多的工作都有它的执行周期 ,我们可以用排程器 (据工作的执行周期 (做工作的排班 起动器也会根据其他装置的回馈或输入 (计时器 (执行 (果 )来调整排程 ,改变输入效果。 10 10 4. 非对称内核的嵌入式系统 新共用的表格，写入一个档案等称之为重要区间。 (1) 完全互斥（ 不可以同时有两条执行绪在执行其重要区 间。 (2) 进行（ 没有执行绪执行其重要区间时，唯有那些意欲进入重要区间的执行续才有可能被挑选可执行其重要区间，而且此项选择不可无限期延迟。 (3) 有限等候（ 当某执行绪提出要求，欲执行其重要区 11 11 间后，在被允许前，其他执行绪进入重要区间的次数需有限制。 每个执行绪已非的速度执行。 5. 12 12 6. 7. 行程的排程 一、 排程的伫列 有 。 二、 行程排程的伫列图 三、 排程程式 长程排程程式 （） 自 挑出行程，并将之载入记忆体执行。 （） 执行较不频繁。 （） 用以控制 of （） 可选择良好的 I/ 程的 （） 分时系统通常不具备此排程程式。 短程排程程式 13 13 （） 选择状态为 行程，配置 它。 （） 执行频繁。 （） 速度必须很快 14 14 四、 嵌入式系统即时核心架构： 嵌入即时作业系统架构简介 : 嵌入式即时作业系统中可以分 成使用者模式 ( 核心模式 (, 硬体 (三个层面来讨论 使用者模式主要描述程式设计者对程式上的应用程式 在核心模式中 ,其基本成原有核心结构 ( 行程管理 ( 时间管理 ( 行程间的 通信 与同步 (和记忆体管理 (这些单位。 硬 体层 (本城原有嵌入式处理器( 硬体元件 (两部份在系统中 , 程式社记者所摄季的应用程式都是放在使用者模式 , 再使用者模式中每个应用程式都视为一个行程 每个行程的执行过程 , 顺序都依据嵌入式作业系统的设计依序实现。 多人都误以为即时系统执行速度非常快的的系统，事实上不然，所谓即时代表的意义式即时反应，对于时间有严格要求的系统，及时系统就是一个在有效时间内反映的系统，称之为及时系统。何为有效时间呢 ?就是 能在必须时间内，做完原本所期望做完的事件。换句话说，及时性的系统是对于时间有严格要求的系统，所有的工作能再预定的时间内反应，而整个系统能掌握住每个行程的执行时间。也因为要严格掌握时间，在不同系统环境中， 变的不同，为了确实控制工作 时间 ，系统则必须针对硬体架构及软体环境做特别的设计。及时系统不同于一般系统在于 (I) 及时系统要专门使用再特别的应用上 (一但没有确时控制时间安排，结果会造成严重错误。为了达到以上的要求，及时性系统必须达到下列要求， 高速的中断延迟诗间 (如此才能让应 15 15 用程式设置系统能做快速的切换 (达到及时性效果。 能够完全开放中断的控制 (of 应用程式，这样可以减少程式控制与呼叫 (时间，但是如果应用程式设计的瑕疵，会造成系统不稳定设置当机 (且系统必须简单，不能包含许多的工具程式 (这也是为及时系统只是单纯应用在某一方面的快速反应。 例如汽车的煞车系统，如果不采用能够立即反应的即时系统 ，嵌入式系统。它们可能是软体的型态，韧体形式存在，有的是明显易于辨识，有的隐藏在机器内不易为人所知。，最简单的像是单晶片微处理器 都与其他晶片套装在一组件上 特殊用途的 片上。嵌入式系统通常会经由感测器、转换器撷取实际世界的类比讯号；而输出可能是启动开关或作某些程式例如：开动或关闭一部机器的运作、或是一个数值、一个脉波等去控制外部的设备例如：引擎的油料、冷气的压缩机等。简单的嵌入式系统可执行单一或一组预先设计的功能，较复杂的嵌入式系统大都市较高阶的硬体平台例如： 结合复杂的演算程式执行一些较特殊的即时处理工作。 核心程式包含有核心基本程式、中断处理程式和行程管理程式三大部份。 (1). 核心基本程式 ： 内容包含有行程间的同步、缓冲器的管理、资料传输、中 断管理和时间管理等五部份。行程同步的功能是在于提供两个不相同的行程间产生同步之关系；缓冲器的管在于动态要求配置缓冲区供给行程使用，并再使用结束后将所要求配置的缓冲区将其释放；资料传输其功用在于两个不相同之行程相互的透过缓冲区来达到资料交换之目的；中断管理记载行程所需要的各种软体中断与硬体中断；时间管理提供给行程计时 之功能。 (2). 中断处理程式 ： 内容包含有输出入中断与计时中断这两部份。这两种中断都在发生中断触发之后以信号 (方式，进而呼叫核心基本程式。 16 16 (3). 行程管理程式 ： 内容包含有资料与演算法、呼叫流程与离去流程。主要功用 于行程应该如何进入、在什么状况下进入排程、如何离开排程。 核心结构：主要记载行程的资料结构和相关资料。资料结构中记载着行程的识别代码、优先权、状态、所使用的暂存器、行程使用的中断、系统的全域变数等的资讯。 行程管理：行程的设计是以无穷回圈基础，在回圈当中加入使用者的程式，而这些程式的内容 就是嵌入式即时作业所提供的服务。 时间管理：在嵌入式即时作业中的时间管理，是以在行程内设定所需要的时间延迟，当延迟时间结束时将产生时脉中断，进入中断服务程式。 行程间的通信与同步：嵌入式即时作业必须要能保护共同存取的资料和行程间的沟通。一般即时作业所提供的形态不外乎有号志、讯息信箱、讯息伫列等做法。 记忆体管理：记忆体管理：使用者的程式应用在于配置记忆体与释放记忆体。在即时作业系统当中，记忆体被视为是一种资源，资源的配置与释放都需要即时作业系统所提供的服务来处理。 17 17 即时核心监督和纪录器 核心模式当中探讨作 业系统所提供的系统资料结构、系统呼叫、中断服务常式、和系统排程。 系统呼叫 (系统呼叫提供执行中的程式与作业系统间的界面，可用组合语言的指令或高阶语言（如 C 语言）来作系统呼叫 以暂存器传递 以记忆体中的表格传递，如下图所示 以堆迭传递 18 18 中断处理 (1). 中断 一般功能 i、 中断会是 制权经中断向量移转给中断服务常式 写为 中断结构必须保存被中断指令 的位址。 当正处理某一中断时，必须对后至的中断失能 陷阱 由软体所产生的中断，可能是因错误如：除以零或无效的记忆体存取或使用者程式的要求所产生。 v、 作业系统本身为中断导向。 (2). 中断结构 i、 在记忆体低位置处保存有中断服务程式的位址即 以设备号码为索引，提供产生中断设备之中断服务程式的地址，称为向量式的中断系统。 保存被中断指令的位置，可置于 固定的位置 系统的堆迭 中断需发生于指令周期结束时，而巢状式的中断则需依据其优先顺序 较高优先次序的中断在处理较低优先次序之中断作用时仍能中断。 行程 即正在执行中的程式，可为批次系统的 统含有作业系统及使用者的行程，而 以多工的方式执行这些行程与行程时常交替使用，一个行程由 19 19 所组成。 (1). 行程为一主动的实体而程式则为一被动的实体。 (2). 两个行程可能相关于 同一个程式 (3). 行程的状态 (4). 任何瞬间仅有一行程在某处理器上执行，行程的状态传移图如下所示。 行程排程采分时方法，并考量优先权。通常系统行程的优先权较高，使用 间较少，行程的优先权较高。 排程程式提供可选择的及时排程。 行程可利用 统呼叫产生子程式， 后的 统呼要可使子行程执行其他的程式，副行程可利用 统呼叫等候子行程的结束。 行程互相沟通的方法 允许行程传送与接收讯息的系统呼叫。 可被不同行程设定与检测的 允 许行程定义记忆体共享区域的系统呼叫。 20 20 核心服务方式 即时排程 (1). 分类 i、 硬式 (时系统 需要在一定量的时间内完成重要的 程时需做资源预留 (, 即时较多。 软式 (时系统 要求重要行程的优先权高于其他的行程，限制较少。 (2). 施行软式即时系统 i、 系统需能做的优先顺序排程，而即时的行程需具较高的优先顺序。 派遣延迟的时间需很短。 系统呼叫需能被可抢先，有两种做法。 在较长的系统呼叫加入可抢先的点，以检查 是否有更高优先权的行程需被执行。这些点需置于核心的资料结构不被修改之处。 整个核心均为可抢先。 21 21 若高优先顺序行程必须读取或修正已由另一低优先顺序行程所存取的核心资料，需等候低优先顺序行序行程的结束，会形成优先权反转 (此时可采优先权继承协定 (解决。 执行绪排程 (短程排程程式自 能是 选一个行程来执行。 执行绪排程 又称为“轻量级行程”，为 用率的一个基本单位，由 组成。执行绪的 状态 可为与，执行绪分享 使用，而任何时间可能有一个执行绪在执行。