第7章 嵌入式计算机系统及其应用

1、第7章 嵌入式计算机系统及其应用(yngyng)共九十四页本章(bn zhn)目录计算机及操作系统(co zu x tn)的分类7.17.2无操作系统的嵌入式计算机系统举例7.3含操作系统的嵌入式计算机系统举例7.4几种常见的嵌入式操作系统介绍7.5嵌入式操作系统的特点共九十四页7.1 计算机及操作系统(co zu x tn)的分类如何(rh)用机器表示数学运算 蒸汽机时代， 1833年，英国数学家巴比杰提出一种以蒸汽机为动力，能够进行数学计算的机器，并致力于“分析机”的研究，(基于机械齿轮原理的十进制计算机)。共九十四页7.1 计算机及操作系统(co zu x tn)的分类 巴比杰的同事艾达

2、(ada)则经常编写(binxi)一些能够使“分析机”读懂并进行数学运算的指令，并以穿孔卡片的形式输入计算机。如何用机器表示数学运算共九十四页7.1 计算机及操作系统(co zu x tn)的分类十进制五进制(974+1792=2766)二进制(19+25=44) 19世纪60年代，美国人皮尔斯将乔治.布尔提出的逻辑符号学与数学相结合，完善(wnshn)了布尔代数学，为电子计算机提供了理论依据。如何用机器表示数学运算 要实现机器计算，首先需要具备数学理论基础，打破人们习惯式的十进制运算法。共九十四页7.1 计算机及操作系统(co zu x tn)的分类什么(shn me)是布尔代数(离散数学)

3、 以1表示真，0表示假 与、或、非为基本操作构成逻辑运算系统 既可以表示逻辑关系，也可以表示二进制数值运算输入输出共九十四页7.1 计算机及操作系统(co zu x tn)的分类A：启动，B紧急停止(tngzh)，C1-C4开关电机正向运行电机反向运行电源短路布尔代数表示逻辑运算共九十四页7.1 计算机及操作系统(co zu x tn)的分类19+25=4411-3=83*5=1517/3=5余217/35.6666布尔代数表示数值运算(yn sun)(加减乘除)共九十四页7.1 计算机及操作系统(co zu x tn)的分类布尔代数如何(rh)实现数值运算 异或运算二进制加法共九十四页7.1

4、 计算机及操作系统(co zu x tn)的分类19+25=44共九十四页7.1 计算机及操作系统(co zu x tn)的分类计算机中数据(shj)的编码方法符号位数值位+ 0- 1机器数在计算机中有三种表示法：原码、反码和补码。 共九十四页7.1 计算机及操作系统(co zu x tn)的分类一. 原码(yun m)符号位绝对值注意: （1）原码表示范围为-(2n-1-1)+(2n-1-1)，例如：8位的范围为-127+127。（2）原码表示时，-0的编码为10000000，+0的编码为00000000。【例7-1】 求+67、-25的原码（机器字长8位）因为+67=67=1000011B

5、-25=25=11001B所以+67原=01000011B-25原=10011001B格式:共九十四页7.1 计算机及操作系统(co zu x tn)的分类二. 反码(fn m)【例7-2】 求+67、-25的反码（机器字长8位）因为+67原=01000011B-25 原=10011001B所以+67反=01000011B-25 反=11100110B符号位0绝对值符号位1绝对值各位取反格式:正数负数共九十四页7.1 计算机及操作系统(co zu x tn)的分类注意: （1）反码表示(biosh)范围为-(2n-1-1)+(2n-1-1)，例如：8位的范围为-127+127。 （2）反码表示

6、时，-0的编码为11111111，+0的编码为00000000。三. 补码 符号位0绝对值符号位1绝对值各位取反格式:正数负数+1共九十四页7.1 计算机及操作系统(co zu x tn)的分类【例7-3】 求+67、-25的补码（机器字长(z chn)8位）。因为+67原=01000011B-25原=10011001B所以+67补=01000011B-25补=11100111B 计算补码，也可用求补运算求得：一个二进制数，符号位和数值位一起取反，末位加1。共九十四页求补运算具有以下(yxi)的特点：对于一个数XX补 -X补 X补【例7-4】 已知+25的补码(b m)为00011001B，用

