嵌入式系统基础

1、第1章嵌入式系统的基础、内容、1.1嵌入式系统的基本概念1.2嵌入式系统的发展历史1.3 ARM微处理器1.4嵌入式操作系统1.5嵌入式系统的应用领域1.6嵌入式系统的未来发展趋势1.1嵌入式系统的基本概念1.1嵌入式系统是一种以应用为中心的专用计算机，以计算机技术为基础，软硬件可以定制，能够满足应用系统对功能、可靠性、成本的严格要求。 从应用的角度来看，嵌入式系统是一种控制、监视或辅助控制机器和设备运行的系统。 从技术角度来看，可以认为所有带有微处理器的特殊软硬件系统都可以称为嵌入式系统。微控制器(MCU)、数字信号处理器(DSP)、嵌入式微处理器(MPU)、嵌入式系统特性(1)、1专用嵌入

2、式系统是面向用户、面向产品、面向应用的，必须与具体应用相结合才能具有生命力和优势。因此，有必要根据实际系统要求进行合理的缩减。嵌入性意味着系统和受控对象紧密相连，通常没有人为干预。从这个角度出发，对嵌入式系统的环境适应性、稳定性和可靠性提出了一些要求，在设计软硬件时必须考虑这些要求。嵌入式系统的特点(2)智能嵌入式系统需要一个中央处理器来实现对对象的智能控制。嵌入式系统首先是一个计算机系统，其次是一个特殊的计算机系统，它不同于一般的个人计算机。最后，由于其特殊的特性，其软件和硬件必须定制和削减。单片机也属于嵌入式系统的范畴。然而，由于历史的原因，很多人对微控制器和嵌入式系统有不同的看法，嵌入式

3、系统更多地被理解为使用32位嵌入式微处理器(如ARM)的计算机系统。单片机系统一般采用单任务程序或简单的多任务内核，如uC/OS-II操作系统，一般用于一些小型应用系统；ARM嵌入式系统可以轻松运行复杂的操作系统，如Linux、视窗操作系统、VxWorks等。更适合设计大规模的应用系统。1.2嵌入式系统的发展历史，1.2无操作系统的嵌入式算法阶段，2.2简单监控实时操作系统阶段，3.3通用嵌入式实时操作系统阶段，4.3以互联网为标志的嵌入式系统，1.3 ARM微处理器和ARM(Advanced RISC Machines)，可视为一个公司的名称，一种微处理器的通称和一个技术名称。1991年，A

4、RM在英国剑桥成立，主要销售芯片设计技术许可证。目前，基于ARM技术的微处理器应用占据了32位RISC微处理器70%以上的市场份额。ARM是一家专门从事基于RISC技术的芯片设计和开发的公司。作为一家知识产权供应商，它不直接从事芯片生产，而是依靠转让设计许可证，合作公司生产具有自己特色的芯片。ARM微处理器的应用领域，1 .工业控制领域。无线通信领域：目前，85%以上的无线通信设备都采用了ARM技术。3.网络应用：采用ARM技术的ADSL芯片；语音和视频处理。4.消费电子产品：ARM技术广泛应用于流行的数字音频播放器、数字机顶盒和游戏机。5.成像和安全产品：大多数流行的数码相机和打印机现在都使

5、用ARM技术。手机中的32位SIM智能卡也采用了ARM技术。1.4嵌入式操作系统。VxWorks 2，Nucleus 3，Windows CE 4，嵌入式Linux 5，uC/OS-II，嵌入式操作系统VxWorks，美国风河系统公司推出的实时操作系统。广泛应用于通信、军事、航空、航天等技术精度高、实时性要求高的领域，如卫星通信、军事演习、弹道制导、飞机导航等。它包括过程管理、存储管理、设备管理、文件系统管理、网络协议和系统应用。基于VxWorks操作系统的应用程序可以很容易地移植到不同的中央处理器平台上。Tornado是开发VxWorks应用系统的集成开发环境。嵌入式操作系统Nucleus是

6、加速技术公司于1990年推出的实时多任务操作系统。包括模块，如核心加，核心网，核心格拉夫，核心文件和通用串行总线堆栈。Nucleus为每个用户提供高度注释的C源代码。Windows CE(1)是微软于1996年推出的一款32位、多线程、多任务的嵌入式操作系统，采用了独立于常用编程语言、兼容Windows的API，保证了Windows CE的组件化和只读化，充分满足了有限存储空间和各种芯片的要求。它是嵌入式处理器中视窗界面的实现，提供友好的人机界面和强大的二次开发功能。包括内核模块、对象存储模块、GWES(用户、应用和操作系统之间的图形用户界面)模块和通信模块。Windows CE(2)，一个嵌

7、入式操作系统，拥有完善的软件支持开发工具，包括Windows CE平台构建器(PB)和嵌入式可视化工具。在桌面视窗系统上开发的程序(包括微软网络浏览器、视窗媒体播放器、写字板等)。)可以在Windows CE上运行。它广泛应用于信息家电、移动计算等实时性要求不高但人机交互复杂的应用中。它的实时性能无法与VxWorks和其他操作系统相比。嵌入式操作系统嵌入式Linux(1)是基于标准Linux对嵌入式系统进行内核裁剪和优化后形成的一个开源、软实时、多任务的嵌入式操作系统。嵌入式标准Linux有很高的硬件要求，并且必须要求处理器有一个内存管理单元(MMU)。但是，对于没有内存管理单元的处理器，也可

8、以使用没有内存管理单元支持的linux，即uClinux，这是一种广泛用于没有内存管理单元的处理器的Linux解决方案，如ARM7TDMI。嵌入式标准Linux本身并不关心实时性。对于实时系统，可以在Linux下采用实时Linux和RTAI解决方案。嵌入式Linux(2)是一个嵌入式操作系统，它为文件系统、网络功能、图形用户界面等软件模块提供了强大的支持，并且可以被裁减。同时，它还提供了标准的驱动程序接口和软件开发接口，方便用户编程和维护程序。拥有一个完整的工具链(GNU GCC)，包括编译和调试工具。嵌入式操作系统uC/OS-II，一个简单、高效、可抢占的实时多任务操作系统内核。源代码是开放

9、的，可以从www.ucos-网站获得。提供图形用户界面、文件系统、通用串行总线堆栈和其他模块。内核不支持文件系统，也不支持应用程序和驱动程序的加载。因此，在C/OS-II开发中，内核、驱动程序和应用程序都是集中编译的。没有统一的开发工具链，应该使用支持所选处理器的编译器来编译C/OS-II程序。核心代码只有几个k字节，不仅可以移植到32位微处理器上，还可以移植到8051单片机上。嵌入式操作系统的实时性和实时性，其核心意义在于确定性，而不仅仅是速度。VxWorks是一个硬实时操作系统，具有最强的实时性能、最好的声誉和实时系统中最多的应用。另外，uC/OS-II、Nucleus等操作系统都是硬实时操作系统，Windows CE可以实现软实时系统，而标准的Linux不关心实时性。为了在Linux下实现实时系统，可以采用实时Linux、RTAI等基于Linux的实时系统解决方案。系统的实时性能是一个系统的概念，它涉及硬件、操作系统和应用程序的性能。1.5嵌入式系统的应用领域，工业控制，交通管理，信息家电，家庭智能管理系统，POS网络和电子商务，环境工程和自然，智能玩具和机器