【正文】 大多數(shù) RTOS要求有較高的可靠性，要求系統(tǒng)在最壞情況下都能正常工作或避免損失?？深A測性是 RTOS的一項重要性能要求。 14:32 30 RTOS特點 執(zhí)行順序約束是指各任務的啟動和執(zhí)行必須滿足一定的時間和順序約束。時間約束性可分為 “ 硬實時 ” 和 “ 軟實時 ” 。 RTOS的正確性不僅依賴于系統(tǒng)計算的邏輯結(jié)果，還依賴于產(chǎn)生這個結(jié)果的時間。 14:32 27 實時系統(tǒng) (RTOS) RTOS（ Realtime operating system，實時系統(tǒng)）在航空、航天、工業(yè)過程控制、武器防御系統(tǒng)、自動化導航／控制系統(tǒng)、醫(yī)療、信息檢索、銀行、多媒體系統(tǒng)等領(lǐng)域廣泛應用。 嵌入式文件系統(tǒng)以系統(tǒng)調(diào)用和命令方式提供文件的各種操作，如設(shè)置、修改對文件和目錄的存取權(quán)限，提供建立、修改、改變和刪除目錄等服務，提供創(chuàng)建、打開、讀寫、關(guān)閉和撤銷文件等服務。 EOS除具備了一般操作系統(tǒng)最基本的功能外，還具有：實時性；支持開放性和可伸縮性的體系結(jié)構(gòu)，可裁減性；提供設(shè)備驅(qū)動接口；操作方便、簡單的圖形 GUI和界面；支持 TCP/IP協(xié)議及其他協(xié)議，提供統(tǒng)一的 MAC訪問層接口，提供強大的網(wǎng)絡(luò)功能；嵌入式操作系統(tǒng)的用戶接口通過系統(tǒng)的調(diào)用命令向用戶程序提供服務；嵌入式系統(tǒng)一旦開始運行就不需要用戶過多的干預；嵌入式操作系統(tǒng)和應用軟件被固化在嵌入式系統(tǒng) ROM中；具有良好的硬件適應性（可移植性）。 14:32 22 （ 2）硬件相關(guān)的設(shè)備驅(qū)動程序 BSP中包含硬件相關(guān)的設(shè)備驅(qū)動程序，但是這些設(shè)備驅(qū)動程序通常不直接由 BSP使用，而是在系統(tǒng)初始化過程中由 BSP將他們與操作系統(tǒng)中通用的設(shè)備驅(qū)動程序關(guān)聯(lián)起來，并在隨后的應用中由通用的設(shè)備驅(qū)動程序調(diào)用，實現(xiàn)對硬件設(shè)備的操作。 14:32 21 （ 1）嵌入式系統(tǒng)硬件初始化 系統(tǒng)初始化過程按照自底向上、從硬件到軟件的次序依次可分為片級初始化、板級初始化和系統(tǒng)級初始化 3個主要環(huán)節(jié)。不同的操作系統(tǒng)具有各自的軟件層次結(jié)構(gòu)， BSP需要為不同的操作系統(tǒng)提供特定的硬件接口形式。 ③ 輔助存儲器指硬盤、 NAND Flash、 CF卡、 MMC和 SD卡等，存放大容量的程序代碼或信息，容量較大，但讀取速度較慢。 Cache集成在嵌入式微處理器內(nèi)，可分數(shù)據(jù) Cache、指令 Cache或混合 Cache。嵌入式微處理器的選擇是根據(jù)具體的應用而決定的。 嵌入式微處理器的體系結(jié)構(gòu)可采用馮 14:32 14 嵌入式系統(tǒng)組成 14:32 15 典型的嵌入式系統(tǒng)組成 應用程序 實時操作系統(tǒng)（ RTOS） 輸入輸出接口 處理器 /ARM核 MMU/Cache SOC/SOPC USB GPIO IIS LCD UART和 IrDA ADC/DAC FPGA/CPLD DSP/浮點運算協(xié)處理器 DMA 電源管理 人機交互接口 LCD/觸摸屏、鍵盤、鼠標 設(shè)備驅(qū)動程序、 HAL、 BSP 文件系統(tǒng) /圖形用戶應用程序接口 中間層 OS層 應用層 軟件 硬件 以太網(wǎng) 看門狗及復位電路 Timer/RTC CAN Flash EEPROM DRAM SRAM 內(nèi)存 14:32 16 硬件層中包含嵌入式微處理器、存儲器（ SDRAM、 ROM、Flash等）、通用設(shè)備接口和 I/O接口（ A/D、 D/A、 I/O等）。 