摘要：课题背景、课题意义、课题内容实现、结果
嵌入式系统在多点温度控制中的应用
第一章概述 (3)
1.1 引言 (3)
1.2 选题意义 (3)
1.3 课题的实现 (5)
1.4 论文的章节安排 (6)
第二章嵌入式系统 (8)
2.1 嵌入式系统的基本概念 (8)
2.1.1 嵌入式系统的历史 (8)
2.1.2 何为嵌入式系统 (9)
2.1.3 嵌入式实时操作系统 (10)
2.2 嵌入式系统的组成 (11)
2.2.1 嵌入式处理器 (11)
2.2.2 嵌入式操作系统 (12)
2.3 嵌入式系统的开发 (15)
2.4 嵌入式系统的应用 (16)
2.5 嵌入式系统的未来发展趋势 (16)
第三章系统开发环境与技术 (18)
3.1 系统的开发环境 (18)
3.1.1 SM5964概述 (18)
3.1.2 嵌入式操作系统----μC/OS-II (19)
3.2嵌入式系统软/硬件协同设计技术 (25)
3.3嵌入式系统的测试技术 (27)
第四章系统的设计与实现 (29)
4.1 系统的硬件设计 (29)
4.2 系统的移植 (33)
4.3 系统的软件设计与实现 (35)
4.3.1 设计总述 (35)
4.3.2 任务的划分 (36)
4.3.3 人机交互模块的详细设计 (38)
4.3.5 温度测量及控制模块详细设计 (43)
4.3.6 远程加载程序的设计 (47)
第五章PC侧程序的设计 (50)
5.1 PC机侧串行通信程序的设计 (50)
5.1.1程序设计的关键技术 (51)
5.1.2 通信协议的制定 (52)
5.1.2 PC机侧通信程序的实现 (53)
5.2 PC侧ISP功能控制模块设计 (58)
5.2.1 PC机侧传输协议约定 (58)
5.2.2 控制界面和流程图设计 (59)
第六章结论 (61)
6.1 总结 (61)
6.2 进一步的研究 (61)
第一章概述
1.1 引言
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。实际上嵌入式系统是计算机的一种应用形式，是将先进的计算机技术、半导体技术和电子技术与各个行业的具体应用相结合后的产物，具有软件代码小、高度自动化、响应速度快等特点。因此它是一个技术密集、资金密集、高度分散、不断创新的知识集成系统。特别适合于要求实时的和多任务的系统。
从美国微软发布“维纳斯计划”白皮书到中国中科院推出的“女娲计划”，整个世界仿佛在一夜之间掀起了嵌入式开发与应用的热潮，人们开始关注嵌入式技术的发展和应用情况。嵌入式系统的研究和开发也随之走入了高校和研究所，成为人们的学科，并且相应地开发出了嵌入式操作系统，嵌入式浏览器和嵌入式数据库等产品。在当前数字信息技术和网络技术高速发展的后PC（Post-PC）时代，嵌入式系统已经广泛地渗透到科学研究、工程设计、军事技术、各类产业和商业文化艺术以及人们的日常生活等方方面面中。随着国内外各种嵌入式产品的进一步开发和推广，嵌入式技术越来越和人们的生活紧密结合。
如今嵌入式系统的应用越来越广泛，那么嵌入式系统应用缘何能在近年来的信息技术应用中脱颖而出，成为众多商家角逐的对象。其实原因很简单，因为这里面蕴藏着巨大的市场，巨大的商业利益，单就电视应用而言，目前全球有2亿多有线电视用户，中国也有8000多万户，而且每年还在以600万的速度递增。如今，在这块领域里，还没有一家公司有成熟的产品，也没有标准的操作系统，更没有一个可以主导市场的垄断者。在这种局势下，虽然竞争将异常剧烈，但突围的可能性也较大，只要能够培养出自己的技术能力和市场开拓能力，是有可能取得巨大成功的。
如今嵌入式系统已经成为IT界的又一新焦点，它正处在一个飞速发展和激烈竞争的时代，它被广泛应用到金融、航天、电信、网络、信息家电、医疗、工业控制、军事等各个领域。
1.2 选题意义
微机控制系统是一种实时系统，所谓实时系统是指系统能及时地响应外部事件的请求，在许可的时间限制内完成对该事件的处理，并控制相应的设备完成实时操作。
为了满足处理实时事件的要求，绝大部分单片微机都具有中断功能。它允许在发生某一事件时（例如外部设备运行完成、定时时间到等），为了对这一事件进行处理，中止现行程序的运行而进入处理该事件的程序，处理完再返回原程序执行。
随着单片微机应用的日益深入和广泛，应用的水平越来越高，应用系统的功能也越来越复杂，一个系统经常需要控制多个对象，并且这些对象都要求实时操作。特别是现在已开始大量使用多机系统，它们一般为主从结构的多机控制系统。从机完成数据采集、计算、控制等功能。主机可向从机发命令，修改从机的参数，而从机可向主机回送结果和数据。在这样的系统中，主从机通信与从机的数据采集、计算、控制等必须并行进行，即从机在通信和执行主机的命令时，也不能影响其它操作。因此，较复杂的单片微机实时系统特别是多机系统，均要求单片微机系统具有同时进行多种实时操作的能力，我们称之为并行处理。另外，在系统软件设计中，多采用单任务顺序机制。程序由一个主循环控制，通过判断不同的标志轮循调用各功能函数，在主循环中调用的模块按顺序运行。
（论述嵌入式系统与一般系统的差别，优缺点）
本课题基于嵌入式系统的开发及应用，利用嵌入式系统的设计方法及测试技术，结合RTOS的选取原则，选用了源码公开的嵌入式实时操作系统μC/OS-II，结合实际应用，设计了一个实现对多点温度进行控制的嵌入式系统。
复杂的微机控制系统使用常规的顺序程序设计方法加上中断来实现功能是比较困难的，主要体现在以下几个方面：
(1).实时性差：由于计算机在处理中断时，一般不允许响应低级和同级中断，为了提高实时性，要求中断处理程序尽量短。但是有许多实时操作的处理比较复杂，需要较长的CPU执行时间。如果用中断来完成这些处理，则在处理时，无法响应低级或同级中断。如果采用中断置标志的方法，让主程序来进行处理，则一方面会增加程序的复杂性，另一方面也难以做到实时处理，因为主程序不可能在执行其它程序时，随时去检查这些标志位而转向不同的处理程序。
(2).难以实现并行操作的相互通信：在功能较强的实时系统中，除了主程序有时需要与中断间进行信息交换外，各个并行操作之间有时也需相互通信。这些用常规方法是难以实现的。
(3).结构复杂、移植性差、维护困难：单片微机功能的复杂化，使软件越来越复杂，特别是为了实现并行操作，需使用大量的中断和标志，使程序结构十分混乱，难以设计和调试。同时由于程序采用线性结构，使得程序难于修改或者移植，因此缺乏灵活性、通用性和可维护性。
为了解决以上的问题，可以把应用软件按所完成的功能分成一个个独立的、但可以并行运行的任务，如串行口通信任务、数据采集任务、数据计算任务、定时打印任务等。这样，整个应用软件有各个任务所组成，设计、调试时可分别进行。修改时只可修改个别任务即可，从而提高了软件的可移植性。为了提高系统的可靠性，并有效地实现任务间的相互通信，当应用程序处理的任务较多，尤其要求同时执行两个以上的工作和任务时，在软件设计中引入实时多任务操作系统(Real Time Operating System,RTOS)将非常必要。
提倡在嵌入式应用中使用RTOS的最主要原因是提高系统的可靠性。长期以来，在国内传统的开发方式是：针对某一应用，画程序流程图、编制应用程序。通常是线性程序，此机制的优势在于流程直观。这种方法的缺点是：除中断服务程序以外，各程序模块没有优先级的区别，被主循环简单地轮转调用，实时性差，响
应时间无法预料；而且，当一个任务申请不到资源，或循环过程中由于某种原因无法跳出循环时，其他任务将得不到响应，当程序很小时，虽然可通过设置Watchdog ，利用中断等方法来解决上述矛盾。如果程序变得较大，将大大增加开发时间和调试难度，复杂度不堪想象。正是上述的缺点，在干扰严重的情况下，系统安全性差。另一重要原因是提高开发效率，缩短开发周期。
系统中引入RTOS之后，有RTOS完成任务管理、任务间通信、中断管理等功能。嵌入式系统中的多任务操作系统在应用系统启动后，首先运行的是背景程序，用户的应用程序是运行于其上的各个具体任务，多任务操作系统允许灵活地分配系统资源（中央处理器、存储器等等）给各个任务，各程序模块（或者任务）就如同中断程序一样并行运行，这样就可以简化那些复杂而且时间要求严格的工程的软件设计，同时也提高了可靠性。
目前较流行的嵌入式实时多任务操作系统国外主要有VxWorks、QNX、pSOS、Windows CE 等。另外，国内也有许多自主开发的实时操作系统，如科银京成（CoreTek）公司的嵌入式软件开发平台DeltaSystem,中科院推出的Hopen嵌入式操作系统，浙江大学自主研制开发的全中文的嵌入式操作系统HBOS系统等。这些操作系统性能优越，易于移植，但均属于商业操作系统，需支付昂贵的版税。另外也有两个优秀的自由软件操作系统是μC/OS-II和嵌入式Linux，它们也具有相当好的性能，且源代码开放，免费使用,以上这些操作系统大多都有完善的开发环境和工具。用户在进行嵌入式系统的设计时，根据具体应用和实际情况，选择适合自己的实时操作系统。
1.3 课题的实现
（本课题基于嵌入式系统的开发及应用，利用嵌入式系统的设计方法及测试技术，结合RTOS的选取原则，选用了源码公开的嵌入式实时操作系统μC/OS-II，结合实际应用，设计了一个实现对多点温度进行控制的嵌入式系统。）目前就成本而言，在较长的一段时间，很多测控应用领域，微处理器只需8 位或16位单片机就可胜任,对于这样低端的产品开发，要完成较复杂的任务，可采用微内核的多任务操作系统如μC/OS-II、RTX、CMX等来完成软件设计。在应用中，已经能够明显减少系统的软件设计工作量，并提高了系统的可靠性。
考虑到系统实际应用，在硬件设计方面，微控制器选用了台湾Syncmos公司生产的8位微控制器SM5964, 它是80C52 微控制器家族的派生产品，其强大的片内资源，只需选用少量的外围器件即可实现系统的要求。温度测量利用Pt（100Ω）热敏电阻，测量的模拟信号经模数转换模块转换后送入微处理进行处理。模数转换器选用凌特公司(Linear Technology)推出的20位无延迟模数转换器LTC2430，此模块可直接对测量的毫伏级信号进行处理，并能够达到精度要求。其它也选用了与通信和输出控制相关的器件。
