1.嵌入式系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)概述2.嵌入式處理器3.嵌入式操作系統(tǒng)1.1嵌入式系統(tǒng)·概述

經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)在很大程度上改變了人們的生活、工作和娛樂(lè)方式，而且這些改變還在加速。嵌入式系統(tǒng)具有無(wú)數(shù)的種類，每種都具有自己獨(dú)特的個(gè)性。例如，MP3、數(shù)碼相機(jī)與打印機(jī)就有很大的不同。汽車中更是具有多個(gè)嵌入式系統(tǒng)，使汽車更輕快、更干凈、更容易駕駛。

即使不可見，嵌入式系統(tǒng)也無(wú)處不在。嵌入式系統(tǒng)在很多產(chǎn)業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用并逐步改變著這些產(chǎn)業(yè)，包括工業(yè)自動(dòng)化、國(guó)防、運(yùn)輸和航天領(lǐng)域。例如神舟飛船和長(zhǎng)征火箭中有很多嵌入式系統(tǒng)，導(dǎo)彈的制導(dǎo)系統(tǒng)也是嵌入式系統(tǒng)，高檔汽車也有多達(dá)幾十個(gè)嵌入式系統(tǒng)。在日常生活中，人們使用各種嵌入式系統(tǒng)，但未必知道它們。事實(shí)上，幾乎所有帶有一點(diǎn)“智能”的家電（全自動(dòng)洗衣機(jī)、電腦電飯煲）都有嵌入式系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)廣泛的適應(yīng)能力和多樣性，使得視聽、工作場(chǎng)所甚至健身設(shè)備中到處都有嵌入式系統(tǒng)·現(xiàn)實(shí)中的嵌入式系統(tǒng)·現(xiàn)實(shí)中的嵌入式系統(tǒng)·嵌入式系統(tǒng)的概念目前，對(duì)嵌入式系統(tǒng)的定義多種多樣，但沒(méi)有一種定義是全面的。下面給出兩種比較合理的定義：

從技術(shù)的角度定義：以應(yīng)用為中心、以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)、軟件硬件可剪裁、適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。

從系統(tǒng)的角度定義：嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)完成復(fù)雜功能的硬件和軟件，并使其緊密耦合在一起的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。術(shù)語(yǔ)嵌入式反映了這些系統(tǒng)通常是更大系統(tǒng)中的一個(gè)完整的部分，稱為嵌入的系統(tǒng)。嵌入的系統(tǒng)中可以共存多個(gè)嵌入式系統(tǒng)?！で度胧较到y(tǒng)示例——NEST溫控器·嵌入式系統(tǒng)示例——

咕咚智能手環(huán)·嵌入式系統(tǒng)示例——

咕咚智能手環(huán)1.嵌入式系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)概述2.嵌入式處理器3.嵌入式操作系統(tǒng)1.2嵌入式處理器·分類嵌入式處理器可以分為以下幾類：1.嵌入式微處理器；2.嵌入式微控制器；3.嵌入式DSP處理器；·嵌入式微處理器

嵌入式微處理器的基礎(chǔ)是通用計(jì)算機(jī)中的CPU。在應(yīng)用中，將微處理器裝配在專門設(shè)計(jì)的電路板上，只保留與嵌入式應(yīng)用相關(guān)的母版功能，這樣可以大幅減小系統(tǒng)的體積和功耗。雖然嵌入式微處理器在功能上與標(biāo)準(zhǔn)微處理器基本上是一樣的，但為了滿足嵌入式應(yīng)用的特殊要求，在其工作溫度、抗電磁干擾、可靠性等方面一般都做了各種增強(qiáng)。與工業(yè)控制計(jì)算機(jī)相比，嵌入式微處理器具有體積小、重量輕、成本低及可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，但是在電路板上必須包括ROM、RAM、總線接口，各種外設(shè)等器件，外設(shè)安裝在一塊電路板上，稱為單板計(jì)算機(jī)，如STD-bus、PC104等?！で度胧轿⒖刂破?/p>

嵌入式微控制器又稱單片機(jī)，將整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)集成到一塊芯片中。嵌入式微控制器一般以某種微處理器內(nèi)核為核心，芯片內(nèi)部集成ROM/EPROM、RAM、總線、總線邏輯、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、WatchDog、I/O、串行口、脈寬調(diào)制輸出、A/D、D/A等各種必要功能和外設(shè)。為適應(yīng)不同的應(yīng)用需求，一般一個(gè)系列的單片機(jī)具有多種衍生產(chǎn)品，每種衍生產(chǎn)品的處理器內(nèi)核都是一樣的，不同的是存儲(chǔ)器和外設(shè)的配置和封裝。這樣可以使單片機(jī)最大限度的和應(yīng)用需求相匹配，功能不多不少，從而減少功耗和成本。

