嵌入式操作系统导论(第1讲)

– 据预测，21世纪初美国接入Internet的汽车将有一
亿辆。IC Insights报道2001年车载计算系统的市 场规模是30亿美元，而2004年将达到46亿美元， 届时这些系统将成为所有新型轿车的标准设备。
嵌入式系统的应用领域
• 国防、航空航天领域
– 雷达、电子对抗、坦克、战舰 雷达、电子对抗、坦克、 – 航天器(火箭、卫星、航天飞机等) 航天器(火箭、卫星、航天飞机等) – 飞机(民用和军用飞操作系统的目标 （1）方便性 （2）有效性 （3）可扩充性 3 （4）开放性
操作系统的目标和作用
2．操作系统的作用 （1）操作系统作为用户与计算机硬件 系统之间的接口 （2）操作系统作为计算机系统资源的 管理者 （3）操作系统用作扩充机器
操作系统的发展过程
1．人工操作方式 用户直接用机器语言编制程序，并在上 机时独占全部计算机资源。用户既是程序 员，又是操作员，上机完全是手工操作。 （1）用户独占全机。 （2）CPU等待人工操作。
嵌入式操作系统导论
讲师:张伟峰 Bill.Zhang 08~09学年第一学期第1讲
嵌入式系统无处不在
嵌入式系统的应用领域
• 嵌入式系统广泛地应用于消费电子、通信、汽车、 国防、航空航天、工业控制、仪表、办公自动化 等领域。 • 据欧盟的统计：
– 2003年全球大概有80亿片嵌入式微处理器，到2010年， 预计会达到160亿片，地球上的人平均拥有3个嵌入式 160 3 微处理器； – 在航空电子中，嵌入式软件的开发成本占整个飞机研 制成本的50%；对于汽车工业，汽车电子在整车价值 中的比例逐年提高，将从1997年的20%提升到2010年 的33-40%； – 消费电子数量越来越大，据预测，到2010年，仅数字 家庭在美国的销售额就将达到2000亿欧元。
嵌入式系统的应用领域
• 工控、汽车电子、仿真、医疗仪器等
– 随着工业、汽车、医疗卫生等各部门对智能控制需
求的不断增长，需要对设备进行智能化、数字化改 造，为嵌入式系统提供了很大的市场。
– 就汽车电子系统而言，目前的大多数高档轿车每辆
拥有约50个嵌入式微处理器。如BMW 7系列轿车， 则平均安装有63个嵌入式微处理器。
嵌入式系统的应用领域
Digital camera chip CCD CCD preprocessor A2D lens JPEG codec Microprocessor Multiplier/Accum Pixel coprocessor D2A
DMA controller
Display ctrl
操作系统的发展过程
2．多道批处理系统 用户所提交的作业都存放在外存上形成 作业的“后备队列”；然后，系统根据一 定的调度原则从后备队列中选取若干作业 调入内存，系统按照多道方式组织在内存 中的这些作业的运行。某一道作业运行完 毕后，系统又将调入新的作业，内存中始 终存放多个作业，这些作业交替地运行。
实时系统和分时系统比较
• 分时系统和实时系统比较： – 分时系统中以进程作为调度和分配资源的基本单位， 而实时系统中以一个事件处理程序为调度基本单位， 没有进程概念； – 分时系统中各用户进程地位是平等的，而实时系统中 系统对不同事件的响应优先级不一样； – 分时系统是通用系统，而实时系统是专用系统 – 分时系统响应及时性是以人能忍受的等待时间来衡量 （以秒为单位），而实时系统响应时间是以该事件能 忍受的等待时间来衡量（通常是以毫秒、微妙为单位）
– 批处理系统中作业处理步骤及状态： 批处理系统中作业处理步骤及状态： 用户 提交 收容 运行 完成
操作系统的发展过程
分时系统
一台计算机可同时连接多个用户终端， 而每个用户都可在自己的终端上联机使用 计算机，就像自己独占机器一样。 虽然物理上只有一台计算机，但是每一 个用户都可以得到及时的服务响应，每一 个用户都感觉到是一台计算机在专门为他 服务。
分时系统中CPU分时使用示意图
作业1 作业3 作业1 作业3 作业1 作业2 作业4 作业2 作业4
CPU运行时间
操作系统的发展过程
实时系统
实时系统则是指系统对特定输入做出反 应的速度足以控制发出实时信号的对象， 或者说计算机能够及时响应外部事件的请 求，在规定的短时间内完成对该事件的处 理，并控制所有实时设备和实时任务协调 一致地运行。
And the list goes on and on
嵌入式系统的应用领域
• 消费电子领域
– 随着技术的发展，消费电子产品正向数字化和网络化 方向发展。 – 高清晰度数字电视将代替传统的模拟电视。 – 数码相机将代替传统的胶片相机。 – 固定电话今后会被IP电话所替代。 – 各种家用电器（电视机、冰箱、微波炉、电话等）将 通过家庭通信、控制中心与Internet连接，实现远程 控制、信息交互、网上娱乐、远程医疗和远程教育等。 转变为智能网络家电，还可以实现远程医疗，远程教 育等。
Memory controller
ISA bus interface
UART
LCD ctrl