软件的设计基于软件开发平台μC/OS-II，它是由Labrosse先生编写的一个开放式内核，最主要的特点就是源码公开，此RTOS的更多优点在第三章有详细论述。一方面它是免费的，另一方面用户可以根据自己的需要对它进行修改。由于它没
有功能强大的软件包，基于具体应用需要自己编写驱动程序，为使其能够正常工作，要根据具体的硬件平台完成相应的移植工作。μC/OS-II是一个占先式的内核，即已经准备就绪的高优先级任务可以剥夺正在运行的低优先级任务的CPU使用权。这个特点使得它的实时性比非占先式的内核要好。在设计中，给予不同任务不同的优先级，提高了系统的实时性。对温度控制方面，采用了一种基于时间最优控制的PID算法实现对温度控制。
除了实现对温度的采集、处理、控制之外，本课题一方面利用SM5964的ISP功能，实现了PC机利用ISP技术进行对系统远程加载和升级。另一方面，利用RS232串行通信技术，实现了PC机与系统的通信，并可对系统进行远程控制。从而实现了微机控制系统中主从式控制系统结构。
1.4 论文的章节安排
论文的结构及内容安排如下：
第一章概述
概述部分由嵌入式系统成为当今IT行业又一热点开始，结合当前微机控制领域存在的问题，论述了在此领域引入嵌入式操作系统的必要性，引出课题的意义。最后给出课题的实现方案。
第二章嵌入式系统
本章首先对嵌入式系统的历史进行论述，引出其当前的定义，并提出了RTOS 所要解决的几个问题。然后提出了嵌入式系统的两大组成部分：嵌入式处理器和嵌入式实时操作系统，分析了当前嵌入式处理器的分类以及当前流行嵌入式操作系统的特点。最后论述了嵌入式系统的开发工具及应用状况，并对嵌入式系统的未来发展趋势加以展望。
第三章系统的开发环境及相关技术
本章根据第二章的论述，结合课题的需要，首先对系统选用的主控芯片
SM5964的特性进行了介绍，并根据嵌入式操作系统的选取原则，对系统选用的RTOS ---μC/OS-II的特点进行了论述。然后根据系统实际应用介绍了对实时内核进行的扩展。最后，阐述了系统设计中使用的嵌入式系统软/硬件协同设计技术和测试技术。
第四章系统的设计与实现
本章中论述了本课题的核心，详细论述了实现对多点温度进行控制的嵌入式系统的设计。从对系统的硬件设计进行论述开始，然后完成根据具体的硬件平台进行操作系统的移植工作。最后对系统的软件设计进行了详细的阐述，在软件设计中，把系统的软件分成人机交互、串行通信、温度的测量及控制、远程加载等四大模块，并对每一模快的具体实现进行了详细论述。
第五章 PC侧程序的设计
本章中论述了对系统进行远程监控和ISP功能主控侧程序的实现，模拟实现了主从式微机控制系统主控方的程序设计。首先论述了VC++对多线程的支持以及多线程编程中的关键问题，然后详细阐述了主机侧通信功能和ISP功能的设计。
第六章系统的扩展及总结
本章简要介绍了在系统中实现文件系统和网络功能的方法，对整个课题给予
总结。
第二章嵌入式系统
嵌入式系统的发展和应用是现代信息社会的一个重要特征，已经被用于各行各业，也深入地影响到人们的生活和工作，本章较为全面地介绍和研究了嵌入式系统的基本概念和原理，并对嵌入式系统的发展方向和趋势作一定的论述，对于了解嵌入式系统及其开发和研究将起到一定的作用。
2.1 嵌入式系统的基本概念
2.1.1 嵌入式系统的历史
虽然嵌入式系统是近几年才风靡起来的，但从20世纪70年代单片机的出现到今天各式各样的嵌入式微处理器、微控制器的大规模应用，嵌入式系统已经有近30年的发展历史。作为一个系统，往往是在硬件和软件双螺旋式交替发展的支撑下逐渐趋于稳定和成熟，嵌入式系统也不例外。
嵌入式系统最初的应用是基于单片机的。20世纪70年代单片机的出现，使得汽车、家电、工业机器、通信装置以及成千上万种产品可以通过内嵌电子装置来获得更佳的使用性能，更容易使用，更快、更便宜。这些装置已经初步具备嵌入式的应用特点，但是这时的应用只是使用8位的芯片，执行一些单线程的程序，还谈不上“系统”的概念。
从80年代早期开始，嵌入式系统的程序员开始用商业级的“操作系统”编写嵌入式应用软件，这使得开发人员可以进一步缩短开发周期，降低开发成本并提高开发效率。1981年，Ready System 开发出世界上第一个商业嵌入式实时内核（VTRX32）。这个实时内核包含了许多传统操作系统的特征，包括任务管理、任务间通信、同步与相互排斥、中断支持、内存管理、时钟管理等功能。如Integrated System Incorporation (ISI)(现已被风河公司收购)的pSOS和WindRiver(风河)的VxWorks、QNX公司的QNX等。这些嵌入式操作系统都具有嵌入式的典型特点：系统内核很小，具有可裁减性、可扩充性和可移植性，可以移植到各种处理器上；较强的实时性和可靠性，适合嵌入式应用。这些嵌入式实时多任务操作系统的出现，使得应用开发人员从小范围的开发中解放出来，同时也促使嵌入式有了更为广阔的应用空间。
90年代以后，随着对实时性要求的提高，软件规模不断上升，实时内核逐渐发展为实时多任务操作系统（RTOS），并作为一种软件平台逐步成为目前国际嵌入式系统的主流。这时候更多的公司看到了嵌入式系统的广阔发展前景，开始大力发展自己的嵌入式操作系统。除了上面的几家老牌公司以外，还出现了Palm OS、Windows CE、嵌入式Linux、Lynx、Nucleus以及国内的Hopen、Delta OS 等嵌入式操作系统。随着嵌入式技术的发展前景日益广阔，嵌入式操作系统软越来
越多。
现在RTOS 已经在全球形成了
1
个产业，更具美国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。
2.1.2 何为嵌入式系统
随着嵌入式技术的发展和应用，出现了不同的嵌入式系统的定义，目前国内一个普遍被认同的定义是：以应用为中心，以计算机技术为基础，软硬件可裁减，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的计算机系统。
可以从以下几个方面来理解国内对嵌入式系统的定义：
1． 嵌入式系统式面向用户、面向产品、面向应用的，它必须与具体的应用
相结合才会具有生命力、才具有优势。即嵌入式系统是与应用紧密结合
的，它具有很强的专用性，必须结合实际系统需求进行合理的裁减利用。
2．
嵌入是系统式将先进的计算机技术、半导体技术和电子技术以及各个行
业的具体应用相结合后的产物。这一点就决定了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。所以，介入嵌入
式系统的行业，必须有一个正确的定位。例如Palm OS 之所以在PDA
领域占有70%以上的市场，就是因为其立足于个人电子消费品，着重发
展图形界面和多任务管理；而风河（WindRiver ）的VxWorks 之所以在
火星车上得以应用，则是因为其高实时性和高可靠性。 3. 嵌入式系统必须根据应用需求可对软硬件进行裁减，满足应用系统的功
能、可靠性、成本、体积等要求。所以，如果能建立相对通用的软硬
件基础，然后在其上开发出适应各种需要的系统，是一个比较好的开
发模式。目前，国内外有很多微内核大小不等的嵌入式操作系统，可
以根据实际的使用进行功能扩展或者裁减，从而加速嵌入式系统的开
发。
现在当讲到嵌入式系统时，一般是指近年来比较热的具有操作系统的嵌入式系统。其基本结构如图1所示。
2.1.3 嵌入式实时操作系统
实时操作系统（Real Time Operating System，RTOS）是根据操作系统的工作特性而言的，是指具有实时性，能支持实时控制系统工作的操作系统。它的首要任务是调度一切可利用的资源完成实时控制任务，提高可靠性，其次才着眼于提高系统的使用效率，要满足对时间的限制和要求。RTOS是嵌入式应用软件的基础和开发平台，它应具有如下的功能：
1)．任务管理（多任务和基于优先级的任务调度）；
2)．任务间的同步和通信（信号量、邮箱和消息队列）；
3). 存储器优化管理（含ROM 的管理）
4). 实时时钟服务
5). 中断管理服务
实时操作系统中的任务（Task）等同于分实操作系统中的进程（Process）的概念。系统中的任务有四种状态：运行（Executing）、就绪（Ready）、挂起（Suspended）、睡眠（Dormant）。
运行：获得CPU控制权；
就绪：进入任务等待队列，通过调度转为运行状态；
挂起：任务发生阻塞，从任务等待队列中移出，等待系统实时事件的发生而唤醒，从而转为就绪或运行状态；
睡眠：任务完成或者错误等原因被删除的任务。
在任意时刻，只有一个任务处于运行状态。
RTOS是操作系统研究的一个重要分支，它与一般商用多任务OS如Unix、Windows等有共同的一面，也有不同的一面。对商用多任务OS，其目的是方便用户管理计算机资源，追求系统资源最大利用率；而RTOS追求的是调度的实时性、时间响应时间的可确定性、系统的高度可靠性。评价一个实时操作系统一般可以从任务调度、内存管理、任务通讯、内存开销、任务切换时间、最大中断禁止时间等几个方面来衡量。因此，RTOS要解决的几个主要问题如下：
⑴任务调度机制：
RTOS的实时性和多任务能力在很大程度上取决于它的任务调度机制。从调度策略上来讲，分优先级调度策略和时间片轮转调度策略；从调度方式上来讲，分可抢占、不可抢占、选择可抢占调度方式；从时间片上来看，分固定与可变时间片轮转。单纯从基于优先级的抢占式调度方式而言，又存在多种优先级计算方法。
在大多数商用的实时系统中，为了让操作系统能够在有突发事件时，迅速取得系统控制权以便对时间作出反应，所以大都提供了“抢占式任务调度”的功能，也就是操作系统有权终止应用程序（应用任务）的执行，并且将执行权交给拥有最高优先级的任务。
