嵌入式操作系统基础知识
嵌入式操作系统是指运行在嵌入式系统中的操作系统。它是一种特殊
的操作系统，具有高度的实时性、可靠性和稳定性，应用于嵌入式系
统领域。
嵌入式操作系统的基础知识包括操作系统的概念、嵌入式系统的特点、嵌入式操作系统的分类、嵌入式操作系统的设计原则以及嵌入式操作
系统的应用等方面。
首先，操作系统是指管理计算机软硬件资源、控制程序运行、为用户
提供接口的系统软件。在嵌入式系统中，操作系统需要具有高度的实
时性和可靠性，能够适应各种硬件平台和应用环境。
其次，嵌入式系统的特点主要包括资源受限、功耗低、体积小、价格
低等方面。这些特点对于嵌入式操作系统的设计和实现都提出了更高
的要求。
嵌入式操作系统可以分为裸机操作系统和实时操作系统两种。裸机操
作系统是指没有任何操作系统支持的程序设计，程序本身必须包括对
外设的访问和处理，开发难度较大；实时操作系统是指具有高度实时
性的操作系统，其特点是实时性好、可靠性高、效率高，常用于控制
系统等领域。常见的实时操作系统包括VxWorks、RTLinux等。
嵌入式操作系统的设计原则主要包括简洁、高效、可靠、可移植等方面。简洁是指嵌入式操作系统的核心功能尽量简单，代码量要小；高
效是指嵌入式操作系统要具有快速响应、占用空间小等特点；可靠是
指嵌入式操作系统要具有稳定性、可用性、可维护性等特点；可移植
是指嵌入式操作系统应该能够适应各种硬件平台和应用环境。
嵌入式操作系统的应用广泛，包括通信设备、工业自动化、医疗设备、汽车电子、智能家居等领域。例如，手机中的操作系统就是嵌入式操
作系统之一。
总之，嵌入式操作系统是一个广泛应用于嵌入式系统领域的特殊操作
系统，具有高度的实时性、可靠性和稳定性。在嵌入式操作系统的设
计和实现中，需要遵循简洁、高效、可靠、可移植等设计原则。嵌入
式操作系统的应用范围广泛，在各种电子产品中都有应用。
嵌入式操作系统 嵌入式操作系统分为实时操作系统和非实时操作系统两大类。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。非实时操作系统的基本设计原则是：尽量缩短系统的平均响应时间并提高系统的吞吐率，在单位时间内为尽可能多的用户请求提供服务。 实时操作系统又分为硬实时操作系统和软实时操作系统。硬实时系统要求可确定性强，具有明确的实时约束，在某个限定的时刻之前不能完成任务将造成灾难性的后果。而软实时系统也对时间敏感，但偶尔发生不能满足严格实时要求的情况也是允许的。 嵌入式操作系统有嵌入式Linux，Vxworks，Windows CE，μC/OS，Palm OS等一些著名的操作系统。 嵌入式Linux Linux 1991年问世，现在已发展成为一个功能强大、设计完善的操作系统。嵌入式Linux源代码开放、免费，同时提供强大功能，包括支持多种文件系统、内置TCP/IP 等网络协议、支持图形用户界面，并且易于移植。 与其它嵌入式操作系统相比，Linux的源代码是开放的，不存在黑箱技术。Linux作为一种可裁剪的软件平台系统，很可能发展成为未来嵌入式设备产品的绝佳资源。Linux与生俱来的优秀网络血统更为今后的发展铺平了一条宽广平坦的大路。因此，在保持Linux内核系统更小、更稳定、更具价格竞争力等优势的同时，对系统内核进行实时性优化，更加使之能够适应对工业控制领域高实时性的要求。这也正是嵌入式Linux操作系统在嵌入式工控系统中的发展所在。同时也使Linux成为嵌入式操作系统中的新贵。 VxWork操作系统 VxWorks既是一个操作系统、又是一个可以运行的最小基本程序，具有BSP （可以认为是一种低层驱动），可以减小驱动程序的编写过程。VxWorks具有强大的调试能力，可以在没有仿真器的情况下，通过串口调试，并且具有软件DEBUG功能，可以对软件部分进行模拟调试。VxWorks具有丰富的函数库，同时它自带TCP/IP 协议栈，最大可能的减小开发者系统软硬件开发的难度，缩小开发周期，提高开发效率。这样可以部分的保证软硬件开发的同步进行。 Windows CE 操作系统
第一章 1、嵌入式系统的应用范围：军事国防、消费电子、信息家电、网络通信、工业控制。 2、嵌入式系统定义：嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，软件与硬件可裁剪，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.(嵌入式的三要素：嵌入型、专用性与计算机系统）。 3、嵌入式系统的特点:1）专用性强；2）实时约束;3）RTOS；4)高可靠性;5)低功耗；6）专用的开发工具和开发环境；7）系统精简； 4、嵌入式系统的组成： （1）处理器：MCU、MPU、DSP、SOC; （2）外围接口及设备：存储器、通信接口、I/O接口、输入输出设备、电源等； （3）嵌入式操作系统:windows CE、UCLinux、Vxworks、UC/OS; (4）应用软件：Bootloader 5、嵌入式系统的硬件：嵌入式微处理器(MCU、MPU、DSP、SOC)，外围电路，外部设备；嵌入式系统的软件：无操作系统(NOSES），小型操作系统软件（SOSES），大型操作系统软件（LOSES）注：ARM处理器三大部件：ALU、控制器、寄存器. 6、嵌入式处理器特点:（1）实时多任务；（2）结构可扩展;（3）很强的存储区保护功能；（4）低功耗； 7、DSP处理器两种工作方式：（1）经过单片机的DSP可单独构成处理器；（2）作为协处理器，具有单片机功能和数字处理功能； 第二章 1、IP核分类：软核、固核、硬核； 2、ARM处理器系列：（1)ARM7系列（三级流水,thumb指令集,ARM7TDMI）； （2)ARM9系列（DSP处理能力，ARM920T）（3)ARM/OE（增强DSP）（4）SecurCone 系列（提供解密安全方案)；（5）StrongARM系列（Zntle产权);(6）XScale系列(Intel产权）;
