【正文】 追求易學(xué)易用 . (5)提供強大的網(wǎng)絡(luò)功能，支持 TCP 門 P 協(xié)議及其它協(xié)議，提供 TCP/UDP/IP/PPP 協(xié)議支持及統(tǒng)一的 MAC 訪問層接口，為各種移動計算設(shè)備預(yù)留接口 . (6)強穩(wěn)定性，弱交互性。開放性、可伸縮性的體系結(jié)構(gòu)。目前，已推出一些應(yīng)用比較成功的 EOS 產(chǎn)品系列。 RTOS 是嵌入式應(yīng)用軟件的基礎(chǔ)和開發(fā)平臺。硬件相關(guān)的設(shè)備驅(qū)動程序的初始化通常是一個從高到低的過程。 系統(tǒng)初始化 該初始化過程以軟件初始化為主，主要進行操作系統(tǒng)的初始化。這是一個純硬件的初始化過程。設(shè)計一個完整的 BSP 需要完成兩部分工作：嵌入式系統(tǒng)的硬件初始化以及 BSP 功能，設(shè)計硬件相關(guān)的設(shè)備驅(qū)動。 BSP 具有以下兩個特點。外設(shè)的種類很多，可從一個簡單的串行通信設(shè)備到非常復(fù)雜的 無線設(shè)備。 3輔助存儲器 輔助存儲器用來存放大數(shù)據(jù)量的程序代碼或信息，它的容量大、但讀取速度與主存相比就慢的很多，用來長期保存用戶的信息。它可以位于微處理器的內(nèi)部或外部，其容量為 256KB~1GB，根據(jù)具體的應(yīng)用而定，一般片內(nèi)存儲器容量小，速度快，片外存儲器容量大。 Cache 的主要目標就是：減小存儲器（如主存和輔助存儲器）給微處理器內(nèi)核造成的存儲器訪問瓶頸，使處理速度更快，實時性更強。 存儲器 嵌入式系統(tǒng)需要存儲器來存放和執(zhí)行代碼。 嵌入式微處理器有各種不同的體系，即使在同一體系中也可能具有不同的時鐘頻率和數(shù)據(jù)總線寬度，或 集成了不同的外設(shè)和接口。 嵌入式微處理器 嵌入式系統(tǒng)硬件層的核心是嵌入式微處理器，嵌入式微處理器與通用 CPU 最大的不同在于嵌入式微處理器大多工作在為特定用戶群所專用設(shè)計的系統(tǒng)中，它將通用 CPU 許多由板卡完成的任務(wù)集成在芯片內(nèi)部，從而有利于嵌入式系統(tǒng)在設(shè)計時趨于小型化，同時還具有很高的效率和可靠性。 下面對嵌入式計算機系統(tǒng)的組成進行介紹。 任何時刻系統(tǒng)中只能有一個任務(wù)在運行狀態(tài)，各任務(wù)按級別通過時間片分別獲得對 CPU 的訪問權(quán)。 運行：獲得 CPU 控制權(quán)。 實時操作系統(tǒng)中的重要概念 系統(tǒng)響應(yīng)時間（ System response time）：系統(tǒng)發(fā)出處理要求到系統(tǒng)給出應(yīng)答信號的時間。 分時操作系統(tǒng) 對于 分時操作系統(tǒng)，軟件的執(zhí)行在時間上的要求，并不嚴格，時間上的錯誤，一般不會造成災(zāi)難性的后果。 實時操作系統(tǒng) 實時操作系統(tǒng) （ RTOSReal Time Operating System）： 嵌入式系統(tǒng)目前最主要的組成部分?，F(xiàn)在人 們講嵌入式系統(tǒng)時，某種程度上指近些年比較熱的具有操作系統(tǒng)的嵌入式系統(tǒng)，本文在進行分析和展望時，也沿用這一觀點。 ◆嵌入式系統(tǒng)必須根據(jù)應(yīng)用需求對軟硬件進行裁剪，滿足應(yīng)用系統(tǒng)的功能、可靠性、成本、體積等要求。因此可以這樣理解上述三個面向的 含義，即嵌入式系統(tǒng)是與應(yīng)用緊密結(jié)合的，它具有很強的專用性，必須結(jié)合實際系統(tǒng)需求進行合理的裁減利用。 二、嵌入式系統(tǒng)的介紹 根據(jù) IEEE（ 電器和電子工程協(xié)會）的定義，嵌入式系統(tǒng)是“控制、監(jiān)視或者輔助裝置、機器和設(shè)備運行的裝置”（ devices used to control, monitor, or assist the operation of equipment, machinery or plants）。 