第1章 嵌入式实时操作系统的基本概念
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嵌入式实时操作系统
嵌入式实时操作系统第一点：嵌入式实时操作系统的定义与特点嵌入式实时操作系统（Embedded Real-Time Operating System，简称ERTOS）是一种专门为嵌入式系统设计的操作系统，它具有实时性、可靠性和高效性等特点。
嵌入式实时操作系统主要用于控制和管理嵌入式系统中的硬件资源和软件任务，以实现对系统的实时控制和高效运行。
嵌入式实时操作系统的定义可以从以下几个方面来理解：1.嵌入式系统：嵌入式系统是指将计算机技术应用于特定领域，以完成特定任务的计算机系统。
它通常包括嵌入式处理器、存储器、输入输出接口等硬件部分，以及运行在处理器上的软件部分。
嵌入式系统具有体积小、功耗低、成本低、性能高等特点。
2.实时性：实时性是嵌入式实时操作系统最核心的特点之一。
它要求系统在规定的时间内完成任务，并对任务的响应时间有严格的要求。
实时性可以分为硬实时和软实时。
硬实时要求任务在规定的时间范围内完成，不允许有任何的延迟；软实时则允许任务在规定的时间范围内完成，但延迟尽量最小。
3.可靠性：嵌入式实时操作系统需要具备很高的可靠性，因为它们通常应用于对安全性和稳定性要求较高的领域，如航空航天、汽车电子、工业控制等。
可靠性主要包括系统的正确性、稳定性和抗干扰能力等方面。
4.高效性：嵌入式实时操作系统需要高效地利用硬件资源，以实现对系统的实时控制。
高效性主要包括系统资源的利用率、任务的调度算法、内存管理等方面。
第二点：嵌入式实时操作系统的应用领域与发展趋势嵌入式实时操作系统在众多领域都有广泛的应用，下面列举几个典型的应用领域：1.工业控制：嵌入式实时操作系统在工业控制领域具有广泛的应用，如PLC（可编程逻辑控制器）、机器人控制器、工业现场仪表等。
实时操作系统可以实现对工业过程的实时监控和控制，提高生产效率和产品质量。
2.汽车电子：汽车电子领域是嵌入式实时操作系统的另一个重要应用领域。
现代汽车中的电子控制系统，如发动机控制、底盘控制、车身控制等，都需要实时操作系统来保证系统的实时性和稳定性。
嵌入式实时操作系统 C OS原理与实践(第2版)
第2版中将提供在STM32（ARM Cortex内核系列芯片）下的移植和例程，增加应用性的工程示例。2013年 μC/OS-III逐步进入市场，第2版也包含了这方面的内容。为方便读者阅读代码，本书目前配套的亮点嵌入式开 发板的资源也在附录中列出，不选择开发板的同样可以下载代码。另外以技术论坛作为交流平台或翻转课堂，论 坛在序言最后给出。
本书特色
采用逐步深入，反复印证的方法。 ● 采用从数据结构的设计入手，再到代码分析、示例验证的剖析方法。给出在虚拟平台 ●下的移植示例和针对 各章内容的示例。 给出在实际嵌入式系统下的工程示例。 ● 表格、图形化的风格。 ● 适用面广，适合于广大IT类学生及工作者。 ● 对于没有学习过操作系统原理的读者无障碍。 ● 与时俱进地扩展到μC/OS-III。 ● 学习本课程的先导知识是C语言、软件技术基础或数据结构，可以同步学习微机原理 ●或嵌入式系统设计。 另外，本人的另一本著作《基于STM32的嵌入式系统原理与设计》可以与本书交相辉映。 作为本科生等教材的建议是：第1、2、3章详细讲解，第4、5、6章的内容每章选择2～3节讲解。第7、8章的 内容可作为实践部分。
前言
智能系统的盛行使21世纪前10年成为手指尖在触摸屏上滑动拖曳的时代。不少高级科技人员解决了一个又一 个困难，使裸奔的软件在中断和循环的纠缠中走了很远很久。在ARM处理器走出江湖之后，处理器的处理速度和 闪存Flash、静态存储器SRAM的容量都飞速提升，高性能处理器的出现也使高端的复杂处理程序采用嵌入式来实 现，如物联、智能手机。存储容量的扩充使嵌入式操作系统有了用武之地。在STM32使用的ARM Cortex处理器中， 具有主堆栈MSP和进程堆栈PSP，具有PendSV和Systick中断，这些很明显是配合了μC/OS操作系统。
本书特色
采用逐步深入，反复印证的方法。 ● 采用从数据结构的设计入手，再到代码分析、示例验证的剖析方法。给出在虚拟平台 ●下的移植示例和针对 各章内容的示例。 给出在实际嵌入式系统下的工程示例。 ● 表格、图形化的风格。 ● 适用面广，适合于广大IT类学生及工作者。 ● 对于没有学习过操作系统原理的读者无障碍。 ● 与时俱进地扩展到μC/OS-III。 ● 学习本课程的先导知识是C语言、软件技术基础或数据结构，可以同步学习微机原理 ●或嵌入式系统设计。 另外，本人的另一本著作《基于STM32的嵌入式系统原理与设计》可以与本书交相辉映。 作为本科生等教材的建议是：第1、2、3章详细讲解，第4、5、6章的内容每章选择2～3节讲解。第7、8章的 内容可作为实践部分。
前言