1、指针与引用的区别： 非空区别：在任何情况下都不能用指向空值的引用，引用必须指向某个对象。指针可以指向空 合法性区别：在使用引用之前不需要判断它的合法性，使用指针之前需要判断它的合法性。防止指向空值的指针。 可修改区别：指针可以指向不同的对象，引用始终指向初始化时的对象，不可修改。 2、指针和引用的应用范围： 考虑到存在不指向任何对象的可能与需要在不同的时刻指向不同的对象则用指针，否则用引用。（引用的效率高于指针）。 3、实时系统的定义： 在特定的时间内完成特定的任务。 4、实时系统的特性 实时性，可靠性，交互性，独立性，多路性。 5、变量在内存中的区别： 局部变量存储在栈区 全局变量在静态数据库 Static静态变量在堆区 6、TCP/IP协议的主要层次结构: 应用层传输层网络层数据链路层物理层 7、IP地址的组层: 网络号、主机号两部分组成 8、软件测试的方法： 黑盒：针对系统功能的测试 白盒：测试函数功能，够函数的接口 9、static有什么用途？（请至少说明两种） 1)在函数体，一个被声明为静态的变量在这一函数被调用过程中维持其值不变。 2) 在模块内（但在函数体外），一个被声明为静态的变量可以被模块内所用函数访问，但不能被模块外其它函数访问。它是一个本地的全局变量。 3) 在模块内，一个被声明为静态的函数只可被这一模块内的其它函数调用。那就是，这个函数被限制在声明它的模块的本地范围内使用 10、全局变量和局部变量在内存中是否有区别？如果有，是什么区别？ 全局变量储存在静态数据库，局部变量在堆栈。
11、什么是平衡二叉树？ 左右子树都是平衡二叉树且左右子树的深度差值的绝对值不大于1。 12、堆栈溢出一般是由什么原因导致的？ 没有回收垃圾资源及层次太深的递归调用。 13、什么函数不能声明为虚函数？ constructor函数不能声明为虚函数。 14、冒泡排序算法的时间复杂度是什么？ 时间复杂度是O(n^2)。 15、写出float x 与“零值”比较的if语句。 if(x>0.000001&&x<-0.000001) 16、Internet采用哪种网络协议？该协议的主要层次结构？ Tcp/Ip协议 主要层次结构为：应用层/传输层/网络层/数据链路层/物理层。 17、Internet物理地址和IP地址转换采用什么协议？ ARP (Address Resolution Protocol)（地址解析协议） 18、IP地址的编码分为哪俩部分？ IP地址由两部分组成，网络号和主机号。不过是要和“子网掩码”按位与上之后才能区分哪些是网络位哪些是主机位。 19、不能做switch()的参数类型是：switch的参数不能为实型。 20、预处理器标识#error的目的是什么？#error 停止编译并显示错误信息 21、关键字const有什么含意？ 1）只读。2）使用关键字const也许能产生更紧凑的代码。3）使编译器很自然地保护那些不希望被改变的参数，防止其被无意的代码修改。 22、关键字volatile有什么含意?并给出三个不同的例子。 优化器在用到这个变量时必须每次都小心地重新读取这个变量的值，而不是使用保存在寄存器里的备份。1）并行设备的硬件寄存器（如：状态寄存器） 2）一个中断服务子程序中会访问到的非自动变量(Non-automatic variables) 3）多线程应用中被几个任务共享的变量 23、一个参数既可以是const还可以是volatile吗？是的。一个例子是只读的状态寄存器。它是volatile因为它可能被意想不到地改变。它是const因为程序不应该试图去修改它。 24、mutex 和spin_lock的区别
1 嵌入式系统的知识体系 嵌入式系统的应用范围可以粗略分为两大类：电子系统的智能化(工业控制、现代农业、家用电器、汽车电子、测控系统、数据采集等)，计算机应用的延伸(MP3、手机、通信、网络、计算机外围设备等)。从这些应用可以看出，要完成一个以MCU为核心的嵌入式系统应用产品设计，需要硬件、软件及行业领域相关知识。硬件主要有MCU的硬件最小系统、输入／输出外围电路、人机接口设计。软件设计有固化软件的设计，也可能含PC机软件的设计。行业知识需要通过协作、交流与总结获得。 概括地说，学习以MCU为核心的嵌入式系统，需要以下软硬件基础知识与实践训练： ①硬件最小系统(电源、晶振、复位、写入调试接口)； ②通用I／O(开关量输入／输出，涉及各种二值量检测与控制)； ③模／数转换(各种传感器信号的采集与处理，如红外、温度、光敏、超声波、方向等)； ④数／模转换(对模拟量设备利用数字进行控制)； ⑤通信(串行通信接口SCI、串行外设接口SPI、集成电路互联总线I2C、CAN、USB、嵌入式以太网、ZigBee技术等)； ⑥显示(LED、LCD等)； ⑦控制(控制各种设备，包括PWM等控制技术)； ⑧数据处理(图形、图像、语音、视频等的处理或识别)； ⑨各种具体应用。 万变不离其宗，任何应用都可以归入这几类。而应用中的硬件设计、软件设计、测试等都必须遵循嵌入式软件工程的方法、原理与基本原则。所以，嵌入式软件工程也是嵌入式系统知识体系的有机组成部分，只不过它融于具体项目的开发过程之中。 以上实践训练涉及硬件基础、软件基础及相关领域知识。计算机语言、操作系统、开发环境等均是达到这些目的的工具。有些初学者，容易把工具的使用与所要达到的真正目的相混淆。例如，有的学习者学了很长时间的嵌入式操作系统移植，而不进行实际嵌入式系统产品的开发，到最后也做不好一个嵌入式系统小产品，偏离了学习目标，甚至放弃嵌入式系统领域。这就是进入了嵌入式系统学习误区，下面对此作一些分析。 