StrongARM:性能很高、同時滿足常規(guī)應(yīng)用需要的一種微處理器技術(shù)，與 DEC 聯(lián)合研制，后來授權(quán)給 Intel SA110 處理器、 SA1100 PDA 系統(tǒng)芯片和 SA1500 多媒體處理器芯片均采用了這一技術(shù)。 ④微處理器 ARM710 系列，包括 ARM7 ARM710T、 ARM720T 和 ARM740T:低價、低能耗、封裝式常規(guī)系統(tǒng)微型處理器，配有高速緩存（ Cache）、內(nèi)存管理、寫緩沖和 JTAG。在生產(chǎn)工藝相同的情況下，性能可達 ARM7TDMI 的兩倍之多。 ARM7TDMI(Thumb):這是公司授權(quán)用戶最多的一項產(chǎn)品，將 ARM7 指令集同 Thumb 擴展組合在一起，以減少內(nèi)存容量和系統(tǒng)成本。 (1)32bit 定點 RISC 處理器，改進型 ARM/Thumb 代碼交織，增強性乘法器設(shè)計，支持實時(realtime)調(diào)試； (2)片內(nèi)指令和數(shù)據(jù) SRAM，而且指令和數(shù)據(jù)的存儲器容量可調(diào)； (3)片內(nèi)指令和數(shù)據(jù)高速緩沖器 (cache)容量從 4K 字節(jié)到 1M 字節(jié)； (4)設(shè)置保護單元 (protcction unit)，非常適合嵌入式應(yīng)用中對存儲器進行分段和保護； (5)采用 AMBA AHB 總線接口，為外設(shè)提供統(tǒng)一的地址和數(shù)據(jù)總線； (6)支持外部協(xié)處理器，指令和數(shù)據(jù)總線有簡單的握手信令支持； (7)支持標準基礎(chǔ)掃描測試方法學(xué)，而且支持 BIST (builtinselftest)； (8)支持嵌入式跟蹤宏單元，支持實時跟蹤指令和數(shù)據(jù)； 基本介紹 ARM 提供一系列內(nèi)核、體系擴展、微處理器和系統(tǒng)芯片方案。編譯器以及匯編程序員可以通過重新設(shè)計代碼的順序或者其他方法來減少管道互鎖的數(shù)量。 以上兩點實現(xiàn)了一個周期完成 loads 指令和 stores 指令。 (1)ARM9 有獨立的指令和數(shù)據(jù)存儲器接口，允許處理器同時進行取指和讀寫數(shù)據(jù)。在同樣的加工工藝下， ARM9TDMI 處理器的時鐘頻率是 ARM7TDMI 的 1． 8～ 2． 2 倍。 指導(dǎo)教師評語： 簽名： 年 月 日 基于 ARM7 的嵌入式家電控制系統(tǒng)的設(shè)計 一、 ARM7 的簡介 ARM7引系列處理器是英國 ARM公司設(shè)計的主流嵌入式處理器 ARM7內(nèi)核是 水線和馮諾伊曼結(jié)構(gòu)； ARM9內(nèi)核是 5級流水線，提供 。 指令周期 指令周期的改進 : 2． 1 loads 指令矛 n stores 指令 指令周期數(shù)的改進最明顯的是 loads 指令和 stores 指令。這叫作改進型哈佛結(jié)構(gòu)。 互鎖 (interlocks)技術(shù) 當指令需要的數(shù)據(jù)因為以前的指令沒有執(zhí)行完而沒有準備好就會產(chǎn)生管道自鎖互鎖。 分枝指令 ARM9和 ARM7 的分枝指令周期是相同的。由于所有產(chǎn)品均采用一個通用的軟件體系，所以相同的軟件可在所有產(chǎn)品中運行（理論上如此）。同時，它還利用嵌入式 ICE 調(diào)試技術(shù)來簡化系統(tǒng)設(shè)計，并用一個 DSP 增強擴展來改進性能。常用于連網(wǎng)和頂置 盒。廣泛應(yīng)用于手持式計算、數(shù)據(jù)通信和消費類多媒體。 ARM7500 和 ARM7500FE:高度集成的單芯片 RISC 計算機，基于一個緩存式 ARM7 32 位內(nèi)核，擁有內(nèi)存和 I/O控 制器、 3個 DMA通道、片上視頻控制器和調(diào)色板以及立體聲端口 。從中可以看出嵌入式系統(tǒng) 是軟件和硬件的綜合體，還可以涵蓋機械等附屬裝置。 ◆嵌入式系統(tǒng)是將先進的計算機技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)和電子技術(shù)和各個行業(yè)的具體應(yīng)用相結(jié)合后的產(chǎn)物，這一點就決定了它必然是一個技術(shù)密集、資金密集、高度分散、不斷創(chuàng)新的知識集成系統(tǒng)。所以，如果能建立相對通用的軟硬件基礎(chǔ)，然后在其上開發(fā)出適應(yīng)各種需要的系統(tǒng)，是一個比較好的發(fā)展模式。 一般而言，嵌入式系統(tǒng)的構(gòu)架可以分成四個部分：處理器、存儲器、輸入輸出（ I/O）和軟件（由于多數(shù)嵌入式設(shè)備的應(yīng)用軟件和操作系統(tǒng)都是緊密結(jié)合的，在這里我們對其不加區(qū)分，這也是嵌入式系統(tǒng)和 Windows 系統(tǒng)的最大區(qū)別）。根據(jù)操作系統(tǒng)的工作特性，實時是指物理進程的真實時間。目前分時系統(tǒng)的強項在于多任務(wù)的管理，而實時操作系統(tǒng)的重要特點是具有系統(tǒng)的可確定性，即系統(tǒng)能對運行情況的最好和最壞等的情況能做出精確的估計。 任務(wù)換道時間（ Contextswitching time）：任務(wù)之間切換而使用的時間。 就緒：進入任務(wù)等待隊列，通過調(diào)度轉(zhuǎn)為運行狀態(tài)。 系統(tǒng)組成 簡介 一個嵌入式系統(tǒng)裝置一般都由嵌入式計算機系統(tǒng)和執(zhí)行裝置組成，如圖 11 所示，嵌入式計算機系統(tǒng)是整個嵌入式系統(tǒng)的核心，由硬件層、中間層、系統(tǒng)軟件層和應(yīng)用軟件層組成。 硬件層 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）。 嵌入式微處理器的體系結(jié)構(gòu)可以采用 馮據(jù)不完全統(tǒng)計，目前全世界嵌入式微處理器已經(jīng)超過1000 多種，體系結(jié)構(gòu)有 30 多個系列，其中主流的體系有 ARM、 MIPS、 PowerPC、 X86 和 SH 等。嵌入式系統(tǒng)的存儲器包含 Cache、主存和輔助存儲器。 在嵌入式系統(tǒng)中 Cache 全部集成在嵌入式微處理器內(nèi)，可分為數(shù)據(jù) Cache、指令 Cache 或混合 Cache， Cache 的大小依 不同處理器而定。 常用作主存的存儲器有： ROM類 NOR Flash、 EPROM 和 PROM 等。 嵌入式系統(tǒng)中常用的外存有：硬盤、 NAND Flash、 CF 卡、 MMC 和 SD卡等。 目前嵌入式系統(tǒng)中常用的通用設(shè)備接口有 A/D（模 /數(shù)轉(zhuǎn)換接口）、 D/A（數(shù) /模轉(zhuǎn)換接口），I/O 接口有 RS232（串行通信接口）、 Ether（以太網(wǎng)接口）、 USB（通用串口總線接口）、音頻接口、 VGA 視頻輸出接口、 I2C（現(xiàn)場總線）、 SPI（串口外圍設(shè)備接口）和 IrDA（紅外線接口）等。 硬件相關(guān)性：因為嵌入式實時系統(tǒng)的硬件環(huán)境具有應(yīng)用相關(guān)性，而作為上層軟 件與硬件平臺之間的接口， BSP 需要為操作系統(tǒng)提供操作和控制具體硬件的方法。 嵌入式系統(tǒng)硬件初始化 系統(tǒng)初始化過程可以分為 3 個主要環(huán)節(jié)，按照自底向上、從硬件到軟件的次序依次為：片級初始化、板級初始化和系統(tǒng)級初始化。 板級初始化 完成嵌入式微處理器以外的其他硬件設(shè)備的初始化。 BSP 將對嵌入式微處理器的控制權(quán) 轉(zhuǎn)交給嵌入式操作系統(tǒng)，由操作系統(tǒng)完成余下的初始化操作，包含加載和初始化與硬件無關(guān)的設(shè)備驅(qū)動程序，建立系統(tǒng)內(nèi)存區(qū)，加載并初始化其他系統(tǒng)軟件模塊，如網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、文件系統(tǒng)等。