【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 搶占和輪轉(zhuǎn)調(diào)度機(jī)制，這充分保證了可靠的實(shí)時(shí)性，并使同樣的硬件配置能滿(mǎn)足更強(qiáng)的實(shí)時(shí)性要求。另外 Vxworks 具有高度的可靠性，從而保證了用戶(hù)工作環(huán)境的穩(wěn)定，同時(shí)， Vxworks 還有很完備強(qiáng)大的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境，這也大方便了用戶(hù)的使用。以其優(yōu)良的可靠性、開(kāi)放性、實(shí)時(shí)性和易用性贏得了大量的客戶(hù)。 但是由于 Vxworks 的開(kāi)發(fā)和使用都需要交高額的專(zhuān)利費(fèi)，因此大大增加了用戶(hù)的開(kāi)發(fā)成本。同時(shí)由于 Vxworks 的源碼不公開(kāi)，造成部分功能的更新滯后。 3. QNX QNX 是 Quantumn Software System 公司研制的基于 PC 的實(shí)時(shí)多任務(wù)的、可擴(kuò)展的操作系統(tǒng)，它具有微內(nèi)核結(jié)構(gòu)， QNX 是業(yè)界公認(rèn)的 X86 平臺(tái)上最好的嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)之一 ,它具有獨(dú)一無(wú)二的微內(nèi)核實(shí)時(shí)平臺(tái) ,是建立在微內(nèi) 核和完全地址空間保護(hù)基礎(chǔ)之上的 ,它同樣具有實(shí)時(shí)性強(qiáng)、穩(wěn)定可靠的優(yōu)點(diǎn)。用戶(hù)可根據(jù)需要選擇其中一些組件來(lái)定制操作系統(tǒng)。 4. PalmO S. PalmO S 是一種專(zhuān)為掌上設(shè)備設(shè)計(jì)的 32位操作系統(tǒng)，它運(yùn)行在一個(gè)搶占式的多任務(wù)內(nèi)核之上。同一時(shí)刻用戶(hù)界面僅僅允許一個(gè)應(yīng)用程序被打開(kāi)，這個(gè)被打開(kāi) 10 的程序?qū)⒖刂普麄€(gè)屏幕，應(yīng)用程序始終運(yùn)行在單用戶(hù)界面進(jìn)程上， Plam OS 最明顯的特點(diǎn)在精簡(jiǎn)，它的內(nèi)核只有幾千個(gè)字節(jié)，同時(shí)用戶(hù)也可以方便地開(kāi)發(fā)定制，具有較強(qiáng)的可操作性。 . 嵌入式 Linux（ Embedded Linux）是指對(duì)標(biāo)準(zhǔn) Linux 經(jīng)過(guò)小型化裁剪處理之后，能夠固化在容量只有幾 KB或者幾 MB字節(jié)的存儲(chǔ)芯片或者單片機(jī)中，是適合于特定嵌入式應(yīng)用場(chǎng)合的專(zhuān)用 Linux 操作系統(tǒng)。在目前已經(jīng)開(kāi)發(fā)成功的嵌入式系統(tǒng)中，大約有一半使用的是 Linux 這與它自身的優(yōu)良特性是分不開(kāi)的。 嵌入式 Linux 同 linux 一樣，具有低成本、多種硬件平臺(tái)支持、優(yōu)異的性能和良好的網(wǎng)絡(luò)支持等優(yōu)點(diǎn)。另外，為了更好地適應(yīng)嵌入式領(lǐng)域的開(kāi)發(fā)，嵌入式 Linux 還在 Linux基礎(chǔ)上做了部分改進(jìn)， Linux 也逐漸應(yīng)用于工作站及桌面 PC。同樣， Linux 以也因?yàn)?它服務(wù)器 OS 的特性而成為一個(gè)下一個(gè)智能型嵌入式設(shè)備的理想操作系統(tǒng)。 嵌入式 Linux 操作系統(tǒng) 嵌入式 Linux 由于代碼開(kāi)放性以及強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)功能，在中低端的嵌入式網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中的應(yīng)用，比起 pSOS, VxWorks 有許多優(yōu)勢(shì)。 