【文章內容簡介】 數(shù)據傳輸接口。 通信接口 藍牙無線信號嵌入式系統(tǒng)微處理器F l a s h M e m o r y無 線 傳 輸收 發(fā) 單 元基 頻 處 理單 元數(shù) 據 傳 輸接 口藍牙模塊架構圖 外圍設備 ? 2. 輸入 /輸出設備 – 嵌入式系統(tǒng)通常還包括輸入 /輸出設備，用于系統(tǒng)與用戶的交互。 – 嵌入式系統(tǒng)中輸入設備一般包括觸摸屏、語音識別、按鍵、鍵盤和虛擬鍵盤等，輸出設備主要有 LCD顯示和語音輸出。 輸入 /輸出設備 ? （ 1）觸摸屏 – 觸摸屏按其技術原理可分為 5類：矢量壓力傳感器式、電阻式、電容式、紅外線式和表面聲波式。 輸入 /輸出設備 ? 電阻觸摸屏 的工作部分由三部分組成：兩層透明的阻性導體層、兩層導體之間的隔離層、電極。 透 明 導 體電 極輸入 /輸出設備 ? 電容式觸摸屏 是一塊四層復合玻璃屏，玻璃屏的內表面和夾層各涂一層 ITO，最外層是只有，夾層 ITO涂層作工作面，四個角引出四個電極，內層 ITO為屏層以保證工作環(huán)境。 ? 當用戶觸摸電容屏時，手指會吸收一個很小的電流，這個電流分別從屏的四個角上的電極中流出，且理論上流經四個電極的電流與手指頭到四角的距離成比例，控制器通過對四個電流比例的精密計算，得出位置。 輸入 /輸出設備 ? 電感式觸摸屏 的工作原理是在觸摸筆中安裝 LC諧振線圈，通過改變與安裝有激勵線圈及感應線圈的觸摸屏之間的空間距離，使電磁場發(fā)生變化從而計算出觸點的位置。 ? 這種觸摸屏是安裝在液晶顯示屏的后面，而普通的電阻式和電容式觸摸屏需要安裝在液晶顯示屏的前面，因此使用電感式觸摸屏，輸入筆不必接觸屏幕，可以減少對屏幕的磨損，提高輸入的靈敏度。 三種觸摸屏技術的比較 觸摸屏 類型 工作原理 觸摸方式 安裝方式 透明度 易用性 電阻式 電壓測量 筆、手指點壓 顯示屏前 一般 好 電容式 電容耦合 金屬筆尖、手 指接觸 顯示屏前 比電阻 式好 一般 電感式 電磁諧振 筆尖接近感應 顯示屏后 好 好 輸入 /輸出設備 ? （ 2） LCD接口 – 嵌入式系統(tǒng)中多數(shù)采用液晶顯示器（ LCD， Liquid Crystal Display）， LCD是一種低成本、低功率的器件，既可顯示文字，又可顯示圖像。 – LCD顯示器根據其工作原理可分為反射式、吸收式（又稱透視式）LCD顯示器。 輸入 /輸出設備 – 反射式 LCD的基本原理是：首先入射光線通過一個偏極化板，接著偏極化的光遇到液晶材料，如果激活液晶材料的部分區(qū)域，則 LCD材料的分子整齊排列，使偏極化光能穿過 LCD材料，否則光線無法通過，最后通過液晶材料的光線碰到一面鏡子而反射回來，因此，激活的部分區(qū)域亮起來。 輸入 /輸出設備 – 吸收式 LCD的工作原理類似，但使用黑色表面而不使用鏡子，該黑色表面在激活區(qū)域下面，可以吸收光線，因而顯得比其他區(qū)域暗。 外圍設備 ? – 擴展設備很多，但所采用的擴展接口卻大同小異。 – PC機內存卡國際聯(lián)合會 (PCMCIA) 建立一個省電、小體積的整合性電子卡片的標準，提高移動計算機的互換性。根據該標準生產的外形如信用卡大小的產品叫做 PCMCIA卡 （也稱 PC卡）。 – 其他常用的擴展卡還有各種 CF卡 、 SD卡 、Memory Stick等。 外圍設備 ? – 電源是電子產品中一個組成部分，為了使電路性能穩(wěn)定，往往還需要穩(wěn)定電源。設計者要根據產品的要求來選擇合適的電源。 – 嵌入式系統(tǒng)力求外觀小型化、質量輕以及電源使用壽命長，因此，目前電源及輔助設備發(fā)展的目標是體積小、易攜帶和外觀設計新穎等，尤其是在便攜式嵌入式系統(tǒng)的應用中。 主要內容 ? 嵌入式硬件系統(tǒng) ? 嵌入式軟件系統(tǒng) ? 嵌入式系統(tǒng)的基本設計過程 ? 本教程選擇的軟硬件平臺 嵌入式操作系統(tǒng) ? 嵌入式操作系統(tǒng)的發(fā)展 – 嵌入式操作系統(tǒng)通常包括與硬件相關的底層驅動軟件、系統(tǒng)內核、設備驅動接口、通信協(xié)議、圖形界面、標準化瀏覽器等。 – 嵌入式操作系統(tǒng)具有通用操作系統(tǒng)的基本特點，與通用操作系統(tǒng)相比較，嵌入式操作系統(tǒng)在系統(tǒng)實時高效性、硬件的相關依賴性、軟件固態(tài)化以及應用的專用性等方面具有較為突出的特點。 嵌入式操作系統(tǒng)的發(fā)展階段 ? 