盡管 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(yīng)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。 嵌入式操作系統(tǒng) 嵌入式操作系統(tǒng)（ Embedded Operation System， EOS）是一種用途廣泛的系統(tǒng)軟件，過去它主要應(yīng)用與工業(yè)控制和國防系統(tǒng)領(lǐng)域。隨著 Inter 技術(shù)的發(fā)展、信息家電的普及應(yīng)用及 EOS 的微型化和專業(yè)化， EOS 開始從單一的弱功能向高專業(yè)化的強功能方向發(fā)展。 (2)強實時性。嵌入式系統(tǒng)一旦開始運行就不需要用戶過多的干預(yù)，這就要負責系統(tǒng)管理的 EOS 臭有較強的穩(wěn)定性。輔助存儲器在嵌入式系統(tǒng)中很少使用，因此，嵌入式操作系統(tǒng)的文件管理功能應(yīng)該能夠很容易地拆卸，而用各種內(nèi)存文件系統(tǒng) . (8)更好的硬件適應(yīng)性，也就是良好的移植性 . 應(yīng)用領(lǐng)域 嵌入式系統(tǒng)技術(shù)具有非常廣闊的應(yīng) 用前景，其應(yīng)用領(lǐng)域可以包括： 工業(yè)控制 基于嵌入式芯片的工業(yè)自動化設(shè)備將獲得長足的發(fā)展，目前已經(jīng)有大量的 1 32 位嵌入式微控制器在應(yīng)用中，網(wǎng)絡(luò)化是提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量、減少人力資源主要途徑，如工業(yè)過程控制、數(shù)字機床、電力系統(tǒng)、電網(wǎng)安全、電網(wǎng)設(shè)備監(jiān)測、石油化工系統(tǒng)。目前 GPS設(shè)備已經(jīng)從尖端產(chǎn)品進入了普通百姓的家庭，只需要幾千元，就可以隨時隨地找到你的位置。 家庭智能管理系統(tǒng) 水、電、煤氣表的遠程自動抄表，安全防火、防盜系統(tǒng)，其中嵌有的專用控制芯片將代替?zhèn)鹘y(tǒng)的 人工檢查，并實現(xiàn)更高，更準確和更安全的性能。在很多環(huán)境惡劣，地況復(fù)雜的地區(qū)，嵌入式系統(tǒng)將實現(xiàn)無人監(jiān)測。同樣的道理，所有基于網(wǎng)絡(luò)的遠程控制器件都需要與嵌入式系統(tǒng)之間實現(xiàn)接口，然后再由嵌入式系統(tǒng)來控制并通過網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)控制。比如三星在推廣 Arm7， Arm9 芯片的同時還提供開發(fā)板和版及支持包（ BSP），而 WindowCE 在主推系統(tǒng)時也提供 Embedded VC++作為開發(fā)工具，還有 Vxworks 的 Tonado 開發(fā)環(huán)境， DeltaOS的 Limda 編譯環(huán)境等等都是這一趨勢的典型體現(xiàn)。軟件方面采用實時多任務(wù)編程技術(shù)和交叉開發(fā)工具技術(shù)來控制功能復(fù)雜性，簡化應(yīng)用程序設(shè)計、保障軟件質(zhì)量和縮短開發(fā)周期。軟件方面系統(tǒng)系統(tǒng)內(nèi)核支持網(wǎng)絡(luò)模塊，甚至可以在設(shè)備上嵌入 Web 瀏覽器，真正實現(xiàn)隨時隨地用各種設(shè)備上網(wǎng)。 5．提供友好的多媒體人機界面 嵌入式設(shè)備能與用戶親密接觸，最重要的因素就是它能提供非常友好的用戶界面。目前一些先進的 PDA 在顯示屏幕上已實現(xiàn)漢字寫入、短消息語音發(fā)布，但一般的嵌入式設(shè)備距離這個要求還有很長的路要走。 (2) onchip instruction and data