2 嵌入式系统的学习误区 关于嵌入式系统的学习方法，因学习经历、学习环境、学习目的、已有的知识基础等不同，可能在学习顺序、内容选择、实践方式等方面有所不同。但是，应该明确哪些是必备的基础知识，哪些应该先学，哪些应该后学；哪些必须通过实践才能获得；哪些是与具体芯片无关的通用知识，哪些是与具体芯片或开发环境相关的知识。 由于微处理器与微控制器种类繁多，也可能由于不同公司、机构出于自身的利益，给出一些误导性宣传，特别是我国嵌入式微控制器制造技术落后，使得人们对微控制器的发展，在认识与理解上存在差异，导致一些初学者进入嵌入式系统的学习误区，浪费了宝贵的学习时间。下面分析可能存在的几个误区。 2．1 操作系统的困惑 如果说，学习嵌入式系统不是为了开发其应用产品，那就没有具体目标，诸如学习方法这样的问题也就不必谈了。实际上，这正是许多人想学，又不知从何开始学习的关键问题所在，不知道自己学习的具体目标。于是，看了一些培训广告，看了书店中种类繁多的嵌入式系统书籍，或上网以“嵌入式系统”为关键词进行查询，就参加培训或看书，开始“学习起来”。对于有计算机阅历的人，往往选择一个嵌入式操作系统就开始学习了。这有点像“瞎子摸大象”，只了解其一个侧面。这样如何能对嵌入式产品的开发过程有全面了解呢?针对许多初学
嵌入式操作系统基础知识 嵌入式操作系统是指运行在嵌入式系统中的操作系统。它是一种特殊 的操作系统，具有高度的实时性、可靠性和稳定性，应用于嵌入式系 统领域。 嵌入式操作系统的基础知识包括操作系统的概念、嵌入式系统的特点、嵌入式操作系统的分类、嵌入式操作系统的设计原则以及嵌入式操作 系统的应用等方面。 首先，操作系统是指管理计算机软硬件资源、控制程序运行、为用户 提供接口的系统软件。在嵌入式系统中，操作系统需要具有高度的实 时性和可靠性，能够适应各种硬件平台和应用环境。 其次，嵌入式系统的特点主要包括资源受限、功耗低、体积小、价格 低等方面。这些特点对于嵌入式操作系统的设计和实现都提出了更高 的要求。 嵌入式操作系统可以分为裸机操作系统和实时操作系统两种。裸机操 作系统是指没有任何操作系统支持的程序设计，程序本身必须包括对 外设的访问和处理，开发难度较大；实时操作系统是指具有高度实时 性的操作系统，其特点是实时性好、可靠性高、效率高，常用于控制
系统等领域。常见的实时操作系统包括VxWorks、RTLinux等。 嵌入式操作系统的设计原则主要包括简洁、高效、可靠、可移植等方面。简洁是指嵌入式操作系统的核心功能尽量简单，代码量要小；高 效是指嵌入式操作系统要具有快速响应、占用空间小等特点；可靠是 指嵌入式操作系统要具有稳定性、可用性、可维护性等特点；可移植 是指嵌入式操作系统应该能够适应各种硬件平台和应用环境。 嵌入式操作系统的应用广泛，包括通信设备、工业自动化、医疗设备、汽车电子、智能家居等领域。例如，手机中的操作系统就是嵌入式操 作系统之一。 总之，嵌入式操作系统是一个广泛应用于嵌入式系统领域的特殊操作 系统，具有高度的实时性、可靠性和稳定性。在嵌入式操作系统的设 计和实现中，需要遵循简洁、高效、可靠、可移植等设计原则。嵌入 式操作系统的应用范围广泛，在各种电子产品中都有应用。
第一部分嵌入式系统简介 1嵌入式系统简介一般定义 以应用为中心、以计算机技术为基础，软硬件可裁剪,应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗和应用环境有特殊要求的专用计算机系统。是将应用程序、操作系统和计算机硬件集成在一起的系统（技术角度） 嵌入式系统是设计完成复杂功能的硬件和软件，并使其紧密耦合在一起的计算机系统。（系统角度） 术语嵌入式反映了这些系统通常是更大系统（被称之为嵌入的系统）的一个完整子系统。嵌入式的系统可以包含多个嵌入式系统。 广义定义：任何一个非计算机的计算系统 嵌入式系统是以嵌入式应用为目的的计算机系统。可分为系统级、板级、片级 系统级：各种类型的工控机、PC104模块 板级：各种类型的带CPU的主板及OEM产品 片级：各种以单片机、DSP、微处理器为核心的产品 2特点： 功耗限制：嵌入式系统中，尤其是在用电池供电的嵌入式系统中，这是一个主要考虑的因素。大耗电量直接影响到硬件费用，并影响电源寿命以及带来散热问题。 低成本：包含硬件成本和软件成本。硬件成本主要决定于所使用的微处理器、所需的内存及相应的外围芯片；软件成本通常难于预测，但一个好的设计方法有利于降低软件成本。 多速率：系统同时运行多个实时性任务，系统必须同时控制这些动作，但这些动作有些速度慢，有些速度快。 环境相关性：嵌入式系统不是独立的，而是与其被嵌入的设备紧密相关联。 系统内核小：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，所以内核与传统的操作系统相比要小得多。比如ENEA公司的OSE实时OS，内核只有5K，而Windows 的内核则要大得多。 专用性强：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。 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。 不可垄断性 PC有Microsoft Intel,AMD垄断 嵌入式系统工业的基础是以应用为中心的“芯片”设计和面向应用的软件产品开发。 产品相对稳定性 普通处理器18月 嵌入式处理器8－10年 3实时性 实时性的本质是任务处理所花费时间的可预测性，即任务需要在规定的时限内完成。 任务执行的时间可以根据系统的软硬件信息而进行确定性的预测。也就是说，如果硬件可以做这件工作，那么基于实时操作系统的软件将可以做这件工作。 实时系统：
