嵌入式系統(tǒng)、嵌入式處理器以及嵌入式操作系統(tǒng)簡(jiǎn)介-全文預(yù)覽
【正文】 是調(diào)度一切可利用的資源完成實(shí)時(shí)控制任務(wù)，其次才著眼于提高計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的使用效率，重要特點(diǎn)是要滿足對(duì)時(shí)間的限制和要求。通常，大多數(shù)實(shí)時(shí)系統(tǒng)是兩者的結(jié)合。也就是說，實(shí)時(shí)系統(tǒng)是對(duì)響應(yīng)時(shí)間有嚴(yán)格要求的。由于這類系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，幾乎不需要 RAM/ROM 的額外開銷，因而在簡(jiǎn)單的嵌入式應(yīng)用被廣泛使用。對(duì)于實(shí)時(shí)性要求特別嚴(yán)格的操作通常由中斷來完成，僅在中斷服務(wù)程序中標(biāo)記事件的發(fā)生，不再做任何工作就退出中斷，經(jīng)過后臺(tái)程序的調(diào)度，轉(zhuǎn)由前臺(tái)程序完成事件的處理，這樣就不會(huì)造成在中斷服務(wù)程序中處理費(fèi)時(shí)的事件而影響后續(xù)和其他中斷。前臺(tái)程序通過中段來處理事件，其結(jié)構(gòu)一般為無限循環(huán)；后臺(tái)程序則掌管整個(gè)嵌入式系統(tǒng)軟、硬件資源的分配、管理以及任務(wù)的調(diào)度，是一個(gè)系統(tǒng)管理調(diào)度程序。與通用操作系統(tǒng)相比較，嵌入式操作系統(tǒng)在系統(tǒng)實(shí)時(shí)高效性、硬件的相關(guān)依賴性、軟件固態(tài)化以及應(yīng)用的專用性等方面具有較為突出的特點(diǎn)。這樣除某些無法集成的器件以外，整個(gè)嵌入式系統(tǒng)大部分均可集成到一塊或幾塊芯片中去，應(yīng)用系統(tǒng)電路板將變得很簡(jiǎn)單，對(duì)于減小整個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)體積和功耗、提高可靠性非常有利。另外， Philips 公司最近也推出了基于可重置嵌入式 DSP 結(jié)構(gòu)，采用低成本、低功耗技術(shù)制造的 R. E. A. L DSP 處理器，其特點(diǎn)是具備雙 Harvard 結(jié)構(gòu)和雙乘 / 累加單元，應(yīng)用目標(biāo)是大批量消費(fèi)類產(chǎn)品。這類智能化算法一般都是運(yùn)算量較大，特別是向量運(yùn)算、指針線性尋址等較多，而這些正是 DSP 處理器的優(yōu)勢(shì)所在。由于 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)，使其適合于實(shí)時(shí)地進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理。通常，嵌入式微處理器可分為通用和半通用兩類，比較有代表性的通用系列包括 8051 、 P51XA 、 MCS251 、 MCS96/196/296 、 C166/167 、 68300 等。這樣可以使單片機(jī)最大限度地和應(yīng)用需求相匹配，從而減少整個(gè)系統(tǒng)的功耗和成本。嵌入式處理器目前主要有 Am186/88 、 386EX 、 SC400 、 Power PC 、 68000 、 MIPS 、 ARM 系列等。但是，嵌入式微處理器在功能方面與標(biāo)準(zhǔn)的微處理器基本上是一樣的。嵌入式處理器的尋址空間一般從 64kB 到 16MB ，處理速度為 ~2000MIPS ，常用封裝 8~144 個(gè)引腳。嵌入式微處理器一般具備 4 個(gè)特點(diǎn)： (1) 對(duì)實(shí)時(shí)和多任務(wù)有很強(qiáng)的支持能力，能完成多任務(wù)并且有較短的中斷響應(yīng)時(shí)間，從而使內(nèi)部的代碼和實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的執(zhí)行時(shí)間減少到最低限度； (2) 具有功能很強(qiáng)的存儲(chǔ)區(qū)保護(hù)功能，這是由于嵌入式系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)已模塊化，而為了避免在軟件模塊之間出現(xiàn)錯(cuò)誤的交叉作用，需要設(shè)計(jì)強(qiáng)大的存儲(chǔ)區(qū)保護(hù)功能，同時(shí)也有利于軟件診斷； (3) 可擴(kuò)展的處理器結(jié)構(gòu)，以能迅速地?cái)U(kuò)展出滿足應(yīng)用的高性能的嵌入式微處理器； (4) 嵌入式微處理器的功耗必須很低，尤其是用于便攜式的無線及移動(dòng)的計(jì)算和通信設(shè)備中靠電池供電的嵌入式系統(tǒng)更是如此，功耗只能為 mW 甚至μ W 級(jí)。嵌入式系統(tǒng)有別于一般的計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)，它不具備像硬盤那樣大容量的存儲(chǔ)介質(zhì)，而大多使用 EPROM 、 EEPROM 或閃存 (Flash Memory) 作為存儲(chǔ)介質(zhì)。簡(jiǎn)單地說，嵌入式系統(tǒng)集系統(tǒng)的應(yīng)用軟件與硬件于一體，類似于 PC 中 BIOS 的工作方式，具有軟件代碼小、高度自動(dòng)化、響應(yīng)速度快等特點(diǎn)，特別適合于要求實(shí)時(shí)和多任務(wù)的體系。它是以應(yīng)用為中心，軟硬件可裁減的，適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)功能、可靠性、成本、體積、功耗等綜合性嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。 嵌入式系統(tǒng)的硬件部分，包括處理器 / 微處理器、存儲(chǔ)器及外設(shè)器件和 I/O 端口、圖形控制器等。 二 嵌入式處理器 嵌入式系統(tǒng)的核心是嵌入式微處理器。
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