嵌入式系統(tǒng)概述-劉俊勇-wenkub
2023-07-02 01:40:45 本頁(yè)面
【正文】 統(tǒng)的應(yīng)用程序可以沒(méi)有操作系統(tǒng)直接在芯片上運(yùn)行。 同時(shí)針對(duì)不同的任務(wù)，往往需要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行較大更改，程序的編譯下載要和系統(tǒng)相結(jié)合，這種修改和通用軟件的“升級(jí)”是完全不同的概念。執(zhí)行裝置接受嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)發(fā)出的控制命令，執(zhí)行所規(guī)定的操作或任務(wù)。隨著硬件實(shí)時(shí)性要求的提高，嵌入式系統(tǒng)的軟件規(guī)模也不斷擴(kuò)大，實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)逐漸形成，系統(tǒng)能夠運(yùn)行在各種不同類型的微處理器上，具備了文件和目錄管理、設(shè)備管理、多任務(wù)、網(wǎng)絡(luò)、圖形用戶界面(GUI)等功能，并提供了大量的應(yīng)用程序接口(API)，從而使應(yīng)用軟件的開發(fā)變得更加簡(jiǎn)單。（2）簡(jiǎn)單操作系統(tǒng)階段 20世紀(jì)80年代，出現(xiàn)了大量具有高可靠性、低功耗的嵌入式CPU（如Power PC等），芯片上集成有微處理器、I/O接口、串行接口及RAM、ROM等部件，面向I/O設(shè)計(jì)的微控制器在嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)用。IEEE的嵌入式系統(tǒng)定義: 根據(jù)IEEE（國(guó)際電氣和電子工程師協(xié)會(huì)）的定義，嵌入式系統(tǒng)是“控制、監(jiān)視或者輔助設(shè)備、機(jī)器和車間運(yùn)行的裝置”（原文為devices used to control，monitor，or assist the operation of equipment，machinery or plants）。第一章 嵌入式系統(tǒng)簡(jiǎn)介 定義廣義上講，凡是帶有微處理器的專用軟硬件系統(tǒng)都可稱為嵌入式系統(tǒng)。近年來(lái)，嵌入式系統(tǒng)以其特有的信息處理能力和獨(dú)到的人機(jī)交互能力引起了人們極大的關(guān)注，已經(jīng)成為了帶動(dòng)電子信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要增長(zhǎng)點(diǎn)之一。據(jù)工業(yè)和信息化部預(yù)測(cè)，2010 年我國(guó)嵌入式設(shè)備的市場(chǎng)需求將超過(guò) 100 億美元。如各類單片機(jī)和DSP系統(tǒng)。國(guó)內(nèi)的嵌入式系統(tǒng)定義: 目前國(guó)內(nèi)一個(gè)普遍被認(rèn)同的定義是：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)。一些簡(jiǎn)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(jì)人員也開始基于一些簡(jiǎn)單的“操作系統(tǒng)”開發(fā)嵌入式應(yīng)用軟件。（4）面向Internet階段 進(jìn)入21世紀(jì)，Internet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Internet技術(shù)的結(jié)合正在推動(dòng)著嵌入式系統(tǒng)的飛速發(fā)展。其典型組成如圖1所示：圖1 典型的嵌入式系統(tǒng)組成(1)系統(tǒng)內(nèi)核小： 由于嵌入式系統(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。(3)系統(tǒng)精簡(jiǎn)： 嵌入式系統(tǒng)一般沒(méi)有系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件的明顯區(qū)分，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)也利于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)安全。為了合理地調(diào)度多任務(wù)、利用系統(tǒng)資源、系統(tǒng)函數(shù)以及和專家?guī)旌瘮?shù)接口，用戶必須自行選配RTOS（Real－Time Operating System）開發(fā)平臺(tái)，這樣才能保證程序執(zhí)行的實(shí)時(shí)性、可靠性，并減少開發(fā)時(shí)間，保障軟件質(zhì)量。第二章 嵌入式微處理器體系結(jié)構(gòu) 馮程序計(jì)數(shù)器（PC）是CPU內(nèi)部指示指令和數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)位置的寄存器。2）哈佛(Harvard)結(jié)構(gòu)哈佛結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)是將程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在不同的存儲(chǔ)空間中，即程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器是兩個(gè)相互獨(dú)立的存儲(chǔ)器，每個(gè)存儲(chǔ)器獨(dú)立編址、獨(dú)立訪問(wèn)。 目前使用哈佛結(jié)構(gòu)的CPU和微控制器品種有很多，除DSP處理器外，還有摩托羅拉公司的MC68系列、Zilog公司的Z8系列、ATMEL公司的AVR系列和ARM公司的ARMARM10和ARM11等。通過(guò)增強(qiáng)指令系統(tǒng)的功能，簡(jiǎn)化軟件，卻增加了硬件的復(fù)雜程度。目前IBM、DEC、Intel和Motorola等公司都在研究和發(fā)展RISC技術(shù)，RISC已經(jīng)成為當(dāng)前計(jì)算機(jī)發(fā)展不可逆轉(zhuǎn)的趨勢(shì)。 以硬布線控制邏輯為主，不用或少用微碼控制；采用高級(jí)語(yǔ)言編程，重視編譯優(yōu)化工作，以減少程序執(zhí)行時(shí)間。在PC機(jī)和服務(wù)器領(lǐng)域，CISC體系結(jié)構(gòu)是市場(chǎng)的主流。形成流水處理，需要一段準(zhǔn)備時(shí)間。指令流水線就是將一條指令分解成一連串執(zhí)行的子過(guò)程，例如把指令的執(zhí)行過(guò)程細(xì)分為取指令、指令譯碼、取操作數(shù)和執(zhí)行4個(gè)子過(guò)程。從圖可見(jiàn)采用流水方式可同時(shí)執(zhí)行多條指令。若m個(gè)子過(guò)程所用時(shí)間一樣，均為t0，則建立時(shí)間T0＝mΔt0。Intel公司X86系列的微處理器都采用小端存儲(chǔ)法，而IBM、Motorola和Sun Microsystems公司的大多數(shù)微處理器采用大端存儲(chǔ)法。把從軟件得到的二進(jìn)制數(shù)據(jù)寫成一般的數(shù)據(jù)格式往往會(huì)涉及到存儲(chǔ)順序的問(wèn)題。在網(wǎng)絡(luò)通信中，Internet協(xié)議（即IP協(xié)議）定義了標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)字節(jié)順序。一個(gè)典型的例子就是日期表示方法，不同的國(guó)家采用不同的表示方法，美國(guó)和其他一些國(guó)家，日期格式順序一般是：月一日一年(如:12月24日2007年或12/24/2007),這是中間表示法。因此，個(gè)位數(shù)的日和月必須在前面填補(bǔ)一個(gè)零，如01，02，…，09
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