嵌入式系统是根据应用的要求，将操作系统和功能软件集成于计算机硬件系统之中，从而实现了软件与硬件一体化的计算机系统。嵌入式系统一般不提供与终端用户交互的手段，具有小巧、高度自动化、响应速度快等特点。作为嵌入式系统灵魂的嵌入式操作系统，是随着嵌入式系统的发展而出现的，它是嵌入式系统发展到一定阶段的产物。嵌入式操作系统的出现，将大大提高嵌入式系统开发的效率，改变以往嵌入式软件设计只能针对具体的应用从头做起的历史。在嵌入式操作系统之上开发嵌入式系统将减少系统开发的工作量，增强嵌入式应用软件的可移植性，使嵌入式系统的开发方法更具科学性。可以说，嵌入式操作系统的出现为嵌入式系统的发展铺平了道路。嵌入式操作系统负责嵌入式系统的全部软、硬资源的分配、调度工作，控制并协调并发活动，它必须体现其所在系统的特征，能够通过装卸某些模块来达到系统所要求的功能。 常见的几种嵌入式操作系统，现行应用中比较流行的嵌入式操作系统有Linux、WindowsCE、VxWorks、eCos、μC/OS-II、QNX等,下文将列举这几种相对常见的嵌入式操作系统特性,作为设计选择参考。 1.嵌入式Linux Linux是开放源代码、免费使用和自由传播的操作系统,发展历史悠久,第三方应用软件非常丰富,多数自由软件都能够运行在Linux系统上。Linux经过不断改版升级,已经发展成一个遵循POSIX标准的纯32位多用户多进程操作系统。嵌入式Linux是将Linux操作系统进行裁剪修改,使之能在嵌入式计算机系统上运行。它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。嵌入式Linux因此具有丰富的开放源代码资源,又具有嵌入式操作系统的特性,有许多公开的代码可以参考和移植,免费的OS使其在价格上极具竞争力。Linux的内核小、效率高,内核的更新速度很快;Linux可定制,其系统内核最小只有约134 KB。Linux适用于多种CPU和硬件平台,是一个跨平台的系统。到目前为止,它可以支持Alpha、ARM、M68K、MIPS、PowerPC、
1、嵌入式系统的特点： (1).嵌入式系统的个性化很强，软件系统和硬件在不同的应用中均有差异； (2).由通用计算机系统发展而来，根据应用对软硬件进行裁剪； (3).高的可靠性，强的实用性； (4).高的耗电量直接影响系统的成本及电源寿命； 2、什么是嵌入式系统？ 嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，采用可剪裁硬件，适用于对功能，可靠性，成本，体积，功耗等有严格要求的专用计算机系统。 3、采用RISC架构的ARM微处理器一般具有如下特点： (1).体积小、功耗低、成本低、性能高； (2).支持Thumb(16位)/ARM(3位)双指令集，能很好地兼容8位/16位器件； (3).大量使用寄存器，指令执行速度快； (4).大多数数据操作都在寄存器中完成； (5).寻址方式灵活简单，执行效率高； (6).采用固定长度的指令格式； 4、嵌入式系统开发流程： 选择嵌入式处理器（硬件平台）---选择嵌入式操作系统（软件平台）-----开发嵌入式应用软件-----测试通过---（是）---系统测试-----开发结束 5、嵌入式系统软件设计流程： 代码编程（C/汇编源程序）-----交叉编译（OBJ文件）-----交叉函数库----交叉链接（系统映像文件）---（重定向与下载）---目标板----调试; 6、ARM9E处理器有独立的指令缓存（ICACHE）和数据缓存（DCACHE）; 7、ARM9系列处理器共有37个寄存器，其中31个属于通用寄存器，6个为ARM处理器； 8、ARM总共有7种不同的处理器模式，分别是：用户模式，快速中断模式，外部中断模式，管理模式，数据访问中止模式，未定义指令中止模式，系统模式 9、R13一般作为栈指针SP；R14被称为连接寄存器LR，作用：一是在通过BL或者BLX指令调用子程序时存放当前子程序的返回地址；二是在发生异常时用来保存该模式基于PC的返回地址；R15是程序计数器PC，用来保存处理器取值的地址； 10、流水线技术的工作原理： ARM7采用的是3级流水线：FETCH/DECODE/EXECUTE. 此时在EXECUTE阶段要完成大量的工作，包括寄存器和存储器的读写操作、移位操作、ALU 操作等，这导致在执行阶段往往需要多个时钟周期，从而成为系统性能的瓶颈。 ARM9采用5级流水线技术，分别是FETCH/DECODE/EXECUTE/MEMORY/WRITE.FETCH阶段和之前功能相同，即从指令存储器中取值；DECODE阶段除了译码之外，还读取寄存器操作数；EXECUTE阶段执行运算，产生ALU运算结果或产生存储器地址；MEMORY阶段进行存储器的读写操作；WRITE阶段将结果写回寄存器； 11、ARM9使用一个统一的TLB来缓存页表信息，TLB主页分为两个部分：主TLB和锁定TLB； 12、ARM总共有7种处理器异常：复位异常、未定义指令异常、软件中断异常、指令预取终止异常、数据访问终止异常、外部访问终止异常、快速中断请求异常 13、(1).复位异常和软件中断异常时，处理器进入管理模式； (2).未定义指令异常时，处理器进入未定义模式； (3).指令预取终止异常和数据访问终止异常时，处理器进入中止模式； (4).外部中断请求时，处理器进入外部中断模式； (5).快速中断请求时，处理器进入快速中断模式；