智能系统的盛行使21世纪前10年成为手指尖在触摸屏上滑动拖曳的时代。不少高级科技人员解决了一个又一 个困难，使裸奔的软件在中断和循环的纠缠中走了很远很久。在ARM处理器走出江湖之后，处理器的处理速度和 闪存Flash、静态存储器SRAM的容量都飞速提升，高性能处理器的出现也使高端的复杂处理程序采用嵌入式来实 现，如物联、智能手机。存储容量的扩充使嵌入式操作系统有了用武之地。在STM32使用的ARM Cortex处理器中， 具有主堆栈MSP和进程堆栈PSP，具有PendSV和Systick中断，这些很明显是配合了μC/OS操作系统。
实时操作系统RTOS发展概述
（2）抢占式任务调度测试：通过设置不同的优先级，测试RTOS在不同优先 级任务间的切换情况。
（3）静态优先级调度测试：为不同任务分配固定的优先级，测试RTOS在处 理静态优先级任务时的性能。
2、中断处理测试
中断处理是RTOS的重要功能之一，它用于处理外部事件的紧急响应。中断处 理测试的主要目标是评估RTOS在处理外部中断时的响应速度和处理能力。在实际 测试中，可以通过以下方法进行测试：
实时操作系统RTOS发展概述
目录
01 实时操作系统（RTOS） 发展概述
02 参考内容
实时操作系统（RTOS）发展概 述
随着嵌入式系统和物联网技术的飞速发展，实时操作系统（RTOS）在诸多应 用领域变得越来越不可或缺。本次演示将简要回顾RTOS的发展背景和现状，阐述 其定义、特点和应用领域，分析当前的市场前景和主要竞争对手，介绍RTOS的技 术实现方案并列举实际应用案例，最后总结RTOS的发展历程和应用价值，提出未 来的发展趋势和应用前景。
4、可定制性：为了满足不同应用的需求，实时操作系统将提供更多的可定 制选项。用户可以根据自己的需求来选择和配置操作系统，以满足特定的性能和 功能需求。
5、安全性增强：随着系统复杂性和连通性的增加，安全性成为了一个重要 的问题。实时操作系统将越来越注重安全性增强，包括对内存保护、数据加密和 访问控制等功能的支持。
（1）绝对时间戳测试：获取系统当前时间戳，与标准时间进行对比，计算 时间误差。
（2）相对时间戳测试：在不同时间点获取系统时间戳，并计算时间差值， 评估RTOS的时间戳稳定性。
三、结论
实时操作系统实时性能测试技术是评估RTOS性能的重要手段。通过对RTOS的 任务调度、中断处理和时间戳等功能进行全面测试，可以准确评估RTOS的性能， 为相关应用提供参考。在未来的研究中，应该继续深入探讨实时性能测试技术， 提高RTOS的性能评估准确性和效率。
西安电子科技大学嵌入式实时操作系统第1章PPT课件
0世纪90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，嵌入式应用进一步加速发展。 面向实时信号处理算法的DSP产品向着高速、高精度、低功 耗发展。Texas推出的第三代DSP芯片TMS320C30，引导着 微控制器向32位高速智能化发展。在应用方面，掌上电脑、 手持PC机、机顶盒技术相对成熟，发展也较为迅速。特别 是掌上电脑，1997年在美国市场上不过四五个品牌，而1998 年底，各式各样的掌上电脑如雨后春笋般纷纷涌现出来。随 着人类进入网络时代，将嵌入式计算机系统应用到各类网络 中已成为嵌入式系统发展的重要方向。在发展潜力巨大的信 息家电中，人们非常关注的网络电话设备，即IP电话，就是 一个代表。
第1章 嵌入式系统导论
在早期，由于嵌入式应用范围比较狭窄，大多用于工业 控制领域，人们还可以勉强将通用计算机通过改装、加固、 定制专业软件等方法，嵌入到大型系统中去实现嵌入式应用。 但随着经济、技术的高速发展，嵌入式应用越来越广泛，已 经深入到我们生活中的方方面面，小到彩电、空调、洗衣机、 手机，大到飞机、导弹、汽车等，嵌入式应用对计算机的功 能、体积、功耗、价格、重量、可靠性等方面的要求也越来 越苛刻，通过改造通用计算机的传统方法已远远不能胜任。 因此，嵌入式计算机不得不脱离通用计算机系统，走上独立 发展的道路。这就形成了现代计算机两大分支并行发展的时 期。
第1章 嵌入式系统导论
早在1614年，苏格兰人John Napier就发表论文公布他发 明了一种可以进行四则运算和方根运算的精巧装置。1848年， 英国数学家George Boole创立二进制代数学，为现代二进制 计算技术的发展铺平了道路。1937年，Bell试验室的George Stibitz展示了用继电器表示二进制的装置，尽管它是个展品， 但却是世界上的第一台二进制电子计算机。1946年2月15日， 名为ENIAC的计算机在美国诞生了，这是第一台现代意义 上的数字计算机，它的诞生具有划时代的意义，表明了现代 数字计算机时代的到来。在随后的近三十年里，计算机一直 为少数精英所掌握，主要用于实验室里的数值求解。
第1章 嵌入式系统导论