⑵内存管理
如同分时操作系统一样，实时操作系统使用内存管理单元（MMU）进行内存管理。实时操作系统内存管理模式可以分为实模式与保护模式（主要对Intel x86 而言）。目前主流的实时操作系统一般都可以提供两种模式，让用户根据应用自主选择。
⑶最小内存开销
RTOS的设计过程中，最小内存开销是一个较重要的指标，这是因为在工业控
制领域中的某些工控机（如上下位机控制系统中的下位机），由于基于降低成本的考虑，其内存的配置一般都不大，而在这有限的空间内不仅要装载实时操作系统，还要装载用户程序。因此，在RTOS的设计中，其占用内存大小是一个很重要的指标，这是RTOS设计与其它操作系统设计的明显区别之一。
⑷最大中断禁止时间与中断延迟时间
当RTOS运行在核心态或执行某些系统调用的时候，是不会因为外部中断的到来而中断执行的。只用当RTOS重新回到用户态才响应外部中断请求，这一过程所需要的最大时间就是最大中断禁止时间。
中断延迟（Interrupt Latency）时间是指系统确认中断开始直到执行中断服务程序的第一条指令为止整个处理过程所需要的时间。实时操作系统的中断延迟时间有下列三个因素决定：处理器硬件电路的延迟时间，通常这个时间可以忽略；实时操作系统处理中断并将控制权转移给相关处理程序所需要的时间；实时操作系统的中断禁止时间。
⑸任务切换时间(Context-Switching Time)
当由于某种原因使一个任务退出运行时，RTOS保存它的运行现场信息、插入相应队列、并根据一定的调度算法重新选择一个新任务使之投入运行，这一过程所需时间称为任务切换时间。更准确地说，任务切换时间是实时操作系统将控制权从一个任务的执行中取回，然后交给另一个任务所需的时间。它包括保存目前正在执行任务的现场信息所需要的时间、RTOS决定下一个调度任务所需的调度时间以及RTOS把另外一个任务调入系统执行所需要的时间。
在上述几项中，最大中断禁止时间和任务切换时间是评价一个RTOS实时性最重要的两个技术指标。
2.2 嵌入式系统的组成
一个嵌入式系统是一个有特定功能或用途的计算机软硬件的集合体，其硬件的核心部件是嵌入式处理器，包括微控制器（MCU）、数字信号处理器（DSP）、嵌入式微处理器（MPU）、嵌入式片上系统（System On Chip）等。而软件的核心部件式嵌入式操作系统，目前流行的嵌入式操作系统有VxWorks、pSOS、QNX、Windows CE、Palm OS、QNX、Linux等。
2.2.1 嵌入式处理器
目前据不完全统计，全世界嵌入式处理器的品种总量已经超过1000多种，流行的体系结构有30多个系列。现在几乎每个半导体制造商都生产嵌入式处理器，根据其现状，大致分为以下几类：
1).嵌入式微处理器（Embedded Microprocessor Unit, EMPU）
嵌入式处理器的基础是通用CPU，在应用中，将微处理器装配在专门设计的电路板上，只保留和嵌入式应应用有关的母板功能，这样可以大幅度减少系统体积和功耗。为了满足嵌入式应用的特殊要求，嵌入式微处理器具有体积小、重量轻、
成本低、可靠性高等优点，但是设计中需外加ROM、RAM、总线接口、各种外设等器件，从而降低了系统的可靠性，技术保密性也较差。
嵌入式处理器目前主要有Aml86/88、386EX、SC-400、Power PC、68000、MIPS、ARM系列等。
2).嵌入式微控制器（Microcontroller Unit,MCU）
嵌入式微控制器又称单片机，顾名思义，就是将整个计算机系统集成到一片芯片中。嵌入式微控制器一般以某种微处理器内核为核心，芯片内部集成ROM/EPROM、RAM、总线、总线逻辑、定时/计数器、WatchDog、I/O、串行口、脉冲调制输出、A/D、D/A、Flash等各种必要功能和外设。和嵌入式微处理器相比，微控制器的最大特点是单片化，体积大大减少，从而使功耗和成本下降、可靠性提高。
嵌入式微控制器是目前嵌入式系统工业的主流。微控制器的片上外设资源一般比较丰富，适合于控制，故称为微控制器。嵌入式微控制器目前的品种和数量最多，比较有代表性的通用系列有8051、P51XA、MCS-251/96、MC68HC05/11/16、68300等，
3).嵌入式DSP处理器（Embedded Digital Signal Processor, EDSP）
DSP处理器对系统结构和指令进行了特殊设计，使其适合于执行DSP算法，编译效率较高，指令执行速度快。在数字滤波、FFT、谱分析等方面DSP算法正大量进入嵌入式领域，DSP应用正从在单片机中以普通指令实现DSP功能，过渡到采用嵌入式DSP处理器。嵌入式DSP处理器有两个发展来源，一是DSP处理器经过单片化、EMC改造、增加片上外设称为嵌入式DSP处理器；二是在通用单片机或SOC中增加DSP 协处理器。
目前嵌入式DSP处理器比较有代表性的产品是Texas Instruments的TMS320系列和Motorola 的DSP56000系列。
4).嵌入式片上系统（System On Chip, SOC）
随着EDI的推广、VLSI设计的普及以及半导体工艺的迅速发展，可以结合许多功能区块，将功能做在一个芯片上而构成一个更为复杂的系统，这就是SOC。它结合了微内核，像ARM RISC、MIPS RISC、DSP或是其它的微处理器核心，外加通信接口单元，像USB、TCP/IP通信单元、GPRS通信接口、GSM通信接口、蓝牙模块等等。这样开发的应用系统电路板变得很简洁，对于减小体积和功耗、提高可靠性非常有利。
SOC分为通用和专用两类，通用系列包括Siemens的TriCore，Motorola的M-Core，某些ARM系列器件。专用SOC一般专用于某个或某类系统中，一个有代表性的产品是Philips的Smart XA，它将XA单片机内核和支持超过2048位复杂RSA算法的CCU单元制作在一块硅片上，形成一个可加载JAVA或者C语言的专用SOC，可用于公众互联网如Internet安全方面。
2.2.2 嵌入式操作系统
嵌入式操作系统并不是一个新生的事物，从20世纪80年代起，国际上就有一些IT组织、公司开始进行商用嵌入式操作系统和专用操作系统的研究，它作为嵌
入式系统灵魂，大大提高了嵌入式系统的开发效率，一改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，增强了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。
嵌入式操作系统是一段在嵌入式系统启动后首先执行的背景程序，用户的应用程序是运行于其上的各个任务，它根据各个任务的要求，进行资源（包括存储器、外设等）管理、消息管理、任务调度、异常处理等工作。在有嵌入式操作系统支持的系统中，每个任务有一个优先级，根据各个任务的优先级，动态地切换各个任务，保证对实时性的要求。开发人员在编写程序时，可以分别编写各个任务，不必同时将所有任务运行的各种可能情况记在心中，这样大大减少了程序编写的工作量，而且减少了出错的可能，保证最终程序具有高可靠性。
经过多年的发展，目前世界上已经有一大批十分成熟的实时嵌入式操作系统，比较流行的嵌入式操作系统如下：
⑴ VxWorks
VxWorks 操作系统是美国WindRiver公司于1983年设计开发的一种实时嵌入式操作系统（RTOS），由于具有高性能的系统内核和友好的用户开发环境，在实时嵌入式系统领域牢牢占据着一席之地。如美国JPL实验室研制的著名“索杰纳”火星车采用的就是VxWorks操作系统。
VxWorks的突出特点：可靠性、实时性和可裁减性。它是目前嵌入式系统领域中使用最广泛、市场占有率最高的操作系统。它支持多种处理器，如x86、i960、Sun Sparc、Motorola Mc68xxx、MIPS RX000、Power PC等。大多数的VxWorks API 是专有的，采用GNU的编译和调试器，具有集成开发环境Tornado 系列。
它属于商业型操作系统，目前国内很多大的公司都采用此操作系统进行嵌入式系统的开发，如中兴通讯、华为等。
⑵ pSOS
pSOS 原属ISI公司的产品，但ISI已经被WindRiver公司兼并，现在pSOS属于WindRiver公司的产品。该系统是一个模块化、高性能的实时操作系统，专为嵌入式微处理器设计，提供一个完全的多任务环境，在定制的或者商业化的硬件上具有高性能和高可靠性，可以让开发者根据操作系统的功能和内存需求定制每一个应用所需的系统。开发者可以利用它来实现从简单的单个独立设备到复杂的、网络化的多处理器系统。
⑶ Windows Embedded
Windows Embedded 产品家族是Microsoft的产品，主要是用于建立支持具有丰富应用程序和服务的32嵌入时系统，从而针对广泛的用户需求提供灵活解决方案。此外，同支持更快的“产品上市速度”并降低开发成本，Windows Embedded 产品家族还能保证开发人员立于竞争前沿。目前Windows Embedded产品家族主要有Windows CE 3.0 和Windows NT Embedded 4.0。
⑷ Palm OS
Palm OS是著名的网络设备制造商3COM旗下的Palm Computing掌上电脑公司的产品，在PDA市场上占有很大的市场份额。它具有开放的操作系统应用程序接口（API），开发商可以根据需要自行开发所需要的应用程序。
从全球范围来看，由于Handspring公司和SONY公司也被授权使用Palm OS 操作系统，致使Palm OS的市场份额占到将近90%。Palm OS的优势在于可以让用
户灵活方便地定制操作系统以适合自己的习惯，而且其市场运作经验丰富，资本雄厚，目前也正在通过第三方软件商进行软件的中文化工作。
⑸ OS-9