第一部分： 嵌入式系统定义: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。 嵌入式系统的产生:嵌入式系统来源于单片机系统，微型机嵌入到对象体系统中实现智能控制，嵌入式系统系统应运而生。 嵌入式系统的特点：1 面向特定应用，2 可裁减，3处理器体系结构和类型多样化，4大多都有实时操作系统，5 一般有实时性要求，6资源比较少，7 软件固化在存储器芯片中，8 通常要求功耗小，9 集成度高，10嵌入式系统本身不具备自举开发能力。 嵌入式系统的组成：1，硬件平台2，板级支持包（BSP ）3，操作系统4，应用程序 嵌入式系统的应用领域：图像、网络、汽车、无线、MCU、消费电子、工业控制、火控系统、 飞行控制系统、测试仪器、医疗设备、游戏机。。。。。。 嵌入式系统的发展方向：1，对处理器要求越来越高，2，软件变得愈加复杂和重要，3，设 计复杂度急剧增加。 32位CPU的需求驱动力 ●更复杂的控制算法 ●快速复制带来矢量浮点 ●有效的编译支持 ●网络/ 因特网通讯 ●基于标准的软件（TCP/IP) ●符合市场需求的RTOS 支持 ●更成熟的人机界面 ●LCD 控制面板、触屏式界面 ●操作系统支持，如WinCE、Symbian、Linux 等 第二部分： 嵌入式系统硬件平台的组成：嵌入式处理器、存储器件、外设接口。 嵌入式系统CPU的特点：1 对实时多任务操作系统具有很强的支持能力，2具有功能很强的 存储区保护功能。3 处理器结构可扩展4 低功耗。 嵌入式系统CPU的分类：嵌入式微控制器EMCU、嵌入式微处理器EMPU、嵌入式DSP处理 器EDSP、嵌入式片上系统ESoC 各种类CPU的概念与特点：MCU芯片内集成了ROM/EEPOM、RAM、总线、总线逻辑、I/O 等必要功能和外设。与MPU比，单片化、体积小，功耗、成本低， 可靠性高，，能节省系统开支、降低出错概率和减少高频干扰适合 控制系统。 DSP(Digital Signal Processor)专用于信号处理，采用哈佛体系结构， 指令系统特殊，具有较高的编译效率和指令执行速度。例如数字 滤波、快速傅立叶变换和离散余弦变换等DSP算法。 MPU(MicroProcessor Unit )由CPU演变而来,32位以上。与通用CPU 比，MPU只保留与应用相关的功能和硬件，除去冗余的功能部分， 实现最少的功耗和资源，满足嵌入式需求。与工业控制计算机比， MPU体积小，重量轻，成本低，可靠性高。 SOC追求系统最大包容的集成器件，是目前嵌入式应用的热门话题。 SOC最大的特点，成功实现软硬件无缝结合，直接在处理器芯片 内嵌入操作系统的代码模块。优点：降低内部工作电压，减少芯
第 1 章嵌入式操作系统概述 1.1操作系统概述 操作系统（ OS）是一种为应用程序提供服务的系统软件，是一个完整计算机系统的有 机组成部分。从计算机系统层次结构来看，操作系统位于计算机硬件之上、应用软件之下，所以也把它称为应用软件的运行平台。 本章主要内容： 操作系统的作用和特征。 操作系统的体系结构。 嵌入式操作系统特点概述。 嵌入式操作系统μ C/OS-II 的特点。 1.1.1操作系统的作用 我们可以从不同的角度来分析OS 的作用，从一般用户的角度，可把OS 看做是用户与计算机硬件系统之间的接口；从资源管理角度，可把OS看做计算机系统资源的管理者。 1． OS 作为用户与计算机硬件系统之间的接口 OS 作为用户与计算机硬件系统之间的接口的含义是：OS 处于用户与计算机硬件系统之间，用户通过OS 来使用计算机系统。或者说，用户在OS 的帮助下能够方便、快捷、 安全可靠地操纵计算机硬件和运行自己的程序。应当注意，OS 是一个系统软件，因而这 种接口是软件接口，如图1-1 所示。 OS 在计算机应用软件与计算机硬件系统之间，它屏 蔽了计算机硬件工作的一些细节，并对系统中的资源进行 有效的管理。通过提供应用程序接口（ API ）函数，从而使应 用软件的设计人员得以在一个友好的平台上进行应用 软件的设计和开发，大大地提高了应用软件的开发效率。 2． OS 作为计算机系统资源的管理者图 1-1 OS 作为接口的示意图 一个计算机系统就是一组资源，这些资源用于对数据的移动、存储、处理，以及对这 些功能的控制，而 OS 负责管理这些资源。 OS 对计算机资源的管理有以下几个方面。 （1）处理机管理—用于分配和控制处理机。 （2）存储器管理—主要负责内存的分配与回收。 （3） I/O 设备管理—负责 I/O 设备的分配与操纵。
嵌入式系统设计的基础知识嵌入式系统是指嵌入到其他设备中，完成特定功能的计算机系统。常见的嵌入式系统包括智能手机、数字电视机顶盒、汽车电子、工业自动化等领域。因为嵌入式系统通常空间、能耗、成本要求都非常严苛，所以它们和通用计算机相比有很多不同之处。本文将从嵌入式系统设计的角度，介绍嵌入式系统设计的基础知识。 一、嵌入式系统的硬件设计基础知识 嵌入式系统的硬件设计是指对嵌入式系统的各个硬件组成部分进行设计、选型、集成、排布的过程。嵌入式系统的硬件设计必须考虑以下几个方面。 1.芯片选型 单片机（MCU）是嵌入式系统常用的芯片，由于嵌入式系统对芯片的集成度要求很高，常用的MCU都集成了很多模拟和数字外设如模数转换器（ADC）、通用异步收发器（UART）、同步串行收发器（SPI）、I2C接口等，可以很方便地与外部设备进行通
讯。当然，其他器件如FPGA、DSP等也可以作为嵌入式系统的 芯片。 2.电源选择 嵌入式系统的电源选择不仅要考虑芯片的输入电压特性，还要 考虑嵌入式系统的整体功耗和稳定性，特别是对于多电压需求的 系统更要注意电源的设计。 3.尺寸和布局 嵌入式系统的尺寸和布局既要考虑外部尺寸限制，又要考虑内 部线路的布局和信号的传输特性。因为一旦系统原型被制作出来，改动就会变得十分困难，这就要求硬件设计人员对布局的精确把 握和对参数的准确计算。 4.时钟电路 嵌入式系统内的各个部件需要同步，通常需要一个精确的时钟 电路驱动。在时钟电路的设计中，要考虑功耗、抗干扰性等因素。