在早期，由于嵌入式应用范围比较狭窄，大多用于工业 控制领域，人们还可以勉强将通用计算机通过改装、加固、 定制专业软件等方法，嵌入到大型系统中去实现嵌入式应用。 但随着经济、技术的高速发展，嵌入式应用越来越广泛，已 经深入到我们生活中的方方面面，小到彩电、空调、洗衣机、 手机，大到飞机、导弹、汽车等，嵌入式应用对计算机的功 能、体积、功耗、价格、重量、可靠性等方面的要求也越来 越苛刻，通过改造通用计算机的传统方法已远远不能胜任。 因此，嵌入式计算机不得不脱离通用计算机系统，走上独立 发展的道路。这就形成了现代计算机两大分支并行发展的时 期。
第1章 嵌入式系统导论
早在1614年，苏格兰人John Napier就发表论文公布他发 明了一种可以进行四则运算和方根运算的精巧装置。1848年， 英国数学家George Boole创立二进制代数学，为现代二进制 计算技术的发展铺平了道路。1937年，Bell试验室的George Stibitz展示了用继电器表示二进制的装置，尽管它是个展品， 但却是世界上的第一台二进制电子计算机。1946年2月15日， 名为ENIAC的计算机在美国诞生了，这是第一台现代意义 上的数字计算机，它的诞生具有划时代的意义，表明了现代 数字计算机时代的到来。在随后的近三十年里，计算机一直 为少数精英所掌握，主要用于实验室里的数值求解。
精品课件-ARM Cortex-A9多核嵌入式系统开发-第一章
第1章 嵌入式系统概述
1软件是整个系统
应用软件 应用层
文件系统/图形用户应用程序接口
的控制核心，控制整个系统 的运行，提供人机交互的信
OS层
嵌入式操作系统
硬件设备驱动层 设备驱动程序、HAL、BSP
息等。在嵌入式系统不同的 应用领域和不同的发展阶段， 嵌入式系统软件组成也不完
安全、地震监测网、实时气象信息网、水源和空气污染监 测都涉及大量数据的实时处理分析。 国防与航天
神舟飞船和长征火箭中有很多嵌入式系统，导弹的 制导系统也是一种嵌入式系统。
第1章 嵌入式系统概述
1.3 嵌入式系统的概念和特点
概念： 按照IEEE(国际电气和电子工程师协会)的定义，
嵌入式系统即“控制、监视或者辅助装置、机器和设备运 行的装置”(原文为devices used to control，monitor， or assist the operation of equipment，machinery or plants)。这主要是从应用上加以定义的，从中可以看出嵌 入式系统是软件和硬件的综合体，并且涵盖机械等附属装 置。
第1章 嵌入式系统概述
Linux： 遵循GPL协议的开放源码的操作系统，使用时
无需交纳许可费用。内核可任意裁剪，几乎支持所有的 32位、64位CPU；内核中支持的硬件种类繁多，几乎可以 从网络上找到所有硬件驱动程序；支持几乎所有的网络 协议；有大量的应用程序可用，从编译工具、调试工具 到GUI程序。其缺点在于实时性，虽然2.6版本的Linux在 实时性方面有较大改进，但是仍无法称为实时操作系统。
图1.2 嵌入式系统软件子系统 全相同，但基本上可以分为
组成框图
应用层、操作系统(OS)层和
嵌入式实时操作系统简介
嵌入式实时操作系统简介嵌入式实时操作系统简介一：引言嵌入式实时操作系统（RTOS）是一类特殊的操作系统，用于控制和管理嵌入式系统中的实时任务。
本文将介绍嵌入式实时操作系统的基本概念、特点和应用领域。
二：嵌入式实时操作系统的定义1. 实时操作系统的概念实时操作系统是一种能够处理实时任务的操作系统。
实时任务是指必须在严格的时间约束内完成的任务，例如航空航天、工业自动化和医疗设备等领域的应用。
2. 嵌入式实时操作系统的特点嵌入式实时操作系统相比于通用操作系统具有以下特点：- 实时性：能够满足严格的时间要求，保证实时任务的及时响应。
- 可靠性：具备高可用性和容错能力，能够保证系统的稳定运行。
- 精简性：占用资源少，适应嵌入式系统的有限硬件资源。
- 可定制性：能够根据具体应用需求进行定制和优化。
三：嵌入式实时操作系统的体系结构1. 内核嵌入式实时操作系统的核心部分，负责任务和资源管理、中断处理和调度算法等。
- 任务管理：包括任务的创建、删除、挂起和恢复等。
- 资源管理：包括内存、文件系统、网络资源等的管理。
- 中断处理：负责中断的响应和处理。
- 调度算法：根据任务的优先级和调度策略进行任务的调度。
2. 设备管理嵌入式实时操作系统需要与各种外设进行通信和交互，设备管理模块负责管理设备驱动、中断处理和设备的抽象接口等。
3. 系统服务提供一系列系统服务，例如时钟管理、内存管理和文件系统等，以支持应用程序的运行。
四：嵌入式实时操作系统的应用领域嵌入式实时操作系统广泛应用于以下领域：1. 工业自动化：用于控制和监控工业设备和生产过程。
2. 航空航天：用于飞行控制、导航和通信系统。
3. 交通运输：用于车辆控制和交通管理。
4. 医疗设备：用于医疗仪器和设备控制和数据处理。
附件：本文档附带示例代码和案例分析供参考。
注释：1. 实时任务：Real-Time Task，简称RTT。