Microwave的OS-9是为微处理器关键实时任务而设计的操作系统，广泛应用于高科技产品中，包括消费电子产品、工业自动化、无线通信产品、医疗仪器、数字电视/多媒体设备。它提供了很好的安全性和容错性。与其它的嵌入式系统相比，它的灵活性和可升级性非常突出。
⑹ LynxOS
Lynx Real-time Systems 的LynxOS式一个分布式、嵌入式、可规模扩展的实时操作系统，它遵循https://www.doczj.com/doc/c64545781.html,、PosIX.lb和PosIX.1c标准。LynxOS支持线程的概念，提供256个全局用户线程优先级；提供一些传统的、非实时系统的服务特性，包括基于调用需求的虚拟内存、一个基于Motif的用户图形界面、与工业标准兼容的网络系统以及应用开发工具。
⑺ QNX
QNX是加拿大QNX公司的产品。QNX是在x86体系上开发出来的，这和别的RTOS 不太一样，别的大多RTOS都是从68K的CPU上开发成熟，然后再移植到x86体系上来的，但是QNX是直接在x86上面开发，只是近年才在68K等CPU上使用。QNX是一个实时的、可扩充的操作系统，它部分遵循PosIX相关标准，如PosIX.1b 实时扩展。它提供了一个很小的微内核以及一些可选的配合进程。其内核仅提供4种服务：进程调度、进程间通信、底层网络通信和中断处理。其进程在独立的地址空间运行。所有其它OS服务，都体现为协作的用户进程，因此QNX内核非常小巧（QNX 4.x大约为12KB），而且运行速度极快。这个灵活的结构可以使用户根据实际的需求，将系统配置成微小的嵌入式操作系统或者包括几百个处理器的超级虚拟机操作系统。
由于QNX具有强大的图形界面功能，因此很适合作为机顶盒、手持设备（掌上电脑、手机）、GPS设备的实时操作系统使用。
⑻嵌入式Linux
自由免费软件Linux的出现对目前商用嵌入式操作系统带来了冲击。它可以移植到多个有不同结构的CPU和硬件平台上，具有很好的稳定性、各种性能的升级能力强，而且开发更容易。
国际上许多大型跨国企业，已经选中了Linux操作系统作为开发嵌入式产品的工具。如韩国三星公司、美国Transmeta公司等。国内也有很多厂家推出了基于Linux的嵌入式系统，如中科红旗软件技术有限公司既开发了嵌入式Linux系统基本开发平台，有提供了可供裁减的嵌入式Linux图形用户界面、窗口系统和网络浏览器，并与其它厂商合作开发了许多产品，包括PDA、机顶盒、彩票机等。
⑼μC/OS-II
μC/OS-II是源代码公开的实时嵌入式内核，是由美国人Jean J. Labrosse 撰写，其性能完全可以与商业产品竞争。它是基于μC/OS的，在1992年以来已经有很多成功的商业应用。它可在绝大多数8位、16位、32位甚至64位微处理器、微控制器、数字信号处理器（DSP）上运行。鉴于它的很多的优点，我在系统设计中选用了此操作系统，关于它的更详细的信息将在第下一章中论述。
另外，国内也有许多自主开发的实时操作系统，如科银京成（CoreTek）公司的嵌入式软件开发平台DeltaSystem,中科院推出的Hopen嵌入式操作系统，浙江
大学自主研制开发的全中文的嵌入式操作系统HBOS系统等。
面对如此众多的嵌入式操作系统，嵌入式开发人员要根据自己的实际应用，进行合理的选择。进行选择时，一般主要考虑以下几个方面：
⑴操作系统的硬件支持
这主要从两个方面考虑：是否支持目标硬件平台；可移植性；
⑵开发工具的支持程度
选择实时操作系统时，要考虑与之相关的工具。微处理器、在线仿真器（ICE）、编译器、汇编器、连接器、调试器以及模拟器等都不同程度影响着操作系统。
⑶能否满足应用需求
主要考虑以下几个方面：对操作系统性能的要求：内核存储空间要求、网络化支持等；中文内核支持，国内产品要考虑对中文的支持；标准兼容性，要考虑应用行业的标准性；技术支持，购买RTOS之后，还需要技术支持，要考虑供应商的技术支持渠道及时间性等；源代码还是目标码；许可，获得RTOS使用许可进行开发产品时，要考虑供应商的收费方式。
如果考虑了以上的各种因素之后，找不到合适的实时操作系统，可以自建一个。自建实时操作系统有两种方式，一种是完全从内核开始，写自己的RTOS，这对于一般的用户和开发人员而言，是不可想象的。另一种就是在免费的源代码公开的内核上写自己的RTOS，如Linux和μC/OS-II。
2.3 嵌入式系统的开发
嵌入式系统的开发包括嵌入式处理器的开发（目前国内还主要靠国外的产品）和嵌入式操作系统以及相关的应用软件的开发。嵌入式处理器是一个复杂系统，要在短时间内掌握并开发出所有功能是不现实的，而市场竞争则要求产品能够快速上市，这一矛盾要求嵌入式处理器能够有容易掌握和使用的开发工具平台，提高用户和程序员的时间投入回报。面对成百上千种处理器，选择是一个问题，学习掌握处理器结构及其应用更需要时间，因此以开发工具和技术咨询为基础的整体解决方案是迫切需要的。目前嵌入式系统的开发工具平台主要包括以下几种：
1).实时在线仿真系统ICE(In-Circuit Emulator)
实时在线仿真系统（ICE）是进行嵌入式应用系统调试最有效的开发工具。ICE 首先可以通过实际执行，对应用程序进行原理性检验，排除人的思维难以发现的设计逻辑错误。另一主要功能是在应用系统中仿真微控制器的实时执行，发现和排除由于硬件干扰等引起的异常执行行为。
2).高级语言编译器（Compiler Tools）
C语言作为一种通用的高级语言，大幅度提高了嵌入式系统工程师的工作效率，使之能够充分发挥出嵌入式处理器日益提高的性能，缩短产品进入市场时间。另外，C语言便于移植和修改，使产品的升级和继承更迅速。更重要的是采用C语言编写的程序易于在不同的开发者之间进行交流，从而促进嵌入式系统开发的产业化。C++语言强大的类、继承等功能更便于实现复杂的程序功能。EC++保留了C++的主要优点，提供了对C++的向上兼容性，并满足嵌入式系统设计的一些特殊要求。C/C++/EC++被引入嵌入式系统，使得嵌入式开发和个人计算机、小型机等之间在开发上的差别正在逐渐消除，软件工程中的很多经验、方法甚至库函数可以移植
到嵌入式系统。另一种高级语言JAVA，它是为设备独立的嵌入式系统设计的，可以提高程序的继承性，由于目前基于JAVA的嵌入式开发工具代码生成长度要比嵌入式C编译工具差10倍以上，故其应用还不够广泛。
在嵌入式开发中采用高级语言，还使得硬件的开发和软件的开发可以分工，从事嵌入式软件开发不再必须精通系统硬件和相应的汇编指令集。
3).源程序模拟器（Simulator）
源程序模拟器是在广泛使用的、人机接口完备的工作平台上，如小型机和PC,通过软件手段模拟执行某种嵌入式处理器内核编写的源程序测试工具。简单的模拟器可以通过指令解释方式逐条执行源程序，分配虚拟存储空间和外设，供程序员检查；高级的模拟器可以利用计算机的外部接口模拟处理器的I/O电气信号。模拟器软件独立于处理器硬件，一般与编译器集成在同一个环境中，是一种有效的源程序检验和测试工具。
2.4 嵌入式系统的应用
嵌入式系统在办公自动化、建筑设计、机械设计与制造、医疗、监视、卫生设备、交通运输、通信、信息家电、工业控制和金融等系统中都有着广泛的应用。例如，办公设备中的扫描仪、打印机；家电中的机顶盒、冰箱、洗衣机；生活中的手机、PDA、电梯；安全控制中的防火控制系统、安全报警系统、安全监视设备、安全保险柜；制造控制中的制造工厂自动化、给水、废水处理、发电设备；医疗中的X光设备、CT机；交通运输中的飞机、火车、公共汽车、轮船、雷达系统、自动售票系统；通信中的电话机、交换机、卫星和信息交换系统；其它还有地震测试仪、机器人等等。这些我们在生活中都是能够经常接触到而且与我们的生活息息相关的，其中有些系统嵌入式应用程度低一些，因此我们可能感觉不到。随着嵌入式软件开发水平的提高，相信将来我们的日常生活将充满嵌入式，我们将会每天都能随时随地享受到嵌入式给我们带来的方便和快捷。
2.5 嵌入式系统的未来发展趋势
信息时代、数字时代使得嵌入式系统获得了巨大的发展机遇，为嵌入式市场展现了美好的前景，同时也对嵌入式生产厂商提出了新的挑战。从中可以看出未来嵌入式系统的几大发展趋势：
1). 嵌入式开发是一项系统工程，因此要求嵌入式系统厂商不仅提供嵌入式软硬件系统本身，同时还应提供强大的硬件开发环境和软件包支持。
目前很多厂商已经充分考虑到这一点，在主推系统的同时，将开发环境也作为重点推广。比如三星在推广ARM7、ARM9芯片的同时还提供开发板和板级支持包（BSP），而Windows CE 在主推系统的同时也提供Embedded VC++作为开发工具，还有VxWorks 的Tornado开发环境、Delta OS的Limda开发环境等都是这一典型趋势的体现。当然，这也是市场竞争的结果。
2). 网络化、信息化的要求随着英特网技术的成熟、带宽的提高而日益提高，使得以往单一功能的设备电话、手机、冰箱、微波炉等功能不再单一，结构日益
复杂。
这就要求芯片设计厂商在芯片上集成更多的功能。为了满足应用功能的升级，设计师们一方面采用更强大的嵌入式处理器如32位、64位RISC芯片或信号处理器DSP增强处理能力，同时增加功能接口（如USB）,扩展总线类型（如CANBUS），加强对多媒体、图形等的处理，逐步实施片上系统（SOC）的概念。软件方面，采用时实多任务编程技术和交叉开发工具技术来控制功能复杂性、简化应用程序的设计，保障软件质量和缩短开发周期（如HP）.
3). 网络互连成为必然趋势。
未来的嵌入式设备为了适应网络发展的要求，必然要求硬件上提供各种网络通信接口，传统的单片机对于网络支持得不够，而新一代嵌入式处理器已经开始内嵌网络接口，除了支持TCP/IP协议，有的还支持IEEE1394、USB、CAN、Bluetooth 或IrDA通信接口中的一种或者几种，同时也提供相应的通信协议软件和物理层驱动软件。软件方面，系统内置支持网络模块，甚至可以在设备上嵌入Web浏览器，真正实现随时随地用各种设备上网。
4). 精简系统内核、算法，降低功耗和软硬件成本。