Linux 現(xiàn)在甚至支持藍(lán)牙技術(shù)。開(kāi)發(fā)嵌入式Linux 產(chǎn)品，從產(chǎn)品上市時(shí)間到產(chǎn)品系列化，除人員以外所需的投入均較少。相對(duì)于Windows CE, QNX 以及國(guó)內(nèi)的 H OPEN 等嵌入式操作系統(tǒng)，嵌入式 Linux 以其特有的開(kāi)放性、與生俱來(lái)的網(wǎng)絡(luò)特性成為嵌入式操作系統(tǒng)的主流之一。 嵌入式 Linux 系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)所在 1. 充分滿(mǎn)足硬件設(shè)備的實(shí)時(shí)性要求 嚴(yán)格要求的實(shí)時(shí)性的決定因素與中斷例程本身和內(nèi)核中的其他驅(qū)動(dòng)程序有關(guān) 。而響應(yīng)延遲時(shí)間主要受中斷的優(yōu)先級(jí)和其他進(jìn)程暫時(shí)地關(guān)閉中斷響應(yīng)的影響。因此管理和驅(qū)動(dòng)中斷的機(jī)制必須保證實(shí)時(shí)要求。根據(jù)這個(gè)要求，大多數(shù)嵌入式系統(tǒng)并不具備嚴(yán)格的實(shí)時(shí)性，而 windows CE 基本上不具備實(shí)時(shí)性的特點(diǎn)。但是，嵌入式 Linux 可以很好得滿(mǎn)嵌入式 Web 服務(wù)器 Boa 的移植及其應(yīng)用 11 足實(shí)時(shí)性要求。對(duì) Intel x86處理器，實(shí)時(shí)擴(kuò)充可以在 Linim系統(tǒng)中很容易進(jìn)行， RTLinux就是很好的例子。它主要 是把 Linux 的任務(wù)作為自己的一個(gè)任務(wù)，因此實(shí)時(shí)性要求很高的任務(wù)不受非實(shí)時(shí)的 Linux 的干擾，可以得到滿(mǎn)足。另外還提供了實(shí)時(shí)任務(wù)和 Linux 的基本核心和其他任務(wù)間的接口。 2. 具有很高的適應(yīng)性和可靠性 和其他運(yùn)行于 PC 的系統(tǒng)相比，因?yàn)?Linux 繼承了 Unix 優(yōu)點(diǎn)，在適應(yīng)和穩(wěn)定方面性能是非常突出的。而嵌入式的 Linux 也是如此。 嵌入式 Linux 不僅支持 x86 芯片，而且是一個(gè)跨平臺(tái)的系統(tǒng)，到目前為止可以支持二、三十種 CPU。很多 CPU 包括家電業(yè)的芯片，都開(kāi)始做 Linux 的平臺(tái)移植工作。移植的速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò) JAVA 的開(kāi)發(fā)環(huán)境，這是值得注意的。也就是說(shuō)，如果今天采用 Linux環(huán)境開(kāi)發(fā)產(chǎn)品，那么將來(lái)?yè)Q CPU 時(shí)就不會(huì)遇到困擾。同時(shí)，嵌入式 Linux 內(nèi)核的結(jié)構(gòu)在網(wǎng)絡(luò)方面是非常完整的。提供了包括十兆、百兆、干兆的以太網(wǎng)絡(luò)以及無(wú)線網(wǎng)絡(luò)、 Token ring(令牌環(huán) )、光纖甚至衛(wèi)星的支持。所以 Linux 很適于做通信設(shè)備的開(kāi)發(fā)。 ，可以跨越 ICE 等屏障 開(kāi)發(fā)嵌入式系統(tǒng)的關(guān)鍵是需要一套好用的開(kāi)發(fā)和調(diào)試工具，而且在開(kāi)發(fā)所不同階段還需要不同的工具。 