嵌入式系统2-嵌入式系统介绍软件部分_图文

1、嵌入式系统设计嵌入式系统软件嵌入式系统软件特征z软件要求固态化存储在ROM中z软件代码高质量,高可靠性z高实时性是基本要求z需要特殊的开发工具和开发平台z一般都需要实时操作系统的支持z开发人员以应用专家为主嵌入式系统软件要求Control on Memory Lock Time Process SecureMinimal use of Memory CPU Power Debuggable Testable ApplicationOrientedEfficient & Small Reusable Easy to develop Functionally correct O.O.Sof

2、tware Manage-ment什么样的软件才是实时软件?z实时性z有处理异步并发事件的能力z快速启动、出错处理和自动复位功能z嵌入式实时软件是应用程序和操作系统两种软件的一体化程序。z嵌入式实时软件的开发需要独立的开发平台嵌入式系统软件包括那些?z BIOS(BootLoaderz 操作系统z 应用硬件驱动Boot loader操作系统应用实例-摄像机 嵌入式系统软件对存储器的需求z前后台系统总代码量= 应用程序代码z多任务系统总代码量= 应用程序代码+ 内核代码内核代码大约1K到100K8位CPU用的最小内核只提供任务调度、任务切换、信号量处理、延时及超时服务约需要1K到3K代码空间嵌入

3、式系统软件对存储器的需求z多任务系统(内核不支持单独的任务中断用栈RAM总需求= 应用程序的RAM需求+ (任务栈需求+ 最大中断嵌套栈需求 * 任务数z内核支持中断用栈分离RAM总需求= 应用程序的RAM需求+ 内核数据区的RAM需求+ 各任务栈需求之总和+ 最多中断嵌套之栈需求嵌入式操作系统 第一阶段z无操作系统的嵌入算法阶段z以单芯片为核心的可编程控制器形式的系统。z具有与监测、伺服、指示设备相配合的功能。z大部分应用于一些专业性极强的工业控制系统中z一般没有操作系统的支持,通过汇编语言编程对系统进行直接控制,运行结束后清除内存。特点:z系统结构和功能都相对单一z处理效率较低z存储容量较

4、小z几乎没有用户接口。z使用简便、价格很低第二阶段z以嵌入式CPU为基础、以简单操作系统为核心的嵌入式系统。特点z CPU种类繁多z通用性比较差z系统开销小z效率高z一般配备系统仿真器,操作系统具有一定的兼容性和扩展性z应用软件较专业,用户界面不够友好z系统主要用来控制系统负载以及监控应用程序运行第三阶段z通用的以嵌入式操作系统为核心的嵌入式实时系统阶段特点z嵌入式操作系统能运行于各种不同类型的微处理器上,兼容性好;z操作系统内核精小、效率高,并且具有高度的模块化和扩展性z具备文件和目录管理、设备支持、多任务、网络支持、图形窗口以及用户界面等功能z具有大量的应用程序接口(API,开发应用程序简

5、单z嵌入式应用软件丰富。第四阶段z基于Internet为标志的嵌入式系统正在迅速发展的阶段。目前大多数嵌入式系统还孤立于Internet之外,但随着Internet的发展以及Internet技术与信息家电、工业控制技术等结合日益密切,嵌入式设备与Internet的结合将代表着嵌入式技术的真正未来。依赖于相关技术的发展 实时操作系统组成 最简内核-纳核z实时操作系统内核代码大约1K到100K z用户可裁减掉程序员认为没有使用到的功能,直到只剩下最简内核(任务的管理与调度,称其为纳核,可以只有8k z如何得到最简内核是嵌入式系统开发中非常重要的一环!什么样的OS才是实时OS呢?z实时操作系统IEE

6、E实时UNIX分委会要求异步的事件响应切换时间和中断延迟时间确定优先级中断和调度抢占式调度内存锁定连续文件同步移植而来的嵌入式实时操作系统z通用操作系统移植到嵌入式系统中,形成的嵌入式操作系统。嵌入式Windows NT/XPSUN Java 操作系统朗讯科技公司Inferno嵌入式Linux 等实时操作系统z实时操作系统WindRiver公司的VxWorksISI 的pSOSQNX 系统软件公司的QNXATI 的Nucleus中国科学院凯思集团的Hopen嵌入式操作系统等等专用实时操作系统z办公设备WinCE,Palmz手机Nokia、Motorala的EPOCz等等 软实时操作系统z优先级