與嵌入式微處理器相比，微控制器的最大特點(diǎn)是單片化，體積大大減小，從而使功耗和成本下降，可靠性提高。微控制器是目前嵌入式系統(tǒng)工業(yè)的主流。微控制器的片上外設(shè)資源一般比較豐富，適合于控制，因此稱為微控制器。

微控制器目前的品種和數(shù)量最多，比較有代表性的通用系列包括8051、P51XA、MCS-251、MCS–96/196/296、C166/167、MC68HC05/11/12/16、68300和數(shù)目眾多的ARM芯片等。目前MCU約占嵌入式系統(tǒng)70%的市場(chǎng)份額。·嵌入式DSP處理器DSP處理器對(duì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和指令進(jìn)行了特殊設(shè)計(jì)，使其適合于執(zhí)行DSP算法，編譯效率較高，指令執(zhí)行速度也較高。在數(shù)字濾波、FFT、譜分析等方面DSP算法正在大量進(jìn)入嵌入式領(lǐng)域，DSP應(yīng)用正從在通用單片機(jī)中以普通指令實(shí)現(xiàn)DSP功能，過(guò)渡到采用嵌入式DSP處理器。

嵌入式DSP處理器比較有代表性的產(chǎn)品是TexasInstrument的TMS320系列和Motorala的DSP56000系列。TMS320系列處理器包括用于控制的C2000系列，移動(dòng)通信的C5000系列，以及性能更高的C6000和C8000系列。DSP56000目前已經(jīng)發(fā)展成為DSP56000，DSP56100，DSP56200和DSP56300等幾個(gè)不同系列的處理器。另外PHILIPS公司近年也推出了基于可重置嵌入式DSP結(jié)構(gòu)的采用低成本、低功耗技術(shù)制造的R.E.A.LDSP處理器，特點(diǎn)是具有雙哈佛結(jié)構(gòu)和雙乘/累加單元，應(yīng)用目標(biāo)是大批量的消費(fèi)類產(chǎn)品。1.嵌入式系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)概述2.嵌入式處理器3.嵌入式操作系統(tǒng)1.3嵌入式操作系統(tǒng)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)由硬件和軟件組成，在發(fā)展初期沒(méi)有操作系統(tǒng)這個(gè)概念，用戶使用監(jiān)控程序來(lái)使用計(jì)算機(jī)。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的硬件、軟件資源也越來(lái)越豐富，監(jiān)控程序已不能適應(yīng)計(jì)算機(jī)應(yīng)用的要求。于是在六十年代中期監(jiān)控程序又進(jìn)一步發(fā)展形成了操作系統(tǒng)（OperatingSystem）?！じ攀?.3嵌入式操作系統(tǒng)基本概念—前后臺(tái)系統(tǒng)

對(duì)于芯片的開發(fā)來(lái)說(shuō)，應(yīng)用程序一般是一個(gè)無(wú)限的循環(huán)，可稱為前后臺(tái)系統(tǒng)或超循環(huán)系統(tǒng)。

很多基于微處理器的產(chǎn)品采用前后臺(tái)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，例如微波爐、電話機(jī)、玩具等。在另外一些基于微處理器應(yīng)用中。從省電的角度出發(fā)，平時(shí)微處理器在停機(jī)狀態(tài)，所有事都靠中斷服務(wù)來(lái)完成。1.3嵌入式操作系統(tǒng)基本概念—前后臺(tái)系統(tǒng)循環(huán)中調(diào)用相應(yīng)的函數(shù)完成相應(yīng)的操作，這部分可以看成后臺(tái)行為，后臺(tái)也可以叫做任務(wù)級(jí)。這種系統(tǒng)在處理的及時(shí)性上比實(shí)際可以做到的要差中斷服務(wù)程序處理異步事件，這部分可以看成前臺(tái)行為，前臺(tái)也叫中斷級(jí)。時(shí)間相關(guān)性很強(qiáng)的關(guān)鍵操作一定是靠中斷服務(wù)程序來(lái)保證的。1.3嵌入式操作系統(tǒng)基本概念—操作系統(tǒng)

