嵌入式系統 .rar
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2010-7-21 14:51 上傳
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統 根據IEEE （國際電機工程師協會）的定義，嵌入式系統是“ 控制、監視或者輔助裝置、機器和設備運行的裝置” （devices used to control, monitor, or assist the operation of equipment, machinery or plants ）。從中可以看出嵌入式系統是軟件和硬件的綜合體，還可以涵蓋機械等附屬裝置。目前國內一個普遍被認同的定義是：以應用為中心、以計算機技術為基礎、軟件硬件可裁剪、適應應用系統對功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴格要求的專用計算機系統。
嵌入式系統本身是一個相對模糊的定義。目前嵌入式系統已經滲透到我們生活中的每個角落，工業、服務業、消費電子……，而恰恰由于這種范圍的擴大，使得“嵌入式系統”更加難于明確定義。 舉個簡單例子：一個手持的mp3 是否可以叫做是嵌入式系統呢？答案肯定是“ 是” 。另外一個PC104 的微型工業控制計算機你會認為它是嵌入式系統嗎？當然，也是，工業控制是嵌入式系統技術的一個典型應用領域。然而比較兩者，你也許會發現二者幾乎完全不同，除了其中都嵌入有微處理器。那是否可以說嵌入著微處理器的設備就是嵌入式系統？那鼠標中也有單片機，能叫嵌入式系統嘛？ 那到底什么是嵌入式系統？莫非嵌入式系統只是一個難以定義的抽象概念？ 雖然嵌入式系統是近幾年才風靡起來的，但是這個概念并非新近才出現。從20 世紀七十年代單片機的出現到今天各式各樣的嵌入式微處理器，微控制器的大規模應用，嵌入式系統已經有了近30 年的發展歷史。 作為一個系統，往往是在硬件和軟件交替發展的雙螺旋的支撐下逐漸趨于穩定和成熟，嵌入式系統也不例外。 嵌入式系統的出現最初是基于單片機的。70年代單片機的出現，使得汽車、家電、工業機器、通信裝置以及成千上萬種產品可以通過內嵌電子裝置來獲得更佳的使用性能：更容易使用、更快、更便宜。這些裝置已經初步具備了嵌入式的應用特點，但是這時的應用只是使用８位的芯片，執行一些單線程的程序，還談不上“系統”的概念。 提示：最早的單片機是Intel公司的 8048，它出現在1976年。Motorola同時推出了68HC05，Zilog公司推出了Z80系列，這些早期的單片機均含有256字節的RAM、4K的ROM、4 個8位并口、1個全雙工串行口、兩個16位定
時
器。之后在80年代初，Intel又進一步完善了8048，在它的基礎上研制成功了8051，這在單片機的歷史上是值得紀念的一頁，迄今為止，51系列的單片機仍然是最為成功的單片機芯片，在各種產品中有著非常廣泛的應用。 從80 年代早期開始，嵌入式系統的程序員開始用商業級的“ 操作系統” 編寫嵌入式應用軟件，這使得可以獲取更短的開發周期，更低的開發資金和更高的開發效率，“ 嵌入式系統” 真正出現了。確切點說，這個時候的操作系統是一個實時核，這個實時核包含了許多傳統操作系統的特征，包括任務管理、任務間通訊、同步與相互排斥、中斷支持、內存管理等功能。其中比較著名的有Ready System 公司的VRTX 、Integrated System Incorporation (ISI) 的PSOS 和IMG 的VxWorks、QNX 公司的QNX 等。這些嵌入式操作系統都具有嵌入式的典型特點：它們均采用占先式的調度，響應的時間很短，任務執行的時間可以確定；系統內核很小，具有可裁剪，可擴充和可移植性，可以移植到各種處理器上；較強的實時和可靠性，適合嵌入式應用。這些嵌入式實時多任務操作系統的出現，使得應用開發人員得以從小范圍的開發解放出來，同時也促使嵌入式有了更為廣闊的應用空間。 90 年代以后，隨著對實時性要求的提高，軟件規模不斷上升，實時核逐漸發展為實時多任務操作系統（RTOS ），并作為一種軟件平臺逐步成為目前國際嵌入式系統的主流。這時候更多的公司看到了嵌入式系統的廣闊發展前景，開始大力發展自己的嵌入式操作系統。除了上面的幾家老牌公司以外，還出現了Palm OS ，WinCE ，嵌入式Linux，Lynx ，Nucleux ，以及國內的Hopen ，Delta Os 等嵌入式操作系統。