7、求补运算求-25的补码。因为 25补 -25补所以-25补=11100110+1=11100111B 注意: （1）补码表示范围为-(2n-1-1)+(2n-1)，例如：8位的范围为-128+127。（2）补码表示时，-0的编码为00000000，+0的编码为00000000。（假设机器字长为8位）7.1 计算机及操作系统的分类共九十四页7.1 计算机及操作系统(co zu x tn)的分类补码表示负数，配合加法完成(wn chng)减法11-3=8+11补=00001011-3补 =11111101 （+25）+（-32） +25补=0011001B -32补=11100000B +25补=

8、0 0 0 1 1 0 0 1 + -32补=1 1 1 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 0 0 1所以 （+25）+（-32）补=11111001B=-7补共九十四页1、2、47.1 计算机及操作系统(co zu x tn)的分类二进制数具右移(yu y)一次完成一位二进制乘以23*5=15二进制乘法被拆分成被乘数的不同次左移后的结果的累加共九十四页7.1 计算机及操作系统(co zu x tn)的分类17/3=5余2 二进制除法被拆分成(fn chn)被除数与左移不同次的除数的减法除数左移2次除数左移1次除数左移0次够减不够减够减共九十四页如何用电子电路能表示(biosh)布尔代数

9、，进行数学运算？ 巴比杰的 “分析机”,以蒸汽机为动力，机械齿轮为内存。 皮尔斯发现用电气开关模拟布尔代数运算，并尝试制造相应(xingyng)的计算机器(1885年)，可惜失败了。 二进制计算机因为其满足布尔代数运算，并且方便电路实现而成为电子计算机的首选，并伴随电子元器件的发展，不断提高性能。7.1 计算机及操作系统的分类共九十四页7.1 计算机及操作系统(co zu x tn)的分类电信号分类(fn li)：模拟信号与数字信号 模拟信号(Analog Signal)，指某种连续变化的电参量(电磁波、电压、电流等)来表示的信号； 模拟信号分布于自然界的各个角落，各种传感器输出电信号也都是模

10、拟信号(如每天温度的变化，声音的高低) 。人类发展电子技术的前期，都是处理模拟信号。共九十四页7.1 计算机及操作系统(co zu x tn)的分类数字信号是人为抽象出来的在幅度取值上不连续的信号，虽然形式上也是连续变化(binhu)的电压信号，但其中在每一个小段时间内，信号幅值不变化(binhu)，表示某一个数字信号，下一个时刻在变化(binhu)。数字信号的优点： 加强了通信的保密性。 提高了抗干扰能力。便于降低信号传递过程中的数据误差，提高系统整体精度。数字信号(Digital Signal)，指某种断续变化的电脉冲(如恒定的正电压表示二进制数1，恒定的负电压表示二进制数0)，或磁脉冲来

11、表示。共九十四页7.1 计算机及操作系统(co zu x tn)的分类继电器-电子管(真空管)-晶体管-集成电路(jchng-dinl)-大规模集成电路1946年，第一台真正意义的电子计算机ENIAC，在美国被发明(电子管计算机)。1949年，第一台晶体管电子计算机EDVAC由英国剑桥大学研制成功。1951年，第一台商用计算机(UNIVAC-1)被发明，并用于美国人口普查1972年，惠普公司发明了第一个手持计算器。1974年， MITS发布Altair 8800(牛郎星)，第一台商用个人计算机，比尔.盖茨为其设计了BASIC编译器(Altair Basic)。1976年，乔布斯和沃兹开办苹果公