操作系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)中最基本的程序。操作系統(tǒng)負(fù)責(zé)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中全部軟硬資源的分配與回收、控制與協(xié)調(diào)等并發(fā)的活動(dòng)；操作系統(tǒng)提供用戶接口，使用戶獲得良好的工作環(huán)境；操作系統(tǒng)為用戶擴(kuò)展新的系統(tǒng)功能提供軟件平臺(tái)。1.3嵌入式操作系統(tǒng)常見的嵌入式操作系統(tǒng)——嵌入式LinuxuClinux是一個(gè)完全符合GUN/GPL公約的操作系統(tǒng)，完全開放代碼。uClinux從Linux2.0/2.4內(nèi)核派生而來(lái)，沿襲了主流Linux的絕大部分特性。它是專門針對(duì)沒(méi)有MMU的CPU，并且為嵌入式系統(tǒng)做了許多小型化的工作。適用于沒(méi)有虛擬內(nèi)存或MMU的處理器，例如ARM7TDMI。通常用于具有很少內(nèi)存或Flash的嵌入式系統(tǒng)。保留了Linux的大多數(shù)優(yōu)點(diǎn)：穩(wěn)定、良好的移植性、優(yōu)秀的網(wǎng)絡(luò)功能、完備的對(duì)各種文件系統(tǒng)的支持以及標(biāo)準(zhǔn)豐富的API等1.3嵌入式操作系統(tǒng)常見的嵌入式操作系統(tǒng)——WinCEWindowsCE是微軟開發(fā)的一個(gè)開發(fā)的、可升級(jí)的32為嵌入式操作系統(tǒng)，是基于掌上型電腦類的電子設(shè)備操作，它是精簡(jiǎn)的Windows95。WindowsCE的圖形界面相當(dāng)出色。具有模塊化、結(jié)構(gòu)化、基于Win32應(yīng)用程序接口以及與處理器無(wú)關(guān)等特點(diǎn)。WinCE不僅繼承了傳統(tǒng)的Windows圖形界面，并且在WinCE平臺(tái)上可以使用Windows95/98上的編程工具（如VisualBasic、VisualC++等），絕大多數(shù)的應(yīng)用軟件只需要簡(jiǎn)單地修改和移植就可以在WinCE平臺(tái)上繼續(xù)使用。1.3嵌入式操作系統(tǒng)常見的嵌入式操作系統(tǒng)——VxWorksVxWorks操作系統(tǒng)是美國(guó)WINDRIVER公司于1983年設(shè)計(jì)開發(fā)的移植嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)（RTOS）,是嵌入式開發(fā)環(huán)境的關(guān)鍵組成部分。良好的持續(xù)發(fā)展能力、高性能的內(nèi)核以及友好的用戶開發(fā)環(huán)境，在嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)領(lǐng)域占據(jù)一席之地。它以其良好的可靠性和卓越的實(shí)時(shí)性被廣泛的應(yīng)用于在通信、軍事、航空、航天等高精尖技術(shù)及實(shí)時(shí)性要求極高的領(lǐng)域中，如衛(wèi)星通訊、軍事演習(xí)、彈道制導(dǎo)、飛機(jī)導(dǎo)航等，甚至在1997年4月登陸火星表面的火星探測(cè)器上也使用到了VxWorks1.3嵌入式操作系統(tǒng)常見的嵌入式操作系統(tǒng)——uC/OS-ⅡuC/OS-Ⅱ是一個(gè)碼源公開、可移植、可固化、可裁剪、占先式的實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)。其絕大部分源碼是用ANSIC寫的，使其可以方便的移植并支持大多數(shù)類型的處理器。uC/OS-Ⅱ通過(guò)了聯(lián)邦航空局（FAA）商用航行器認(rèn)證。自1992年問(wèn)世以來(lái)，uC/OS-Ⅱ已經(jīng)被應(yīng)用到數(shù)以百計(jì)的產(chǎn)品中。uC/OS-Ⅱ占用很少的系統(tǒng)資源，并且在高校教學(xué)使用是不需要申請(qǐng)?jiān)S可證。1.3嵌入式操作系統(tǒng)常見的嵌入式操作系統(tǒng)——CoOS

CoOS是一款針對(duì)ARMCortex-M系列芯片而設(shè)計(jì)的實(shí)時(shí)系統(tǒng)內(nèi)核。它起源于武漢理工大學(xué)UPTeam的研究項(xiàng)目，該內(nèi)核具有以下特點(diǎn)：免費(fèi)并開源ARMCortexM系列定制操作系統(tǒng)高度可裁剪性，最小系統(tǒng)內(nèi)核僅974Byte支持優(yōu)先級(jí)搶占和時(shí)間片輪轉(zhuǎn)自適應(yīng)任務(wù)調(diào)度算法中斷延時(shí)時(shí)間趨近于零信號(hào)量、郵箱、隊(duì)列、事件標(biāo)志、互斥等同步通信方式支持多種編譯器：ICCARM、ARMCC、GCC1.3嵌入式操作系統(tǒng)常見的嵌入式操作系統(tǒng)——RT-Thread

