嵌入式系统中的实时操作系统
Real T ime Operating System for Embedded System
中国科学院软件研究所(100080)
叶以民 赵会斌 耿增强
李小群 郑良辰 罗从难
【摘要】简要介绍了实时操作系统的实现方法,例举了
基于Linux 核心的实时操作系统。关键词:嵌入式系统,实时操作系统
Abstract :An im plementation of real time operating system is briefly introduced ,and tw o exam ples of real time operating system based on Linux are given.
K ey w ords :embedded system ,real time operating system
所谓“实时”,对于计算机系统而言意味着不但要求逻辑结果正确,而且有时间的要求,即这个结果必须产生截止期限之前。对于实时而言,时间期限的要求是必须得到满足的,但是区分具体应用场合,这种要求的严格程度又有所不同。如果这种要求是绝对的,任何一次不满足就能造成实难性后果,那就称之为强实时;否则,偶尔的不满足并不足以造成严重后果,是可以接受的,则称为弱实时。相应的,具有这两种特性的操作系统就分别被称为强实时及弱实时操作系统。
在操作系统领域,实时操作系统属于一个很特别的“另类”,绝大多数的人们对此较为陌生。人们常见的是所谓分时系统。最为经典的分时系统当推UNIX 操作系统,已经具有近百年的历史,广泛应用于研究、教育及商业领域。UNIX 系统的优点在于它的高效率及开放性,在这方面,同为分时系统的W ind ows 是望尘莫及的。由于其开放性,人们依托UNIX 制定了一系列关于开放系统的标准,UNIX 系统逐渐成为开放系统的代名词。近来“窜红”的Linux 操作系统[2]是UNIX 的诸多变种之一,它是“自由软件”,更把UNIX 的开放性发扬到了极致。分时操作系统的设计目标在于通过对最一般情形的优化,最大限度地有效利用硬件资源,从而达到最大的处理能力,即“吞吐率”;而实时操作系统的设计思想,则与此大相径庭,对于实时系统而言,更重要的是响应时间,而且要保障最坏的情形下的响应时间。
1 实时操作系统的实现方法
由于指导思想南辕北辙,因而,分时系统与实时系
统是很难“整合”的。不过,由于分时系统应用广泛,被
称为通用系统,在它上面有很好的开发环境、调试工具,并且这些环境与工具为开发者所熟悉,所以人们还是在进行着这种努力。这方面,几乎所有的工作都集中在依托UNIX 系统对它进行改造,从而实现实时系统上面。增强UNIX 系统实时性,是一个很早就有的想法,为此,90年代初人们就制定了相关标准,即POSIX1003.1b 。这个标准规定了“开放系统”对实时应用提供的服务,包括较高精度的时钟,实时调度策略,进程页面驻留等。目前几乎所有UNIX 类操作系统都实现了这个标准所规定的大部分内容[5]。然而,仅仅实现了POSIX1003.1b ,通用分时系统所获得的实时性是很“弱”的,弱到对很多应用而言几乎没有任何实际意义。
通用分时系统,简单地说就是UNIX 系统成为实时系统的重要障碍大致有以几点[4]:
①UNIX 的核心是不可切换的。当一个进程运行于核心态,例如执行系统调用的时候,它将不被换出,直到退出核心态,即从系统调用返回,或因某种原因而阻塞,如等待I/O 设备完成动作。就是说,这段时间之内是不能进行进程切换的,这样,实时事件的即时响应自然也就无从谈起了。
②UNIX 核心中为了保证核心数据的完整性,在进入对关键核心数据结构进行修改的所谓“临界区”时惯常采用“关中断”的办法。此时系统无法对中断做出响应。我们知道,非周期的实时进程大多是由中断触发的;对于周期性实时进程而言,也需要调度模块来调度运行,而调度模块的执行恰恰是由时钟中断所触发的。所以频繁的关中断导致实时任务不能被及时调度执行。
③分时系统针对一般情形,为提高资源利用率,提高系统整体处理能力所做的优化,也在响应时间上带来了很多不确定性。如请求分页的内存管理机制使得代码、数据被调入的时间成为不确定的;而磁盘操作的缓冲机制又给读取文件的时间带来不确定性。而在实时系统中,这些不确定因素是不能容忍的。
若基于分时系统建立实时操作系统,必须要解决上述问题。事实上,这方面的工作也是按照这个思路
?6?《测控技术》2000年19卷第4期
进行的,已有一些比较成功的例子。不过,一般而言,彻底的改造很困难,绝大多数情形是在一个方面,或者几个方面做了不同程度的改造,从而获得不同程度的实时性。但是,这只能得到弱实时性。实际情况也是如此,通过改造通用分时操作系统得到的实时操作系统几乎不可能取得强实时特性。
由于上述方法虽然相对简单易行,但存在相应的局限性。于是人们就想到另一种方法,即从头开始设计一个全新的实时操作系统。目前,林林总总已经出现了不少产品。依据这种设计思想生成的实时操作系统,在达到强实时性方面不存在问题,但通用性差,开发环境简陋。不难看出,两种设计思路各有千秋,使用者应当根据具体需求,做出合理选择。
2 基于Linux核心的实时操作系统实例人们对于实时操作系统的研究几乎与操作系统的出现同时起步,迄今已经取得了长足进步,其应用领域不如分时系统广泛,但也早已有了各种各样的不同产品。有商业化产品,也有非商业化产品。一般而言商品化产品功能比较完善,大多伴随有一整套开发、调试的工具、手段;缺点是“二次开发”的潜力有限,而且价格大多不菲。非商业化产品一般是由大学或其他研究机构研制出来的,没有盈利目的,因而很多源码开放,其优点是可以免费得到,并且可以此为基础进行更深入的研究开发;其缺点是比较简陋、不够完善等。在商业化产品方面,较有代表性的当推QNX,VxW orks及LynxOS等,本文将着重介绍非商业化的实时操作系统。
Linux操作系统近年来突然流行起来,成为UNIX类操作系统抗拒MS W ind ows的中坚力量;事实上,Linux 也已经对MS W ind ows构成了威胁,特别是在服务器方面,已经对W in NT形成了冲击。随着Linux的风行,很多大学、研究机构开始基于Linux构建实时操作系统。这样做的好处是:Linux源码开放,是完全自由的。所以,可以预料,基于Linux构建实时操作系统将会成为一种越来越流行的趋向。这里,准备对两个有代表性的基于Linux建立的实时操作系统作简单介绍。
2.1 K URT[6]
首先是University of K ansas计算机及电子工程系信息及远程通信技术中心的K URT(K ansas University Realtime OS)。该技术中心研制K URT的目的在于满足他们在AT M及多媒体方面的研究工作需求。这些研究工作对操作系统提出了特殊要求,其特殊性在于:既要求有很高的实时性,如与时间相关的QoS(服务质量)保证,又要求全面的操作系统服务。分时系统无疑可以满足后者,但无法满足前者,即便实现了POSIX1003.1b,其实时性依然显得太弱;而专用实时系统可以满足前者,对于后者却又无能为力。因而K URT的研制者认为,弱实时或强实时操作系统均不符合他们的要求,而他们的要求兼具两方面的特性,为此专门提出了一个新概念:firm realtime。