傳統(tǒng)的開(kāi)發(fā)調(diào)試工具就是 ICE 一在線仿真器，它取代目標(biāo)板的微處 理器，給目標(biāo)程序提供仿真環(huán)境，同時(shí)可以連接監(jiān)視器，允許開(kāi)發(fā)者調(diào)試和監(jiān)視程序的運(yùn)行。但是，這種設(shè)備價(jià)格非常貴。如果使用嵌入式 Linux，就不用 ICE 也可以很好地開(kāi)發(fā)和調(diào)試工作了、同時(shí)還降低開(kāi)發(fā)費(fèi)用。 嵌入式 Linux 利用 GNU 項(xiàng)目的 C編譯器來(lái)編譯程序，使用 gab 源程序級(jí)調(diào)試器來(lái)調(diào)試程序。它們提供了合適的手段來(lái)使客戶(hù)能夠開(kāi)發(fā)嵌入式的 Linux 各種應(yīng)用程序。通過(guò)串口和 gab 通訊，可以進(jìn)行 C 源程序級(jí)的調(diào)試。甚至客戶(hù)還可以用串口把其他的程序下裝到 RAM 或 flash 存儲(chǔ)器。通過(guò)串口，使用 gab 可以便得軟硬件的初始化代碼 繼續(xù)運(yùn)行到核心全部啟動(dòng)。一旦核心運(yùn)行了，就可以使用其他的更好的調(diào)試工具，象 Kgdb 等。如果連接了網(wǎng)絡(luò)，也可讓網(wǎng)絡(luò)工作起來(lái)。同時(shí)客戶(hù)就可以用 GUI 的 xgdb 來(lái)調(diào)試應(yīng)用程 12 序。 一般說(shuō)來(lái)，需要使用嵌入式操作系統(tǒng)的硬件體積都十分有限，不能像一般的計(jì)算機(jī)那樣采用海量存儲(chǔ)器來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。一般是采用軟件固化的方法，將程序和操作系統(tǒng)嵌入到整個(gè)產(chǎn)品里面。在這個(gè)技術(shù)中減少操作系統(tǒng)的體積是關(guān)鍵。我們不能想象在一個(gè)緊湊的硬件設(shè)備外面再接一個(gè)通用的硬盤(pán)或是打算將幾十兆上百兆的操作系統(tǒng)輸入到普通的 ROM 或者 RAM 里面去。因此，對(duì)嵌入式系統(tǒng)來(lái)講 :功能和體積是一對(duì)互斥事件。 而 PS OS 以及其他的一些操作系統(tǒng)，雖然內(nèi)核只有幾十 K，但是要為相關(guān)的產(chǎn)品添加額外的功能，實(shí)際應(yīng)用的時(shí)候體積在百 K 以上。嵌入式 1 inux 除了本身體積較少以外，還保留了 Linux 操作系統(tǒng)中非常有特色的一點(diǎn) :用戶(hù)可以自己裁減內(nèi)核。用戶(hù)完全可以根據(jù)不同的任務(wù)來(lái)選定特定操作內(nèi)核模塊，而將不用的部分去掉，減少體積，從根本上解決了體積和功能的矛盾。 Web 服務(wù)器 嵌入式 Linux 的應(yīng)用涉及面很廣，包括網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、信息家電、機(jī)頂盒、工業(yè)控 制、數(shù)據(jù)采集、測(cè)試等各個(gè)方面的應(yīng)用。由于 Linux 強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)功能，使得嵌入式 Linux 在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的應(yīng)用顯得尤其突出。 連入互聯(lián)網(wǎng)的嵌入式系統(tǒng)的出現(xiàn)，將給地球披上“電子皮膚”，嵌入式片上系統(tǒng)(System On a Chip)被稱(chēng)為“瘦服務(wù)器”。預(yù)測(cè)未來(lái) Inter 將向何處去，這是全世界科學(xué)家關(guān)心的問(wèn)題，科學(xué)家對(duì)此做出了預(yù)測(cè) :在這階段“將會(huì)產(chǎn)生比 PC 時(shí)代多成百上千倍的瘦服務(wù)器和超級(jí)嵌入式瘦服務(wù)器，這些瘦服務(wù)器將與這個(gè)世界你能想到的各種物理信息、生物信息相聯(lián)接，通過(guò) Inter 網(wǎng)自動(dòng)地、實(shí)時(shí)地、方便地、 簡(jiǎn)單地提供給需要這些信息的對(duì)象”。 