第04章 嵌入式实时内核基础要点

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。

嵌入式系统相关知识点总结嵌入式系统（Embedded Systems）是一种专门设计和用途的计算机系统，用于控制设备和机器的各个方面，通常被嵌入到所控制的设备中。

嵌入式系统是一个开放的领域，涵盖了面向硬件和软件的多个方面。

在本文中，我将总结一些与嵌入式系统相关的重要知识点。

一、嵌入式系统的基础知识：1.什么是嵌入式系统：嵌入式系统是一种专门设计和用途的计算机系统，被嵌入到所控制的设备中。

2.嵌入式系统的特点：实时性、可靠性、功耗低、体积小、成本低、资源有限等。

3.嵌入式系统的分类：实时嵌入式系统、网络嵌入式系统、移动嵌入式系统、无线嵌入式系统等。

4.嵌入式系统的组成：硬件平台（处理器、内存、输入输出接口等）和软件平台（操作系统、驱动程序等）。

二、嵌入式系统的硬件知识：1. 存储器：RAM（随机访问存储器）、ROM（只读存储器）、Flash memory（闪存）等。

2.处理器：常见的处理器包括ARM、MIPS、x86等，需要根据应用需求选择适合的处理器。

3.输入输出接口：串口、并口、USB、以太网等用于与外设通信。

4.性能优化：资源有限的嵌入式系统需要优化性能和资源利用，例如使用中断处理、多任务处理等技术。

三、嵌入式系统的软件知识：1. 操作系统（OS）：嵌入式系统通常使用实时操作系统（RTOS），如FreeRTOS、Linux、VxWorks等，用于管理任务、内存、进程和资源。

2.设备驱动程序：用于控制和管理硬件设备，例如串口驱动、触摸屏驱动等。

3.编程语言：C/C++是嵌入式系统开发中常用的编程语言，还有汇编语言适用于对性能要求较高的关键模块。

4.软件开发工具：编译器、调试器、仿真器等用于嵌入式软件的开发和调试。

四、嵌入式系统的开发流程：1.系统需求分析：明确系统的功能、性能、成本等需求，并进行需求分析和规划。

2.硬件设计与开发：选择合适的硬件平台，设计硬件电路，并进行原型制作和测试。

3.软件设计与开发：进行软件系统的设计和开发，包括操作系统选择、驱动程序编写、应用程序开发等。

嵌入式C语言内存操作编程重点知识点在嵌入式系统的编程中,经常要求在特定的内存单元读写内容,汇编有对应的MOV指令,而除C/C++以外的其它编程语言根本没有直接访问肯定地址的力量.在嵌入式系统的实际调试中,多借助C 语言指针所具有的对肯定地址单元内容的读写力量.以指针直接操作内存多发生在如下几种状况:(1) 某I/O 芯片被定位在CPU 的存储空间而非I/O 空间,而且存放器对应于某特定地址;(2) 两个CPU 之间以双端口RAM 通信,CPU 需要在双端口RAM 的特定单元(称为mail box)书写内容以在对方CPU 产生中断;(3) 读取在ROM 或FLASH 的特定单元所烧录的汉字和英文字模.记住:CPU 以字节为单位编址,而C 语言指针以指向的数据类型长度作自增和自减.理解这一点对于以指针直接操作内存是相当重要的”.函数指针首先要理解以下三个问题:(1)C 语言中函数名直接对应于函数生成的指令代码在内存中的地址,因此函数名可以直接赋给指向函数的指针;(2)调用函数实际上等同于“调转指令+参数传递处理+回归位置入栈“,本质上最核心的操作是将函数生成的目标代码的首地址赋给CPU 的PC 存放器;(3)由于函数调用的本质是跳转到某一个地址单元的code 去执行,所以可以“调用“一个根本就不存在的函数实体数组vs.动态申请在嵌入式系统中动态内存申请存在比一般系统编程时更严格的要求,这是由于嵌入式系统的内存空间往往是非常有限的,不经意的内存泄露会很快导致系统的崩溃.所以肯定要保证你的malloc 和free 成对消失给出原则:(1)尽可能的选用数组,数组不能越界访问(真理越过一步就是谬误,数组越过界限就荣耀地成全了一个混乱的嵌入式系统);(2)假如使用动态申请,则申请后肯定要推断是否申请胜利了,并且malloc 和free应成对消失!关键字constconst 意味着“只读“.区分如下代码的功能特别重要,也是老生长叹,假如你还不知道它们的区分,而且已经在程序界摸爬滚打多年,那只能说这是一个悲伤:const int a;int const a;const int *a;int * const a;int const * a const;(1)关键字const 的作用是为给读你代码的人传达特别有用的信息.例如,在函数的形参前添加const 关键字意味着这个参数在函数体内不会被修改,属于“输入参数“.在有多个形参的时候,函数的调用者可以凭借参数前是否有const 关键字,清楚的区分哪些是输入参数,哪些是可能的输出参数.(2)合理地使用关键字const 可以使编译器很自然地爱护那些不盼望被转变的参数,防止其被无意的代码修改,这样可以削减bug 的消失.关键字volatileC 语言编译器会对用户书写的代码进展优化,譬如如下代码:int a,b,c;a = inWord(0x100); /*读取I/O 空间0x100 端口的内容存入a 变量*/b = a;a = inWord (0x100); /*再次读取I/O 空间0x100 端口的内容存入a 变量*/c = a;很可能被编译器优化为:int a,b,c;a = inWord(0x100); /*读取I/O 空间0x100 端口的内容存入a 变量*/b = a;c = a;但是这样的优化结果可能导致错误,假如I/O 空间0x100 端口的内容在执行第一次读操作后被其它程序写入新值,则其实第2 次读操作读出的内容与第一次不同,b 和c的值应当不同.在变量a 的定义前加上volatile 关键字可以防止编译器的类似优化,正确的做法是:volatile int a;volatile 变量可能用于如下几种状况:(1) 并行设备的硬件存放器(如:状态存放器,例中的代码属于此类);(2) 一个中断效劳子程序中会访问到的非自动变量(也就是全局变量);(3) 多线程应用中被几个任务共享的变量.。