12、司，推出Apple I个人电脑。1981年，IBM推出兼容PC机，刚成立不久的微软公司，为其开发DOS操作系统。共九十四页7.1 计算机及操作系统(co zu x tn)的分类 电子计算机，是一种用于高速计算的机器(j q)，可以进行数值计算，又可以进行逻辑计算，还具有存储记忆功能。能够按照程序运行，自动、高速处理海量数据。 可分为超级计算机、工业控制计算机、网络计算机、个人计算机、嵌入式计算机五类，另外还有一些较先进的，正在研究的新型计算机：生物计算机、光子计算机、量子计算机等。“银河”超级计算机家用台式计算机手持智能计算机共九十四页 20世纪70年代，随着微处理器的快速出现，计算机发生了历

13、史性的变化。微型机分别发展成了通用计算机和嵌入式计算机两大分支。 通用计算机系统具有高速、海量的数值(shz)计算能力,而且使用容易，拥有大量应用程序可使用，还能联成网络。7.1 计算机及操作系统(co zu x tn)的分类通用便携式计算机通用工业控制计算机共九十四页 嵌入式计算机系统具有较好的智能控制能力，它以应用为中心，软件、硬件具有可裁剪性，功能、可靠性、成本(chngbn)、体积、功耗方面有严格的要求。 由硬件系统和软件系统组成，没有安装任何软件的计算机称为”裸机”，无操作系统直接运行程序的系统戏称为“裸奔”。7.1 计算机及操作系统(co zu x tn)的分类嵌入式计算机共九十四

14、页7.1 计算机及操作系统(co zu x tn)的分类不论何种计算机系统，其一般都由硬件和软件两部分组成。硬件：负责完成计算(j sun)机的实际输入、输出，信号的传递、计算(j sun)存储等过程，由各种电子元器件组装而成，相当于计算(j sun)机的“身体”。软件：负责指导中央处理器(CPU)完成各种计算过程，完成用户的计算要求，以程序代码的形式存在，保存在某种存储介质中，相当于计算机的“智慧，灵魂”。 不同类型的计算机，硬件组成和规模大小各有差别，软件组成也不同。共九十四页 1) 数字信号 指某种断续变化的电脉冲(如恒定的正电压表示(biosh)二进制数1，恒定的负电压表示二进制数0)

15、，或磁脉冲来表示。 2) 数字电路 可完成数字信号对进行算术运算和逻辑运算的电路，由于它具有逻辑运算和逻辑处理功能，所以又称数字逻辑电路。数字电路可以分为组合逻辑电路和时序逻辑电路两大类。 3) 组合逻辑电路 是由最基本的逻辑门电路组成。特点是：输出(shch)值只与当时的输入值有关，即输出(shch)惟一地由当时的输入值决定。没有记忆功能，如加法器、译码器等。7.1 计算机及操作系统的分类共九十四页【例1】小区楼房(lufng)内，一层三户，楼道只有一盏灯，请设计在每户门口安装一个开关，都能控制灯的亮灭。开关A、B、C合“1”开“0”灭“0”亮“1”灯YA、B、C Y0 0 000 0 10

16、 1 01 0 010 1 11 0 11 1 001 1 11初始(ch sh)关灯状态一户开灯状态一户忘关灯，另一户关灯状态第三户开灯状态7.1 计算机及操作系统的分类共九十四页CBAY00010110000111100001111010101011真值表7.1 计算机及操作系统(co zu x tn)的分类共九十四页【例2】 7段式LED数码管是单片机系统(xtng)中常用的显示器。LED数码管实物(shw)数码管笔划及引脚说明 LED数码管显示译码器设计7.1 计算机及操作系统的分类共九十四页共阴极(ynj)7.1 计算机及操作系统(co zu x tn)的分类共九十四页Ya Yb Y

17、c Yd Ye Yf YgA3 A2 A1 A00 0 0 0 0 0 0 10 0 1 00 0 1 10 1 0 00 1 0 10 1 1 00 1 1 11 0 0 01 0 0 11 0 1 01 0 1 11 1 0 01 1 0 11 1 1 01 1 1 11 1 1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 0 01 1 0 1 1 0 11 1 1 1 0 0 10 1 1 0 0 1 11 0 1 1 0 1 10 0 1 1 1 1 11 1 1 0 0 0 01 1 1 1 1 1 11 1 1 0 0 1 11 1 1 0 1 1 10 0 1 1 1 1 10 0 0

