arm嵌入式系統(tǒng)(已修改)
2025-07-04 15:41 本頁(yè)面
【正文】 第一章 嵌入式系統(tǒng)概述 嵌入式系統(tǒng)：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)，軟件硬件可裁剪，適用應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴(yán)格要求的通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。從系統(tǒng)的角度定義：嵌入式系統(tǒng)是設(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)嵌入式反應(yīng)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(chēng)為嵌入的系統(tǒng)。嵌入式處理器：嵌入式系統(tǒng)的核心，是控制，輔助系統(tǒng)運(yùn)行的硬件單元?？梢詫⑶度胧较到y(tǒng)定義成“嵌入到對(duì)象體系中得專(zhuān)用計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)”。1. 嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn)按照嵌入式系統(tǒng)的定義，嵌入式系統(tǒng)有3個(gè)基本特點(diǎn)，即“嵌入性”、“內(nèi)含計(jì)算機(jī)”與“專(zhuān)用性”。微處理器的處理能力按莫爾定律預(yù)計(jì)的速度在增加。該定律認(rèn)為集成電路和晶體管個(gè)數(shù)每18個(gè)月翻一番。（與系統(tǒng)之間的關(guān)系）一類(lèi)嵌入式處理器注重尺寸、能耗和價(jià)格。另一類(lèi)嵌入式處理器更關(guān)注性能。還有一類(lèi)嵌入式處理器關(guān)注全部4個(gè)需求——性能、尺寸、功耗和價(jià)格?！钋度胧较到y(tǒng)的分類(lèi)(EMPU) 嵌入式微處理器的基礎(chǔ)是通用計(jì)算機(jī)中的CPU。2. 微控制器（MCU）（包括嵌入式微處理器） 微控制器又稱(chēng)單片機(jī)，就是將整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)集成到一塊芯片中。3. DSP處理器（DSP）（哈佛結(jié)構(gòu)）在數(shù)字濾波、FFT、頻譜分析等方面，DSP算法正在大量進(jìn)入嵌入式領(lǐng)域。4. 片上系統(tǒng)（SoC）SoC可以分為通用和專(zhuān)用兩類(lèi)。 分時(shí)操作系統(tǒng)的主要目的是讓多個(gè)計(jì)算機(jī)用戶能共享系統(tǒng)的資源，能及時(shí)地響應(yīng)和服務(wù)于聯(lián)機(jī)用戶，只具有很弱的實(shí)時(shí)功能，但與真正的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)仍然有明顯的區(qū)別。實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)應(yīng)具備以下特點(diǎn)：1. 異地的時(shí)間響應(yīng)。2. 切換時(shí)間和中斷延遲時(shí)間確定。3. 優(yōu)先級(jí)中斷和調(diào)度。4. 搶占式調(diào)度。5. 內(nèi)存鎖定6. 連續(xù)文件。7. 同步實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)是事件驅(qū)動(dòng)的，能對(duì)來(lái)自外界的作用和信號(hào)在限定的時(shí)間范圍內(nèi)作出響應(yīng)。實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)可以分為一般實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)和嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)兩種。一般實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)與嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的主要區(qū)別在于應(yīng)用場(chǎng)合和開(kāi)發(fā)過(guò)程。 一般實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)應(yīng)用于實(shí)時(shí)處理系統(tǒng)的上位機(jī)和實(shí)時(shí)查詢(xún)系統(tǒng)等實(shí)時(shí)性較弱的實(shí)時(shí)系統(tǒng)中，并且提供了開(kāi)發(fā)、調(diào)試、運(yùn)用一致的環(huán)境。 嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)應(yīng)用于實(shí)時(shí)性要求的實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)中，而且應(yīng)用程序的開(kāi)發(fā)過(guò)程是通過(guò)交叉開(kāi)發(fā)來(lái)完成的，即開(kāi)發(fā)環(huán)境與運(yùn)行環(huán)境不一致。1前后臺(tái)系統(tǒng) 對(duì)于基于芯片開(kāi)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(chēng)為前后臺(tái)系統(tǒng)或超循環(huán)系統(tǒng)。循環(huán)中調(diào)用響應(yīng)的函數(shù)完成響應(yīng)的操作，這部分可以看成后臺(tái)行為；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。后臺(tái)可可以叫做任務(wù)級(jí)，前臺(tái)也可以叫做中斷級(jí)。2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)的作用：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)；提供用戶接口，使用戶獲得良好的工作環(huán)境；為用戶擴(kuò)展新的系統(tǒng)功能提供軟件平臺(tái)。3實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)是一段在嵌入式系統(tǒng)啟動(dòng)后首先執(zhí)行的背景程序，用戶的應(yīng)用程序是運(yùn)行于RTOS之上的各個(gè)任務(wù)，RTOS根據(jù)各個(gè)任務(wù)的要求，進(jìn)行資源（包括儲(chǔ)存器、外設(shè)等）管理、消息管理、任務(wù)調(diào)度及異常處理等工作。 時(shí)間分片方式和協(xié)作方式的RTOS并不是真正的“實(shí)時(shí)”。4代碼的臨界區(qū)5資源6共享資源7任務(wù)8任務(wù)切換9內(nèi)核 多任務(wù)系統(tǒng)中，內(nèi)核負(fù)責(zé)管理各個(gè)任務(wù)，或者說(shuō)為每個(gè)任務(wù)分配CPU時(shí)間，并且負(fù)責(zé)任務(wù)之間的通信。指標(biāo)1調(diào)度實(shí)時(shí)強(qiáng)弱 2占用CPU的時(shí)間10調(diào)度 調(diào)度是內(nèi)核的主要職責(zé)之一，調(diào)度就是決定該輪到哪個(gè)任務(wù)運(yùn)行了。多數(shù)實(shí)時(shí)內(nèi)核是基于優(yōu)先級(jí)調(diào)度法的，每個(gè)任務(wù)根據(jù)其重要程序的不同被賦予一定的優(yōu)先級(jí)。基于優(yōu)先級(jí)的調(diào)度法指CPU總是讓就緒態(tài)的優(yōu)先級(jí)最高的任務(wù)先運(yùn)行。然后究竟何時(shí)讓高優(yōu)先級(jí)任務(wù)掌握CPU的使用權(quán)，有兩種不同的情況，這要看用的什么類(lèi)型的內(nèi)核，是非占先式的還是占先式的內(nèi)核。 非占先式：執(zhí)行完成正在執(zhí)行的任務(wù)再執(zhí)行下一個(gè)任務(wù)。 占先式：中斷正在執(zhí)行的任務(wù)，執(zhí)行任務(wù)11非占先式內(nèi)核12占先式內(nèi)核 當(dāng)系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間很重要時(shí)，要使用占先式內(nèi)核，因此絕大多數(shù)商業(yè)上銷(xiāo)售的實(shí)時(shí)內(nèi)核都是占先式內(nèi)核。13任務(wù)優(yōu)先級(jí) 任務(wù)的優(yōu)先級(jí)是表示任務(wù)被調(diào)度的優(yōu)先程度，每個(gè)任務(wù)都具有優(yōu)先級(jí)。任務(wù)越重要，被賦予的優(yōu)先級(jí)應(yīng)該越高，越容易被調(diào)度而進(jìn)入運(yùn)行態(tài)。14中斷 中斷是一種硬件機(jī)制，用于通知CPU有個(gè)異步事件發(fā)生了。中斷一旦被識(shí)
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