嵌入式系统开发的基础知识与技术要点嵌入式系统是一种特殊的计算机系统，它被嵌入到各种智能设备中，例如手机、家电、汽车等。

与传统的个人电脑相比，嵌入式系统通常具有更小的体积、更低的功耗和更高的可靠性要求。

为了满足这些特殊要求，嵌入式系统开发需要掌握一些基础知识与技术要点。

本文将介绍嵌入式系统开发的基础知识与技术要点，包括硬件设计、嵌入式操作系统、驱动程序开发、实时性要求和安全性要求。

硬件设计是嵌入式系统开发的基础。

在硬件设计中，需要选择适合的处理器、内存、存储器和各种外设，以满足系统的性能和功耗要求。

同时，还需要进行电路设计和布线，确保信号的稳定传输和电源的稳定供应。

在硬件设计过程中，还需要考虑EMC（电磁兼容）和ESD（静电放电）等电磁兼容性问题，以确保系统的稳定工作。

嵌入式操作系统是嵌入式系统开发的核心。

嵌入式系统通常需要在有限的资源条件下运行，因此需要使用轻量级的操作系统，如嵌入式Linux、RTOS（实时操作系统）等。

在选择操作系统时，需要考虑系统的实时性要求、资源占用情况和开发工具的支持情况。

同时，还需要了解操作系统的特性和调度算法，以确保系统的实时性和稳定性。

驱动程序开发是嵌入式系统开发中不可或缺的部分。

驱动程序负责控制硬件设备和外设，使其与操作系统和应用程序进行交互。

在驱动程序开发中，需要了解硬件的规格和接口，使用适当的编程语言和开发工具进行开发。

同时，还需要了解硬件设备的寄存器和通信协议，以确保驱动程序的正确性和稳定性。

实时性要求是嵌入式系统开发的重要考虑因素。

嵌入式系统通常需要在严格的时间要求下进行任务调度和响应。

为了满足实时性要求，需要使用实时操作系统或实时调度算法，并根据任务的优先级和紧急程度进行任务调度。

同时，还需要进行性能测试和优化，以确保系统能够及时响应外部事件和用户操作。

安全性要求是嵌入式系统开发中的另一个重要考虑因素。

嵌入式系统通常处理敏感的数据和信息，因此需要具备一定的安全性保护措施。

第一章嵌入式系统导论1、RTOS指的是什么？嵌入式系统的定义是什么？P2RTOS指的是嵌入式实时操作系统（Real Time Operating System）。

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、功耗严格要求的专用计算机系统。

2、按嵌入式软件结构分类，嵌入式系统可分为哪几类？P9循环轮询系统、前后台系统、单处理器多任务系统、多处理器多任务系统第三章嵌入式软件系统1、什么是“零拷贝”（零复制）技术？P71-72所谓“零拷贝”技术，是指TCP/IP协议栈没有用于各层间数据传递的缓冲区，协议栈各层间传递的都是数据指针，只有当数据最终要被驱动程序发送出去或是被应用程序取走时，才进行真正的数据搬移。

2、（并发，多任务多操作系统）目前操作系统的体系结构有哪些？单块结构、层次结构、客户/服务器（微内核）结构。

第四章嵌入式实时内核基础1、中断响应时间、中断延迟时间的概念是什么？什么是响应性？P126、P124、P94中断响应时间是指从中断发生到开始执行用户中断服务程序的第一条指令之间的时间。

中断延迟时间是指从中断发生到系统获知中断，并且开始执行中断服务程序所需要的最大滞后时间。

响应性是指识别外部事件，并服务该事件。

中断延迟时间=最大关中断时间+中断嵌套时间+硬件开始处理中断到开始执行ISR第一条指令之间的时间最大关中断时间=MAX[MAX(内核关中断时间)，MAX（应用关中断时间）]中断响应时间=中断延迟+保存CPU内部寄存器的时间中断响应时间（抢占式调度）=中断延迟+保存CPU内部寄存器的时间+内核中断服务程序入口函数的执行时间2、可抢占内核与抢占式调度的概念分别是什么？P97可抢占内核：即使正在执行的是内核服务函数，也能响应中断，并且中断服务程序退出时能进行任务重新调度。