18、1 1 0 10 1 1 1 1 0 11 0 0 1 1 1 11 0 0 0 1 1 1 0123456789101112131415十进制 字7.1 计算机及操作系统(co zu x tn)的分类共九十四页BCD七段显示(xinsh)译码器74LS48的逻辑图7.1 计算机及操作系统(co zu x tn)的分类共九十四页7.1 计算机及操作系统(co zu x tn)的分类共九十四页 4) 时序逻辑电路 在任意时刻的输出不仅取决于当前时刻电路的输入,而且还与电路过去的输入有关(yugun)的逻辑电路, 具备信号的记忆功能，如计数器等。 时序(sh x)逻辑电路结构图7.1 计算机及操作

19、系统的分类共九十四页触发器基本(jbn)RS触发器D触发器7.1 计算机及操作系统(co zu x tn)的分类共九十四页 4位二进制计数器设计(shj)D触发器(翻转(fn zhun)器)CPQ7.1 计算机及操作系统的分类共九十四页 4位二进制计数器时序(sh x)图7.1 计算机及操作系统(co zu x tn)的分类共九十四页7.1 计算机及操作系统(co zu x tn)的分类8位向左移位(y wi)寄存器设计1、2、4共九十四页传统(chuntng)数字电路设计简单(jindn)电子钟的设计7.1 计算机及操作系统的分类共九十四页 基于微处理器的电子系统与基于逻辑电路的电子系统的区

20、别。传统数字电路设计方法是根据系统功能要求，通过组合各种独立的集成电路芯片，构成系统。系统一旦设计好后，功能需要修改时，往往需要重新设计电路；基于微处理器设计方法中是根据系统功能要求，设计相对通用的硬件结构，通过软件编程实现系统的逻辑关系和输出内容。软件编程不仅实现逻辑功能上非常强大(几乎任何逻辑)，设计难度也有所降低，而且当系统功能需要修改时，硬件设备不改动的情况下，只需要重新编写(binxi)、下载程序即可，大大解决了经济成本和人工成本。7.1 计算机及操作系统(co zu x tn)的分类共九十四页 单片机属于微型计算机的一种，是把微型计算机中的微处理器、存储器、I/O接口、定时器/计数

21、器、串行接口、中断系统等电路集成在一块集成芯片上形成的微型计算机。因而(yn r)被称为单片微型计算机，简称单片机。 7.1 计算机及操作系统(co zu x tn)的分类共九十四页传统(chuntng)数字电路设计基于(jy)微处理器设计7.1 计算机及操作系统的分类共九十四页与单片机类似但有区分的的控制器：（1）单片机(MCU)：强调逻辑控制功能，外围接口丰富，常用于工业检测(jin c)、智能家电等不需要复杂数学运算，只需完成一定功能的电子设备上。（2）数字信号处理器(DSP)：强调数学运算处理，FFT变换、多媒体数据编码、解码等。常用于频谱仪、数字示波器、手机、DV等需要大量数字运算处

22、理的设备上。（3）嵌入式处理器(ARM等)：兼顾控制功能与数学运算功能，强调丰富的软件功能，构成一个完整的应用系统。软件上通常使用嵌入式操作系统。7.1 计算机及操作系统(co zu x tn)的分类共九十四页方案设计(shj)、原理图设计(shj)PCB印刷(ynshu)电路板设计电路板制作软件调试嵌入式系统开发流程 7.1 计算机及操作系统的分类共九十四页本章(bn zhn)目录计算机及操作系统(co zu x tn)的分类7.2无操作系统的嵌入式计算机系统举例7.3含操作系统的嵌入式计算机系统举例7.4几种常见的嵌入式操作系统介绍7.57.1嵌入式操作系统的特点共九十四页7.2无操作系统