A Digital Camera
嵌入式系统的应用领域
彩色显示 图形用户接口 安全应用 移动商务 电子邮件 浏览器 JAVA应用 应用 简单用户接口 简单应用 WAP
3G 2.5G 2G
数据为主
话音为主
通信
计算
• 多道批处理系统的主要优点如下:
（1）资源利用率高。 （2）系统吞吐量大。
• 多道批处理系统的主要缺点如下: :
（1）平均周转时间长。 （2）无交互能力。
两道程序运行使用CPU情况示意图
A程序 B程序 用CPU
– 批处理系统的特点： 批处理系统的特点：
• 用户脱机使用计算机 • 成批处理 • 多道程序运行
通用计算机与嵌入式系统对比
特征 形式和类型 通用计算机 嵌入式系统 •看得见的计算机。 看得见的计算机。 •看不见的计算机。 看不见的计算机。 看得见的计算机 看不见的计算机 •按其体系结构、运算速度和结构 •形式多样，应用领域广泛， 按其体系结构、 形式多样， 按其体系结构 形式多样 应用领域广泛， 规模等因素分为大、 按应用来分。 规模等因素分为大、中、小型机 按应用来分。 和微机。 和微机。 •通用处理器、标准总线和外设。 •面向应用的嵌入式微处理器， 通用处理器、标准总线和外设。 面向应用的嵌入式微处理器 面向应用的嵌入式微处理器， 通用处理器 •软件和硬件相对独立。 软件和硬件相对独立。 软件和硬件相对独立 总线和外部接口多集成在处 理器内部。 理器内部。 •软件与硬件是紧密集成在一 软件与硬件是紧密集成在一 起的。 起的。 •开发平台和运行平台都是通用计 •采用交叉开发方式，开发平 开发平台和运行平台都是通用计 采用交叉开发方式 采用交叉开发方式， 台一般是通用计算机，运行 算机 台一般是通用计算机， 平台是嵌入式系统。 平台是嵌入式系统。 •应用程序可重新编制 应用程序可重新编制 •一般不能再编程 一般不能再编程
组成
开发方式
二次开发性
嵌入式系统的组成
• 嵌入式系统一般由嵌入式 硬件和软件组成 • 硬件以微处理器为核心集 成存储器和系统专用的输 入/输出设备 • 软件包括：初始化代码及 驱动、嵌入式操作系统和 应用程序等，这些软件有 机地结合在一起，形成系 统特定的一体化软件。
计算机系统的层次结构
用 应 统 作 系 操 裸机 系 统 序 程 程 序
手机发展趋势
嵌入式系统的应用领域
• 通信领域
– 通信领域大量应用嵌入式系统，主要包括程控交换 机、路由器、IP交换机、传输设备等。 – 据预测，由于互联的需要，特别是宽带网络的发展， 将会出现各种网络设备如：ADSL Modem/Router 等，其数量将远远高于传统的网络设备。 – 它们基于32位的嵌入式系统、价格低廉，将为企业、 家庭提供更为廉价的、方便的、多样的网络方案。 就宽带上网的网络设备ADSL Router而言，国外现 在每月需要600K的数量。
嵌入式系统的应用领域
A “short list” of embedded systems list”
Anti-lock brakes Auto-focus cameras Automatic teller machines Automatic toll systems Automatic transmission Avionic systems Battery chargers Camcorders Cell phones Cell-phone base stations Cordless phones Cruise control Curbside check-in systems Digital cameras Disk drives Electronic card readers Electronic instruments Electronic toys/games Factory control Fax machines Fingerprint identifiers Home security systems Life-support systems Medical testing systems Modems MPEG decoders Network cards Network switches/routers On-board navigation Pagers Photocopiers Point-of-sale systems Portable video games Printers Satellite phones Scanners Smart ovens/dishwashers Speech recognizers Stereo systems Teleconferencing systems Televisions Temperature controllers Theft tracking systems TV set-top boxes VCR’s, DVD players Video game consoles Video phones Washers and dryers