如果有优先级更高的任务就绪，就立即让高优先级任务运行，不要求回到被中断的任务，将未完成的系统调用执行完。

嵌⼊式实时操作系统复习纲要嵌⼊式实时操作系统复习纲要第⼀章●嵌⼊式系统：嵌⼊到对象体系中，为实现对象体系智能化控制的计算机系统，叫做嵌⼊式计算机系统，简称嵌⼊式系统。

●嵌⼊式操作系统：嵌⼊到特定设备的专⽤的可裁剪的计算机系统●嵌⼊式操作系统分为实时操作系统和分时操作系统。

●嵌⼊式系统的三个要素：嵌⼊性、专⽤性和计算机系统●嵌⼊式系统的特点：专⽤性强、可裁剪性好、实时性与可靠性好、功耗低●内核类型：可剥夺型和不可剥夺型●⼏种常见的嵌⼊式操作系统：VxWorks、pSOS、Windows CE、QNX OS；⼿持设备的有：Plam、WinCE、EPOC；互联⽹⽅⾯的有：uCLinux、uC/OS-II.（记住其中五种）第⼆章●任务：任务是⼀种程序实体，实质上时⼀个线程。

●uC/OS-II的任务组成：任务程序代码（任务的执⾏部分）、任务推栈（保存任务⼯作环境）、任务控制块（保存任务属性）●uC/OS-II的任务有两种：⽤户任务和系统任务；其中系统任务有分为：空闲任务和统计任务，空闲任务是⽤户应⽤程序必须使⽤的，统计任务是应⽤程序可以根据实际需要来选择使⽤的。

●任务的5种状态：睡眠状态、就绪状态、运⾏状态、等待状态、中断服务状态。

要重点看⼀下P17页的图2-2。

在这些状态中睡眠状态只能直接进⼊就绪状态，就绪状态和中断服务状态可以直接进⼊运⾏状态，就绪状态可以直接进⼊睡眠状态和运⾏状态，中断服务状态只能直接进⼊运⾏状态，等待状态可以直接进⼊除了中断服务状态外的其他三种状态。

运⾏状态可以进⼊其他四种状态。

等待状态有：延时等待、请求等待和任务挂起等。

●临界段：为了有效地对中断进⾏控制，在任务的代码⾥可使⽤uC/OS-II定义的宏OS_ENTER_CRITICAL()和OS_EXIT_CRITICAL()来控制任务何时响应中断，何时屏蔽中断。

在运⾏这两个宏之间的代码时是不会响应中断的，这种受保护的代码段叫做临界段。

嵌入式系统基础知识总结嵌入式系统基础知识总结嵌入式系统是用来控制或者监视机器、装置、工厂等大规模设备的系统。

以下是关于嵌入式系统基础知识总结，欢迎大家认真阅读!1、嵌入式系统的定义(1)定义：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。

(2)嵌入式系统发展的4个阶段：无操作系统阶段、简单操作系统阶段、实时操作系统阶段、面向Internet阶段。

(3)知识产权核(IP核)：具有知识产权的、功能具体、接口规范、可在多个集成电路设计中重复使用的功能模块，是实现系统芯片(SOC)的基本构件。

(4)IP核模块有行为、结构和物理3级不同程度的设计，对应描述功能行为的不同可以分为三类：软核、固核、硬核。

2、嵌入式系统的组成包含:硬件层、中间层、系统软件层和应用软件层(1)硬件层：嵌入式微处理器、存储器、通用设备接口和I/O接口。

嵌入式核心模块=微处理器+电源电路+时钟电路+存储器Cache：位于主存和嵌入式微处理器内核之间，存放的是最近一段时间微处理器使用最多的程序代码和数据。

它的主要目标是减小存储器给微处理器内核造成的存储器访问瓶颈，使处理速度更快。

(2)中间层(也称为硬件抽象层HAL或者板级支持包BSP).它将系统上层软件和底层硬件分离开来，使系统上层软件开发人员无需关系底层硬件的具体情况，根据BSP层提供的接口开发即可。

BSP有两个特点：硬件相关性和操作系统相关性。

设计一个完整的BSP需要完成两部分工作：A、嵌入式系统的硬件初始化和BSP功能。

片级初始化：纯硬件的初始化过程，把嵌入式微处理器从上电的默认状态逐步设置成系统所要求的工作状态。

板级初始化：包含软硬件两部分在内的初始化过程，为随后的系统初始化和应用程序建立硬件和软件的运行环境。

系统级初始化：以软件为主的初始化过程，进行操作系统的初始化。

B、设计硬件相关的设备驱动。

(3)系统软件层：由RTOS、文件系统、GUI、网络系统及通用组件模块组成。