由此可見(jiàn)，如何設(shè)計(jì)和制造嵌入式瘦服務(wù)器、嵌入式網(wǎng)關(guān)和嵌入式因特網(wǎng)路由器己成為嵌入式 Inter 時(shí)代的關(guān)鍵和核心技術(shù)。 HTTP(Hypertext Transfer Protocol，超文本傳輸協(xié)議 )協(xié)議是 WWW 的核心機(jī)制中的重要組成部分。在 Web 網(wǎng)站開(kāi)發(fā)過(guò)程中，對(duì) HTTP 協(xié)議的信息格式進(jìn)行分析和有針對(duì)嵌入式 Web 服務(wù)器 Boa 的移植及其應(yīng)用 13 性的應(yīng)用，是提高網(wǎng)站效率、增強(qiáng)網(wǎng)站功能的一條有效的途徑。 HTTP 協(xié)議是 Web 服務(wù)器使用的主要協(xié)議，是一個(gè)屬于應(yīng)用層的面向?qū)ο蟮膮f(xié)議，由于其簡(jiǎn)捷、快速的方式，適用于分布式 超媒體信息系統(tǒng)。經(jīng)過(guò)十多年的使用與發(fā)展，己經(jīng)得到了不斷的完善和擴(kuò)展。參考文獻(xiàn) [1][7][15] 2 嵌入式系統(tǒng)硬件 嵌入式系統(tǒng)微處理器 [1][7][12] 本論文采用的處理器是三星公司的 S3C2410X。 S3C2410 是使用 ARM920T 核、采用 的工藝 CMOS 標(biāo)準(zhǔn)宏單元和存儲(chǔ)編譯器開(kāi)發(fā)而成的。由于采用了由 ARM公司設(shè)計(jì) 14 的 16/32 位 ARM920T RISC 處理器， S3C2410X 實(shí)現(xiàn)了 MMU 和獨(dú)立的 16KB 數(shù)據(jù)哈佛結(jié)構(gòu)和緩存 ,每個(gè)緩存均為 8個(gè)字長(zhǎng) 的流水線 ,它的低功耗、精簡(jiǎn)而出色的全靜態(tài)設(shè)計(jì)特別適用于對(duì)成本和功耗敏感的領(lǐng)域 . ARM920T 支持 32 位 ARM 和 16位 Thumb 雙指令集，同時(shí)支持 ARM 調(diào)試體系結(jié)構(gòu)，它既包含用于硬件調(diào)試的邏輯，也包含用于軟件調(diào)試的邏輯。具有哈佛型 Cache 體系結(jié)構(gòu)，并提供一個(gè)完整的高性能處理器了系統(tǒng)。 提供 。 全性能的 MMU 指令和數(shù)據(jù) Cache 高速 AMBA 基于總線的接口 處理工作狀態(tài) ARM920T 可以工作在下面兩種工作狀態(tài)下的一種： ARM 狀態(tài)：執(zhí)行 32 位字對(duì)齊的 ARM 指令； THUMB 狀態(tài)：執(zhí)行 16 位半字對(duì)齊的 THUMB 指令。在這種狀態(tài)下， PC 寄存器 的第 1 位來(lái)選擇一個(gè)字中的哪個(gè)半字。 操作模式 ARM920T 支持 7 種操作模式： 用戶(hù)模式（ user 模式），運(yùn)行應(yīng)用的普通模式； 快速中斷模式（ fiq 模式），用于支持?jǐn)?shù)據(jù)傳輸或通道處理； 中斷模式（ irq 模式），用于普通中斷處理。 超級(jí)用戶(hù)模式（ svc 模式），操作系統(tǒng)的保護(hù)模式 異常中斷模式（ abt 模式） ,輸入數(shù)據(jù)后登入 或預(yù)取異常中斷指令 系統(tǒng)模式（ sys 模式），是操作系統(tǒng)使用的一個(gè)有特權(quán)的用戶(hù)模式 未定義模式（ und 模式），執(zhí)行了未定義指令時(shí)進(jìn)入該模式 外部中斷，異常操作或軟件控制都可以改變中斷模式。大多數(shù)應(yīng)用程序都時(shí)是在用嵌入式 Web 服務(wù)器 Boa 的移植及其應(yīng)用 15 戶(hù)模式下運(yùn)行。