23、(co zu x tn)的嵌入式计算机系统举例MP3播放器工作(gngzu)原理 MP3的全称是Moving Picture Experts Group Audio Layer III。是当今较流行的一种数字音频编码和压缩格式，它设计用来大幅度地降低音频数据量。将音乐以1:10 甚至 1:12 的压缩率，压缩成容量较小的file。 音乐播放经历了唱片、八音轨磁带、盒式录音带以及CD。MP3播放器聚了许多技术。它的每个元件单独看来并没有什么创新性，但是结合在一起时就能够创造出一个前所未有的消费产品。共九十四页7.2无操作系统(co zu x tn)的嵌入式计算机系统举例从存储器中提取歌曲解压MP

24、3编码通过数模转换器运行解压后的数据放大模拟信号，以便(ybin)用户听到歌曲MP3播放器工作步骤：共九十四页7.2无操作系统(co zu x tn)的嵌入式计算机系统举例 MP3播放器是一种典型的以单片机为核心的电子产品(chnpn)，产品(chnpn)出厂后功能固定，不具备嵌入式操作系统，一般用户难以修改功能。 MP3播放器结构框图 共九十四页 1）方案设计和元器件准备(zhnbi) 7.2无操作系统(co zu x tn)的嵌入式计算机系统举例共九十四页 2）绘制(huzh)原理图7.2无操作系统(co zu x tn)的嵌入式计算机系统举例共九十四页7.2无操作系统(co zu x t

25、n)的嵌入式计算机系统举例 3）绘制(huzh)PCB电路板并加工 共九十四页4）焊接电路板上元器件，编写(binxi)单片机程序 7.2无操作系统(co zu x tn)的嵌入式计算机系统举例共九十四页7.2无操作系统(co zu x tn)的嵌入式计算机系统举例MP3播放器主程序流程图共九十四页7.2无操作系统(co zu x tn)的嵌入式计算机系统举例5）编写(binxi)单片机程序，调试 共九十四页6）安装(nzhung)电池和外壳。 7.2无操作系统(co zu x tn)的嵌入式计算机系统举例共九十四页7.2无操作系统(co zu x tn)的嵌入式计算机系统举例 智能(zh n

26、n)式数字温度控制器，常用于工厂设备、智能(zh nn)家电等场合。具有温度采集，加热器(制冷器控制)，温度报警，远程通信等功能。 共九十四页7.2无操作系统(co zu x tn)的嵌入式计算机系统举例共九十四页7.2无操作系统(co zu x tn)的嵌入式计算机系统举例数字(shz)温度控制器主程序流程图共九十四页7.2无操作系统(co zu x tn)的嵌入式计算机系统举例 温度控制曲线(qxin)及评价指标共九十四页7.2无操作系统(co zu x tn)的嵌入式计算机系统举例 无操作系统的嵌入式系统开发小结：1）着手设计硬件、软件前，需要先根据(gnj)设计要求，确定合理的设计方案

27、，硬件包括哪些模块，软件实现哪些功能。2）硬件设计时，需要对每一个芯片，每一个引脚如何连接做到细致了解。3）软件是一个程序，直接控制系统各个端口模块，软件与硬件间配合紧密，要充分利用仿真器等设备，排除各种存在的错误。共九十四页 无操作系统的计算机系统：每一种计算机硬件都需要设计特有(t yu)的软件程序，功能相对固定，更新，维护需重新下载程序。在一些功能固定，配置简单的低级设备中常采用，如玩具，电子仪表，非智能化消费电子产品(MP3，录音笔等)。 含操作系统的计算机系统：操作系统是一种管理计算机硬件资源，控制其他程序运行并为用户提供交互操作界面的系统软件的集合。7.2无操作系统(co zu x

28、 tn)的嵌入式计算机系统举例共九十四页本章(bn zhn)目录计算机及操作系统(co zu x tn)的分类嵌入式操作系统的特点7.4无操作系统的嵌入式计算机系统举例7.2含操作系统的嵌入式计算机系统举例7.3几种常见的嵌入式操作系统介绍7.57.1共九十四页 操作系统是管理和控制计算机硬件与软件资源的计算机程序，是直接运行在“裸机”上的基本的系统软件。 操作系统的功能包括管理计算机的硬件、软件及数据资源，控制程序运行，改善人机界面，为其它应用软件提供支持等，为其它软件的开发提供必要的服务和接口。 操作系统的出现， 规范了硬件开发者和软件开发者之间的沟通方式； 降低了普通人员使用计算机的难度