隨著嵌入式技術的發展前景日益廣闊，相信會有更多的嵌入式操作系統軟件出現。 在中國嵌入式系統領域，比較認同的嵌入式系統概念是：嵌入式系統是以應用為中心，以計算機技術為基礎，并且軟硬件可裁剪，適用于應用系統對功能、可靠性、成本、體積、功耗有嚴格要求的專用計算機系統。它一般由嵌入式微處理器、外圍硬件設備、嵌入式操作系統以及用戶的應用程序等四個部分組成，用于實現對其他設備的控制、監視或管理等功能。 ◆嵌入式系統是面向用戶、面向產品、面向應用的，它必須與具體應用相結合才會具有生命力、才更具有優勢。因此可以這樣理解上述三個面向的含義，即嵌入式系統是與應用緊密結合的，它具有很強的專用性，必須結合實際系統需求進行合理的裁減利用。 ◆嵌入式系統是將先進的計算機技術、半導體技術和電子技術和各個行業的具體應用相結合后的產物，這一點就決定了它必然是一個技術密集、資金密集、高度分散、不斷創新的知識集成系統。所以，介入嵌入式系統行業，必須有一個正確的定位。例如Palm 之所以在PDA 領域占有70 ％以上的市場，就是因為其立足于個人電子消費品，著重發展圖形界面和多任務管理；而風河的Vxworks 之所以在火星車上得以應用，則是因為其高實時性和高可靠性。 ◆嵌入式系統必須根據應用需求對軟硬件進行裁剪，滿足應用系統的功能、可靠性、成本、體積等要求。所以，如果能建立相對通用的軟硬件基礎，然后在其上開發出適應各種需要的系統，是一個比較好的發展模式。目前的嵌入式系統的核心往往是一個只有幾K到幾十K微內核，需要根據實際的使用進行功能擴展或者裁減，但是由于微內核的存在，使得這種擴展能夠非常順利的進行。 實際上，嵌入式系統本身是一個外延極廣的名詞，凡是與產品結合在一起的具有嵌入式特點的控制系統都可以叫嵌入式系統，而且有時很難以給它下一個準確的定義。現在人們講嵌入式系統時，某種程度上指近些年比較熱的具有操作系統的嵌入式系統，本文在進行分析和展望時，也沿用這一觀點。 一般而言，嵌入式系統的構架可以分成四個部分：處理器、存儲器、輸入輸出（I/O ）和軟件（由于多數嵌入式設備的應用軟件和操作系統都是緊密結合的，在這里我們對其不加區分，這也是嵌入式系統和Windows 系統的最大區別）。 嵌入式系統的核心，是控制、輔助系統運行的硬件單元。范圍極其廣闊，從最初的４位處理器，目前仍在大規模應用的８位單片機，到最新的受到廣泛青睞的32位，64位嵌入式CPU。 嵌入式系統目前最主要的組成部分。根據操作系統的工作特性，實時是指物理進程的真實時間。實時操作系統具有實時性，能從硬件方面支持實時控制系統工作的操作系統。其中實時性是第一要求，需要調度一切可利用的資源完成實時控制任務，其次才著眼于提高計算機系統的使用效率，重要特點是要滿足對時間的限制和要求。 對于分時操作系統，軟件的執行在時間上的要求，并不嚴格，時間上的錯誤，一般不會造成災難性的后果。目前分時系統的強項在于多任務的管理，而實時操作系統的重要特點是具有系統的可確定性，即系統能對運行情況的最好和最壞等的情況能做出精確的估計。 系統支持多任務管理和任務間的同步和通信，傳統的單片機系統和DOS系統等對多任務支持的功能很弱，而目前的Windows是典型的多任務操作系統。在嵌入式應用領域中，多任務是一個普遍的要求。 系統響應時間（System response time）：系統發出處理要求到系統給出應答信號的時間。 任務換道時間（Context-switching time）：任務之間切換而使用的時間。 中斷延遲（Interrupt latency）：計算機接收到中斷信號到操作系統作出響應，并完成換道轉入中斷服務程序的時間。 實時系統中的任務有四種狀態：運行（Executing ），就緒（Ready ），掛起（Suspended ），冬眠（Dormant ）。 掛起：任務發生阻塞，移出任務等待隊列，等待系統實時事件的發生而喚醒，從而轉為就緒或運行。 冬眠：任務完成或錯誤等原因被清除的任務，也可以認為是系統中不存在的任務。 任何時刻系統中只能有一個任務在運行狀態，各任務按級別通過時間片分別獲得對CPU的訪問權。
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發表于 2010-7-21 14:51:57
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