二、嵌入式系统的软件设计基础知识 嵌入式系统的软件设计是指嵌入式系统的固件设计、操作系统选择和软件架构的设计等多个方面。在开发嵌入式系统时，软件设计是非常重要的一个环节。 1.固件设计 在开发嵌入式系统时，需要编写固件程序，这是嵌入式系统的基础软件。固件程序通常被编写在C语言或某些汇编语言中。编写固件程序时，需要考虑程序的规模、执行速度、可维护性、代码安全性等多重因素。 2.选择操作系统 针对复杂的嵌入式系统，一般需要选择相应的操作系统。操作系统负责处理并管理嵌入式系统中的各个软件和硬件资源，包括线程管理、内存管理、驱动程序等。常用的嵌入式操作系统有FreeRTOS、ucLinux、Linux等。
嵌入式系统基础知识 嵌入式系统是指将计算机系统嵌入到特定的物理设备或系统中，以实现特定功能的计算机系统。它在现代社会中得到广泛应用，如智能手机、家用电器、汽车控制系统等。在这篇文章中，我们将介绍嵌入式系统的基础知识。 一、什么是嵌入式系统？ 嵌入式系统是指将计算机硬件和软件嵌入到特定的物理设备中，以实现特定功能的计算机系统。与传统的通用计算机系统不同，嵌入式系统的硬件资源有限且固定，软件运行在实时环境下，并需要满足特定的功耗和性能要求。 二、嵌入式系统的组成 1. 处理器：嵌入式系统的处理器通常是一种低功耗、高性能的专用芯片，如ARM、MIPS等。它们具有较小的封装和低功耗特性，非常适用于嵌入式系统。 2. 存储器：嵌入式系统通常包括闪存、RAM等类型的存储器。闪存用于存储程序代码和数据，RAM用于临时存储数据。 3. 输入/输出设备：嵌入式系统通常具备各种输入/输出设备，如触摸屏、键盘、麦克风、扬声器等。这些设备可以实现与用户的交互和数据的输入输出。
4. 操作系统：嵌入式系统通常运行一个专门为其开发的实时操作系统，如嵌入式Linux、VxWorks等。这些操作系统能够保证实时性和稳定性，并提供丰富的驱动和软件支持。 5. 开发工具：嵌入式系统的开发通常需要使用特定的开发工具，如 编译器、调试器、仿真器等。这些工具可以帮助开发人员进行代码的 编写、调试以及性能评估。 三、嵌入式系统的特点 1. 实时性：嵌入式系统通常需要在给定的时间要求内响应用户的操 作或者产生相应的输出。因此，实时性是嵌入式系统的重要特点之一。 2. 硬件资源有限：嵌入式系统的硬件资源有限且固定，这意味着开 发人员需要在有限的资源下设计和实现功能。 3. 低功耗：嵌入式系统通常需要长时间运行，并且对电池寿命有较 高的要求。因此，低功耗是设计嵌入式系统时需要考虑的重要因素。 4. 可靠性：嵌入式系统通常运行在一些关键的应用领域，如医疗设备、航空航天等。因此，嵌入式系统需要具备高度的可靠性和安全性。 5. 成本效益：由于嵌入式系统通常需要大规模生产，成本效益是设 计和制造嵌入式系统时需要考虑的重要因素。 四、嵌入式系统的应用领域 1. 汽车行业：嵌入式系统广泛应用于汽车的控制系统，如发动机控 制单元、刹车系统、安全气囊等。
嵌入式操作系统 嵌入式操作系统是一种特殊的操作系统，用于控制嵌入式设备的操作和功能。它通常被设计成具有小巧、高效、快速响应和稳定性强等特点，以适应嵌入式设备的资源限制和实时性要求。本文将介绍嵌入式操作系统的基本概念、分类、应用和发展趋势。 一、基本概念 嵌入式操作系统是在嵌入式系统中运行的一种软件系统。它负责管理和控制硬件资源，提供对应用程序的支持和调度，以实现各种功能需求。在嵌入式系统中，它不仅仅是一个软件组件，更是整个系统的核心。 二、分类 嵌入式操作系统可以根据其结构和特点进行分类。 1. 实时操作系统（RTOS） 实时操作系统是一种关注任务响应时间的嵌入式操作系统。它能够确保任务在预定的时间内完成，并满足实时性要求。实时操作系统广泛应用于航空航天、汽车电子、工业控制等领域。 2. 嵌入式Linux 嵌入式Linux是指将Linux操作系统移植到嵌入式设备上的一种操作系统。它继承了Linux的开放性和稳定性，并且具有丰富的软件资源
和开发工具。嵌入式Linux在智能手机、平板电脑、智能电视等设备中得到广泛应用。 3. 嵌入式Windows 嵌入式Windows是指将Windows操作系统移植到嵌入式设备上的一种操作系统。它兼容Windows的API和应用程序，为开发者提供了熟悉的开发环境和工具。嵌入式Windows在工业自动化、医疗设备等领域被广泛采用。 三、应用 嵌入式操作系统在各个领域都有广泛的应用。 1. 汽车电子 嵌入式操作系统在汽车电子中起到了至关重要的作用。它可以控制车身电子系统、信息娱乐系统、车载网络等，提高驾驶安全性和乘车舒适度。 2. 智能家居 随着物联网技术的发展，越来越多的家庭设备开始智能化。嵌入式操作系统可以用于控制家庭自动化设备，如智能门锁、智能灯光、智能家电等，实现远程控制和智能化管理。 3. 工业自动化
嵌入式系统基本知识 一个嵌入式系统装置一般都由嵌入式计算机系统和执行装置组成，嵌入式计算机系统是整个嵌入式系统的核心，由硬件层、中间层、系统软件层和应用软件层组成。执行装置也称为被控对象，它可以接受嵌入式计算机系统发出的控制命令，执行所规定的操作或任务。执行装置可以很简单，如手机上的一个微小型的电机，当手机处于震动接收状态时打开;也可以很复杂，如SONY 智能机器狗，上面集成了多个微小型控制电机和多种传感器，从而可以执行各种复杂的动作和感受各种状态信息。 硬件层 硬件层中包含嵌入式微处理器、存储器SDRAM、ROM、Flash等、通用设备接口和I/O 接口A/D、D/A、I/O等。在一片嵌入式处理器基础上添加电源电路、时钟电路和存储器电路，就构成了一个嵌入式核心控制模块。其中操作系统和应用程序都可以固化在ROM中。 1嵌入式微处理器 嵌入式系统硬件层的核心是嵌入式微处理器，嵌入式微处理器与通用CPU最大的不同在于嵌入式微处理器大多工作在为特定用户群所专用设计的系统中，它将通用CPU许多由板卡完成的任务集成在芯片内部，从而有利于嵌入式系统在设计时趋于小型化，同时还具有很高的效率和可靠性。 