2. 嵌入式系统：Embedded System，简称ES。
嵌入式实时操作系统
嵌入式操作系统μC/OS-II班级：通信0901学号：3091109011姓名：张晶晶嵌入式实时操作系统的定义一般定义就是以应用为中心、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。
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。
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。
我们常常说的嵌入式操作系统都是嵌入式实时操作系统。
比如μC/OS-II、eCOS和Linux。
故对嵌入式实时操作系统的理解应该建立在对嵌入式系统的理解之上加入对响应时间的要求。
μC/OS-II是在μC-OS的基础上发展起来的，是美国嵌入式系统专家Jean J．Labrosse用C语言编写的一个结构小巧、抢占式的多任务实时内核。
μC/OS-II能管理64个任务，并提供任务调度与管理、内存管理、任务间同步与通信、时间管理和中断服务等功能，具有执行效率高、占用空间小、实时性能优良和可扩展性强等特点。
对于复杂的应用,直接在裸机上开发运行的前后台系统开发、维护和扩展都很困难,嵌入式操作系统应运而生,其最大的特点就是处理多任务,而且在工控领域大多实时性要求较强,而μC /OS-II迎合了这些特点。
μC /OS-II支持64个任务,每个任务的优先级必须是不同的,调度算法总是让处于就绪状态的最高优先级任务先执行, 并提供了信号量( Semaphore) 、邮箱(Mailbox)和消息队列(Message Queue)等多种通讯同步原语。
每个任务都处在以下5种状态之一的状态下,这5种状态是休眠态(Dormant) ,就绪态(Ready) 、运行态(Running) 、挂起态(Waiting)和被中断态( Interrup ted)。
《嵌入式ARM教案》课件
《嵌入式ARM教案》课件第一章：嵌入式系统概述1.1 嵌入式系统的定义介绍嵌入式系统的概念、特点和应用领域解释嵌入式系统与通用计算机系统的区别1.2 嵌入式系统的历史与发展概述嵌入式系统的发展历程介绍嵌入式系统在不同领域的应用发展情况1.3 嵌入式系统的组成与架构讲解嵌入式系统的常见架构介绍嵌入式系统的主要组成部分及其作用1.4 嵌入式系统的优势与挑战阐述嵌入式系统的优势分析嵌入式系统面临的挑战和发展趋势第二章：ARM处理器简介2.1 ARM处理器的发展历程介绍ARM公司的起源和发展历程讲解ARM处理器的发展阶段和产品系列2.2 ARM处理器的特点与优势阐述ARM处理器的特点分析ARM处理器在嵌入式系统中的应用优势2.3 ARM处理器的架构与工作原理讲解ARM处理器的架构设计介绍ARM处理器的工作原理和指令集2.4 ARM处理器的选型与评估指导如何选择合适的ARM处理器介绍评估ARM处理器性能的方法和指标第三章：嵌入式操作系统基础3.1 嵌入式操作系统的概念与分类解释嵌入式操作系统的定义和分类介绍常见的嵌入式操作系统及其特点3.2 嵌入式操作系统的核心功能与架构讲解嵌入式操作系统的核心功能阐述嵌入式操作系统的常见架构设计3.3 嵌入式操作系统的移植与优化介绍嵌入式操作系统移植的基本步骤讲解嵌入式操作系统的优化方法和技巧3.4 嵌入式操作系统的应用与案例分析分析嵌入式操作系统在实际应用中的案例探讨嵌入式操作系统的发展趋势和挑战第四章：嵌入式系统设计与开发流程4.1 嵌入式系统设计的基本原则介绍嵌入式系统设计的重要原则讲解设计过程中需要考虑的因素4.2 嵌入式系统硬件设计讲解嵌入式系统硬件设计的基本步骤和方法介绍硬件选型和硬件设计中的注意事项4.3 嵌入式系统软件设计阐述嵌入式系统软件设计的基本步骤和方法讲解软件开发工具和编程语言的选择4.4 嵌入式系统开发的流程与实践介绍嵌入式系统开发的典型流程分析实际开发过程中需要注意的问题和实践经验第五章：嵌入式系统编程基础5.1 嵌入式编程语言概述介绍嵌入式编程的常用语言及其特点分析不同编程语言在嵌入式系统中的应用场景5.2 C语言编程基础讲解C语言的基本语法和编程技巧介绍C语言在嵌入式编程中的应用和实践5.3 汇编语言编程基础介绍汇编语言的基本概念和语法讲解汇编语言在嵌入式编程中的应用和实践5.4 嵌入式编程的实践技巧讲解嵌入式编程的常见技巧和注意事项分析实际项目中遇到的问题和解决方法《嵌入式ARM教案》课件第六章：嵌入式系统硬件接口与驱动6.1 嵌入式系统硬件接口概述介绍嵌入式系统中常见的硬件接口类型讲解硬件接口的工作原理和功能6.2 UART接口与驱动编程讲解UART接口的基本概念和功能介绍UART接口的驱动编程方法和实践6.3 I2C接口与驱动编程介绍I2C接口的基本概念和协议讲解I2C接口的驱动编程方法和实践6.4 SPI接口与驱动编程讲解SPI接口的基本概念和协议介绍SPI接口的驱动编程方法和实践第七章：嵌入式系统存储与文件系统7.1 