進(jìn)入特權(quán)模式是為了處理中斷或異常請(qǐng)求或操作保護(hù)資源服務(wù)的。 寄存器 ARM 共有 37 個(gè) 32 位的寄存器，其中 31 個(gè)是通用寄存器， 6 個(gè)是狀態(tài)寄存器。但在同一時(shí)間，對(duì)程序員來(lái)說(shuō)并不是所有的寄存器都可見(jiàn)。在某一時(shí)刻存儲(chǔ)器是否可見(jiàn)（可被訪問(wèn)），是由處理器 當(dāng)前的工作狀態(tài)和工作模式?jīng)Q定的。 異常 當(dāng)正常的程序執(zhí)行流程被臨時(shí)中斷時(shí)，稱(chēng)為產(chǎn)生了異常。例如程序執(zhí)行轉(zhuǎn)向一個(gè)外設(shè)的中斷請(qǐng)求。在異常能被處理前，當(dāng)前處理器的狀態(tài)必須被保留，這樣按處理程序完成時(shí)就能恢復(fù)原始的程序。 有可能同時(shí)產(chǎn)生好幾個(gè)異常，如果出現(xiàn)這種情況，就應(yīng)該按固定的順序處理。詳情請(qǐng)看后面對(duì)異常優(yōu)先級(jí)的說(shuō)明。 S3C2410A 的 NAND flash 控制器 [10][9] 當(dāng)前 Flash 主要分為 NorFlash 兩類(lèi)，但 NOR flash 存儲(chǔ)器的價(jià)格比較昂貴，而 SDRAM 和 NAND flash 存儲(chǔ)器的價(jià)格相對(duì)來(lái)說(shuō)比較合適，這樣就激發(fā)了一些用戶(hù)產(chǎn)生希望從 NAND flash 啟動(dòng)和引導(dǎo)系統(tǒng)，而在 SDRAM 上執(zhí)行主程序代碼的想法。 S3C2410A 恰好滿(mǎn)足這一要求，它可以實(shí)現(xiàn)從 NAND flash 上執(zhí)行引導(dǎo)程序。為了支持 NANDflash 的系統(tǒng)引導(dǎo)， S3C2410A 具備了一個(gè)內(nèi)部 SRAM 緩沖器，叫做“ Steppingstone”。當(dāng)系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)， NAND flash 存儲(chǔ)器的前面 4KByte 字節(jié)將被自動(dòng)載入到 Steppingstone 中，然后系統(tǒng)自動(dòng) 執(zhí)行這些載入的引導(dǎo)代碼。 一般情況下，這 4K的引導(dǎo)代碼需要將 NAND flash 中程序內(nèi)容拷貝到 SDRAM 中，在引導(dǎo)碼執(zhí)行完畢后跳轉(zhuǎn)到 SDRAM 執(zhí)行。使用 S3C2410A 內(nèi)部硬件 ECC 功能可以對(duì) NAND flash 的數(shù)據(jù)進(jìn)行有效性的檢測(cè)。 16 特性： ● NAND Flash 模式：支持讀 /擦 /編程 NAND flash 存儲(chǔ)器。 ● 自動(dòng)導(dǎo)入模式：復(fù)位后，引導(dǎo)代碼被送入 Steppingstone，傳送后，引導(dǎo)代碼在 Steppingstone 中執(zhí)行。 ● 具備硬件 ECC 產(chǎn)生模塊 (硬件產(chǎn)生，軟件糾正 ) ● Nand flash 接口：支持每頁(yè) 256words、 512byte、 1kwoeds 和 2kbyte 的 nand flash。 ● 接口： 8/16bit NANDflash 存儲(chǔ)器接口。 ● Steppingstone 接口：支持小端 /大端格式、字節(jié) /半字 /字等存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)。 ● 4KB 內(nèi)部 SRAM 緩沖器 Steppingstone，在 NAND flash 引導(dǎo)后可以作為其他用途使用。 圖 31 Flash 閃存是非易失存儲(chǔ)器，可以對(duì)存儲(chǔ)器單位 元塊進(jìn)行擦寫(xiě)和再編程。任何 Flash