ARM、 Rambus和 MIPS在十大 IP供應商排行中居前 3位。 14:32 12 IP核 IP軟核以源代碼的形式提供的， IP知識產(chǎn)權(quán)不易保護。 14:32 10 (Intellectual Property Core知識產(chǎn)權(quán)核 ) SOC（ System On Chip，片上系統(tǒng)）是 90年代中期出現(xiàn)的一個概念，并成為現(xiàn)代集成電路設(shè)計的發(fā)展方向。 （ 2） Linux、 Windows CE等嵌入式操作系統(tǒng)迅速發(fā)展。 （ 4）面向 Inter階段 進入 21世紀， Inter技術(shù)與信息家電、工業(yè)控制技術(shù)等的結(jié)合日益緊密，嵌入式技術(shù)與 Inter技術(shù)的結(jié)合正在推動著嵌入式系統(tǒng)的飛速發(fā)展。一些簡單的嵌入式操作系統(tǒng)開始出現(xiàn)并得到迅速發(fā)展，程序設(shè)計人員也開始基于一些簡單的 “ 操作系統(tǒng) ” 開發(fā)嵌入式應用軟件。 國內(nèi)的嵌入式系統(tǒng)定義 : 目前國內(nèi)一個普遍被認同的定義是：以應用為中心、以計算機技術(shù)為基礎(chǔ)，軟件硬件可裁剪，適應應用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴格要求的專用計算機系統(tǒng)。 14:32 6 嵌入式系統(tǒng)發(fā)展趨勢 1．嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展歷史 從單片機的出現(xiàn)到各種嵌入式微處理器、微控制器的廣泛應用，嵌入式系統(tǒng)的應用可以追溯到 20世紀 60年代中期，嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展歷程，大致經(jīng)歷了以下 4個階段。此時的嵌入式操作系統(tǒng)雖然還比較簡單，但已經(jīng)初步具有了一定的兼容性和擴展性，內(nèi)核精巧且效率高，大大縮短了開發(fā)周期，提高了開發(fā)效率。 14:32 9 面對嵌入式技術(shù)與 Inter技術(shù)的結(jié)合，嵌入式系統(tǒng)的研究和應用在飛速發(fā)展。嵌入式操作系統(tǒng)自身結(jié)構(gòu)的設(shè)計更加便于移植，具有源代碼開放、系統(tǒng)內(nèi)核小、執(zhí)行效率高、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)完整等特點，能在短時間內(nèi)支持更多的微處理器。 SOC是指在單芯片上集成數(shù)字信號處理器、微控制器、存儲器、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器、接口電路等電路模塊，可以直接實現(xiàn)信號采集、轉(zhuǎn)換、存儲、處理等功能。IP硬核易于實現(xiàn) IP保護，缺點是靈活性和可移植性差。 14:32 13 嵌入式系統(tǒng)的組成 嵌入式系統(tǒng)通常由包含有 嵌入式處理器 、 嵌入式操作系統(tǒng) 、 應用軟件 和 外圍設(shè)備接口 的嵌入式計算機系統(tǒng)和執(zhí)行裝置（被控對象）組成。硬件層通常是一個以嵌入式處理器為中心的，包含有電源電路、時鐘電路和存儲器電路的電路模塊，其中操作系統(tǒng)和應用程序都固化在模塊的 ROM中。諾依曼體系結(jié)構(gòu)或哈佛體系結(jié)構(gòu)，指令系統(tǒng)可選用精簡指令系統(tǒng)（ RISC）或復雜指令集系統(tǒng)（ CISC）。 14:32 18 （ 2）存儲器 嵌入式系統(tǒng)的存儲器包含 Cache、主存儲器和輔助存儲器。 ② 主存儲器存放系統(tǒng)、用戶程序和數(shù)據(jù)。 14:32 19 （ 3）通用設(shè)備接口和 I/O接口 嵌入式系統(tǒng)通常具有與外界交互所需要的各種通用設(shè)備接口，如 GPIO（通用 I/O接口）、 A/D（模 /數(shù)轉(zhuǎn)換接口）、 D/A（數(shù) /模轉(zhuǎn)換接口）、 RS232接口（串行通信接口）、Ether（以太網(wǎng)接口）、 USB（通用串行總線接口）、 I2C、IIS（音頻接口）、 VGA視頻輸出接口、 CAN（現(xiàn)場總線）、SPI（串行外圍設(shè)備接口）和 IrDA（紅外線接口）等。 BSP使上層軟件開發(fā)人員無需關(guān)心底層硬件的具體情況，根據(jù) BSP層提供的接口即可進行開發(fā)。 ① 片級初始化是一個純硬件的初始化過程，包括設(shè)置微處理器的核心寄存器和控制寄存器、工作模式、局部總線模式等，把微處理器設(shè)置成系統(tǒng)所要求的工作狀態(tài)； ② 板級初始化包含軟、硬件的初始化過程，完成微處理器以外硬件設(shè)備的初始化，設(shè)置軟件的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和參數(shù)，為系統(tǒng)級初始化和應用程序的運行建立硬件和軟件環(huán)境； ③ 系統(tǒng)級初始化主要是操作系統(tǒng)初始化。 14:32 23 系統(tǒng)軟件層通常包含有實時多任務操作系統(tǒng)（ Realtime Operation System， RTOS）、文件系統(tǒng)、圖形用戶接口（ Graphic User Interface， GUI）、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)及通用組件模塊組成。 14:32 25 （ 2）文件系統(tǒng) 嵌入式文件系統(tǒng)與通用操作系統(tǒng)的文件系統(tǒng)不完全相同，主要提供文件存儲、檢索和更新等功能，一般不提供保護和加密等安全機制。 14:32 26 （ 3）圖形用戶接口（ GUI） GUI使用戶可通過窗口、菜單、按鍵等方式來方便地操作計算機或嵌入式系統(tǒng)。 RTOS與通用計算機系統(tǒng)不同，要求系統(tǒng)中的任務不但執(zhí)行結(jié)果要正確，而且必須在一定的時間約束（ Deadline）內(nèi)完成。 14:32 29 （ 1）約束性 RTOS任務的約束包括時間、資源、執(zhí)行順序和性能約束。 硬實時 是指在航空航天、軍事、核工業(yè)等一些關(guān)鍵領(lǐng)域中應用的系統(tǒng)，時間要求必須能夠得到完全滿足，否則將造成不可預計的結(jié)果。例如，在分布式端到端（ endtoend）實時系統(tǒng)中，同一任務的各子任務之間存在前驅(qū) /后繼約束關(guān)系，需要執(zhí)行同步協(xié)議來管理子任務的啟動和控制子任務的執(zhí)行，使它們滿足時間約束和系統(tǒng)可調(diào)度性要求。可預測性包括硬件時延的可預測性和軟件系統(tǒng)的可預測性（包括應用程序的響應時間是可預測的，以及操作系統(tǒng)的可預測性）?？煽啃允?RTOS的重要性能指標。 14:32 32 給定一組實時任務和系統(tǒng)資源，確定每個任務何時何地執(zhí)行的整個過程就是調(diào)度。每個任務都有優(yōu)先級，任何時候具有最高優(yōu)先級且已啟動的任務先執(zhí)行。在系統(tǒng)運行時，調(diào)度器只需根據(jù)這張時刻表啟動相應的任務即可。靜態(tài)優(yōu)先級調(diào)度又稱為固定優(yōu)先級調(diào)度。 14:32 35 5．實時任務分類 實時任務的分類方法有多種，根據(jù)任務的周期劃分，可以分為周期任務、偶發(fā)任務和非周期任務 3類。 