嵌入式系统存储概述介绍嵌入式系统中常见的存储设备和技术讲解存储器接口和存储器控制器的选择7.2 NAND闪存与驱动编程介绍NAND闪存的基本概念和特点讲解NAND闪存的驱动编程方法和实践7.3 NOR闪存与驱动编程讲解NOR闪存的基本概念和特点介绍NOR闪存的驱动编程方法和实践7.4 文件系统的设计与实现讲解嵌入式文件系统的设计原理介绍常见嵌入式文件系统的实现方法和实践第八章：嵌入式系统网络通信8.1 嵌入式系统网络通信基础介绍嵌入式系统网络通信的基本概念和技术讲解网络通信协议和网络架构8.2 TCP/IP协议栈与嵌入式网络应用讲解TCP/IP协议栈的基本原理和组成介绍基于TCP/IP协议栈的嵌入式网络应用实践8.3 Wi-Fi通信模块与驱动编程介绍Wi-Fi通信模块的基本概念和功能讲解Wi-Fi通信模块的驱动编程方法和实践8.4 蓝牙通信模块与驱动编程讲解蓝牙通信模块的基本概念和功能介绍蓝牙通信模块的驱动编程方法和实践第九章：嵌入式系统实时性与调度策略9.1 嵌入式系统实时性概述讲解嵌入式系统实时性的概念和重要性介绍实时系统的分类和实时性要求9.2 嵌入式调度策略与算法讲解嵌入式系统的调度策略和算法分析不同调度策略的优缺点和适用场景9.3 实时操作系统（RTOS）简介介绍实时操作系统的基本概念和特点讲解RTOS在嵌入式系统中的应用和实践9.4 实时调度器的实现与优化讲解实时调度器的实现方法和流程介绍调度器的优化技巧和注意事项第十章：嵌入式系统项目管理与实践10.1 嵌入式系统项目管理概述介绍嵌入式系统项目管理的概念和重要性讲解项目管理工具和方法在嵌入式系统中的应用10.2 项目需求分析与规划讲解项目需求分析和规划的方法介绍需求文档编写和项目进度管理的实践经验10.3 嵌入式系统开发的实践技巧讲解嵌入式系统开发中的实践技巧和注意事项分享实际项目开发中的经验和最佳实践10.4 项目验收与维护介绍项目验收的标准和方法讲解项目维护和升级的策略与实践《嵌入式ARM教案》课件第十一章：嵌入式系统安全与加密技术11.1 嵌入式系统安全概述讲解嵌入式系统安全的重要性介绍常见的嵌入式系统安全威胁和攻击手段11.2 加密技术在嵌入式系统中的应用介绍加密技术的基本原理和算法讲解加密技术在嵌入式系统中的应用场景和实践11.3 安全存储与传输讲解如何在嵌入式系统中实现安全存储和传输介绍常见的加密存储和传输技术及其实现方法11.4 安全认证与授权讲解嵌入式系统中的安全认证和授权机制介绍常见的认证和授权方法及其在嵌入式系统中的应用第十二章：物联网与嵌入式系统的融合12.1 物联网概述介绍物联网的概念、架构和应用领域讲解物联网与嵌入式系统的关联和融合趋势12.2 物联网协议与技术讲解物联网中常用的通信协议和技术介绍物联网协议栈和网络架构12.3 物联网在嵌入式系统中的应用案例分析物联网在嵌入式系统中的应用案例探讨物联网技术在嵌入式系统中的实践经验和挑战12.4 物联网安全与隐私保护讲解物联网安全的重要性和挑战介绍物联网中的安全技术和隐私保护措施第十三章：嵌入式系统在智能家居的应用13.1 智能家居系统概述介绍智能家居系统的概念、架构和应用讲解智能家居系统与嵌入式系统的关联和融合13.2 智能家居设备与控制讲解智能家居设备的选择和控制方法介绍智能家居设备的嵌入式系统设计和开发实践13.3 智能家居平台的构建与优化讲解智能家居平台的构建方法和实践介绍智能家居平台的优化技巧和注意事项13.4 智能家居安全与隐私保护讲解智能家居系统中的安全问题和隐私保护需求介绍智能家居系统中的安全技术和隐私保护措施第十四章：嵌入式系统在工业控制的应用14.1 工业控制系统概述介绍工业控制系统的概念、架构和应用领域讲解嵌入式系统在工业控制中的应用和重要性14.2 工业控制设备与接口讲解工业控制设备的选择和接口技术介绍工业控制设备的嵌入式系统设计和开发实践14.3 工业控制协议与通信讲解工业控制中常用的通信协议和技术介绍工业控制协议的实现和通信实践14.4 工业控制系统的安全性与优化讲解工业控制系统中的安全问题和优化需求介绍工业控制系统中的安全技术和优化措施第十五章：嵌入式系统在自动驾驶的应用15.1 自动驾驶系统概述介绍自动驾驶系统的概念、架构和应用前景讲解嵌入式系统在自动驾驶中的应用和挑战15.2 自动驾驶感知与决策讲解自动驾驶系统中的感知技术和决策算法介绍嵌入式系统在自动驾驶感知和决策中的应用15.3 自动驾驶控制与执行讲解自动驾驶系统中的控制技术和执行策略介绍嵌入式系统在自动驾驶控制和执行中的应用15.4 自动驾驶安全与伦理问题讲解自动驾驶系统中的安全问题和伦理挑战介绍自动驾驶系统中的安全技术和伦理指导原则重点和难点解析1. 嵌入式系统的基本概念、特点和应用领域。
实时操作系统的相关概念资料
者加入被选择的服务，新的或者修改的服务影响限制在系统的一个子 集，进一步地，修改不需要建立一个新的内核。
移植性(Portability)：
在微内核结构中，所有与特定处理机的