實(shí)時(shí)線操作系統(tǒng)（RT-Thread）是一款來(lái)自國(guó)內(nèi)的開源實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，并且商業(yè)許可證非常寬松，由國(guó)內(nèi)RT-Thread開發(fā)團(tuán)隊(duì)進(jìn)行開發(fā)與維護(hù)。它不僅是一款高效、穩(wěn)定的實(shí)行操作系統(tǒng)內(nèi)核，也是一套面向嵌入式系統(tǒng)的軟件平臺(tái)。RT-Thread起初只有一個(gè)實(shí)時(shí)的內(nèi)核，但在發(fā)展過(guò)程中，得到了來(lái)自全國(guó)嵌入式開發(fā)工程師的鼎力支持，為RT-Thread添磚加瓦，現(xiàn)在它已慢慢變成一個(gè)完善的、全功能的操作系統(tǒng)。目前，RT-Thread已經(jīng)被國(guó)內(nèi)十多所企業(yè)所采用，被證明是一款能夠穩(wěn)定持續(xù)運(yùn)行的操作系統(tǒng)。RT-Thread不僅是一個(gè)單一的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)內(nèi)核，它也是一個(gè)完整的應(yīng)用系統(tǒng)，包含了嵌入式系統(tǒng)相關(guān)的各個(gè)組件：TCP/IP協(xié)議棧，文件系統(tǒng)，圖形用戶界面RTGUI等。1.3嵌入式操作系統(tǒng)常見的嵌入式操作系統(tǒng)——FreeRTOS

FreeRTOS是一個(gè)迷你操作系統(tǒng)內(nèi)核的小型嵌入式系統(tǒng)。作為一個(gè)輕量級(jí)的操作系統(tǒng)，功能包括：任務(wù)管理、時(shí)間管理、信號(hào)量、消息隊(duì)列、內(nèi)存管理、記錄功能等，可基本滿足較小系統(tǒng)的需要。

相對(duì)μC/OS-II等商業(yè)操作系統(tǒng)，F(xiàn)reeRTOS操作系統(tǒng)是完全免費(fèi)的操作系統(tǒng)，具有源碼公開、可移植、可裁減、調(diào)度策略靈活的特點(diǎn)，可以方便地移植到各種單片機(jī)上運(yùn)行，其最新版本為8.0.0版。1.3嵌入式操作系統(tǒng)常見的嵌入式操作系統(tǒng)——RL-RTX

RL-RTX操作系統(tǒng)是一個(gè)實(shí)時(shí)內(nèi)核，它由德國(guó)Keil公司(先已被ARM公司收購(gòu))開發(fā)，配套于RealViewMDK（RealView