K URT的研制者是通过对Linux核心进行改造来实现他们这个所谓的firm realtime操作系统的。他们采用的方法比较简洁,没有大动干戈,却基本达到了目的。K URT对Linux核心做了如下两点改动:
①修改了时钟中断机制,在以X86为处理器的PC上,系统时钟可以提供的最高频率超过了1MH z,但Linux通过对它的编程,将时钟频率设定为100H z,即时钟中断间隔为10ms。对于实时操作系统而言,这种时钟粒度太粗,无法满足实时响应的需求。如何解决这个问题呢?最容易想到的莫过于提高时钟频率了。然而简单地提高时钟频率意味着时钟中断的相应处理过程将占用更多的处理器时间,从而使得整个系统的有效利用率急剧下降,所以这不是一个好办法。K URT 的办法非常巧妙,它改变了时钟中断的固定频率模式,通过重新设定使得时钟得以μs为单位在任何需要的时候产生中断。这样,既保证了响应时间,又避免了不必要的开销。
②增加了新的实时调度模块。K URT核心可以有3种调度状态:正常态、实时态及混合态。当处于正常态时,K URT核心的进程调度机制与常规Linux核心无异;实时态时则只有K URT实时进程可以被调度;混合态是二者的折衷:当没有实时任务可以被调度时将允许一般进程被调度。表面看来混合态似乎也能保证实时任务被优先调度,其实不然,因为此时核心不可切换的性质依然没有改变,所有一个运行中的一般任务一旦进入核心,则很可能妨碍实时任务的及时调度,所以混合态引入了很大的风险。
经改动之后,K URT获得了很强的实时性能。这时原则上说调度可以精确到μs。但考虑到核心内部的开销如时钟管理、进程切换等所耗时间约为200μs,所以,真正有意义的最小实时任务周期约为500μs。显然,随着处理器能力的提高,这个周期会因之缩短。此外,K URT并没有对核心做更多的改动,所以不难看出这个标称firm realtime的操作系统实质上依然是弱实时操作系统。不过,K URT的设计者通过精巧的方法,以不大的代价达到了设计目的。
2.2 RT Linux[1]
既然K URT是一个弱实时操作系统,这样在强实时应用方面,它是无能为力的。而另一个基于Linux 核心的实时操作系统RT Linux恰恰填补了这个空白。基于通用分时系统核心构造强实时操作系统,这听起来不可思议;那么RT Linux又是如何实现这一点的呢?
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嵌入式系统中的实时操作系统
RT Linux(realtime Linux)是由New Mexico Institute of T echnology计算机系研制开发的。
RT Linux的设计别有机杼。其设计者充分意识到通过改造通用分时系统以实现强实时操作系统困难重重,几乎是不可能;这也就意味着强实时操作系统很难提供通用分时操作系统所能提供的丰富的系统服务和完善的开发环境及调试手段等,而这些都是实时应用本身及其开发工作所希望获得的支持。RT Linux的设计者认真分析了实时应用的整体特征后发现,绝大多实时应用其实都可以分成实时和非实时两部分。例如:对于实时数据采样分析而言,其数据采样过程必须是实时的,而分析之后的图表显示却可以是非实时的。而且这两部分分别具有如下特性:实时部分较少需要操作系统支持,甚至可以不需要这样的支持,至少应用程序的设计者可以做到这一点;而非实时部分一般则需用相应的操作系统支持,有这样的支持将会极大地方便应用的开发。基于这种认识,RT Linux的设计者便确定了如下设计思想:构造一个简单的强实时内核,而应用的实时部分作为实时进程直接运行在这个强实时内核之上;原来的常规Linux核心,这时作为一个优先级最低的任务也为这个实时内核所调度,而应用的非实时部分作为非实时进程运行Linux核心之上,从而可以获得Linux核心所提供的一切服务。为做到这一点RT Linux采用了如下手段:
①对Linux核心进行改动,将其与中断控制器隔离,不再允许它任意关中断。核心中所有的中断操作指令都被替换为相应的宏,可以简单地理解为这时关中断、开中断的指令实际上仅仅变更一个中断状态标志的值,而不真正改变中断状态。此时,中断控制器由实时核心来控制。所有的中断首先被实时核心所截获,实时核心首先进行相关的中断处理,然后才把中断“传”给Linux核心。这样,Linux核心的一切活动都无法导致中断被关闭,也就无从影响实时核心的任务调度,从而保证了核心的强实时性;同时,容易看出,这种方法依然维持了Linux核心中数据结构的完整性。
②改变时钟中断机制。与K URT一样,RT Linux 也需用粒度更细的时钟。事实上,RT Linux采用的方法与K URT是一样的,这里不再重复。
③提供实时调度。人们对实时任务调度问题进行了长期深入的研究,实际上,这是实时操作系统领域内人们投入最多、研究最为透彻的一个方面。目前已经提出了形形色色的调度算法。这些算法适用于不同类型的实时应用场合,各有千秋[3]。但是要在一个具体实时操作系统内部实现一个“万用”的调度模块也不是不可能的,只是效率低。RT Linux在这方面采用了非常灵活的做法,它把调度模块的编写任务交给了系统的使用者,使用者编制的模块可以很容易地加入到系统之中。这样,使用者可根据自己的不同需求,采用适宜的调度算法。当然,为方便起见,RT Linux自身也提供了两个实时调度模块。
④实时进程与非实时进程间的通信。如前所述, RT Linux的全部设计思想基于实时应用的划分。这里,一个实时应用被划分成了一个运行于实时核心之上的实时进程及运行于Linux核心上的分时进程;于是,实时进程与非实时进程间的通信就成了一个必须解决的问题。RT Linux通过建立特殊的命名管道来解决这个问题的。这样便在实时进程与非实时进程之间建立了数据传输机制。
理论上说,RT Linux提供了与K URT一样的时钟粒度。但是,考虑到RT Linux中实时进程是运行在核心空间中的,这样进程切换的开销远比常规的进程切换的开销要小得多。所以RT Linux上有意义的最小的实时进程周期可以达到100μs。
从某种意义上说,K URT与RT Linux的出发点都在于整合常规分时系统核心与强实时特性,只是K URT侧重于前者,而RT Linux着力于后者;它们也分别达到了自己的目的,各自实现了弱实时及强实时操作系统,以满足各自不同的应用需求。二者的设计思想都比较巧妙,在不同的方面也表现得非常优异。使用者可以结合它们的不同特点,结合自己的需要在这两个优秀的实时操作系统之中做出选择。笔者对以上两个系统都进行过较为全面深入的剖析与研究,并予以改进和增强。航天部某研究所与笔者在开发仿真控制计算机系统方面进行了友好合作。在这个仿真控制计算机系统中,选择了基于RT Linux的经过改进、增强的强实时操作系统,从而以比国外进口相应产品低一、二个数量级的价格,在功能、性能方面达到乃至超出了他们的水平。