执行绪与同侪的执行绪共用其 作业系统资源（如 等） 嵌入式系统实体工作图 22 22 I/O 保护 I/O ： 定义所有的 I/O 指令为特权指令，使用者必须经由监督模式来执行 I/O 指令。 记忆体保护 ： 至少必须对中断向量及中断服务程式提供记忆体的保护。采用基底 限制 存器其值仅能由作业系统以特权指令设定，可在多元程式系统下以硬体方式进行位址的保护。 (1). 分割周期 多元程式化目的在得到最大的 用率。 I/O 替排列构成了 行程的执行。 持续时间通常呈指数或超指数分配，绝大多数均为非常短的 (2). 程程式 : 短程排程程式自 能是 选一个行程来执行。 (3). 可枪先排程 程时机 当行程自 态因 I/O 要求，等候子行程结束等，而转为 态。 当行程自 态因中断发生而转为 态。 当行程自 态因 I/O 完成而转为 态。 当行程终止。 (4). 不可枪先 程时机 仅发生在当行程自 态因 I/O 要求等候子行程结束等而转为态，以及当行程终止时。 可抢先排程可能发生在上述各种情况。对作业系统核心的设计有一定的影响。 23 23 精置换（ (1). 可用于采行 程的多元程式环境，亦可用于优先顺序为基础的排程方法的环境中，低优先顺序的行程被移出（ 稍后再被一入（ 以俾执行。 (2). 移出的行程再度一入时应置于何处？ i、 若在 作 行程需至于原处。 若在 作 行程可置于不同处。 (3). 置换时使用 为 (4). 需的时间主要为传送时间。因而系统须确知每个行程所使用的空间，因而一个具有动态记忆体需求的行程必须经由， 忆体的系统呼叫，俾能使用 掌握该行程对记忆体的要求。 (5). 被 行程必须是 态，而且不可处于等候 I/O 完成的状态，做法有二 : (1)等候 I/O 完成的行程不可被置换出去。 (2)I/O 动作的执行仅能 经由 的缓冲区，而 与 的 I/O，仅有当该行程被 方可进行。 24 24 微伺服服务方式 执行绪 a、 又称为“轻量级行程”，为使用率的一个基本单位，由 组成。 b、 执行绪的状态可为与，执行绪分享 任何时间可能有一个执行绪在执行。 c、 执行 绪与同侪的执行绪共用其 作业系统资源。执行绪可分为 : i、 仅有单一执行绪的行程 具有多执行绪的 (1). 每个行程与每个执行绪的概念 d、 25 25 e、 同行程之诸执行间彼此并非独立，并位于相同之位址空间，可存取同行程之其他执行绪的堆迭，因而并未提供同行程诸执行绪之间的保护。 f、 同行程之诸执行绪间在背景交换时，仅需作暂存器集的切换，不必作记忆体管理的工作。 g、 一个“重量级”的行程相当于仅具一个执行绪的任务。 (2). 应用 a、 服器为 程，一个执行绪负责倾听，若客户有新的要求时，便产生一新的执行绪以服务此要求。 b、 式在连到伺服器时会 到完成连接时为止。 式将会另行产生一 个 段时间的计时执行绪，当计时执行绪醒来时会检查做连接的执行绪；若仍在试图连结，则会予以中断以减少不必要的 c、 同行程诸执行绪之合作方式有 式、 式、式等。 (3). 优点 a、 b、 c、 d、 of 使用者与核心执行绪 (1). 使用者执行绪 由使用者层次上的执行绪程式馆所施行，该程式馆可在不需核心介 26 26 入下 支援执行绪的产生、排程与管理。 产生与管理较快 背景交换时因与核心无关，因而较快。 排程较不公平 传统 核心属本资做法，任何时间仅有一任务可执行核心内的程 式。 若核心为单执行绪，则任一使用者执行绪执行 统呼叫时，将导入致整个行程被 (2). 核心执行绪 由作业系统直接支援执行绪的产生、排程与管理 产生与管理较慢 若使用者执行绪执行 统呼叫时，核心可排程执行应用程式中的另一执行绪，因而每个执行绪均可独立的被排程。 背景交换时因与核心有关，因而较慢。 27 27 五、 嵌入式系统开发平台 嵌入式系统的网路 微伺服服务方式：随着网路技术的迅速发展，具有微伺服器的单晶多媒体 内嵌系统应用近年来成长很快，不断发展的 定标准及服务口提供了内嵌系统的应用规范 .。使用网路微伺服器 (务协定模型概念，进行作业系统、及应用软体的布建及设计，这种模型适合后代的低成本、高弹性单晶多媒体发展需求，并容易获得现成较成熟的技术支援。 