嵌入式微处理器的体系结构可以采用冯·诺依曼体系或哈佛体系结构;指令系统可以选用精简指令系统Reduced Instruction Set Computer，RISC和复杂指令系统CISCComplex Instruction Set Computer，CISC。RISC计算机在通道中只包含最有用的指令，确保数据通道快速执行每一条指令，从而提高了执行效率并使CPU硬件结构设计变得更为简单。 嵌入式微处理器有各种不同的体系，即使在同一体系中也可能具有不同的时钟频率和数据总线宽度，或集成了不同的外设和接口。据不完全统计，全世界嵌入式微处理器已经超过1000多种，体系结构有30多个系列，其中主流的体系有ARM、MIPS、PowerPC、X86和SH等。但与全球PC市场不同的是，没有一种嵌入式微处理器可以主导市场，仅以32位的产品而言，就有100种以上的嵌入式微处理器。嵌入式微处理器的选择是根据具体的应用而决定的。 2存储器 嵌入式系统需要存储器来存放和执行代码。嵌入式系统的存储器包含Cache、主存和辅助存储器，其存储结构。 1>Cache
主流嵌入式操作系统介绍 嵌入式操作系统，又称为嵌入式操作平台，是针对特定应用领域和 硬件平台所设计和优化的操作系统。它主要用于控制、管理和运行嵌 入式设备，如智能手机、家用电器、汽车控制系统等。本文将介绍几 种主流的嵌入式操作系统。 一、嵌入式Linux 嵌入式Linux是指将Linux操作系统适配嵌入式设备的一种形式， 它保留了Linux操作系统的优点，如开源、稳定、成熟的生态系统等。嵌入式Linux具有丰富的设备驱动、多任务管理能力和良好的可扩展性，可以在各种硬件平台上运行。 在嵌入式Linux中，通常使用的是裁剪版的Linux内核，该内核只 保留了必要的功能和驱动程序，以节省存储空间和资源，并提高嵌入 式设备的运行效率。嵌入式Linux还提供了适用于嵌入式设备的工具链和库文件，方便开发人员进行应用程序的开发和调试。 二、嵌入式Windows 嵌入式Windows是指将微软的Windows操作系统适配嵌入式设备 的一种形式。与桌面版的Windows相比，嵌入式Windows通常经过了 裁剪和优化，以适应嵌入式设备的资源限制和实时性要求。 嵌入式Windows具有直观易用的界面和丰富的应用生态系统，开发人员可以使用熟悉的开发工具和编程语言进行应用程序的开发。嵌入
式Windows还提供了强大的多媒体处理能力和网络连接功能，适用于 需要图形界面和复杂功能的嵌入式设备。 三、嵌入式Android 嵌入式Android是指将谷歌的Android操作系统适配嵌入式设备的 一种形式。嵌入式Android基于Linux内核，具有开源性和稳定性的特点，同时融合了丰富的应用生态系统和用户界面设计。 嵌入式Android支持多任务管理、开放式应用程序架构和丰富的应 用程序开发接口，方便开发人员进行自定义应用的开发。嵌入式Android还支持网络连接和云服务，适用于需要与互联网进行交互的嵌 入式设备。 四、实时操作系统 实时操作系统（RTOS）是一种专门设计用于实时应用的嵌入式操 作系统。实时应用对于任务的响应时间要求非常高，需要保证任务的 及时性和可靠性。 实时操作系统通常分为硬实时系统和软实时系统，硬实时系统要求 任务在严格的时间约束下完成，而软实时系统则允许在一定时间范围 内完成任务。RTOS具有快速启动时间、低延迟和可预测性等特点，适用于需要高实时性和稳定性的嵌入式设备，如航空航天、医疗设备等。 综上所述，嵌入式操作系统有嵌入式Linux、嵌入式Windows、嵌 入式Android和实时操作系统等多种类型。不同的嵌入式设备和应用领域有不同的需求和特点，选择适合的嵌入式操作系统对于优化系统性
第一章嵌入式系统概述 1 嵌入式系统的定义及特点 定义：嵌入式系统源于微型计算机，是嵌入到对象体系中，实现嵌入对象智能化的计算机。可以将嵌入式系统定义成“嵌入到对象体系中的专用计算机应用系统”。 特点：嵌入性、内含计算机、专用性。 P11 2 常见的嵌入式实时操作系统 （1）µClinux 含义：微控制领域中的Linux系统。 （2）Windows CE 含义：微软公司开发的一个开放的、可升级的32位嵌入式操作系统，是基于掌上型电脑类的电子设备操作。 （3）VxWorks 含义：一种嵌入式实时操作系统，是嵌入式开发环境的关键组成部分。 思考与练习 1、举出3个书本中未提到的嵌入式系统的例子。 答：机顶盒、红绿灯控制、数字空调。 2、什么叫嵌入式系统？ 答：嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，软件、硬件可裁减，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。 3、什么叫嵌入式处理器？嵌入式处理分别为哪几类？ 答：嵌入式处理器为完成特殊的应用而设计的特殊目的的处理器。 嵌入式处理器分为嵌入式微处理器、嵌入式微控制器、嵌入式DSP处理器、嵌入式片上系统。 4:、什么是嵌入式操作系统？为何要用嵌入式操作系统？ 操作系统负责计算机系统中全部软硬资源的分配回收、控制与协调等开发的活动；操作系统提供了用户接口，使用户获得良好的工作环境；操作系统为用户扩展新的系统功能提供软件平台。 是一段在嵌入式系统启动后首先执行的背景程序，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。再次，嵌入式实时操作系统充分发挥了32位CPU的多任务潜力。 第二章ARM7体系结构 1 RISC结构特性：ARM内核采用精简指令集计算机体系结构，是一款小门数的计算机 2 ARM公司开发了一系列ARM处理器，应用较多的是ARM7系列，ARM9系列，ARM10系列，ARM11系列，还有针对低端8位MCU市场推出的Cortex系列，其具有32位CPU的性能，8位MCU的价格。 3 ARM7TDMI中 T：高密度16位Thumb指令集扩展 D：支持片上调试 M：64位乘法指令 I:Embedded ICE硬件仿真功能模块