7、分配, 没有优先级逆转z响应时间快z抢占式系统调用z无虚拟内存(或支持页级锁操作系统分类z按照操作系统的架构可以分为:整体OS分层OS客户机/服务器OS整体式操作系统z整体式操作系统Monolithic OS操作系统是包含了不同模块的一整块代码集z难于调试z任何一处修改都可能影响其他模块z Bug的修正可能带来其他Bug的出现z任何过程可以调用其它任何过程,没有考虑过程相互之间的依赖性和互操作性 分层操作系统z分层操作系统Layered OS比Monolithic OS好,如OSI Layer 缺点z有时操作系统很难按照OSI进行分层 客户机/服务器操作系统z客户机/服务器操作系统Client

8、-Server OS 最新的模型z最小的有限的操作系统功能(scheduler andsynchronization primitivez其他所有功能当做系统任务运行z应用软件作为客户机通过系统调用要求服务器服务软件提供服务。客户机/服务器操作系统z优点易于调试将任务分配多个微处理器上非常简单。可以动态装载或卸载各种模块。z缺点由于内存保护,系统消耗较大z必须保护系统进程当应用软件切换到服务器内存空间时需要消耗时间。 你听说过哪些实时操作系统?ucOSz特点uc/os采用可剥夺型实时多任务内核uc/os适合小型控制系统,具有执行效率高、占用空间小、实时性能优良和可扩展性强等特点,最小内核可编译

9、至2kz不足没有网络和文件系统支持应用软件少WinCEz优点:具有和Windows兼容的GUI开发工具友好z缺点非实时,目前已经向硬实时发展$pSOSz十分优秀的RTOSz目前已被WindRiver收购z高实时性(任务切换、中断响应 z在国内的使用逐年减少VRTX z全球最早推出的RTOS z实时性、高可靠较好z开发工具功能弱z目前已很少使用vxWorksz目前全球使用最广泛的RTOSz高实时性z高可靠(火星探路者Pathfinder使用的就是该系统z微内核结构z面向对象方法z开发工具功能强大z缺点:$开源嵌入式Linuxz优点源码公开,可控,可裁减,可修改应用软件丰富支持CPU类型多z缺点实

10、时性差(非抢占式调度调度算法主要考虑效率和公平性开发工具支持少一体化内核结构,不易维护z适用领域低成本、实时性要求不高、应用软件复杂的系统ucLinuxz为什么需要ucLinux(micro-conrol-linux z Linux需要硬件支持虚拟内存,即CPU具有MMUz在简单CPU中,不支持MMU,如ARM7TDMIz ucLinux就是没有虚拟内存的Linuxz ucLinux支持和Linux同样的接口,已有很多软件移植到ucLinux;z具有和Linux一样强大的网络功能和出色的文件系统z ucLinux源码公开z注意事项z在ucLinux中,所有进程共享一个地址空间z没有隔离保护RT

11、Linuxz在Linux内核与硬件层之间插入了一层z最坏的情况下在Intel x86处理器上响应时间: 15 s 实时操作系统特点z确定性(Determinismz响应性(Responsivenessz用户控制(User controlz可靠性(Reliabilityz软失败操作(Fail-soft operation 响应性z响应性是在应答中断后,操作系统服务中断时间。初始化中断处理和开始执行中断服务程序(ISR需要的时间。如果是要求一个进程切换的ISR执行,那么比在当前进程上下文中的ISR执行延迟更长时间。执行ISR需要的时间。这通常依赖于硬件平台。中断嵌套的作用。如果一个ISR可能被另一个中断的到达而中断,那么它的服务将被延迟。响应时间z确定性和响应性共同构成了对于外部事件的响应时间。z响应时间对于RTOS是至关重要的,由于系统必须满足系统外部个人、设备或者数据流的定时要求。 用户控制z在一个典型的非实时操作系统中,用户或者不