Microcontroller

Development

Kit）開發(fā)工具使用，用戶可以直接在工程中使用，可用于ARM7、ARM9和Cortex-M系列的微控制器。它支持時(shí)間片輪轉(zhuǎn)和優(yōu)先級(jí)輪轉(zhuǎn)，提供了信號(hào)量、互斥量、定時(shí)器、事件標(biāo)志和郵箱等系統(tǒng)服務(wù)。由于RL-RTX直接集成在RealViewMDK開發(fā)工具中，不需要進(jìn)行操作系統(tǒng)移植，用戶可以把大量的精力放在應(yīng)用程序的開發(fā)上，同時(shí)該內(nèi)核簡(jiǎn)單易學(xué)，功能完善，源碼公開，是初學(xué)者學(xué)習(xí)嵌入式操作系統(tǒng)編程方法的一個(gè)入門內(nèi)核。嵌入式系統(tǒng)的市場(chǎng)份額嵌入式概論補(bǔ)充嵌入式系統(tǒng)的定義嵌入式系統(tǒng)的定義：以應(yīng)用為中心，以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，且軟硬件可裁減，適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)功能、可靠性、成本、體積、功耗的嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)的定義廣義的嵌入式系統(tǒng)凡是帶有微處理器的專用系統(tǒng)都可以稱為嵌入式系統(tǒng)。如單片機(jī)系統(tǒng)和帶OS的ARM系統(tǒng)。各類單片機(jī)系統(tǒng)，在完成較為單一的專業(yè)功能時(shí)具有簡(jiǎn)潔高效的特點(diǎn)。但是由于他們沒(méi)有操作系統(tǒng)，所以管理硬件和軟件的能力有限，在實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的多任務(wù)功能時(shí)往往困難重重，甚至無(wú)法實(shí)現(xiàn)。嵌入式系統(tǒng)的定義狹義的嵌入式系統(tǒng)是指那些使用嵌入式微處理器構(gòu)成的獨(dú)立系統(tǒng)，具有操作系統(tǒng),完成特定功能，用于特定場(chǎng)合嵌入式系統(tǒng)的組成總體上嵌入式系統(tǒng)可以劃分成硬件和軟件兩部分硬件一般由高性能的微處理器和外圍的接口電路組成軟件一般由實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)和其上運(yùn)行的應(yīng)用軟件構(gòu)成嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn)與PC機(jī)在硬件開發(fā)平臺(tái)上對(duì)比設(shè)備名稱嵌入式系統(tǒng)PCCPU嵌入式處理器（ARM，MIPS,Score+）CPU（Intel、AMD等）內(nèi)存SDRAM芯片SDRAM或DDR內(nèi)存條存儲(chǔ)設(shè)備Flash芯片硬盤輸入設(shè)備觸摸屏，按鍵鼠標(biāo)、鍵盤、麥克等輸出設(shè)備LCD顯示器其它設(shè)備音頻芯片、USB芯片、網(wǎng)卡芯片等主板集成或外接卡嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn)與PC機(jī)在軟件開發(fā)平臺(tái)上對(duì)比名稱嵌入式系統(tǒng)PC引導(dǎo)代碼Bootloader引導(dǎo)，針對(duì)不同電路進(jìn)行移植主板的BIOS引導(dǎo)，無(wú)須改動(dòng)操作系統(tǒng)Linux、WinCE、VxWorks等，需要移植Windows、Linux等，無(wú)需移植驅(qū)動(dòng)程序每個(gè)設(shè)備驅(qū)動(dòng)針對(duì)電路板進(jìn)行開發(fā)或移植，一般不能直接下載使用操作系統(tǒng)含有大多數(shù)驅(qū)動(dòng)程序,或下載直接使用開發(fā)環(huán)境交叉編譯本機(jī)編譯協(xié)議棧需要移植操作系統(tǒng)或第三方提供嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn)系統(tǒng)內(nèi)核小嵌入式系統(tǒng)一般是應(yīng)用于小型電子裝置的，系統(tǒng)資源相對(duì)有限，所以內(nèi)核較之傳統(tǒng)的操作系統(tǒng)要小得多專用性強(qiáng)嵌入式系統(tǒng)的個(gè)性化很強(qiáng)，其中的軟件系統(tǒng)和硬件的結(jié)合非常緊密，一般要針對(duì)硬件進(jìn)行系統(tǒng)的移植系統(tǒng)精簡(jiǎn)

嵌入式系統(tǒng)一般不要求其功能設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)上過(guò)于復(fù)雜，這樣一方面利于控制系統(tǒng)成本，同時(shí)也利于系統(tǒng)安全實(shí)時(shí)性操作系統(tǒng)

這是嵌入式軟件的基本要求，而且軟件要求固化存儲(chǔ)，以提高速度，軟件代碼要求高質(zhì)量和高可靠性、實(shí)時(shí)性專用的開發(fā)工具和開發(fā)環(huán)境嵌入式系統(tǒng)的組成嵌入式系統(tǒng)的組成硬件部分：嵌入式微處理器外圍硬件設(shè)備軟件部分：嵌入式操作系統(tǒng)特定的應(yīng)用程序嵌入式處理器外圍硬件設(shè)備外圍設(shè)備是指在一個(gè)嵌入式系統(tǒng)當(dāng)中，嵌入式處理器以外的完成存儲(chǔ)、通信、調(diào)試、顯示等輔助功能的其它部件，根據(jù)外圍設(shè)備的功能可分為以下3類：存儲(chǔ)器：SRAM、DRAM、NANDFLASH、NORFLASH等接口：并口、RS232串口、SPI串行接口、USB通用串行總線、以太網(wǎng)接口等人機(jī)接口：LCD、觸摸屏、鍵盤等嵌入式操作系統(tǒng)用戶的其它應(yīng)用程序都建立在OS之上OS將CPU時(shí)間、中斷、I/O、定時(shí)器等資源都包裝起來(lái)，留給用戶一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的API，并根據(jù)各個(gè)任務(wù)的優(yōu)先級(jí)，合理地在不同任務(wù)之間分配CPU時(shí)間主要功能：