嵌入式操作系統(tǒng)伴隨著嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展，大致經歷了四個階段： – 第一階段： 無操作系統(tǒng)的嵌入算法階段 ，以單芯片為核心的可編程控制器形式的系統(tǒng)，具有與監(jiān)測、伺服、指示設備相配合的功能。應用于一些專業(yè)性極強的工業(yè)控制系統(tǒng)中，通過匯編語言編程對系統(tǒng)進行直接控制，運行結束后清除內存。系統(tǒng)結構和功能都相對單一，處理效率較低，存儲容量較小，幾乎沒有用戶接口。 嵌入式操作系統(tǒng)的發(fā)展階段 – 第二階段： 以嵌人式 CPU為基礎、簡單操作系統(tǒng)為核心的嵌入式系統(tǒng) 。由于 CPU種類繁多，因此通用性比較差；系統(tǒng)開銷小，效率高；一般配備系統(tǒng)仿真器，操作系統(tǒng)具有一定的兼容性和擴展性；應用軟件較專業(yè)，用戶界面不夠友好；系統(tǒng)主要用來控制系統(tǒng)負載以及監(jiān)控應用程序運行。 嵌入式操作系統(tǒng)的發(fā)展階段 – 第三階段： 通用的嵌入式實時操作系統(tǒng)階段 。以嵌入式操作系統(tǒng)為核心的嵌入式系統(tǒng)，能運行于各種類型的微處理器上，兼容性好；內核精小、效率高，具有高度的模塊化和擴展性；具備文件和目錄管理、設備支持、多任務、網絡支持、圖形窗口以及用戶界面等功能；具有大量的應用程序接口（ API）；嵌入式應用軟件豐富。 嵌入式操作系統(tǒng)的發(fā)展階段 – 第四階段： 以基于 Inter為標志的嵌入式系統(tǒng) 。這是一個正在迅速發(fā)展的階段。隨著 Inter的發(fā)展以及 Inter技術與信息家電、工業(yè)控制技術等結合日益密切，嵌入式設備與 Inter的結合將代表著嵌入式技術的真正未來。 嵌入式操作系統(tǒng) ? 嵌入式實時操作系統(tǒng)的分類 – 嵌入式實時操作系統(tǒng)最主要的特征是性能上的實時性，也就是說，系統(tǒng)的正確性不僅依賴于計算的邏輯結果，也依賴于結果產生的時間。 – 常用的嵌入式 RTOS分三大類： 商用系統(tǒng) 、 專用系統(tǒng) 和 開放系統(tǒng) 。 嵌入式實時操作系統(tǒng)的分類 ? 1. 商用系統(tǒng) – 商品化的嵌入式實時操作系統(tǒng)，主要有WindRiver的 Vxworks和 pSOS+， 3Com的Palm OS以及 Microsoft的 Windows CE等。 – 它們的優(yōu)點是功能可靠、穩(wěn)定，技術支持和售后服務比較完善，輔助工具比較齊全，而且提供了高端嵌入式系統(tǒng)要求的許多功能。 – 缺點是價格昂貴，而且源代碼封閉，影響了開發(fā)者學習和使用的積極性。 嵌入式實時操作系統(tǒng)的分類 ? 2. 專用系統(tǒng) – 一些專業(yè)廠家為本公司產品特制的嵌入式操作系統(tǒng)，僅供應用開發(fā)者使用。 – 這些操作系統(tǒng)功能相對較弱，但針對性強，其安全可靠性大都超過普通商用系統(tǒng)。 – 例如，由摩托羅拉、西門子和諾基亞等幾家大型移動通訊設備商合作研制的應用于手機的嵌入式操作系統(tǒng) SymbianOS。 嵌入式實時操作系統(tǒng)的分類 ? 3. 開放系統(tǒng) – 這是近年來發(fā)展迅速的一類操作系統(tǒng)，其典型代表是嵌入式 Linux和 ?C/OSⅡ 。 – 由于應用系統(tǒng)開發(fā)者可以免費獲得這些系統(tǒng)的源代碼，因而降低了開發(fā)難度。 – 但其缺點也非常明顯，功能簡單，技術支持差，系統(tǒng)穩(wěn)定性也相對較差。因此，它們對開發(fā)者的要求較高。 嵌入式操作系統(tǒng) ? 嵌入式實時操作系統(tǒng)的可裁剪性及其實現(xiàn) – 所謂操作系統(tǒng)的可裁剪性（可配置性），就是一個規(guī)模大且功能齊全的操作系統(tǒng)，在結構上保證了用戶可在其中有選擇地保留某些模塊，而刪減掉一些模塊的性能。 – 所謂的配置方法有兩種：一種是在系統(tǒng)進行編譯連接時進行配置；另一種是在系統(tǒng)運行時進行配置。 嵌入式操作系統(tǒng) ? 常用的實時操作系統(tǒng) ? 1. VxWorks – VxWorks操作系統(tǒng)是美國 WindRiver公司為分布式環(huán)境設計的具備網絡功能的實時操作系統(tǒng)。 – VxWorks擁有良好的持續(xù)發(fā)展能力、高性能的內核以及良好的用戶開發(fā)環(huán)境，在實時操作系統(tǒng)領域內占據一席之地。它以良好的可靠性和卓越的實時性被廣泛地應用在通信、軍事、航空、航天等高精尖技術及實時性要求極高的領域中。 常用的實時操作系統(tǒng) ? 2. QNX – QNX是一個實時的、可擴充的操作系統(tǒng)；它部分遵循 POSIX相關標準，如 ；它提供了一個很小的微內核以及一些可選的配合進程。 – 其內核僅提供 4種服務：進程調度、進程間通信、底層網絡通信和中斷處理，其進程在獨立的地址空間中運行。所有其他操作系統(tǒng)服務都實現(xiàn)為協(xié)作的用戶進程，因此 QNX內核非常小巧（ QNX4． x大約為 12KB），而且運行速度極快。 常用的實時操作系統(tǒng) ? 3. Palm OS – Palm OS是一種 32位的嵌入式操作系統(tǒng)。 Palm提供了串行通信接口和紅外線傳輸接口，利用它可以方便地與其它外部設備通信、傳輸數(shù)據；擁有開放的 OS應用程序接口，開發(fā)商可根據需要自行開發(fā)所需的應用程序。 – Palm OS具有以下特點： ? 操作系統(tǒng)的節(jié)能功能 。 ? 合理的內存管理 ? Palm OS的數(shù)據是以數(shù)據庫（ database）的格式來存儲的 常用的實時操作系統(tǒng) ? 4. Windows CE – Windows CE是微軟開發(fā)的一個從整體上為有限資源的平臺而設計的多線程、完整優(yōu)先權、多任務的 32位嵌入式操作系統(tǒng)。其中 CE中的 C代表袖珍（ Compact）、消費（ Consumer）、通信能力（ Connectivity）和伴侶（ Companion）； E代表電子產品（ Electronics）。 – Windows CE的設計目標是：模塊化及可伸縮性、實時性能好，通信能力強大，支持多種 CPU。 常用的實時操作系統(tǒng) ? 4. Windows CE – Windows CE的特點有： ?靈活的電源管理功能，包括休眠 /喚醒模式 。 ?使用了對象存儲（ object store）技術，包括文件系統(tǒng)、注冊表及數(shù)據庫 。 ?擁有良好的通信能力 。 ?支持嵌套中斷 。 ?更好的線程響應能力 。 ?256個優(yōu)先級別 。 ?Windows CE的 API是 Win32 API的一個子集，支持近1500個 Win32 API。 常用的實時操作系統(tǒng) ? 5. ?C/OSⅡ – ?C/OSⅡ 是一個可裁剪、源碼開放、結構小巧、搶先式的實時多任務內核，主要面向中小型嵌入式系統(tǒng)，具有執(zhí)行效率高、占用空間小、可移植性強、實時性能優(yōu)良和可擴展性強等特點。 – ?C/OSⅡ 最多可支持 64個任務，分別對應優(yōu)先級 0~63，其中 0為最高優(yōu)先級。實時內核在任何時候都是運行就緒了的最高優(yōu)先級的任務，是真正的實時操作系統(tǒng)。 – ?C/OSⅡ 最大程度地使用 ANSI C語言開發(fā)，現(xiàn)已成功移植到近 40多種處理器體系上。 常用的實時操作系統(tǒng) ? Linux – Linux類似于 UNIX，是一種免費的、源代碼完全開放的、符合 POSIX標準規(guī)范的操作系統(tǒng)。 – 隨著 Linux的迅速發(fā)展，嵌入式 Linux現(xiàn)在已經有許多的版本，包括強實時的嵌入式 Linux（如新墨西哥工學院的 RTLinux和堪薩斯大學的KURTLinux）和一般的嵌入式 Linux 版本（如uClinux和 Pocket Linux等）。 多道程序技術 為了提高計算機系統(tǒng)中各種資源的利用率， 現(xiàn)代操作系統(tǒng)廣泛采用多道程序技術（ multi programming），使多個程序同時在系統(tǒng)中存 在并運行。 CPU I/O 單道程序： 多道程序： CPU I/O 作業(yè)甲（ 紅 黃 ） 作業(yè)乙（ 藍 綠 ） 進程、線程和任務 在多道程序系統(tǒng)中，各個程序之間是并發(fā)執(zhí) 行的，共享系統(tǒng)資源。 CPU需要在各個運行 的程序之間來回地切換，這樣的話，要想描 述這些多道的并發(fā)活動過程就變得很困難。 為此，