代码仅仅存在微内核中，因此，需要将这个
系统移植到新的处理机需要作的变化可以尽
可能地少。
可靠性(Reliability)：
高优先 级任务 高优先 级任务
低优先 级任务 低优先 级任务
（3）优先级倒置之二 当低优先级的任务向高优先级的任务发 送消息时，高优先级的任务不能运行，直到 低优先级的任务发送消息后才能运行。 没有必要分为两个任务，应该使高优先级 的任务直接调用子程序即可。
高优先 级任务 高优先 级任务 调用
嵌入式实时系统软件的基本特征
具有高速处理、配置专一、结构紧凑和坚固
可靠等特点的实时系统，相应的软件系统应 是一种别有特色、要求更高的实时软件。
实时软件的主要要求
1、实时性 2、有处理异步并发事件的能力 3、快速启动、出错处理和自动复位功能 4、嵌入式实时软件是应用程序和操作系统两 种软件的一体化程序。 5、嵌入式实时软件的开发需要独立的开发平 台
八十年代后期，国外提出了微内核 (microkernel) （如图
5.2.2）的思想， 即将传统操作系统中的许多共性的东西抽 象出来，构成操作系统的公共基础，即微内核，真正具体 的操作系统功能则由构造在微内核之外的服务器实现。这 是一种机制与策略分离的开放式设计思路。在理论上，这 种方法提供了高度的灵活性、模块性和可移植性。
宿主机
目标机
按确定性来分嵌入式实时系统
硬实时
系统对系统响应时间有严格的要求，如果系统响应时 间不能满足，就要引起系统崩溃或致命的错误。
移植性(Portability)：
在微内核结构中，所有与特定处理机的
代码仅仅存在微内核中，因此，需要将这个
系统移植到新的处理机需要作的变化可以尽
可能地少。
可靠性(Reliability)：
高优先 级任务 高优先 级任务
低优先 级任务 低优先 级任务
（3）优先级倒置之二 当低优先级的任务向高优先级的任务发 送消息时，高优先级的任务不能运行，直到 低优先级的任务发送消息后才能运行。 没有必要分为两个任务，应该使高优先级 的任务直接调用子程序即可。
高优先 级任务 高优先 级任务 调用
嵌入式实时系统软件的基本特征
具有高速处理、配置专一、结构紧凑和坚固
可靠等特点的实时系统，相应的软件系统应 是一种别有特色、要求更高的实时软件。
实时软件的主要要求
1、实时性 2、有处理异步并发事件的能力 3、快速启动、出错处理和自动复位功能 4、嵌入式实时软件是应用程序和操作系统两 种软件的一体化程序。 5、嵌入式实时软件的开发需要独立的开发平 台
八十年代后期，国外提出了微内核 (microkernel) （如图
5.2.2）的思想， 即将传统操作系统中的许多共性的东西抽 象出来，构成操作系统的公共基础，即微内核，真正具体 的操作系统功能则由构造在微内核之外的服务器实现。这 是一种机制与策略分离的开放式设计思路。在理论上，这 种方法提供了高度的灵活性、模块性和可移植性。
宿主机
目标机
按确定性来分嵌入式实时系统
硬实时
系统对系统响应时间有严格的要求，如果系统响应时 间不能满足，就要引起系统崩溃或致命的错误。
嵌入式操作系统原理
嵌入式操作系统原理一、嵌入式操作系统的概念嵌入式操作系统是一种运行在嵌入式系统上的操作系统，其主要功能是管理和控制硬件资源，提供给应用程序一个良好的运行环境。
嵌入式操作系统通常包含任务调度、内存管理、设备驱动、文件系统等功能模块，以提供各种系统服务。
与一般计算机操作系统相比，嵌入式操作系统有着更高的实时性和可靠性需求。
二、嵌入式操作系统的特点1.高度实时性：嵌入式设备通常需要对外部环境做出及时响应，因此嵌入式操作系统需要具备高度实时性，能够准确响应和处理各种事件。
2.可嵌入性：嵌入式操作系统需要能够方便地移植到不同的硬件平台上，因此具备可嵌入性非常重要。
3.低功耗：嵌入式设备通常具有较低的功耗要求，嵌入式操作系统需要通过各种优化手段来降低系统的功耗。
4.小尺寸：嵌入式设备通常具有较小的存储容量，嵌入式操作系统需要具备小尺寸的特点，以节约存储空间。
三、嵌入式操作系统的功能模块1.任务调度：嵌入式操作系统需要具备任务调度的功能，能够合理分配系统资源，保证系统的实时性和可靠性。
常见的任务调度算法有优先级调度、轮询调度和抢占式调度等。
2.内存管理：嵌入式操作系统需要具备内存管理的功能，能够有效地管理系统的内存资源，包括动态内存分配和回收、内存保护和内存映射等。
3.设备驱动：嵌入式操作系统需要具备设备驱动的功能，能够管理和控制各种外部设备，包括传感器、执行器、通信接口等。
4.文件系统：嵌入式操作系统通常会包含文件系统的功能，能够提供对外部存储设备的读写访问，方便应用程序管理数据和配置文件。
5.网络支持：嵌入式操作系统通常需要具备网络支持的功能，能够提供网络通信的能力，包括TCP/IP协议栈、网络接口驱动等。
四、嵌入式操作系统的工作原理1.初始化：系统启动时，嵌入式操作系统会对硬件进行初始化，并设置系统的各种参数和配置，准备好系统运行的环境。