参考文献
1 M ichael,Barabanov and Victor Y odaiken.Introducing Real2time Linux.Linux Journal,Issue34,1997
2 M ichael Bech,et al.Linux K ernel Internals,2nd Edition.Addis on-W es2 ley,1998
3 Alan Burns.Scheduling hard real-time systems:A review.S oftware Engi2 neering Journal,1991,6(3):116～128
4 Borko Furht,et al.Real2time UNIX systems:design and application guide.
K luwer Academic Publishers G roup,N orwell,M A,US A,1991
5 M arshall K.M cK usick,et al.The Design and Im plementation of the4.4BS D Operating System.Addis on2W esley,1996
6 Balaji,Srinivasan.A Firm Real2T ime System Im plementation Using C ommer2 cial O ff2The2Shelf Hardware and Free S oftware.T echnical Report11510-02,In formation and T elecommunication T echnology Center,University of K ansas,1998
作者简介:叶以民,中国科学院软件研究所副研究员;赵会斌,李小群,中国科学院软件研究所博士研究生;耿增强,罗从难,郑良辰,中国科学院软件研究所硕士研究生。
(收稿日期:2000-03)□
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?《测控技术》2000年19卷第4期
《嵌入式系统及应用》课程实验 一、实验课程的性质、目的和任务 性质：《嵌入式系统及应用》课程是自动化专业的专业基础课程，本实验课是该课程教学大纲中规定必修的实验教学内容。 目的和任务：通过实验环节来巩固和加深学生对嵌入式系统的理解，使学生掌握MCS51单片机和ARM的基本原理和应用技术。通过熟悉MCS51开发环境和ARM集成开发环境，使学生掌握嵌入式系统开发的一般规律和方法。在集成开发环境下，进行系统功能程序的编写和调试的训练，掌握嵌入式系统软硬件调试的一般方法和系统设计的能力。 二、实验内容、学时分配及基本要求
三、考核及实验报告 （一）考核 本课程实验为非独立设课，实验成绩占课程总成绩的15%，综合评定实验成绩。（二）实验报告 实验报告应包括： 实验名称 实验目的 实验内容与要求 设计思路（如：分析、程序流程图等） 实验步骤 实验代码（含必要注释） 实验结果分析 实验小结（本题调试过程中遇到的问题和解决方法、注意事项、心得体会等）注：综合型实验需写出系统功能、设计过程 实验报告的要求： 实验报告以文本形式递交，实验报告要书写规范、文字简练、语句通顺、图表清晰。 四、主要仪器设备 硬件：微型计算机；嵌入式系统开发平台。 软件：Keil C51；ADT 五、教材及参考书 教材
[1] 高锋．单片微型计算机原理与接口技术（第二版）．北京：科学出版社，2007 [2] 自编．嵌入式系统及应用 参考书 [1] 王田苗．嵌入式系统设计与实例开发．北京：清华大学出版社，2003 [2] 陈赜．ARM9 嵌入式技术及Linux高级实践教程．北京：北京航空航天大学出版社，2005 [3] 李忠民等．ARM嵌入式VxWorks实践教程．北京：北京航空航天大学出版社，2006
1.嵌入式系统的定义：一般都认为嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，并且软硬件可裁剪，可满足应用系统对功能、可靠性、成本、体积和功能有严格要求的专用计算机系统。 2.嵌入式系统的特征：（1）通常是面向特定应用的。具有功耗低、体积小和集成度高等特点。（2）硬件和软件都必须高效率地设计，量体裁衣，力争在同样的硅片面积上实现更高的性能，这样才能满足功能、可靠性和功耗的苛刻要求。（3）实时系统操作支持。（4）嵌入式系统与具体应用有机结合在一起，升级换代也同步进行。（5）为了提高运行速度和系统可靠性，嵌入式系统中的软件一般固化在存储器芯片中。 3.ARM嵌入式微系统的应用：工业控制、网络系统、成像和安全产品、无线通信、消费类电子产品。 4.ARM嵌入式微处理器的特点：（1）体积小、低功耗、低成本、高性能。（2）支持Thumb（16位）/ARM（32位）双指令集，兼容8位/16位器件。（3）使用单周期指令，指令简洁规整。（4）大量使用寄存器，大多数数据都在寄存器中完成，只有加载/存储指令可以访问存储器，以提高指令的执行效率。（5）寻址方式简单灵活，执行效率高。（6）固定长度的指令格式。 5.嵌入式系统一般由嵌入式微处理器、外围硬件设备、嵌入式操作系统、用户软件构成。 2.哈佛体系结构的主要特点是将程序和数据存储在不同的存储空间。 3.嵌入式处理器主要有四种嵌入式微处理器（EMPU）、嵌入式微控制器（MCU）、嵌入式数字信号处理器（DSP）、嵌入式片上系统（SoC) 4.ARM7采用3级流水线结构，采用冯·诺依曼体系结构；ARM9采用5级流水线结构，采用哈佛体系结构。 5.ARM处理器共有37个32bit寄存器，包括31个通用寄存器和6个状
“黑色经典”系列之《嵌入式Linux C语言应用程序设计》 嵌入式主机通信环境的配置 配置Linux下的minicom和Windows下的超级终端 配置NFS服务 搭建Linux的根文件系统 Bootloader的原理 华清远见<嵌入式linux就业班>培训教材
3.1 嵌入式系统开发环境的构建 3.1.1 嵌入式交叉编译环境搭建 搭建交叉编译环境是嵌入式开发的第一步，也是关键的一步。不同的体系结构、不同的操作内容甚至是不同版本的内核，都会用到不同的交叉编译器。选择交叉编译器非常重要，有些交叉编译器经常会有部分的BUG，都会导致最后的代码无法正常运行。 对于一般的开发板，厂商都会提供在该开发板上能够正常运行的交叉编译工具，其安装的过程比较简单，一般在厂商中提供的用户手册中会有详细说明，这里就不再赘述。另外，如μClinux也有制作成单一脚本工具，安装时只需执行该脚本就可以了。 在这里，首先来讨论一下关于选择gcc版本的问题。gcc的版本有很多种，其中低于3.3.2版本的只能编译Linux 2.4版本的内核，而3.3.2版本既能支持Linux 2.4版本的内核，也能支持Linux 2.6版本的内核，在本书采用的gcc版本为3.3.2。 具体软件以及它们对应的版本和下载地址 binutils 下 版本： gcc：用具。 下 版本： glibc：用 下载地址：ftp://https://www.doczj.com/doc/4310713932.html,/gnu/glibc/glibc-2.2.5.tar.bz2。 版本：2.2.5 glibc-linuxthreads：提供Linux线程库。 下载地址：ftp://https://www.doczj.com/doc/4310713932.html,/gnu/glibc/glibc-linuxthreads-2.2.5.tar.bz2。 版本：2.2.5 再接下来，用户需要为这些工具准备好它们的工作目录。在这里，首先建立一个～/cross 目录，之后，用户再在～/cross目录下建立以下目录。 # mkdir ～/cross/scource # mkdir ～/cross/patches # mkdir ～/cross/linux-2.6.x 做好这些准备工作之后，下面就可以开始正式开始操作了。 1．编译binutils 用户可以按照以下步骤编译binutils。 # cd ～/cross # tar –jxvf ./scource/binutils-2.14.tar.bz2 华清远见<嵌入式linux就业班>培训教材