29、(nd)； 提高了计算机系统的可靠性； 增强了计算机系统扩展能力，降低了扩展难度。7.3含操作系统(co zu x tn)的嵌入式计算机系统举例共九十四页 硬件上嵌入式系统在与单片机系统类似，突出了软件(run jin)的功能和复杂度，独立出嵌入式操作系统和应用软件两部分。 开发者一方面要掌握如何创建合适的操作系统版本，在自己开发的硬件平台上运行，称为“操作系统移植”。比如，WinCE既可以在X86系列CPU上运行，也可以在ARM系列芯片上运行，创建系统时需要分别生产系统。Android系统更加普遍。 另一方面需要深入了解该操作系统的运行机制和特点，以便开发运行能在其上运行的用户应用程序。比如

30、，WinCE系统支持多线程、Android系统只支持单线程，开发程序时就需要在某一个任务被中指，切换时做不同的处理。7.3含操作系统(co zu x tn)的嵌入式计算机系统举例共九十四页 物流仓储业手持机是一种典型的嵌入式系统电子产品，产品具有操作系统及良好的用户界面，用户可以方便的安装(nzhung)、卸载应用程序，获得不同功能的应用程序。 此类设备一般具有无线网络通信，条码扫描，RFID网络通信等功能。在现代(xindi)快递公司，图书馆，超市等行业应用广泛。 7.3含操作系统的嵌入式计算机系统举例物流手持机外观图 共九十四页7.3含操作系统(co zu x tn)的嵌入式计算机系统举例

31、物流系统(xtng)总体结构图 共九十四页7.3含操作系统(co zu x tn)的嵌入式计算机系统举例开发(kif)流程图 手持机系统硬件结构图 共九十四页7.3含操作系统(co zu x tn)的嵌入式计算机系统举例制作(zhzu)硬件电路板 共九十四页7.3含操作系统(co zu x tn)的嵌入式计算机系统举例配置(pizh)WinCE系统并下载安装WinCE PlatformBuilder芯片厂家提供BSP或自行设计共九十四页7.3含操作系统(co zu x tn)的嵌入式计算机系统举例开发(kif)应用程序并下载安装Embeded Visual C+共九十四页7.3含操作系统(co

32、 zu x tn)的嵌入式计算机系统举例 含操作系统的嵌入式系统开发小结：1）硬件设过程与无操作系统的嵌入式系统开发过程类似，每一个模块都需要(xyo)进行功能测试。2）BSP的开发必须按照相应操作系统的格式书写外部接口，才能被其他代码所识别。3）定制好操作系统并成功下载，运行，是一个关键步骤 。 (此时不含用户自定义程序。) 4) 开发用户应用程序，同样需要深入了解所使用的操作系统 的运行机制和工作方式。共九十四页本章(bn zhn)目录计算机及操作系统(co zu x tn)的分类嵌入式操作系统的特点含操作系统的嵌入式计算机系统举例7.3无操作系统的嵌入式计算机系统举例7.4几种常见的嵌入

33、式操作系统介绍7.57.17.2共九十四页 操作系统的种类相当多，各种设备安装(nzhung)的操作系统按应用领域划分主要有三种：桌面操作系统、服务器操作系统和嵌入式操作系统。 桌面操作系统主要用于个人计算机(PC)上，主要分为两大类，分别为类Unix操作系统(Mac OS，Linux系列等)和Windows操作系统。 服务器操作系统一般安装在大型计算机上，比如Web服务器、应用服务器和数据库服务器等。服务器操作系统主要集中在三大类：Unix系列，Linux系列和Windows系列。 嵌入式操作系统是应用在嵌入式系统上。如手机、平板电脑、家用电器、医疗设备、航空电子设备和工厂控制设备等。常用的