未来的嵌入式产品是软硬件紧密结合的设备，为了降低功耗和成本，需要设计者尽量精简设备内核，只保留和系统紧密相关的软硬件，利用最低的资源实现最适当的功能，这就要求设计者选用最佳的编程模型和不断改进算法，优化编译器的性能。因此，软件开发人员既要有丰富的硬件知识，又需要发展先进的嵌入式软件系统技术，如JIVA、Web和WAP等。
5). 提供有好的多媒体人机界面。
嵌入式设备能与用户紧密接触，最重要的因素就是它能提供友好的用户界面、图形界面和灵活的控制方式，使得人们感觉嵌入式设备就像一个熟悉的老朋友。这方面的要求使得嵌入式软件设计者要在图形界面，多媒体技术上多下功夫。手写文字输入、语音拨号上网、收发电子邮件以及彩色图形、图像都会使使用者获得自由的感受。目前一些先进的PDA在显示屏幕上也实现汉字输入、短消息语音发布，但一般的嵌入式设备距离这个要求还有很长的路要走。
第三章系统开发环境与技术
3.1 系统的开发环境
考虑到系统的性能、成本、可靠性等因素，系统的主控芯片选用了台湾Syncmos 公司生产的以80C52为内核的8位微控制器SM5964。它具有丰富的片内资源，只需添加少量的外围器件即可满足系统设计的需要。根据上一章中阐述的嵌入式操作系统的选取原则，软件开发平台选用了源代码公开的RTOS ---μC/OS-II。下面对其详细介绍。
3.1.1 SM5964概述
SM5964 微控制器是系统的核心器件，它是80C52 微控制器家族的派生产品，其硬件特征和强大的指令系统使它成为一种性能价格比高的控制器。除具有通用80C52优点之外，其特点如下：
?集成度高：它具有丰富的片内资源，包括3个16位定时器、1个看门狗定时
PDIP 封装具有32个I/O口而PLCC/QFP封装则具
有多达36个I/O口。
?存储量大：它内置了64 KB Flash ROM和1 KB RAM。
?ISP特性：它具有在系统可编程(ISP)功能，可以通过串口或者并口利用ISP
功能实现系统的程序在线修改或升级。片内有多达4KB的存储空间供ISP编程之用。
?PWM特性：片上有5路PWM通道可供用户使用。
另外它的主频可以高达40MHz，SM5964处理器的模块图如图3-1所示：
图3-1 SM5964模块图
3.1.2 嵌入式操作系统----μC/OS-II
在进行嵌入式系统设计时，选择适合自己的实时操作系统是至关重要的，我结合具体的应用，考虑开发成本等因素，根据嵌入式操作系统的选取原则并基于μC/OS-II的许多特点，选用了源代码公开的实时操作系统μC/OS-II。
3.1.2.1 μC/OS-II的主要特点
它是由Labrosse先生编写的一个开放式内核，主要特点如下：
?公开源代码：源代码全部公开，这样使系统变得透明，很容易就能把操作
系统移植的各个不同的硬件平台上，并可根据需要进行扩充。
?可移植性：μC/OS-II绝大部分源码是用ANSI C写的，可移植性（Portable）
较强。它可以在绝大多数8位、16位、32位甚至64位微处理器、微控制器、
数字信号处理器（DSP）上运行。
?可固化：μC/OS-II是为嵌入式应用而设计的，可以嵌入到开发者的产品
中成为产品的一部分。
?可裁减：可以根据具体的应用，对内核进行裁减，其内核最小可达到2KB。
?占先式：μC/OS-II完全是占先式（Preemptive）的实时内核，总是运行
在就绪条件下优先级最高的任务。大多数商业内核也是占先式的，μ
C/OS-II在性能上与它们类似。
?多任务：μC/OS-II可以管理64个任务，系统本身保留8个，应用程序最多
可以有56个任务，赋予每个任务的优先级必须不同。
?可确定性：全部μC/OS-II的函数调用与服务的执行时间具有其可确定性。
μC/OS-II的系统服务的执行时间不依赖于应用程序任务的多少。
?任务栈：每个任务有自己单独的栈，μC/OS-II允许每个任务有不同的栈
空间，以便压低应用程序对RAM的需求。使用μC/OS-II的栈空间校验函数，可以确定每个任务到底需要多少栈空间。
?系统服务：μC/OS-II提供很多系统服务，例如邮箱、消息队列、信号量、
块大小固定的内存的申请和释放、时间相关函数等。
?中断管理：中断可以使正在执行的任务暂时挂起，如果优先级更高的任务
被该中断唤醒，则高优先级的任务在中断嵌套全部退出后立即执行，中断
嵌套层数可达255层。
?稳定性与可靠性：μC/OS-II自1992年以来已经有很多成功的商业应用，
其稳定性和可靠性都有很好的保证。
3.1.2.2 μC/OS-II 硬件和软件体系结构
μC/OS-II的内核是占先式（Preemptive）内核，即总是让就绪态的高优先级的任务先运行，中断服务程序可以抢占CPU，当中断服务程序完成时，内核让此时优先级最高的任务运行。这样使系统的响应时间得到最优化，而且是可知的。它完成了任务管理、任务间的通信和同步、内存管理、时间管理和中断管理。其硬件和软件体系结构如图3-2所示
《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
嵌入式系统设计与应用第五章程序设计与分析（1） 西安交通大学电信学院 任鹏举
本章主要内容 Software Design Cycle ●嵌入式软件中的组件(状态机 、循环缓存器、队列) ●编程模型，如数据流和控制图●编译方法介绍 ●根据性能、大小和功耗来分析 和优化程序 ●如何测试程序以验证其正确性
1 嵌入式程序组件 ●状态机（State machine） 用变量来表示内部的状态，根据输入完成状态的转移交通灯控制、CPU design controller ●循环缓冲区（Circular buffer） I/O input buffer ●队列（Queue）
状态机（1） ● 反应系统（reactive system ）：响应外部事件的系统。 ●外部输入是间歇到达● 适合使用状态机描述 ● 有限状态机是表示有限个状态以及在这些状态之间的转移和动作等行为的数学模型。 ●Moore 机：● Mealy 机：输出只由当前状态确定 输出依赖于当前状态和输入
状态机（2） 例子：一个简单的座位安全带控制器 idle buzzer seated belted 未入座/-入座/定时器启动 未系安全带且定时器未超时/- 未系安全带/定时器启动系好安全带/-系好安全带/蜂鸣器关闭 定时器超时/蜂鸣器启动 未入座/-未入座/蜂鸣器关闭输入/输出-= 无动作
状态机（3） #define IDLE 0#define SEATED 1#define BELTED 2#define BUZZER 3switch (state) { case IDLE: if (seat) { state = SEATED; timer_on = TRUE; } break; case SEATED: if (belt) state = BELTED; else if (timer) state = BUZZER; break; case BELTED: if (!seat) state = IDLE; else if (!belt) state = SEATED; break; case BUZZER: if (belt) state = BELTED; else if (!seat) state = IDLE; break; } Inputs ：seat, belt, timer Outputs: buzzer
创作编号： GB8878185555334563BT9125XW 创作者：凤呜大王*
毕业论文设计 基于51单片机的温度控制系统
摘要 在日常生活中温度在我们身边无时不在，温度的控制和应用在各个领域都有重要的作用。很多行业中都有大量的用电加热设备，和温度控制设备，如用于报警的温度自动报警系统，热处理的加热炉，用于融化金属的坩锅电阻炉及各种不同用途的温度箱等，这些都采用单片机技术，利用单片机语言程序对它们进行控制。而单片机技术具有控制和操作使用方便、结构简单便于修改和维护、灵活性大且具有一定的智能性等特 点，可以精确的控 制技术标准，提高了温控指标，也大大的提高了产品的质量和性能。 由于单片机技术的优点突出，智能化温度控制技术正被广泛地采用。本文介绍了基于单片机AT89C51 的温度控制系统的设计方案与软硬件实现。采用温度传感器DS18B20 采集温度数据，7段数码管显示温度数据，按键设置温度上下限，当温度低于设定的下限时，点亮绿色发光二极管，当温度高于设定的上限时，点亮红色发光二极管。给出了系统总体框架、程序流程图和Protel 原理图，并在硬件平台上实现了所设计功能。 关键词：单片机温度控制系统温度传感器