2.任务调度：嵌入式操作系统会根据任务的优先级和调度算法，决定将哪个任务分配给CPU执行，并根据实时性要求进行任务切换和调度。
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计算机硬件的软件包装，提供了性能稳定、 计算机硬件的软件包装，提供了性能稳定、 安全、效率高，便于使用的虚拟机 安全、效率高， （Virtual Machine） ）
嵌入式操作系统
操作系统的功能
处理器的管理
中断的管理 多任务的调度
存储的管理 设备的管理 文件的管理 网络通信的管理 提供用户接口
嵌入式操作系统
软件技术的进步使嵌入式系统不断完善
早期采用汇编语言， 早期采用汇编语言，不采用操作系统 现在使用高级语言， 现在使用高级语言，采用操作系统
嵌入式系统向纵深化方向发展
应用充分普及：工业控制、数字化通讯、 应用充分普及：工业控制、数字化通讯、 数字化家电
汽车：50个以上的嵌入式微处理器 汽车： 个以上的嵌入式微处理器 飞机： 个以上嵌入式系统 飞机：70个以上嵌入式系统
嵌入式操作系统
应用软件、操作系统、 应用软件、操作系统、计算机硬件的关系
下层是上层的基础， 下层是上层的基础，上层是下层的的扩展
嵌入式操作系统
操作系统的作用
计算机硬件系统与应用程序之间的接口， 计算机硬件系统与应用程序之间的接口，提 供了操作计算机硬件的API函数 供了操作计算机硬件的 函数
文件读写
任务
嵌入式操作系统的任务
第一次使用机载数字计算机控制：1965年发射的 第一次使用机载数字计算机控制： 年发射的Gemini3号 号 年发射的 第一次通过容错来提高可靠性： 年阿波罗4号 土星5号 第一次通过容错来提高可靠性：1968年阿波罗 号、土星 号 年阿波罗
嵌入式系统走向成熟1971-1989 嵌入式系统走向成熟
嵌入式系统的基本概念
嵌入式系统的发展方向
高性能，可靠性，低功耗， 高性能，可靠性，低功耗，廉价
嵌入式系统的基本概念
嵌入式系统的发展历程
嵌入式系统出现于20世纪 年代 嵌入式系统出现于 世纪60年代，40多年来 世纪 年代， 多年来 随着计算机技术、电子信息技术的发展， 随着计算机技术、电子信息技术的发展，嵌入 式系统的各项技术蓬勃发展，市场迅猛扩大， 式系统的各项技术蓬勃发展，市场迅猛扩大， 已深入到生产和生活的各个角落 嵌入式系统发展的三个阶段
构造方法
以应用为中心，以计算机技术为基础，采用可剪裁的软硬件， 以应用为中心，以计算机技术为基础，采用可剪裁的软硬件， 适用于对功能、可靠性、成本， 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，用于实现对其他设备的控制、 用计算机系统，用于实现对其他设备的控制、监视或管理等 功能
嵌入式系统比桌面通用系统可用资源少得多
为降低系统的成本，降低功耗， 为降低系统的成本，降低功耗，系统资源配置采用够 用应行的原则
嵌入式系统开发要使用专用的工具和特殊的方法
开发：交叉编译器， 开发：交叉编译器，交叉链接器 调试：仿真器、 调试：仿真器、虚拟机 更新： 更新：在线升级
嵌入式系统与通用系统的区别（7） 嵌入式系统与通用系统的区别（ ）
形式1： 形式 ： void main() { 系统初始化; 系统初始化 while(1) { 函数1 函数 函数2 函数 函数3 函数 …… } } 形式2： 形式 ： void main() { 系统初始化; 系统初始化 while(1); } ISR1() {函数 函数1;} 函数 ISR2() {函数 函数2;} 函数 ISR3() {函数 函数3;} 函数 ……
嵌入式微处理器32位 嵌入式微处理器 位、64位 位 嵌入式系统开发工具十分丰富 形成了嵌入式系统开发产业
嵌入式系统与通用系统的区别（1） 嵌入式系统与通用系统的区别（ ）
嵌入式系统中运行的任务是专用而确定的
心脏监视嵌入式系统，只需要运行信号输入、处理、 心脏监视嵌入式系统，只需要运行信号输入、处理、 心电图显示的任务 如果要更改任务， 如果要更改任务，需要对整个系统进行重新设计
嵌入式系统的特点
集软硬件于一体的， 集软硬件于一体的，可独立工作的计算机系统 可编程的电子器件 使宿主设备具有智能性 专用性强 可裁减性好 实时性与可靠性好 功耗低
嵌入式系统的构成
微处理器 存储器-EEPROM、FLASH、SDRAM 存储器 、 、 外设器件 I/O端口 端口
嵌入式系统常用芯片
嵌入式微处理器的应用范围
桌面通用系统需要支持大量的、 桌面通用系统需要支持大量的、需求多样的应 用程序
对系统中运行的程序不作假设 程序升级、 程序升级、更新方便
嵌入式系统与通用系统的区别（2） 嵌入式系统与通用系统的区别（ ）
嵌入式系统往往对实时性提出很高的要求 实时系统： 实时系统：指系统能够在限定的响应时间 中，提供所需水平的服务 嵌入式实时系统可分为： 嵌入式实时系统可分为：