14:32 37 嵌入式微處理器體系結(jié)構(gòu) 馮 諾依曼結(jié)構(gòu)的計算機由 CPU和存儲器構(gòu)成，其程序和數(shù)據(jù)共用一個存儲空間，程序指令存儲地址和數(shù)據(jù)存儲地址指向同一個存儲器的不同物理位置；采用單一的地址及數(shù)據(jù)總線，程序指令和數(shù)據(jù)的寬度相同。 目前使用馮．諾依曼結(jié)構(gòu)的 CPU和微控制器品種有很多，例如Intel公司的 8086系列及其他 CPU， ARM公司的 ARM MIPS公司的MIPS處理器等。又由于程序和數(shù)據(jù)存儲器在兩個分開的物理空間中，因此取指和執(zhí)行能完全重疊，具有較高的執(zhí)行效率。在 CISC中，為了支持目標程序的優(yōu)化，支持高級語言和編譯程序，增加了許多復雜的指令，用一條指令來代替一串指令。 14:32 41 精簡指令集計算機 精簡指令集計算機（ Reduced Instruction Set Computer， RISC）體系結(jié)構(gòu)是 20世紀 80年代提出來的。 5）增加 CPU中通用寄存器數(shù)量，算邏運算的操作數(shù)在通用寄存器中存??； 6）大部分指令控制在一個或小于一個機器周期內(nèi)完成。現(xiàn)代的 CPU往往采用 CISC的外圍，內(nèi)部加入了 RISC的特性，如超長指令集 CPU就是融合了 RISC和 CISC的兩者的優(yōu)勢，成為未來的 CPU發(fā)展方向之一。 在流水線技術(shù)中，流水線要求可分成若干相互聯(lián)系的子過程，實現(xiàn)子過程的功能所需時間盡可能相等。按數(shù)據(jù)表示分類 ,可分為標量流水線處理器和向量流水線處理器。指令流水線處理的時空圖如圖 ,其中的 5表示要處理的 5條指令。如果流水線的子過程所用時間不一樣長，則吞吐率 P應為最長子過程的倒數(shù) . （ 2）建立時間 流水線開始工作，須經(jīng)過一定時間才能達到最大吞吐率，這就是建立時間。 地址 0x6000 0x6001 0x6002 0x6003 數(shù)據(jù) (十六進制 ) 0x89 0x67 0x45 0x23 數(shù)據(jù)（二進制） 01100111 01000101 00100011 00000001 地址 0x6000 0x6001 0x6002 0x6003 數(shù)據(jù) (十六進制 ) 0x23 0x45 0x67 0x89 數(shù)據(jù)（二進制） 00000001 00100011 01000101 01100111 （ a）小端存儲法 （ b）大端存儲法 14:32 48 大端和小端存儲法 采用大端存儲法還是小端存儲法，各處理器廠商的立場和習慣不同，并不存在技術(shù)原因。不過，當不同存儲模式的微處理器之間通過網(wǎng)絡(luò)傳送二進制數(shù)據(jù)時，在有些情況下，字節(jié)順序會成為問題 . 14:32 49 當在不同存儲順序的微處理器間進行程序移植時，要特別注意存儲模式的影響。使用多種存儲方式不需要對數(shù)據(jù)的原順序進行轉(zhuǎn)化，使得編碼容易，同時當編碼器和解碼器采用同一種存儲方式時因為不需要變換字節(jié)順序，也能提高通信效率。這取決于 OSI模型最底層的數(shù)據(jù)鏈路層。在 ISO 8601中年份必須用 4位數(shù)字表示，月份和日數(shù)分別用兩位表示。 嵌入式微處理器的字長寬度可分為 4位、 8位、 16位、 32位和64位。 根據(jù)用途，可分為嵌入式微控制器、嵌入式微處理器、嵌入式 DSP處理器、嵌入式片上系統(tǒng)、雙核或多核處理器等類型。 14:32 55 嵌入式微處理器 嵌入式微處理器（ Embedded Micro Processing Unit， EMPU）由通用計算機中的 CPU發(fā)展而來，嵌入式微處理器只保留和嵌入式應用緊密相關(guān)的功能硬件，去除其他的冗余功能部分，以最低的功耗和資源實現(xiàn)嵌入式應用的特殊要求。屬于這些系列的嵌入式微處理器產(chǎn)品很多，有千種以上。 ARM處理器系列中的各種處理器，雖然在實現(xiàn)技術(shù)、應用