内嵌式应用平台的架构选用与建置是包括采用既有系统标准及自行建构部分的整合 ，另一困难则是针对应用采取何种服务架构最有利的问题。我们将尝试使用现成 展系统及使用自建的 构系统，比较它们的发展环境及支援工具之优劣。在服务协定上，研究流行的发展趋势在平台上的可行性，如础的应用导向标准定义，服务网页及 程式撰写及除错环境等。 28 28 1. 嵌入式系统核心除错 2. 嵌入式系统产生周期 29 29 六、 内嵌式系统应用 1. 朝网路发展 人们或忙着注意网际网路对人的生活及消费行为的革命。但网路的发达将使几乎被所有具备微电脑 的设备成为名副其实的嵌入式系统。想象一下你家里的电冰箱微电脑系统与网路超级市场电脑连线 ,在牛奶不足时自动订货 ,又如实际一点的 ,我门已经可以透过同步网路 ,使相距数百公尺得 2 颗同步马达同时运转。从嵌入式系统的设计上 ,这意昧着我们将轻易的透过网路 ,实行并行处理的功能。也同时代表嵌入式的特定功能 ,将因网路的发达而可随时更改。从许多微控制器将网路功能内建的趋势看 ,嵌入式系统设计工程师若不具备网路的观念 ,将无法赶上这一波的革命。 2. 由工业电脑到资讯家电资讯家电 (趋势 : 凡是具备网路连线功能并且能与其他装置交换资料 资讯家电在未来宽频 ,任何装置都网路及无线通信发达的状况下任何装置都可直接或间接的上网装置的功能虽然有限 ,但可透过网路遥控其他装置来间接扩充功能。除了从网路的观点来看 讯家电也住状再 ” 易用 ”.” 便利 ” 的操作上。嵌入式系统的另外一种延伸应用是目前当红的 另外有上网机 在可见的未来 ,嵌入式系统定义将越来越模糊 ,但会一点一滴的融入你我的生活里。 3. 向 嵌入式产品所须之处理器及晶片组叫 求体积小 省电 ,因此多采 30 30 高整合度 的 处理器核心 ,为了尽速缩小制成技术进步与设计生产力间的差距 ,并加速 实现的重复使用成为各方瞩目得焦点。所谓硅智慧财产权 ,或半导体智慧财产权 ,在智慧财产前面加上硅或半导体 ,是为了要与一般的智慧财产权作为区别。这类型的产品众多 ,例如国家半导体 ( 合 。其他则还有厂商投入单晶片的设计。 4. 应用范例 (1). 嵌入技术 解压缩应用 此一装置包含 料读取、 缩 /解压缩技术、与录放音、以及使用者介面 4 大部分。之所以取此例子，是因为音乐不能间断，因此有一定程度的程序要求。 以现有的 缩 /解压缩晶片为主轴。此时所设计的微电脑，大部分的时间在做资料的储存及搬运的动作，其目的在 ” 服侍 ” 该 片级收集使用者命令。虽有及时性需求，但只要时间来的急就够，微电脑本身无须复杂。 以韧体实现 能。这时候设计的变化就相当多啰。简单的设计是使 用如 构，以一计算能力较强的晶片执行 算。进一步的设计是使用单晶片。完全利用韧体做到所述的 4 项功能。 体实现的差异。由于 无规范如何执行压缩及解压缩。因此韧体的实现端看设计者的功力，如程式最佳化 及可否运用一些技巧简化计算流程等。注意嵌入式系统设计并非重新发明轮子，但必须遵守工程设计的原则 使用及时多工核心。虽说这样的一个小装置牵涉的工作不多，但各项 31 31 工作间有一定程度的 就是时序与优先 权的关系。使用多工核心的目的，是将 源的分配，与实际工作内容分开，并利用核心将韧体模组化，便于维护及管理。 (2). 智慧型微电脑功率调变系统 利用嵌入式即时核心系统概念的应用延伸，建构在功率调变控制系统上，如微电脑智慧型风扇模仿自然风的现象，风忽大忽小没有定数，如乱数程式乱跑，我们就探讨嵌入式系统应用以微电脑智慧风扇为样本，建构 习范例应用 32 32 七、 未来发展与应用 透过本计画的研究， 希望 能探索出未来发展内嵌系统最佳的解决方案， 以及降低成本 的 关应用层面支援技术，以提高整体系统之效能，并丰富内嵌系统教学的教材内 容。使用网路微伺服器 (务协定模型概念，进行作业系统、 及应用软体的布建及设计，这种模型适合后 代的低成本、高弹性单晶多媒体发展需求，并容易获得现成较成熟的技术支援。 内嵌式硬体平台的架构选用与建置是技术上必须克服的问题，这包括采用既有系统标准及自行建构部分的整合，另一困难则是针