第一台机载专用数字计算机是美国海军为轰炸机“民团团员” 第一台机载专用数字计算机是美国海军为轰炸机“民团团员”号研 制的多功能数字分析器(Verdan) 制的多功能数字分析器 1962年美国乙烯厂实现了工业装置中的第一个直接数字控制系统 年美国乙烯厂实现了工业装置中的第一个直接数字控制系统
1965-1970年，第三代集成电路化计算机系统的应用 年
国产嵌入式实时操作系统
HOPEN DeltaOS SmartOS
嵌入式系统与通用系统的区别（4） 嵌入式系统与通用系统的区别（ ）
嵌入式系统运行需要高可靠性保障， 嵌入式系统运行需要高可靠性保障，比 桌面系统的故障容忍能力要弱很多 嵌入式系统需要忍受长时间、 嵌入式系统需要忍受长时间、无人值守 条件下的运行 嵌入式系统运行环境恶劣
嵌入式系统开发是一项综合的计算机应 用技术
系统结构：处理器中的控制寄存器 系统结构： 汇编语言：操纵外部设备、 汇编语言：操纵外部设备、端口 操作系统：设置运行任务、通讯、 操作系统：设置运行任务、通讯、互斥 编译原理：交叉编译、 编译原理：交叉编译、bootloader加载 加载
嵌入式系统的基本概念
强实时型： 强实时型：us-ms级 级 一般实时型： 一般实时型：ms-s级 级 弱实时型： 级以上 弱实时型：s级以上
嵌入式系统与通用系统的区别（3） 嵌入式系统与通用系统的区别（ ）
嵌入式系统中使用的一般是实时操作系统 嵌入式实时操作系统数量众多
VxWorks Windows CE pSOS uCOS
嵌入式系统的出现和兴起（ 嵌入式系统的出现和兴起（1960-1970） ） 嵌入式系统走向成熟、软件、硬件不断完善（ 嵌入式系统走向成熟、软件、硬件不断完善（1971-1989） ） 嵌入式系统向纵深化方向发展（ 现在） 嵌入式系统向纵深化方向发展（1990-现在） 现在
嵌入式系统的出现和兴起1960-1970 嵌入式系统的、 额外的 的要求 增加2%-4%的CPU负担 增加 的 负担 增加产品的成本
嵌入式操作系统概念
嵌入式操作系统中常用的概念
编程模式 任务 代码临界段 资源共享 互斥 死锁 任务间通信 时钟节拍 内核调度类型 调度算法 可重入函数
编程模式
传统的单片机采用循环+中断模式 前后台系统 传统的单片机采用循环 中断模式—前后台系统 中断模式 嵌入式系统采用多任务模式
嵌入式操作系统
嵌入式操作系统的分类
通用型分类
通用型嵌入式操作系统—用于多种不同的应用中， 通用型嵌入式操作系统 用于多种不同的应用中， 用于多种不同的应用中 用于多种不同的芯片构架中，例如Window 用于多种不同的芯片构架中，例如 CE,VxWorks,Linux,uCOS等 等 专用型嵌入式操作系统—用于特定应用或特定芯 专用型嵌入式操作系统 用于特定应用或特定芯 片构架，例如Symbian,Palm OS 片构架，例如
必须对事件进行正确的响应 按时间片响应事件， 按时间片响应事件，事件响应的时间没有要求
嵌入式操作系统
大多数嵌入式系统都是实时操作系统 实时操作系统的特点
使用优先级实现多任务的调度 任务的切换时间与任务数无关
系统负荷不大于70% 系统负荷不大于
中断延时时间是可预知的
中断延时时间： 中断延时时间：CPU响应中断到执行中断服务 响应中断到执行中断服务 程序之间的时间
第1章 嵌入式实时操作系统的基本概念 章
本章内容
嵌入式系统的基本概念 嵌入式操作系统的基本概念 实时操作系统的概念 uCOS-II简介 简介
嵌入式系统的基本概念
嵌入式系统出现的原因
设备智能化的要求 处理器应用领域扩展的要求
嵌入式系统的含义
嵌入到对象系统中，实现智能化控制的计算机系统 有别于 嵌入到对象系统中，实现智能化控制的计算机系统—有别于 通用的计算机系统 具有较强的处理能力，一般为32位单片机 位单片机—有别于单片机机 具有较强的处理能力，一般为 位单片机 有别于单片机机 系统 三要素：嵌入性、专用性、 三要素：嵌入性、专用性、计算机系统
第一代电子管计算机（ ），无法满足嵌入式计 第一代电子管计算机（1946-1957），无法满足嵌入式计 ）， 算所要求的体积小、重量轻、耗电小、可靠性高、 算所要求的体积小、重量轻、耗电小、可靠性高、实时性 强等要求 60年代，第二代晶体管计算机系统开始应用： 年代， 年代 第二代晶体管计算机系统开始应用：
嵌入式系统大发展是在微处理器问世以后
1971年11月，Intel公司推出了第一片微处理器 年 月 公司推出了第一片微处理器 Intel4004
人门再也不必为设计一台专用机而研制专用的电路、 人门再也不必为设计一台专用机而研制专用的电路、专用 的运算器，只需要以微处理器为基础进行设计 的运算器，
1976年，第一个单片机Intel8048出现 年 第一个单片机 出现 1982年第一个 年第一个DSP出现，比同期的 出现， 年第一个 出现 比同期的CPU运算速度 运算速度 快10-50倍 倍 80年代后期，第三代 年代后期， 年代后期 第三代DSP出现 出现