二、嵌入式系统基本概念及设计方法

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1、嵌入式系统设计与实例开发——ARM与mC/OS-Ⅱ北京航空航天大学北京航空航天大学智能嵌入式技术工作室智能嵌入式技术工作室王王田苗田苗魏洪兴魏洪兴1本节提纲u嵌入式系统的定义与特点u嵌入式微处理器的相关基本知识u嵌入式实时操作系统的相关基本知识u嵌入式系统的设计方法概述2典型嵌入式系统基本组成－硬件电源外围电路Flash模块微处理器时钟RAMMPU复位ROM外设USBLCDKeyboardOther3典型嵌入式系统基本组成－软件应用程序软件操作系统结构输入输出处理器硬件结构存储器4嵌入式系统的发展l嵌入式系统本身是一个相对模糊的定义。一个手持的MP3和一个PC104的微型工业控

2、制计算机都可以认为是嵌入式系统。l嵌入式系统已经有了近30年的发展历史，它是硬件和软件交替发展的双螺旋式发展。l最早的单片机是Intel公司的4044，它出现在1971年lMotorola同时推出了68HC05，Zilog公司推出了Z80系列，这些早期的单片机均含有256字节的RAM、4K的ROM、4个8位并口、1个全双工串行口、两个16位定时器。l之后在80年代初，Intel又进一步完善了8048，在它的基础上研制成功了8051。5l1981年ReadySystem发展了世界上第1个商业嵌入式实时内核（VTRX32）包含了许多传统操作系统的特征，包括任务管理、任务间通讯、同步

3、与相互排斥、中断支持、内存管理等功能。l随后，出现了如IntegratedSystemIncorporation(ISI)的PSOS、IMG的VxWorks、QNX公司的QNX等，PalmOS，WinCE，嵌入式Linux，Lynx，uCOS、Nucleux，以及国内的Hopen、DeltaOS等嵌入式操作系统。l今天RTOS已经在全球形成了1个产业，根据美国EMF（电子市场分析）报告，1999年全球RTOS市场产值达3.6亿美元，而相关的整个嵌入式开发工具（包括仿真器、逻辑分析仪、软件编译器和调试器）则高达9亿美元。6IEEE定义根据IEEE（国际电气和电子工程师协会）的定义

4、：嵌入式系统是“用于控制、监视或者辅助操作机器和设备的装置”（原文为devicesusedtocontrol,monitor,orassisttheoperationofequipment,machineryorplants）。可以看出此定义是从应用上考虑的，嵌入式系统是软件和硬件的综合体，还可以涵盖机电等附属装置。7一般定义“以应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬件可裁剪、功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。”8嵌入式系统定义要素l专用计算机系统(非PC智能电子设备)n以应用为中心n以计算机技术为基础n软件硬件可裁剪n适应应用系统对功能、可靠性、成本、体

5、积、功耗严格要求l知识集成应用系统（CSEA）n技术密集资金密集n高度分散不可垄断n面向应用不断创新9嵌入式系统的分类l按表现形式分：（硬件范畴）n芯片级嵌入（含程序或算法的处理器）n模块级嵌入（系统中的某个核心模块）n系统级嵌入l按实时性要求分：（软件范畴）l非实时系统（PDA）l软实时系统（消费类产品）l硬实时系统（导引头等工业和军工系统）10嵌入式系统的几个重要特征（1）系统内核小l由于嵌入式系统一般是应用于小型电子装置的，系统资源相对有限，所以内核较之传统的操作系统要小得多。l比如ENEA公司的OSE分布式系统，内核只有5K，而Windows的内核则要大得多。11（２）

6、专用性强l嵌入式系统的个性化很强，其中的软件系统和硬件的结合非常紧密，一般要针对硬件进行系统的移植。l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进行修改。l同时针对不同的任务，往往需要对系统进行较大更改，程序的编译下载要和系统相结合，这种修改和通用软件的“升级”是完全不同的概念。12（３）系统精简l嵌入式系统一般没有系统软件和应用软件的明显区分，不要求其功能设计及实现上过于复杂，这样一方面利于控制系统成本，同时也利于实现系统安全。（４）高实时性OSl这是嵌入式软件的基本要求，而且软件要求固态存储，以提高速度。软件代码要求高质量和高可靠性、实时性。13（5

7、）嵌入式软件开发走向标准化l嵌入式系统的应用程序可以没有操作系统直接在芯片上运行。l为了合理地调度多任务、利用系统资源、系统函数以及和专家库函数接口，用户必须自行选配RTOS（Real－TimeOperatingSystem）开发平台，这样才能保证程序执行的实时性、可靠性，并减少开发时间，保障软件质量。14（6）嵌入式系统开发需要开发工具和环境l由于其本身不具备自主开发能力，即使设计完成以后，用户通常也是不能对其中的程序功能进行修改，必须有一套开发工具和环境才能进行开发。l这些工具和环境一般