嵌入式实时操作系统 嵌入式实时操作系统(Embedded Real-time Operation System，RTOS)。 1 嵌入式实时操作系统概念 当外界事件或数据产生时，能够接受并以足够快的速度予以处理，其处理的结果又能在规定的时间之内来控制生产过程或对处理系统作出快速响应，并控制所有实时任务协调一致运行的嵌入式操作系统。 2 嵌入式实时操作系统特点 1）多任务； 2）有线程优先级 3）多种中断级别 3 嵌入式实时操作系统应用 在工业控制、军事设备、航空航天等领域对系统的响应时间有苛刻的要求，这就需要使用实时系统。 采用嵌入式实时操作系统(简称RTOS)能够支持多任务，使得程序开发更加容易，便于维护，同时能够提高系统的稳定性和可靠性。
4 实时操作系统的必要性： 首先，嵌入式实时操作系统提高了系统的可靠性。 其次，提高了开发效率，缩短了开发周期。 实时操作系统的优缺点： 在嵌入式实时操作系统环境下开发实时应用程序使程序的设计和扩展变得容易，不需要大的改动就可以增加新的功能。通过将应用程序分割成若干独立的任务模块，使应用程序的设计过程大为简化；而且对实时性要求苛刻的事件都得到了快速、可靠的处理。通过有效的系统服务，嵌入式实时操作系统使得系统资源得到更好的利用。但是，使用嵌入式实时操作系统还需要额外的ROM/RAM 开销，2~5% 的CPU 额外负荷，以及内核的费用。 5 实时系统与非实时系统的根本区别 实时系统与非实时系统的根本区别在于：实时系统具有与外部环境及时交互作用的能力。也就是说实时系统从外部获取信息以及系统得出结论要在很短的限制时间内完成。 它具有嵌入式软件共有的可裁剪、低资源占用、低功耗等特点；实时任务之间可能还会有一些复杂的关联和同步关系，如执行顺序限制、共享资源的互斥访问要求等。 实时操作系统所遵循的最重要的设计原则是：采用各种算法和策略，始终保证系统行为的可预测性(predictability)。可预测性是指在系统运行的任何时刻，在任何情况下，实时操作系统的资源调配策略都能为争夺资源(包括CPU、内存、网络带宽等)的多个实时任务合理地分配资源，使每个实时任务的实时性要求都能得到满足。与通用操作系统不同，实时操作系统注重的不是系统的平均表现，而是要求每个实时任务在最坏情况下都要满足其实时性要求，也就是说，实时操作系统注重的是个体表现。
基于嵌入式系统的游戏程序设计 0 引言 随着近年来计算技术、通信技术的飞速发展，特别是互联网的迅速普及和3C(计算机、通信、消费电子)合一的加速，微型化和专业化成为发展的新趋势，嵌入式产品成为信息产业的主流。嵌入式系统被定义为以应用为中心，以计算机技术为基础，软件硬件可裁剪，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。 嵌入式系统是面向用户、面向产品、面向应用。而广泛用于制造工业、过程控制、通信、仪器、仪表等，消费类产品，如果独立于应用自行发展，则会失去市场。嵌入式处理器在功耗、体积、成本、可靠性、速度、处理能力、电磁兼容性等方面均受到应用要求的制约，这些也是各个半导体厂商之间的竞争热点。 嵌入式处理器的应用软件是实现嵌入式系统功能的关键。软件要求固化存储，软件代码要求高质量、高可靠性。 1 开发平台 一个完整的嵌人式系统结构如图1所示，设计中采用的硬件平台为基于Intel Xscale架构的PXA255开发板，CPU运算速度为400 MHz，FLASH为32 MB容量的Intel Strata FLASH，SDRM 容量为64 MB，USBSlave支持USB1．1，LCD支持640×480分辨率。 由图1可以看出，一个完整的嵌入式系统不仅包含有硬件平台，还有运行于该硬件平台的操作系统和基于该操作系统的应用软件，而嵌入式LinUX只是众多嵌入式操作系统中的一个。 从20世纪80年代末开始，陆续出现了一些嵌入式操作系统，例如比较著名的有Vxwork，pSOS，Neculeus，QNX，ECOS，LYNX，Palm OS和Windows CE，这些专用操作系统都是商业化产品，其高昂的价格使许多低端产品的小公司望而却步；而且源代码的封闭性也大大限制了开发者的积极性。另外，结合国内实情，当前国家对自主操作系统的大力支持，也为源码开放的Linux推广提供广阔的发展前景。再者，对上层应用开发者而言，嵌入式系统需要的是一套高度简练，界面友善，质量可靠，应用广泛，易开发、多任务，并且价格低廉的操作系统。基于以上情况，采用嵌入式Linux操作系统作为开发的软件平台。 2 交叉编译工具链 在嵌入式系统软件的开发过程中，交叉编译工具链是极为重要的一环，设计并制作良好的交叉编译工具链是顺利实现软件开发的重要保障。 2．1 ARM-Linux的gcc交叉工具链 设计采用的Linux操作系统是经过修改与裁剪的ARM-Linux；使用的开发工具是非图形开发
嵌入式系统设计与应用 本文由kenneth67贡献 ppt文档可能在W AP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。 课程名称：课程名称：嵌入式系统设计与应用 总学时：其中讲课36学时，上机实践环节12 36学时12学时总学时：其中讲课36学时，上机实践环节12学时教材：嵌入式系统设计教程》教材：《嵌入式系统设计教程》电子工业出版社马洪连参考书：参考书：1、《嵌入式系统开发与应用》北航出版社、田泽编著. 嵌入式系统开发与应用》北航出版社、田泽编著. 2、《ARM体系结构与编程》清华大学出版社杜春雷编著ARM体系结构与编程体系结构与编程》嵌入式系统设计与实例开发—ARM ARM与C/OS3、《嵌入式系统设计与实例开发ARM与μC/OS-Ⅱ》清华大学出版社王田苗、魏洪兴编著清华大学出版社王田苗、ARM嵌入式微处理器体系结构嵌入式微处理器体系结构》4、《ARM嵌入式微处理器体系结构》北航出版社、马忠梅等著. 北航出版社、马忠梅等著. 张石．ARM嵌入式系统教程嵌入式系统教程》5、张石．《ARM嵌入式系统教程》．机械工业出版2008年社．2008年9月 1 课程内容 绪论：绪论： 1）学习嵌入式系统的意义2）高校人才嵌入式培养情况嵌入式系统设计（实验课）3）嵌入式系统设计（实验课）内容安排 第1章嵌入式系统概况 1.1 嵌入式系统的定义1.2 嵌入式系统的应用领域及发展趋势1.3 嵌入式系统组成简介 第2章嵌入式系统的基本知识 2.1 2.2 2.3 嵌入式系统的硬件基础嵌入式系统的软件基础ARM微处理器的指令系统和程序设计ARM微处理器的指令系统和程序设计 2 第3章 3.1 3.2 3.3 基于ARM架构的嵌入式微处理器基于ARM架构的嵌入式微处理器ARM 概述嵌入式微处理器的组成常用的三种ARM ARM微处理器介绍常用的三种ARM 微处理器介绍 第4章 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 嵌入式系统设计 概述嵌入式系统的硬件设计嵌入式系统接口设计嵌入式系统人机交互设备接口嵌入式系统的总线接口和网络接口设计嵌入式系统中常用的无线通信技术 3 第5章嵌入式系统开发环境与相关开发技术 5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 6.1 6.2 6.3 6.4 概述嵌入式系统的开发工具嵌入式系统调试技术嵌入式系统开发经验嵌入式系统的Bootloader Bootloader技术嵌入式系统的Bootloader技术μC/OS-II操作系统概述C/OS-II操作系统概述ADS开发环境ARM ADS开发环境C/OS-II操作系统在ARM系统中的移植操作系统在ARM μC/OS-II操作系统在ARM系统