嵌入式基础简答题 一、基础知识 1、什么是代码的临界区？ 答：代码的监界区是指处理时不可分割的代码，运行这些代码不允许被打断。一旦这部分代码开始执行，则不允许任何中断打入。 2、什么是嵌入式系统？ 答：嵌入式系统是以应用为中心，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、体积及功耗严格要求的专用计算机系统，具有完成复杂功能的硬件和软件且紧密耦合在一起的计算机系统。 3、什么是嵌入式操作系统？为何要使用嵌入式操作系统？ 答：运用在嵌入式系统上的实时操作系统，具有事件驱动和任务调度功能，且在有限时隙内能完成事件的响应和进程的切换，能可靠、实时、灵活地管理嵌入式系统上的各种资源和任务。使用嵌入式操作系统，能方便实时应用软件的开发和有机地整合，能有效地管理和协调各项工作，因此是开发和运行非常重要的环境。 4、ARM状态与Thumb状态的互换以什么条件来判断？似举出状态从ARM到 Thumb或从Thumb到ARM切换的例子。 答：其互换条件是执行BX 指令时，判断的最低一位b0是否为0或为1来确定的，当b0为0时，则执行的程序是ARM状态的32位指令程序，当b0为1时，则执行的程序是Thumb状态的16位指令程序。如下例： ；从ARM状态转变为Thumb状态 LDR R0，Lable+1 BX R0 ；从Thumb状态转变为ARM状态 LDR R0, Lable BX R0
5、ARM体系结构支持多少种处理器模式，分别是什么？ 答：ARM体系结构支持7种处理器模式，分别是用户模式、快中断模式、中断模式、管理模式、中止模式、未定义模式和系统模式。 6、子程序利用R14（LR），获得返回到主程序的下条指令，通常有直接输入法和 堆栈方法，试填写下面两种方法的代码： MOV PC，LR 或 STMFD SP！，{, LR } LDMFD SP!, {, PC } 7、什么是小端存储？什么是大端存储？ 答：小端存储就是其存储格式为保存的字最低地址的字节看作是最低位字节，最高地址字节被看作是最高位字节。因此，存储器系统字节0连接到数据线7-0。 大端存储就是其存储格式为将最高位字节保存在最低地址字节，最低位字节保存在最高地址字节。因此存储器系统字节0连接到数据线31-24。 8、ARM7TDMI中T、D、M、I的含义是什么？ 答：T表示具有高密度16位的Thumb指令机扩展功能；D表示具有支持片上调试功能；M表示具有64位乘法指令；I表示增加了EmbededICE观察点硬件。 9、ARM7TDMI采用几级流水线？使用何种存储器编址方式？ 答：ARM7TDMI采用三级流水段，分别为取指段、译码段和执行段。使用字节编址方式。 10、ARM处理器模式和ARM处理器状态有何区别？ 答：ARM处理器模式是指用户模式、快中断模式、中断模式、管理模式、中止模式、未定义模式和系统模式。每种模式都表明一种程序使用内部寄存器和一些片内外的硬件设备权利。而ARM处理器状态是指Thumb状态和ARM状态，即程序指令的执行译码按16位Thumb指令集还是按32位ARM指令集译码执行。
嵌入式操作系统
问答题 1．什么是嵌入式系统，它由哪几部分组成？嵌入式系统是指操作系统和功能软件集成于计算机硬件系统之中。简单的说就是系统的应用软件与系统的硬件一体化，类似与BIOS的工作方式。具有软件代码小，高度自动化，响应速度快等特点。特别适合于要求实时的和多任务的体系。根据IEEE的定义：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”。简单地讲就是嵌入到对象体中的专用计算机系统。嵌入式系统一般有3个主要的组成部分：硬件、实时操作系统以及应用软件。硬件：包括处理器、存储器、输入输出设备、其他部分辅助系统等。实时操作系统：用于管理应用软件，并提供一种机制，使得处理器分时地执行各个任务并完成一定的时限要求.应用软件：实现具体业务逻辑功能。2．嵌入式系统的三要素是什么？嵌入式系统的三要素是嵌入、专用、计算机；其中嵌入性指的是嵌入到对象体系中，有对象环境要求；专用性是指软、硬件按对象要求裁减；计算机指实现对象的智能化功能。广义地说一个嵌入式系统就是一个具有特定功能或用途的计算机软硬件集合
体。即以应用为中心、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。3．列举五种以上的嵌入式实时操作系统？嵌入式实时操作系统是指操作系统本身要能在一个固定时限内对程序调用（或外部事件）做出正确的反应，亦即对时序与稳定性的要求十分严格。目前国际较为知名的有：VxWorks、NeutrinoRTOS、Nucleus Plus、OS/9、VRTX、LynuxOS，RTLinux、BlueCat RT等。 4．嵌入式系统一般由几层组成？简单介绍其作用？嵌入式系统一般由硬件层、中间层、软件层和功能层组成。其作用分别如下：（1）硬件层：由嵌入式微处理器、外围电路和外设组成。外围电路有：电源电路、复位电路、调试接口和存储器电路，就构成一个嵌入式核心控制模块。操作系统和应用程序都可以固化在ROM或者Flash 中。为方便使用，有的模块在此基础上增加了LCD、键盘、USB接口，以及其他一些功能的扩展电路。（2）中间层：硬件层与软件层之间为中间层，也称为BSP（Board Support Package，板级支持包）。作用：将系统软件与底层硬件部