Abstract In daily life, the temperature in our side the ever-present, the control of the temperature and the application in various fields all have important role. Many industry there are a large number of electric heating equipment, and the temperature control equipment, such as used for alarm automatic temperature alarm systems, heat treatment furnace, used to melt metal crucible resistance furnace, and all kinds of different USES of temperature box and so on, these using single chip microcomputer, using single chip computer language program to control them. And single-chip microcomputer technology has control and convenient in operation, easy to modify and maintenance of simple structure, flexibility is large and has some of the intelligence and other characteristics, we can accurately control technology standard to improve the temperature control index, also greatly improve the quality of the products and performance. Because of the advantages of the single chip microcomputer intelligent temperature control technology outstanding, is being widely adopted. This paper introduces the temperature control based on single chip microcomputer AT89C51 design scheme of the system and the hardware and software implementation. The temperature sensor DS18B20 collection temperature data, 7 period of digital pipe display, the upper and lower limits of temperature button when temperature below the setting of the lower limit, light green leds, when the temperature is higher than the set on the limit, light red leds. Given the system framework and program flow chart and principle chart, and in Protel hardware platform to realize the function of the design. Keywords：SCM Temperature control system Temperature sensors
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
嵌入式系统设计与应用复习资料 （一）?单项选择题： 1. 下面哪个系统属于嵌入式系统。 （ 八、“天河一号”计算机系统 C 、联想S10±网木 D ） B 、联想T400笔记本计算机 D 、联想OPhone 手机 2. 软硕件协同设计方法与传统设计方法的最大不同Z 处在于（B ）。 A 、软硬件分开描述 C 、协同测试 3. 卜?面关于哈佛结构描述正确的是（A A 、程序存储空间与数据存储空间分离 C 、程序存储空间与数据存储空间合并 4. 下面哪一种工作模式不属于ARM 特权模式 A 、用户模式 B 、系统模式 C 、 5. ARM7TDM1的工作状态包括（D ）。 A 、测试状态和运行状态 C 、就绪状态和运行状态 6. USB 接口移动硬盘最合适的传输类型为（ A 、控制传输 B 、批量传输 C 、 7. 下而哪一种功能单元不属于I/O 接口电路。（D ） A 、USB 控制器 B 、UART 控制器 C 、以太网控制器 &下面哪个操作系统是恢入式操作系统。（B ） As Red-hat Linux B 、 PCLinux C 、 Ubuntu Linux D 、 SUSE Linux 9. 使用Host-Target 联合开发嵌入式应用，（B ）不是必须的。 A 、宿主机 B 、银河麒麟操作系统 C 、目标机 D 、交叉编译器 10. 下面哪个系统不属于嵌入式系统（D ）。 A 、MP3播放器 B 、GPS 接收机 C 、“银河玉衡”核心路由器 D 、“犬河一号”计算机系统 11. 在嵌入式系统设计中，嵌入式处理器选型是在进行（C ）吋完成。 A 、需求分析 B 、系统集成 C 、体系结构设计 D 、软便件设计 12. 下面哪一类嵌入式处理器最适合于用于工业控制（B ）。 A 、嵌入式微处理器 B 、微控制器 C 、DSP D 、以上都不合适 13. 关于ARM 了程序和Thumb 了程序互相调用描述正确的是（B ）。 A 、 系统初始化Z 后，ARM 处理器只能工作在一种状态，不存在互相调用。 B 、 只要遵循一定调用的规则，Thumb 子程序和ARM 子程序就可以互相调用。 C 、 只要遵循一定调用的规则，仅能Thumb 子程序调用ARM 子程序。 D 、 只耍遵循一定调用的规则，仅能ARM 子程序调用Thumb 子程序。 14. 关于ARM 处理器的异常的描述不正确的是（C ）。 A 、复位属于异常 B 、除数为零会引起异常 B 、软硬件统一描述 D 、协同验证 B 、存储空间与10空间分离 D 、存储空间与10空间合并 （A ）0 软中断模式 D 、FTQ 模式 B 、挂起状态和就绪状态 D 、ARM 状态和Thumb 状态 B ）0 中断传输 D 、等时传输 D 、LED
天津理工大学 课程设计报告 题目：基于单片机的温控器设计 学生姓名李天辉学号 20101009 届 2013 班级电气4班 指导教师专业电气工程及其自动化
说明 1. 课程设计文本材料包括设计报告、任务书、指导书三部分，其中 任务书、指导书由教师完成。按设计报告、任务书、指导书顺序装订成册。 2. 学生根据指导教师下达的任务书、指导书完成课程设计工作。 3. 设计报告内容建议主要包括：概述、系统工作原理、系统组成、设计内容、小结和参考资料。 4. 设计报告字数应在3000-4000字，采用电子绘图、采用小四号宋 体、1.25倍行距。 5.课程设计成绩由平时表现（30%）、设计报告（30%）和提问成绩（40%） 组成。
课程设计任务书、指导书 课程设计题目： Ⅰ.课程设计任务书 一、课程设计的内容和要求（包括原始数据、技术要求、工作量） 当今社会，温控器已经广泛应用于电冰箱、空调和电热毯等领域中。其优点是控制精度高，稳定性好，速度快自动化程度高，温度和风速全自动控制，操作简单可靠，对执行器要求低，故障率低，效果好。目前国内外生产厂家正在研究开发第三代智能型室温空调温控器，应用新型控制模型和数控芯片实现智能控制。现在已有国内厂家生产出了智能型室温空调温控器，并已应用于实际工程。 本课程设计要求设计温度控制系统，主要由温度数据采集、温度控制、按键和显示、通讯等部分组成。温度采集采用NTC或PTC热敏电阻（或由电位器模拟）或集成温度传感器、集成运算放大器构成的信号调理电路、AD转换器组成。温控部分采用交流开关BT136通过改变导通角进行调压限流达到控制加热丝温度的目的。 温度控制算法采用PID控制，可以采用普通PID或模糊PID。对控制PID参数进行整定，进行MATLAB仿真，说明控制效果。进行程序编制。 设计通讯协议，并能够通过RS485总线将数据传回上位机。2．课程设计的要求 1、选择相应元器件设计温度控制系统原理图并绘制PCB版图。 2、进行PID控制算法仿真，设计PID参数，或模糊PID规则。 3、系统功能要求：a要能够显示实时温度；b能够进行温度设置；c 能够进行PID参数设定；d能够把数据传回上位机；e可以设定本机地址。F温度控制范围0~99.9度。 4、编制程序并调试通过，并有程序流程图。
课后题答案:第一章 1.写出下列英文缩写的英文原文及中文含义。 RAM随机存储器 DRAM动态随机存储器 ROM只读存储器 PROM可编程只读存储器 EPROM可插除可编程只读存储器 CANCAN总线 RTOS实时操作系统 SOPC片上可编程系统 ICE硬件调试器 FI快速终端请求 EEPROM电可插除可编程只读存储器 API应用程序接 DMA直接内存存取 RISC精简指令集计算机 SPI串行万维指令 MMU存储管理单元 UART异步接受发送装置 ARM先进RISC存储器 SWI软件终端指令 2、什么是嵌入式系统？ P3 嵌入式系统是用于检测、控制、辅助、操作机械设备的装置。以应用为中心，一计算机技术为基础，软硬件可裁剪，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积和功耗等严格要求的专用计算机系统。 3、是比较嵌入式系统与通用PC的区别。P3 （1）嵌入式系统是专用的计算机系统，而PC是通用的计算机系统。 （2）技术要求不同，通用PC追求高速、海量的数据运算；嵌入式要求对象体系的智能化控制。（3）发展方向不同，PC追求总线速度的不断提升，存储容量不断扩大；嵌入式追求特定对象系统的智能性，嵌入式，专用性。 4、嵌入式体统有哪些部分组成？简单说明各部分的功能与作用 （1）硬件层是整个核心控制模块（由嵌入式微处理器、存储系统、通信模块、人机接口、其他I/O 接口以及电源组成），嵌入式系统的硬件层以嵌入式微处理器为核心，在嵌入式微处理器基础上增加电源电路、时钟电路、和存储器电路（RAM和ROM等），这就构成了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中。 （2）中间层把系统软件与底层硬件部分隔离，使得系统的底层设备驱动程序与硬件无关。一般包括硬件抽象层（Hardware Abstract Layer，HAL）和板级支持包（Board Support Package，BSP）。