第1章 嵌入式系统概述

第1章 嵌入式系统设计基础
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如同在PC Desktop环境，Windows CE系列在 通信和网络的能力，以及多媒体方面极具优势。其提 供的协议软件非常完整，如基本的PPP、TCP/IP、 IrDA、ARP、ICMP、Wireless Tunable TCP/IP、 PPTP、SNMP、HTTP，等等几乎应有尽有，甚至还 提供了有保密与验证的加密通信，如PCT/SSL。而 在多媒体方面，目前在PC上执行的Windows Media 和DirectX都已经应用到Windows CE 3.0以上的平 台。这些包括Windows Media Technologies 4.1、 Windows Media Player 6.4 Control、DirectDraw API、DirectSound API和DirectShow API，其主要 功能就是对图形、影音进行编码译码，以及对多媒体 信号进行处理。
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操作系统提供的系统服务供应用 程序调用，包括： 文件系统、内存分配、I/O存取服 务、中断服务、任务（Task）服务、 时间（Timer）服务等，设备驱动程序 （Device Driver）则是要建立在I/O 存取和中断服务上的。 有些嵌入式操作系统也会提供多 种通信协议，以及用户接口函数库等。
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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分隔离，使得 系统的底层设备驱动程序与硬件无关； 功能：具有相关硬件的初始化、数据的输入/ 输出操作和硬件设备的配置等功能。BSP是主 板硬件环境和操作系统的中间接口，是软件平 台中具有硬件依赖性的那一部分，主要目的是 为了支持操作系统，使之能够更好地运行于硬 件主板上。
嵌入式操作系统
1 操作系统的概念和分类
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Linux
3 C/OS
4 Windows CE
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操作系统的概念和分类
操作系统（OS，Operating System）:是隐藏底层 不同硬件的差异，向在其上运行的应用程序提供一个 统一的调用接口。 操作系统主要完成三项任务：内存管理、多任务管理 和外围设备管理。
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3. 软件层
主要是操作系统，有的还包括文件系统、图 形用户接口和网络系统等。操作系统是一个标准 的内核，将中断、I/O、定时器等资源都封装起 来，以方便用户使用。
4. 功能层 由基于操作系统开发的应用程序组成，用 来完成对被控对象的控制功能。功能层是面 向被控对象和用户的，为了方便用户操作， 往往需要具有友好的人机界面。
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1.4

嵌入式系统开发过程
1.4.1 嵌入式系统的总体结构
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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。 有些嵌入式系统还包括： LCD、键盘、USB接口，以及其他一些功能 的扩展电路。

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1.4.2 嵌入式系统的开发特点
1．采用宿主机/目标机方式 2．为了保证稳定性和实时性，选用 RTOS开发平台 3．生成代码需要固态化存储 4．软件代码具有高质量、高可靠性

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1.4.3 嵌入式系统的开发流程
嵌入式系统的应用开发一般由5个阶段构成： 需求分析、 体系结构设计、 硬件/软件设计、 系统集成 代码固化。 各个阶段之间往往要求不断地反复和修改， 直到完成最终完成设计目标。
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1.4.4
调试嵌入式系统
系统的调试有如下几种：
1．源程序模拟器(Simulator) 2．实时在线仿真系统ICE(In-
百度文库
CircuitEmulator)方式 3．监控器方式 4．在线调试器方式 5．高级语言编译器(CompilerTools)
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应用 程序 系统 界面 操作 系统
驱动 程序
硬件
硬件 硬件
硬件
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嵌入式操作系统（Embedded Operating System）
负责嵌入式系统的全部软、硬件资源的分配、调度、 控制、协调；能够通过加载/卸载某些模块来达到系统 所要求的功能。 EOS是相对于一般操作系统而言的，它除具备了一般 操作系统最基本的功能，如任务调度、同步机制、中 断处理、文件处理等外，还有以下特点: 强稳定性，弱交互性：具有很强的稳定性； 较强的实时性： 可伸缩性：开放、可伸缩性的体系结构； 外设接口的统一性：提供各种设备驱动接口。
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通用型操作系统：执行性能与反应速度比起 实时操作系统，相对没有那么严格。
目前较知名的有： Windows CE、Palm OS、TimeSys Linux/GPL、Blue Cat Linux等 嵌入式操作系统的性能通常取决于核心程 序，而核心的工作主要在任务管理（Task Management）、任务调度（Task Scheduling）、进程间的通信（IPC）、内存 管理（Memory Management）。
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Windows CE
从多年前发表Windows CE开始，微软就开始涉足嵌入式 操作系统领域，如今历经WinCE 2.0、3.0，新一代的 WinCE呼应微软.NET的意愿，定名为“Windows CE.NET” （目前最新版本为5.0）。WinCE主要应用于PDA，以及智 能电话（smart phone）等多媒体网络产品。微软于2004年 推出了代号为“Macallan”的新版WinCE系列的操作系统。 Windows CE.NET的目的，是让不同语言所写的程序可 以在不同的硬件上执行，也就是所谓的.NET Compact Framework，在这个Framework下的应用程序与硬件互相 独立无关。而核心本身是一个支持多线程以及多CPU的操作 系统。在工作调度方面，为了提高系统的实时性，主要设置 了256级的工作优先级以及可嵌入式中断处理。
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基于优先级调度的抢占式实时内核，在内核之 上提供最基本的系统服务， 例如：信号量、邮箱、消息队列、内存管 理、中断管理等。 应用领域包括便携式电话、运动控制卡、自动 支付终端、交换机等。 C/OS-Ⅱ具有良好的可移植性。 C/OS-Ⅱ的大部分代码都是用C语言写成 的，只有与处理器的硬件相关的一部分代码用 汇编语言编写。 目前C/OS-Ⅱ支持ARM、PowerPC、MIPS、 68k/ColdFire和x86等多种体系结构。
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C/OS-Ⅱ
C/OS-Ⅱ是Jean J. Labrosse在1990年前后编写 的一个实时操作系统内核。名称C/OS-II来源于术 语Micro-Controller Operating System（微控制器 操作系统）。它通常也称为MUCOS或者UCOS。 C/OS-Ⅱ只是一个实时操作系统内核，其特点： 提供任务调度、任务管理、时间管理、内存管 理和任务间通信和同步等基本功能； 没有提供输入输出管理、文件管理、网络等额外 的服务。 源码开放及可扩展。
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实时操作系统（Real-Time Operating System，RTOS），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、LinuxOS，RTLinux、BlueCat RT 等。
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Linux
嵌入式Linux具有适合于嵌入式系统的特点: 内核精简，高性能、稳定； 良好的多任务支持； 适用于不同的CPU体系架构：支持多种体系架 构，如X86、ARM、MIPS、ALPHA、SPARC等； 可伸缩的结构：可伸缩的结构使Linux适合于 从简单到复杂的各种嵌入式应用； 外设接口统一：以设备驱动程序的方式为应用 提供统一的外设接口； 开放源码，软件资源丰富：广泛的软件开发者 的支持，价格低廉，结构灵活，适用面广； 完整的技术文档，便于用户的二次开发。