《嵌入式系统原理与应用》课程教学大纲 一、课程基本信息 课程代码：230449 课程名称：嵌入式系统原理与应用 英文名称：Principle and Application of Embedded System 课程类别：专业课 学时：72（其中实验32学时） 学分：3.5 适用对象: 计算机科学与技术业 考核方式：考试（平时成绩占总评成绩的30%，期末考试成绩占70%） 先修课程：计算机组成原理、操作系统、编译原理 二、课程简介 嵌入式系统原理与应用是计算机科学技术专业的一门专业课，讲述嵌入式系统的基本理论、原理。本课程是一门既与硬件关系紧密，又与嵌入式操作系统、嵌入式软件关系十分紧密课程。它围绕目前流行的32位ARM处理器和源码开放的Linux操作系统，讲述嵌入式系统的概念，软、硬件组成，开发过程以及嵌入式应用程序开发设计方法。本课程的知识将为学生今后从事嵌入式系统研究与开发打下坚实的基础。The principle of embedded system is an important course of computer science and technology, which introduce the principles and the theory of embedded system.T his curriculum is tied closely with not only hardware but also embedded operating system and embedded software. It introduce the conception of embedded system, components of software and hardware, developing progresses and designing methods of embedded programming which based on the 32bit arm processor and operating system of opened linux.The knowledge of this course would be solid foundation for the student who would be engaged in researching or developing about embedded system. 三、课程性质与教学目的 嵌入式系统原理与应用课程的性质：该课程是计算机科学与技术专业的专业课。 嵌入式系统原理与应用课程的教学目的：通过对基于ARM嵌入式芯片的系统的基本组织结构与工作原理的学习，使学生对计算机系统的硬件部分有一个全面的了解，对嵌入式软件的开发过程有一个清楚的认识，通过对嵌入式操作系统的工作原理的学习，使学生对嵌入式操作系统有一个清晰的认识，提高学生在嵌入式软件设计设计能力及解决实际问题的动手能力，为后续专业课程的学习打下坚实的基础。 四、教学内容及要求 第一章嵌入式系统导论 （一）目的与要求
课程设计 课程名嵌入式软件开发技术 题目基于嵌入式Linux的温度监测系统的 设计与实现 专业计算机科学与技术（嵌入式系统方向）班级 13计算机嵌入式系统班 学号 学生姓名 2016年6月
摘要 温度是个很普遍而又非常重要的参数，在日常生活、工农业生产以及科研领域都有着广泛的应用。因此，研制能够准确地测量和记录这个参数值的系统具有十分重要的意义。 基于ARM的嵌入式温度监测系统是采用嵌入式Linux作为操作系统，针对以S5PV210为处理器的开发板设计的一个嵌入式温度监测系统。论文在分析了Linux设备驱动程序的基本工作原理基础上，讨论了开发中经常会碰到的中断处理、拥塞处理、I/O端口，并在此基础上实现了基于S5PV210嵌入式处理器的开、读、写、关外部RAM的字符设备驱动和网络驱动。结合高精度温度传感器DS18B20，实现温度的正确采集，并通过以太网络将数据上传给上位机客户端。 论文首先介绍了通信网络中各种设备特性、总线结构及传输技术，然后根据单片机与PC机之间的串行通信原理，用ubantu完成温度监测系统的软件设计与实现，为用户提供一个友好的人机界面，对监测系统进行控制并显示采集后的数据。本系统还通过多线程实现了多个客户端与服务器的通信。 关键词：S5PV210；嵌入式Linux操作系统；DS18B20；网络编程
Abstract Temperature is a very common and very important parameter, in daily life, industrial and agricultural production and scientific research fields have a wide range of applications. Therefore, it is very important to develop a system that can accurately measure and record the value of this parameter. The temperature monitoring system of base on the ARM is use of embedded Linux as the operating system for the processor to S5PV210 development board designed for an embedded temperature monitoring system. Based on the analysis of the basic working principle based on the Linux device drivers discussed development often encounter interrupt handling, congestion handling, I / O ports, and on this basis to achieve the embedded processor based on open S5PV210 reading, writing, characters off the external RAM device driver and network drives. Combined with precision temperature sensor DS18B20, to achieve the correct temperature acquisition, and upload the data via Ethernet to a PC client. At first,the paper introduces the characteristics of various devices in a communication