（3）软件层由实时操作系统（Real Time Operating System，RTOS）、文件系统、图形用户接口（Graphical User Interfaces，GUI）、网络组件组成。 （4）功能层是面向被控对象和用户的，当需要用户操作是往往需要提供一个友好的人机界面。 5、什么是可编程片上系统？在技术上它有哪些特点？ 用可编程逻辑技术把整个系统放到一块硅片上，称作可编程片上系统SOPC，特点如下：实现复杂系统功能的VLSI；采用超深亚微米工艺技术；使用一个以上的嵌入式处理器/DSP;外部可对芯片进行编程；主要采用第三方IP进行设计；足够的片上可编程逻辑资源；具有处理器调试接口和FPGA编程接口；可能包含部分可编程模拟电路；单芯片，低功耗，微封装；微处理器/dsp以ip核的形式方便的嵌入在FPGA中。 6、什么是嵌入式外围设备？简要说明嵌入式外围设备是如何分类的。 嵌入式外围设备，是指在一个嵌入式系统硬件构成中，除了核心控制部件-----嵌入式微处理器/DSP 以外的各种存储器，输入/输出接口、人机接口的显示器/键盘、串行通信接口等。根据外围设备的功能可分为以下五类：存储器类型；通信接口；输入/输出设备；设备扩展接口；电源及辅助设备。 7、.简述嵌入式系统软件的组成和功能？ 组成：应用层，OS层，BSP层 11、什么是软硬件协同设计？他最大的特点是什么？嵌入式系统开发为什么可以采用这种方法进行。嵌入式是系统设计时使用一组物理硬件和软件来完成所需功能的过程。系统是指任何由硬件，软件或者两者的结合来构成的功能设备。由于嵌入式系统是一个专用系统，所以在嵌入式产品的设计过程中，软件设计和硬件设计是紧密结合的、相互协调的；特点是：在设计时从系统功能的是先考虑，把实现时的软硬件同时考虑进去，硬件设计包括芯片级“功能定制”设计。这样既可最大限度的利用有效资源，缩短开发周期，又能取得更好的设计效果。 第二章 1、CISC与RISC分别指什么？说明他们各自有什么特点，应用领域和发展趋势如何？ 复杂指令集CPU内部为将较复杂的指令译码，也就是指令较长，分成几个微指令去执行，正是如此开发程序比较容易（指令多的缘故），但是由于指令复杂，执行工作效率较差，处理数据速度较慢，PC 中 Pentium的结构都为CISC CPU。 RISC是精简指令集CPU，指令位数较短，内部还有快速处理指令的电路，使得指令的译码与数据的处理较快，所以执行效率比CISC高，不过，必须经过编译程序的处理，才能发挥它的效率，我所知道的IBM的 Power PC为RISC CPU的结构，CISCO 的CPU也是RISC的结构。 RISC与CISC的主要特征对比 比较内容 CISC RISC 指令系统复杂，庞大简单，精简 指令数目一般大于200 一般小于100 指令格式一般大于4 一般小于4 寻址方式一般大于4 一般小于4 指令字长不固定等长 可访存指令不加限制只有LOAD/STORE指令 各种指令使用频率相差很大相差不大
嵌入式系统应用实例——智能家居 智能家居 智能家居是以住宅为平台，利用综合布线技术、网络通信技术、智能家居-系统设计方案安全防范技术、自动控制技术、音视频技术将家居生活有关的设施集成，构建高效的住宅设施与家庭日程事务的管理系统，提升家居安全性、便利性、舒适性、艺术性，并实现环保节能的居住环境 智能家居是一个居住环境，是以住宅为平台安装有智能家居系统的居住环境，实施智能家居系统的过程就称为智能家居集成。 智能家居集成是利用综合布线技术、网络通信技术、安全防范技术、自动控制技术、音视频技术将家居生活有关的设备集成。由于智能家居采用的技术标准与协议的不同，大多数智能家居系统都采用综合布线方式，但少数系统可能并不采用综合布线技术，如电力载波，不论哪一种情况，都一定有对应的网络通信技术来完成所需的信号传输任务，因此网络通信技术是智能家居集成中关键的技术之一。安全防范技术是智能家居系统中必不可少的技术，在小区及户内可视对讲、家庭监控、家庭防盗报警、与家庭有关的小区一卡通等领域都有广泛应用。自动控制技术是智能家居系统中必不可少的技术，广泛应用在智能家居控制中心、家居设备自动控制模块中，对于家庭能源的科学管理、家庭设备的日程管理都有十分重要的作用。音视频技术是实现家庭环境舒适性、艺术性的重要技术，体现在音视频集中分配、背景音乐、家庭影院等方面。 又称智能住宅。通俗地说，它是融合了自动化控制系统、计算机网络系统和网络通讯技术于一体的网络化智能化的家居控制系统。智能家居将让用户有更方便的手段来管理家庭设备，比如，通过家触摸屏、无线遥控器、电话、互联网或者语音识别控制家用设备，更可以执行场景操作，使多个设备形成联动；另一方面，智能家居内的各种设备相互间可以通讯，不需要用户指挥也能根据不同的状态互动运行，从而给用户带来最大程度的高效、便利、舒适与安全。 智能家居主机
序号（学号）：040930727 长春大学光华学院 毕业设计（论文） 姓名魏明岩 系别 专业 班级0409307 指导教师马春龙 年月日
目录 摘要 (1) 第一章前言 (3) 1.1课题背景和意义 (3) 1.2温度控制系统的使用 (3) 1.3毕业设计任务 (4) 第二章系统方案 (5) 2.1水温控制系统设计任务和要求 (5) 2.2水温控制系统部分 (5) 2.3控制方式 (7) 第三章系统硬件设计 (8) 3.1总体设计框图及说明 (8) 3.2外部电路设计 (8) 3.3单片机系统电路设计 (9) 第四章系统软件设计和调试 (13) 4.1 程序框架结构 (13) 4.2程序流程图及部分程序 (13) 4.3 系统安装调试和测试 (17) 第五章结论 (18) 致谢 (19) 参考文献 (20) 附件1（程序代码） (20) 附件2（电路原理图） (27)
基于单片机的水温控制系统 【摘要】温度是工业控制对象主要被控参数之一，在温度控制中，由于受到温度被控对象特性（如惯性大、滞后大、非线性等）的影响，使得控制性能难以提高，有些工艺过程其温度控制的好坏直接影响着产品的质量，因而设计一种较为理想的温度控制系统是非常有价值的。为了实现高精度的水温测量和控制，本文介绍了一种以Atmel公司的低功耗高性能CMOS单片机为核心，以PID算法控制以及PID参数整定相结合的控制方法来实现的水温控制系统，其硬件电路还包括温度采集、温度控制、温度显示、键盘输入以及RS232接口等电路。该系统可实现对温度的测量，并能根据设定值对温度进行调节，实现控温的目的。 【关键词】单片机AT89C51；温度控制；温度传感器PT1000；PID 调节算法 The summary: Temperature is the main control of industrial control of parameters,In temperature control, due to temperature controlled object properties (such as inertia big, big, lagging effect of nonlinear, etc.), to improve performance, some process temperature control of its direct impact on the quality of the product, and designed a kind of ideal temperature control system is a very valuable.In order to realize high precision temperature measurement and control, this paper introduces a meter taking Atmel company low-power high-performance CMOS chip as the core, and the PID control algorithm with PID parameters combination of control method to realize the temperature control system, the hardware circuit including temperature, temperature
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。（）
生产实习报告书 报告名称基于单片机的温度控制系统设计姓名 学号0138、0140、0141 院、系、部计算机与通信工程学院 专业信息工程10-01 指导教师 2013年 9 月 1日
目录 1.引言.................................. 错误!未定义书签。 2.设计要求.............................. 错误!未定义书签。 3.设计思路.............................. 错误!未定义书签。 4.方案论证.............................. 错误!未定义书签。方案一................................................. 错误!未定义书签。方案二................................................. 错误!未定义书签。 5.工作原理.............................. 错误!未定义书签。 6.硬件设计.............................. 错误!未定义书签。单片机模块............................................. 错误!未定义书签。 数字温度传感器模块 .................................... 错误!未定义书签。 DS18B20性能......................................... 错误!未定义书签。 DS18B20外形及引脚说明............................... 错误!未定义书签。 DS18B20接线原理图................................... 错误!未定义书签。按键模块............................................... 错误!未定义书签。声光报警模块........................................... 错误!未定义书签。数码管显示模块......................................... 错误!未定义书签。 7.程序设计.............................. 错误!未定义书签。主程序模块............................................. 错误!未定义书签。 读温度值模块.......................................... 错误!未定义书签。 读温度值模块流程图： ................................. 错误!未定义书签。