34、操作系统有嵌入式Linux、Windows Embedded、VxWorks，Android、iOS、Symbian、Windows Phone和BlackBerry OS等。7.4嵌入式操作系统的特点(tdin)共九十四页7.4嵌入式操作系统的特点(tdin) 嵌入式操作系统由于其运行平台的特殊性(小型化，资源有限，硬件资源变化大、实时性要求高)，使得它与PC机及大型机上的操作系统有很大的区别。 内核小。内核占用的存储空间小，内核运行所需要的硬件、软件资源少。 专用性强。软件和硬件的结合非常紧密，一般要针对硬件进行系统的移植。即使在同一品牌、同一系列的产品中也需要根据系统硬件的变化和增减不断

35、进行修改。 系统可伸缩性强。开发商可根据硬件资源的大小和功能的不同，非常灵活的大尺度的修改系统的组成部分。 实时性要求高。在一些工业(gngy)应用或特殊场合，实时性指标必须能准确保证和控制。共九十四页7.4嵌入式操作系统的特点(tdin)嵌入式操作系统实时性 实时性：如果逻辑和时序出现偏差将会引起严重后果。 硬实时系统中，各任务不仅要执行无误而且要做到准时； 软实时系统中系统的宗旨(zngzh)是使各个任务运行得越快越好，并不要求限定某一任务必须在多长时间内完成； 大多数实时系统是二者的结合。共九十四页7.4嵌入式操作系统的特点(tdin)共九十四页7.4嵌入式操作系统的特点(tdin)硬实

36、时系统硬实时系统是指系统要确保在最坏情况下的服务时间，即对于事件响应时间的截止期限必须得到满足，而且其响应时间时刻计算的。比如汽车、舰船、飞机、导弹、卫星的控制等就是这样的系统；通常，工业控制系统也是实时系统。软实时系统软实时系统就是那些从统计(tngj)的角度来说，一个任务能够得到确保的处理时间，到达系统的事件也能够在截止期限前得到处理，但违反截止期限并不会带来致命的错误。如手机就是一种软实时系统；MP3等媒体播放器也是软实时系统。非实时系统系统对实时性没有明确的要求，也就是说没有事件响应时间的截止期限，对事件的响应完全由系统自身工作状态所决定。共九十四页7.4嵌入式操作系统的特点(tdin

37、)嵌入式操作系统的组成与结构分层式管理 硬件层指嵌入式系统的各种硬件芯片电路和辅助芯片。 中间层(硬件抽象层)它将系统上层软件与底层硬件分离开来，使系统的底层驱动程序与硬件无关，上层软件开发人员无需关心底层硬件的具体情况，也成为BSP,板级支持包。完成统硬件的初始化以及BSP功能 系统软件层由实时多任务操作系统、文件系统、图形用户接口、网络系统及通用组件模块组成。实现(shxin)对系统各种硬件、软件资源的管理。 应用软件层用户开发编写的程序代码，完成用户自定义的功能要求。申请访问资源通过系统软件接口实现，不参与硬件底层操作。共九十四页7.4嵌入式操作系统的特点(tdin)典型(dinxng)

38、嵌入式操作系统分层结构共九十四页7.4嵌入式操作系统的特点(tdin)使用嵌入式操作系统设计系统的优点： 1) 将复杂的系统分解为多个相对独立的任务，采用“分而治之”的方法降低系统的复杂度。通过将应用程序分割成若干独立的任务，使应用程序的设计过程简化； 2) 使应用程序的设计和扩展变得容易，无需较大的改动(gidng)就可以增加新的功能； 3) 实时性能得到提高。使用可剥夺型内核，所有时间要求苛刻的事件都得到了尽可能快捷有效的处理； 4) 系统的各种资源得到更好的利用。缺点： 1) 会增加一定的系统内存和CPU消耗； 2) 对开发人员而言，需要增加一些学习成本和精力。共九十四页本章(bn zh