network, the bus structure and transmission technology, and according to the principle of serial communication between SCM and PC, with ubantu complete temperature monitoring system software design and implementation, to provide users with a friendly man-machine interface, the monitoring system to control and display the data after collection. The system also enables communication via a plurality of multi-threaded client and the server. Key words:S5PV210; embedded Linux operating system; DS18B20; Network programming
嵌入式实时操作系统之我见 -ARM7TDMI-S 王士莹 -----从基本概念、基本原理、基本常识、基本思维入手阐述嵌入式实时操作系统在单片机开发中，嵌入式实时操作系统的使用近几年比较流行，在具体应用中也有比较好的表现。那么对于一个应用来讲，应该选择那种操作系统呢？目前，可供选择的有uLinux、VxWorks、uCOS-II等。我们当然可以选择其中的一个根据需要移植到自己的设计中。但对于一个工程师来说，能够在设计中使用自己编写的嵌入式实时操作系统岂不是一件“很酷”的事情吗？而且，我认为，若要较好的理解一个嵌入式实时操作系统，首先要能够自己编写，哪怕是一个最简单的。否则，不知道核心原理是怎么回事，仅仅依样画葫芦做做移植，只是隔靴搔痒，只会是门外汉。 这篇文章就是根据我所理解的嵌入式操作系统，就几个问题做一个阐述，以期抛砖引玉。 1、为什么要用嵌入式实时操作系统，嵌入式实时操作系统较前后台结构有什么优势 单片机程序结构发展 任务的驱动方式有两种：时间和事件，所以对一个单片机程序来说它要等待的量也是只有两个：延迟时间到或事件发生。故操作系统只要安排任务等待着这两个标志就好。那么如何产生这两个标志呢，标志产生在中断中，然后在中断中发给需要的任务。 多功能块任务：在一个任务中有等待的时间或事件，等到后再执行后面程序的任务。在任务等待的时候单片机可以离开该任务去执行其他任务，该任务等待
完成后再回来继续运行。这样使用操作系统就提高了系统整体的运行效率。 单片机执行全局的东西，操作系统通过把全局的资源赋值成局部的任务让单片机执行了看似全局的实则是局部的东西，这样就实现了任务的调度和切换对于单功能块任务，即一个任务中没有需要等待的时间或事件，程序连续地从头执行到尾，对于这样的任务操作系统的作用不大。 2、单片机编程有哪些特点、会有哪些问题和需求、操作系统如何根据特点解决问题满足需求 一般单片机系统中不会只运行一个单一的任务，往往有多个方面的工作要做，如对一个仪器仪表来讲，它要做的工作有：测量、显示、存储、通讯、控制等。这些工作需要同一个单片机来完成，那如何对他们进行安排才能使一个单片机执行多个任务呢？ 打个比方：单片机就像一支建筑队，在这个建筑队里面有管理、财务、技术、工人、后勤等，他们各司其职、共同协作完成一个建筑工程。正常情况下，一支建筑队在一个时间段只能做一个工程，若再有工程要做，只能等这次的工程完成后才能去。现在的情况是：建筑市场异常火爆，有大量的工程要做，而该地区的建筑队数量只有这1支。那怎么办呢？一般的做法是：给每个工程排好顺序定好工期，做完第一个再做第二个再做第三个及其他。如果这样安排，顺利还好，如果不顺利就会发生这样的事：第三个工程所有的东西都已准备好，而且这个工程的建筑物急等着用，但建筑队却由于第二个工程的资金短缺或其它原因耽误了工期而迟迟不能到来。出现这样的事情是不应该的，那怎样安排工作才能避免这样的事情呢？我们可以这样做：1支建筑队同时承包多个工程，并同建筑单位定好协议：当一个工程由于资金或其他原因不能继续时，建筑队可以暂时离开去其他工地。这样当2号工程资金不到位时，建筑队把该工程的必要信息记录下来并保存起来，然后离开2号工程的工地去3号工程的工地；如果3号工程已经开始了，则建筑队把之前保存的信息取出来按照信息上的说明继续下面的工作，若3号工程也有其他事情需要等待了，则建筑队保存好记录后再去其他工地。这样，建筑队就总是在做工程而不会出现空闲，实现了效率的最大化！这种安排工作的方法就是建筑队版的“嵌入式实时操作系统”！
课程名称：_嵌入式系统开发_ 考试形式：闭卷考试日期： 2012年月日考试时长：120分钟课程成绩构成：平时 5 %，期中 10 %，实验 25 %，期末 60 % 本试卷试题由__5 _部分构成，共__9___页。 一、判断题（共15分，共 15题，每题1分，正确用“T”表示，错误用“F”表示） 1．优先级位图法是通过牺牲空间赢得时间。（） 2．EDF调度策略可用于调度周期性任务（） 3．在嵌入式操作系统中一般不使用虚拟存储技术，避免页面置换的开销所引起的不确定性。（）4．自陷、异常和中断基本上具有相同的中断服务程序结构。（） 5. 嵌入式多任务系统中，任务间的耦合程度越高，它们之间的通信越少。（） 6．存储器映射编址是指I/O端口的地址与内存地址统一编址，即I/O单元与内存单元在同一地址空间。其优点是可采用丰富的内存操作指令访问I/O单元、无需单独的I/O地址译码电路、无需专用的I/O指令。（） 7．嵌入式系统中，优先级抢占调度可以在任意位置、任意时刻发生。（） 8．当二值信号量用于任务之间同步时，其初始值为1。（） 9．如果一个实时调度算法使得任务充分利用了CPU，则CPU的利用率为100%。（）10．RISC处理器常用高效流水线技术提高处理器的并行性。（） 11．弱实时对系统响应时间有要求，但是如果系统响应时间不能满足，不会导致系统出现致命的错误或崩溃。（） 12．循环轮询系统适合于慢速和非常快速的简单系统。（） 13．单处理器多任务系统无需嵌入式操作系统的支持。（） 14．任务控制块的内容在任务创建时进行初始化，在系统运行过程中不会发生变化。（）15．支持实时特性的DARTS设计方法也采用了面向对象技术。（）
嵌入式系统发展与应用 引言 不论是日常生活中经常使用的家庭自动化产品、家用电器、手提电话、自动柜员机（ATM），还是各行各业的办公设备、现代化医疗设备、航空电子、计算机网络设备、用于工业自动化和监测的可编程逻辑控制器（PLC），甚至是娱乐设备的固定游戏机和便携式游戏机等都属于嵌入式系统。嵌入式系统始于微型机时代的嵌入式应用，通过将微型机嵌入到一个对象体系中，实现对象系统的智能化控制。随着科技的不断发展，在单片机时代，嵌入式系统以器件形态迅速进入到传统电子技术领域中，以电子技术应用工程师为主体，实现传统电子系统的智能化。而后，随着后PC时代的到来，网络、通信技术得以发展；同时，嵌入式系统软、硬件技术有了很大的提升，形成了基于嵌入式系统软、硬件平台，以网络、通信为主的非嵌入式底层应用的计算机应用模式。 1嵌入式系统的概念与发展 1.1 嵌入式系统的概念 嵌入式系统是以应用为中心、以计算机技术为基础、软硬件可裁剪、适应应用系统，对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。嵌入式系统主要由嵌入式微处理器、外围硬件设备、嵌入式操作系统以及用户的应用程序等4个部分组成，它是集软硬件于一体的可独立工作的“器件”。