一、选择题 1、ADD R0，R1，#3属于（A）寻址方式。 A. 立即寻址 B. 多寄存器寻址 C. 寄存器直接寻址 D. 相对寻址 2、GET伪指令的含义是（ A） A. 包含一个外部文件 B. 定义程序的入口 C. 定义一个宏 D. 声明一个变量 3、存储一个32位数0x876165到2000H～2003H四个字节单元中，若以小端模式存储，则2000H存储单元的内容为（ C）。 A、0x00 B、0x87 C、0x65 D、0x61 4、μCOS-II操作系统不属于（ C）。 A、RTOS B、占先式实时操作系统 C、非占先式实时操作系统 D、嵌入式实时操作系统 5、若R1=2000H，(2000H)=0x86，(2008H)=0x39，则执行指令LDR R0，[R1，＃8]！后R0的值为（D ）。 A. 0x2000 B. 0x86 C. 0x2008 D. 0x39 6、寄存器R13除了可以做通用寄存器外，还可以做（C ）。 A、程序计数器 B、链接寄存器 C、栈指针寄存器 D、基址寄存器 7、FIQ中断的入口地址是（ A）。 A、0x0000001C B、0x00000008 C、0x00000018 D、0x00000014 8、ARM指令集和Thumb指令集分别是（D ）位的。 A. 8位，16位 B. 16位，32位 C. 16位，16位 D. 32位，16位 9、ARM寄存器组有（D ）个寄存器。 A、7 B、32 C、6 D、37 10、若R1=2000H，(2000H)=0x28，(2008H)=0x87，则执行指令LDR R0，[R1，＃8]！后R0的值为（D ）。 A. 0x2000 B. 0x28 C. 0x2008 1.和PC机系统相比，下列哪个不是嵌入式系统独具的特点（ C ） A、系统内核小 B、专用性强 C、可执行多任务 D、系统精简 2.UCOS-II操作系统属于（ B ） A、顺序执行系统 B、占先式实时操作系统 C、非占先式实时操作系统 D、分时操作系统 3.ARM公司是专门从事（ A ） A、基于RISC技术芯片设计开发 B、ARM芯片生产 C、软件设计 D、ARM芯片销售 4.ARM9系列微处理器是（ C ） A、三级流水线结构 B、四级流水线结构 C、五级流水线结构 D、六级流水线结构 5.在所有工作模式下，（ A ）都指向同一个物理寄存器，即各模式共享 A、R0-R7 B、R0-R12 C、R8-R12 D、R13，R14 6.当异常发生时，寄存器（ A ）用于保存CPSR的当前值，从异常退出时则可由它来恢复CPSR. A、SPSR B、R13 C、R14 D、R15 7.能实现把立即数0X3FF5000保存在R0中的指令是（ A ） A、LDR R0, = 0X3FF5000 B、LDR R0, 0X3FF5000 C、MOV R0, 0X3FF5000 D、MOV R0, =0X3FF5000
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
嵌入式系统设计与应用第六章进程和操作系统（3）西安交通大学电信学院孙宏滨 i n S u n i 'a n J i a o t o n g U i v e r s i t y I n t e r n a l T e a c h i n g U s e O n l y
● 我们该如何评估调度策略？● 能满足所有截止时限 ● CPU 利用率---CPU 执行有用工作所占的时间比例● 调度开销---做调度决策所需的时间 i n S u n i 'a n J i a o t o n g U i v e r s i t y I n t e r n a l T e a c h i n g U s e O n l y
● 分配优先级主要有两种方法：● 静态优先级：在整个执行过程中优先级始终不变● 动态优先级：在执行过程中优先级发生变化 i n S u n i 'a n J i a o t o n g U i v e r s i t y I n t e r n a l T e a c h i n g U s e O n l y
● 单调速率调度（Rate-Monotonic Scheduling, RMS ）：首先为实时操作系统开发的调度策略之一，直至现在仍然被广泛使用。● RMS 属于静态调度策略。事实证明，固定优 先级的做法在许多情况下都足以有效地调度进程。● RMS 的理论基础是单调速率分析（Rate Monotonic Analysis, RMA ）。i n S u n i 'a n J i a o t o n g U i v e r s i t y I n t e r n a l T e a c h i n g U s e O n l y
智能仪器仪表综合实训 题目基于单片机的温度控制系统设计 学院 专业电子信息工程 班级 (仪器仪表) 学生姓名 学号 指导教师 完成时间:
目录 一、系统设计---------------------------------------------------------第 1 页 （一）系统总体设计方案----------------------------------------------第1 页（二）温度信号采集电路选择和数据处理--------------------------------第3 页（三）软件设计------------------------------------------------------第3 页二、单元电路设计-----------------------------------------------------第 5 页 （一）温度信号采集电路----------------------------------------------第5 页（二）步进电机电路------------------------------------------------- 第5 页（三）液晶显示模块---------------------------------------------------------- 第6 页（四）晶振复位电路--------------------------------------------------第7 页三、总结体会--------------------------------------------------------------------------------------第7 页 四、参考文献-------------------------------------------第8 页附录：程序清单------------------------------------------第8 页
嵌入式系统原理与应用 习题解析 文件管理序列号：[K8UY-K9IO69-O6M243-OL889-F88688]
1.8 练习题P14 1.选择题 （1）A 说明：嵌入式系统的发展趋势表现在以下几方面： 1.产品种类不断丰富，应用范围不断普及 2.产品性能不断提高 3.产品功耗不断降低，体积不断缩小 4.网络化、智能化程度不断提高 5.软件成为影响价格的主要因素 （2）D 说明：常见的嵌入式操作系统: VxWorks，Windows CE、uC/OS-II和嵌入式Linux。 （3）A 说明：VxWorks是美国WindRiver公司于1983年开发的一种32位嵌入式实时操作系统。 2.填空题 (1)嵌入式计算机 (2)微处理器外围电路外部设备 (3)板级支持包实时操作系统应用编程接口应用程序 (4)嵌入式处理器微控制器数字信号处理器 3.简答题 （1）简述嵌入式系统的定义和特点
答：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、功耗有严格要求的专用计算机系统。 特点：专用性强、实时性好、可裁剪性好、可靠性高和功耗低等。（2）简述计算机系统的发展历程 第一阶段大致在20世纪70年代前后，可以看成是嵌入式系统的萌芽阶段； 第二阶段是以嵌入式微处理器为基础，以简单操作系统为核心的嵌入式系统； 第三阶段是以嵌入式操作系统为标志的嵌入式系统，也是嵌入式应用开始普及的阶段； 第四阶段是以基于Internet为标志的嵌入式系统，这是一个正在迅速发展的阶段。 （3）简述MCU和DSP的区别 MCU是微控制器，DSP是数字信号处理器。 MCU相当于小型的电脑，内部集成的CPU、ROM、RAM、I/O总线，所以集成度高是它的特点。 DSP是专用的信息处理器，内部的程序是对不同的机器和环境进行特别优化，所以处理速度是最快的。 2.4 练习题 1. 填空题 (1) ARM7 ARM9 ARM9E ARM10E ARM11