39、n)目录计算机及操作系统(co zu x tn)的分类嵌入式操作系统的特点7.2无操作系统的嵌入式计算机系统举例7.3含操作系统的嵌入式计算机系统举例7.4几种常见的嵌入式操作系统介绍7.57.1共九十四页7.5 几种(j zhn)常见的嵌入式操作系统介绍 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(y jing)有了近40年的发展历史。70年代，嵌入式系统的出现最初是基于单片机的。从80年代早期开始，更低的开发资金和更高的开发效率的嵌入式系统出现实内核。如：VxWorks，QNX。 90年代以后，随着对实时性要求的提高，软件规模不断上升

40、，实时内核逐渐发展为实时多任务操作系统（RTOS）。 如：Palm OS，WinCE，uLinux，Hopen，Delta Os。共九十四页7.5 几种常见(chn jin)的嵌入式操作系统介绍 uC/OS II操作系统 uC/OS是由美国人于1992年设计的，1998年发展到 uC/OS II，该系统属于开源系统，其官方网站不仅提供了各种( zhn)版本的系统源代码，还给出了详尽的解释。而且系统规模相对较小，适合于初学者入门学习。 共九十四页 对于初学者选择uC/OS II的优势(yush)：1)容易在各种终端硬件平台兼容 全部源代码5500行，可裁减定制，生成的可执行代码容量小,可以移植到

41、多种系列单片机上，包括ARM； 2) 成本低，免费的源代码公开； 3) 代码相对简单，容易掌握和使用；具有常见嵌入式操作系统的基本功能； uC/OS-II嵌入式操作系统的缺点： 1) 缺少技术支持，相关的支持软件少； 2)和商业软件比，功能较弱（如不支持时间片轮转，最大任务数为64等）；对应用开发的支持不够； 7.5 几种(j zhn)常见的嵌入式操作系统介绍共九十四页 WinCE操作系统 Windows CE是由美国微软公司开发设计的，基于掌上型电脑类的电子设备操作系统，继承了PC台式机windows操作系统的各种优点，在娱乐设备，数字机顶盒、数字医疗设备上应用较多。 Windows CE对

42、各种常见的嵌入式处理器平台都支持，而且还可以对各种平台下，采用不同的模式生成系统版本，以足够灵活的方式适应不同用户的需求。 微软公司利用其在台式机操作系统中的优势资源，将很多成熟(chngsh)的应用(office系列软件)和用户的操作习惯应用到嵌入式系统中。开发人员也可以将原先在台式机上开发应用程序的知识用在设计WinCE应用程序上，很大限度上降低了设计者重新学习新系统的时间和精力。7.5 几种常见(chn jin)的嵌入式操作系统介绍共九十四页7.5 几种常见(chn jin)的嵌入式操作系统介绍 WinCE操作系统 Windows CE主要特点包括： 1）属于软实时操作系统，支持嵌套中断

43、和256个优先级。 2）具有强大(qingd)的多媒体处理能力和良好的用户界面 3）具有强大的网络和通信能力，方便的与各种外设连接。 4）对于开发者，可以继承大量的windows系统开发知识。 5) 可以使用微软公司提供的大量成熟的应用程序,(Mediaplayer,IE,Office等)。 6) 开发工具完善，使用方便，开发人员学习难度低，容易将更多精力专注在应用开发上。共九十四页7.5 几种常见(chn jin)的嵌入式操作系统介绍 嵌入式linux操作系统 嵌入式 Linux是以台式机Linux为基础的嵌入式操作系统，它被广泛应用在移动电话、个人数字助理(PDA)、媒体播放器、消费性电子产品以及航空航天等领域中。 嵌入式Linux既继承了Internet上无限的开放源代码资源，又具有(jyu)嵌入式操作系统的特性。它是免费下载，而且性能优异，软件移植容易，代码开放，有许多应用软件支持。 Linux的大小适合嵌入式操作系统Linux固有的模块性，适应性和可配置性，使得这很容易做到。另外，Linux源码的实用性和成千上万的程序员热切期望它用于无数的嵌入式应用软件中，导致很多嵌入式Linux的出现，包括：Embedix，ETLinux，LEM，Linux Router Project，LOAF，uCL