它必然是一个技术密集、资金密集、高度分散、不断创新的知识集成系统。 1.2 嵌入式系统发展 纵观嵌入式系统的发展历程，大致经历了以下四个阶段： （1）无操作系统阶段 嵌入式系统最初的应用是基于单片机的，大多以可编程控制器的形式出现，具有监测、伺服、设备指示等功能通常应用于各类工业控制和飞机、导弹等武器装备中，一般没有操作系统的支持，只能通过汇编语言对系统进行直接控制，运行结束后再清除内存。这些装置虽然已经初步具备了嵌入式的应用特点，但仅仅只是使用8位的CPU芯片来执行一些单线程的程序，因此严格地说还谈不上系统的概念。这一阶段嵌入式系统的主要特点是：系统结构和功能相对单一，处理效率较低，存储容量较小，几乎没有用户接口。由于这种嵌入式系统使用简便、价格低廉，因而曾经在工业控制领域中得到了非常广泛的应用，但却无法满足现今对执行效率、存储容量都有较高要求的信息家电等场合的需要。 （2）简单操作系统阶段 20世纪80年代，随着微电子工艺水平的提高，Ic制造商开始把嵌入式应用中所需要的微处理器、I／O接口、串行接口以及RAM、ROM等部件统统集成到一片VLSI中，制造出面向I ／0设计的微控制器，并一举成为嵌入式系统领域中异军突起的新秀。与此同时，嵌入式系统的程序员也开始基于一些简单的操作系统开发嵌入式应用软件，大大缩短了开发周期、提高了开发效率。 （3）实时操作系统阶段 20世纪9O年代，在分布控制、柔性制造、数字化通信和信息家电等巨大需求的牵引下，嵌入式系统进一步飞速发展，而面向实时信号处理算法的DSP产品则向着高速度、高精度、低功耗的方向发展。随着硬件实时性要求的提高，嵌入式系统的软件规模也不断扩大，逐渐形成了实时多任务操作系统(RTOS)，并开始成为嵌入式系统的主流。 这一阶段嵌入式系统的主要特点是：操作系统的实时性得到了很大改善，已经能够运行在各种不同类型的微处理器上，具有高度的模块化和扩展性。此时的嵌入式操作系统已经具备了
嵌入式实时操作系统中实时调度算法综述 摘要：实时调度是指在有限的系统资源下，为一系列任务决定何时运行，并分配任务运 行除CPU之外的资源，以保证其时间约束、时序约束和资源约束得到满足。一个实时系统可以由单处理器系统来实现，也可以用多处理器系统来实现。实时调度算法是保障实时系统时限性和高可靠性的最重要手段之一。 关键词：嵌入式；实时操作系统；实时调度算法；RTOS；RMS 引言 嵌入式系统在当今的生产和生活中得到了广泛的应用,鉴于嵌入式实时系统的特点,要求任务调度等实时内核功能精简和高效。综合了EDF 和RM调度策略的CSD 调度策略,更加适合嵌入式系统的特点,满足其内核的要求。任务调度策略是实时系统内核的关键部分,如何进行任务调度,使得各个任务能在其期限之内得以完成是实时操作系统的一个重要的研究领域。它的精简和高效,对提高低处理能力,小内存系统整体性能具有重大的意义。 RTOS概述 RTOS，即：实时系统（Real-time operating system），实时系统能够在指定或者确定的时间内完成系统功能和外部或内部、同步或异步时间做出响应的系统。它的正确性不仅依赖系统计算的逻辑结果，还依赖于产生这个结果的时间。因此实时系统应该在事先先定义的时间范围内识别和处理离散事件的能力；系统能够处理和储存控制系统所需要的大量数据。对一般的程序来说，大多数是考虑指令执行的逻辑顺序，指令何时执行并不重要。而对实时应用系统的程序就不一样，当外部某激励出现时，系统必须以一定的方式和在限定的时间内响应它，如果已超时，那怕执行结果是正确的，系统也认为是失效的。实时操作系统通常被分为软实时操作系统和硬实时操作系统。前者意味着偶尔错过时限是可以容忍的；后者意味着执行过程不但必须正确而且必须准时。在实时操作系统中，系统将程序分成许多任务(或进程)，而每个任务的行为都预先可知，或者是有明确的功能，系统根据一定的调度原则，决定谁可取得执行权，这就是RTOS的核心所在。 实时调度算法 实时调度算法可以分为4类：单处理器静态调度算法、多处理器静态调度算法、单处理器动态调度算法、多处理器动态调度算法。下面分别分析嵌入式操作系统中采用的各种调度方法，以及这些调度方法是如何满足实时性应用的实时要求的。 1 速率单调算法 速率单调算法是一个经典的算法，它是针对那些响应和处理周期性事件的实时任务的，它事先为每个这样的实时任务分配一个与事件频率成正比的优先级。 实现时，就绪队列中的所有任务按照优先级Priority排队，优先级最高的任务排在队首，当处于运行态的任务，由于某种原因挂起时，只要把就绪队列的首元素从就绪队列中取下，使运行任务指针pRunTask指向该元素即可，如果是处于其他状态的任务变为就绪状态，而挂
《嵌入式系统与应用》期末考试题A卷 班级：学号：姓名： 一、名词解释：（每题5分） 1、什么是嵌入式系统 答：嵌入试系统以应用为中心，以计算机技术为基础，并且软硬件可裁剪，适用于对应用系统的功能，可靠性，成本，体积，功耗有严格要求的专用计算机系统。 2、Samba服务器及其功能 答：samba是在Linux/UNIX系统上实现SMB协议的一个免费软件，以实现文件共享和打印机服务共享，工作原理与windows的网上邻居很类似。 3、vi有哪3种工作模式，之间如何切换，其作用分别是什么？答：1.命令行模式：用户在用vi编辑文件时，最初进入的为一般模式。在该模式中可以通过上下移动光标进行“删除字符”或整行删除“等操作，也可以进行”复制“，“粘贴”等操作，但无法编辑文字。 2.插入模式：在该模式下，用户才能进行文字编辑输入，用户可按ESC键回到命令行模式。 3.底行模式：在该模式下，光标位于屏幕的底行。用户可以进行文件保存或退出操作，也可以设置编辑环境，如何找字符串，列出行号等。 4、ARM11的两种工作状态分别是什么？
答：第一种为ARM状态，此时处理器执行32位的字对齐的ARM 指令。 第二种为THUMB状态，此时处理器执行16位的半字符对齐THUMB指令。 二、ARM指令注释：（每题10分） 1、逐行注释并用C语言代码实现以下指令的功能： CMP R0，R1 ；比较指令R0减去R1 ADDHI R0，R0，#1 ；加法指令 ADDLS R1，R1，#1 ；加法指令 C语言代码： 2、逐行注释并用C语言代码实现以下指令的功能： CMP R0，#10 ；比较R0是否为10 CMPNE R1，#20 ；若不为10，比较R1是否为20，如果R0=0，跳过下面这两句 ADDNE R0，R0，R1 ；若R0不为10且R1为1，执行R2=R0+R1，否则继续往下执行 C语言代码：
嵌入式系统及应用习题 第一章操作系统概述 1.什么是嵌入式系统？ 2.简述嵌入式系统的发展过程。 3.嵌入式系统有哪些特点？ 4.嵌入式系统的应用领域有哪些？ 5.举出几个嵌入式系统应用的例子，通过查资料和独立思考，说明这些嵌入式系统产品主要由哪几部分组成，每个组成部分完成什么功能。（提示：数码相机、办公类产品、工业控制类产品的例子等。） 6.通过查阅资料，你认为嵌入式系统的发展趋势如何？ 第二章嵌入式系统基础知识 1.从硬件系统来看，嵌入式系统由哪些部分组成？ 2.从软件系统来看，嵌入式系统由哪几部分组成？ 3.嵌入式处理器的按体系结构分哪几类？ 4.半导体存储器分为哪几种？说明它们的特点及用途。 5. 嵌入式软件体系结构有哪几种类型，优缺点如何？ 6. 嵌入式系统产品开发一般包括哪几个阶段？每一个阶段的主要工作有哪些？ 7.嵌入式系统主要由软件和硬件两大部分组成，其中有的功能可以用软件实现，又可以用硬件实现，那么软件和硬件的划分一般有哪些原则？举出几个同一个功能既可以用软件实现，又可以用硬件实现的例子。 大作业1： 选择一个嵌入式系统产品（如手机、PDA、工业控制产品、智能家用电器等），利用本章学过的知识，假设你是系统的总设计师，那么你认为应该如何运作这个产品的开发，直到把产品从实验室推向市场。 提示：题目较大，嵌入式系统开发包括需求分析、设计、实现、测试等方面。在实现方面，不必把产品开发出来（即不必设计电路图，不必编写程序代码，只需概括地写出软件硬件需要完成的工作即可）。 第三章嵌入式系统平台构建 1.嵌入式系统的硬件有哪几个组成部件？ 2.通用处理器与嵌入式处理器有哪些相同和不同的地方？ 3.常用的嵌入式处理器、控制器、数字信号处理器有哪些？各自有什么特点，通常适用于哪些方面的应用？除了书上介绍的嵌入式处理器之外，你还能提供哪些嵌入式处理器（型号和制造商）？ 4.设计嵌入式系统时，.选择嵌入式处理器需要考虑哪些因素？ 5.嵌入式操作系统有哪些特点，怎样选择嵌入式操作系统？ 6. 举例说明ARM处理器和ucos操作系统的应用。 7. 说明S3C44B0X存储空间的分配。 第四章 ARM嵌入式微处理器体系结构 1. ARM处理器的特点有哪些？ 2. 简述ARM处理器的工作状态。 3. 简述ARM处理器的7种运行模式。
实验一开发环境的搭建与配置 【实验目的】 1)熟悉嵌入式Linux开发平台。 2)掌握嵌入式Linux开发平台的开发环境搭建与配置。 3)了解minicom配置串口通信参数的过程。 4)了解嵌入式Linux的启动过程。 5)掌握程序交叉编译运行及调试的一般方法。 【实验内容】 1)连接实验开发板与宿主机。 2)在虚拟机中的CentOS（宿主机）搭建开发环境。 3)在宿主机中配置minicom。 4)分析嵌入式Linux的启动过程。 5)在宿主机上编写简单的C语言程序并用交叉编译工具进行编译，然后传输到目标机上运行。 6)在宿主机上编写简单的C语言程序并用交叉编译工具进行编译，用gdbserver进行远程调试。 【实验步骤】 连接实验开发板，对虚拟机进行设置 1)首先把实验开发板打开，用网线和串口线连接宿主机，并连接电源（注意这时不要拨动实验 开发板的开关按钮）。 2)在桌面上点击打开vmware 软件，选择“编辑虚拟机设置”，如下图所示：
图1 3)进入虚拟机配置界面后把网络连接方式设置为“桥接方式”，如图2所示： 图2
4)添加串口，如下图所示： 图3 5)完成串口的添加后，选择“OK”,完成对虚拟机的设置。如下图所示：
图4 6)选择虚拟机的“Edit”、“Virtual Network Editor...”，如下图所示：
图5 7)进入虚拟机网络参数设置界面后对VMnet0进行设置（注意这里桥接的网卡应选择与实验开 发板相连接的那块儿网卡），然后点击“Apply”、“OK”如下图所示：
图6 8)上述设置完成后启动CentOS（CentOS的用户名为“root”，密码为“xidianembed”）。 工具链的配置 1)在CentOS的根目录下创建一个名为“EELiod”的目录，把实验中要用到的文件（主要是一 些rpm包）拷贝到该目录下。（可以用U盘、WinSCP等工具进行，此处不再做详细说明）。 2)交叉编译工具链位于/opt/buildroot-2011.02/output/host/usr目录下，进入工具链的bin目录下， 可以看到一些编译工具，这些工具将会在之后的交叉编译过程中使用到。
学号：1325260453 《嵌入式实时操作系统》课程报告 学院：信息与控制工程学院 专业班级：控制科学与工程 姓名：X X X 成绩：
目次 第一章绪论 (1) 1.1研究背景 (1) 1.2智能手机概述 (1) 1.3L INUX概述 (2) 1.4L INUX主要特性 (3) 1.4.1 开放性 (3) 1.4.2 多用户 (3) 1.4.3 多任务 (3) 1.4.4 良好的用户界面 (3) 1.4.5 设备独立性 (3) 1.4.6 供了丰富的网络功能 (4) 1.4.7 可靠的系统安全 (4) 1.4.8 良好的可移植性 (4) 第二章智能手机操作系统 (5) 2.1智能手机操作系统介绍 (5) 2.2智能手机操作系统比较 (5) 2.2.1 Symbian (5) 2.2.2 Windows Phone (5) 2.2.3 Palm OS (6) 2.2.4 Blackberry (6) 2.2.5 Android (7) 第三章LINUX在智能手机操作系统中的应用 (8) 3.1L INUX的应用 (8) 3.2智能手机系统体系结构 (9) 3.3A NDROID体系结构 (9) 3.3.1 应用层 (10) 3.3.2 应用框架层 (10) 3.3.3 Android运行环境和系统运行库层 (11) 3.3.4 Linux 内核层 (11)
第一章绪论 1.1 研究背景 嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，并且软硬件可裁剪，适用于应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格要求的专用计算机系统。它一般由嵌入式微处理器、外围硬件设备、嵌入式操作系统以及用户的应用程序等四个部分组成。嵌入式系统过去主要应用于工业控制领域。随着以计算机技术和通讯技术为主的信息技术的快速发展，以及Internet的广泛应用，嵌入式系统除了可以在传统的计算机上运行外，还可以广泛应用于PDA(Personal Digital Assistant，个人数字助理)、机顶盒、VCD、DVD、车载PC、手机等众多电子设备。利用嵌入式软件，人们可以使用手持计算机或移动电话收发Email，或者通过Web TV访问Internet，用Web Phone拨打国际长途电话12I。嵌入式系统将广泛应用于信息家电、工业控制、军事应用、POS(Primary Operating System，主操作系统)网络及电子商务和环境工程等各个领域。业界分析家认为在Internet电话、游戏装置和手持通讯装置的推动下，嵌入式系统将会有突飞猛进的发展。它与Internet紧密结合，支持强大的移动性和智能性，并且具备强大的通讯能力。嵌入式系统发展形式逐步多样化，将为用户提供更多的选择。 嵌入式系统和智能手机密不可分。随着嵌入式系统的发展，智能手机也在不断地进化。今天的智能手机已经向话音、数据、图像综合的方向演变。昔日外形笨重、功能单一的智能手机已是明日黄花。2005年，智能手机发展迅猛，不断推出新的产品，可以说是智能手机发展迅猛的一年。智能手机以其强大的功能和便捷的操作等特点得到人们的青睐。 智能手机作为集语音通信、多媒体和掌上电脑功能于一体的移动通信终端产品，其最初源于掌上电脑，智能手机最早于1999年现身，当时摩托罗拉推出天拓A6188手机，是全球第一部具有触摸屏和中文手写识别输入功能的移动电话，被称为PDA手机的鼻祖。这种新颖的功能整合手机面世后，因为价格一直居高不下，所以未能进入广大普通手机消费者的视野，直到2002年，包括摩托罗拉、爱立信、诺基亚等在内的手机业巨头一连推出了9款PDA手机，这时智能手机才渐成气候，逐渐走进平常人的视野。 与传统手机相比，智能手机的优势非常明显，不但内容丰富，还具有可以无限扩展的强大功能以及硬件的可升级性，这使得智能手机能够真正实现通信、电脑和互联网的融合，而要实现智能手机的这些功能，必须依靠移动互联网。正是因为移动互联网所提供的丰富数据业务，智能手机的发展才如此迅速。 1.2智能手机概述 现代经济的飞速发展，人民生活水平大幅度提高，智能手机已逐渐成为人们日常生活的一部分。从外观看，智能手机更像个PDA，它能在手机上欣赏MP3、下载游戏和MTV、