【文章內(nèi)容簡介】 開發(fā)者根據(jù)操作系統(tǒng)的功能和內(nèi)存需求定制每一個應(yīng)用所需的系統(tǒng)。開發(fā)者可以利用它來實現(xiàn)從簡單的單個獨立設(shè)備到復(fù)雜的、網(wǎng)絡(luò)化的多處理器系統(tǒng)。⑶ Windows EmbeddedWindows Embedded 產(chǎn)品家族是Microsoft的產(chǎn)品，主要是用于建立支持具有豐富應(yīng)用程序和服務(wù)的32嵌入時系統(tǒng)，從而針對廣泛的用戶需求提供靈活解決方案。此外，同支持更快的“產(chǎn)品上市速度”并降低開發(fā)成本，Windows Embedded 產(chǎn)品家族還能保證開發(fā)人員立于競爭前沿。目前Windows Embedded產(chǎn)品家族主要有Windows CE 和Windows NT Embedded 。⑷ Palm OSPalm OS是著名的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備制造商3COM旗下的Palm Computing掌上電腦公司的產(chǎn)品，在PDA市場上占有很大的市場份額。它具有開放的操作系統(tǒng)應(yīng)用程序接口（API），開發(fā)商可以根據(jù)需要自行開發(fā)所需要的應(yīng)用程序。從全球范圍來看，由于Handspring公司和SONY公司也被授權(quán)使用Palm OS操作系統(tǒng)，致使Palm OS的市場份額占到將近90%。Palm OS的優(yōu)勢在于可以讓用戶靈活方便地定制操作系統(tǒng)以適合自己的習(xí)慣，而且其市場運作經(jīng)驗豐富，資本雄厚，目前也正在通過第三方軟件商進行軟件的中文化工作。⑸ OS9Microwave的OS9是為微處理器關(guān)鍵實時任務(wù)而設(shè)計的操作系統(tǒng)，廣泛應(yīng)用于高科技產(chǎn)品中，包括消費電子產(chǎn)品、工業(yè)自動化、無線通信產(chǎn)品、醫(yī)療儀器、數(shù)字電視/多媒體設(shè)備。它提供了很好的安全性和容錯性。與其它的嵌入式系統(tǒng)相比，它的靈活性和可升級性非常突出。⑹ LynxOSLynx Realtime Systems 的LynxOS式一個分布式、嵌入式、可規(guī)模擴展的實時操作系統(tǒng)，、。LynxOS支持線程的概念，提供256個全局用戶線程優(yōu)先級；提供一些傳統(tǒng)的、非實時系統(tǒng)的服務(wù)特性，包括基于調(diào)用需求的虛擬內(nèi)存、一個基于Motif的用戶圖形界面、與工業(yè)標準兼容的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)以及應(yīng)用開發(fā)工具。⑺ QNXQNX是加拿大QNX公司的產(chǎn)品。QNX是在x86體系上開發(fā)出來的，這和別的RTOS不太一樣，別的大多RTOS都是從68K的CPU上開發(fā)成熟，然后再移植到x86體系上來的，但是QNX是直接在x86上面開發(fā)，只是近年才在68K等CPU上使用。QNX是一個實時的、可擴充的操作系統(tǒng)，它部分遵循PosIX相關(guān)標準。它提供了一個很小的微內(nèi)核以及一些可選的配合進程。其內(nèi)核僅提供4種服務(wù)：進程調(diào)度、進程間通信、底層網(wǎng)絡(luò)通信和中斷處理。其進程在獨立的地址空間運行。所有其它OS服務(wù)，都體現(xiàn)為協(xié)作的用戶進程，因此QNX內(nèi)核非常小巧（QNX ），而且運行速度極快。這個靈活的結(jié)構(gòu)可以使用戶根據(jù)實際的需求，將系統(tǒng)配置成微小的嵌入式操作系統(tǒng)或者包括幾百個處理器的超級虛擬機操作系統(tǒng)。由于QNX具有強大的圖形界面功能，因此很適合作為機頂盒、手持設(shè)備（掌上電腦、手機）、GPS設(shè)備的實時操作系統(tǒng)使用。⑻嵌入式Linux自由免費軟件Linux的出現(xiàn)對目前商用嵌入式操作系統(tǒng)帶來了沖擊。它可以移植到多個有不同結(jié)構(gòu)的CPU和硬件平臺上，具有很好的穩(wěn)定性、各種性能的升級能力強，而且開發(fā)更容易。國際上許多大型跨國企業(yè)，已經(jīng)選中了Linux操作系統(tǒng)作為開發(fā)嵌入式產(chǎn)品的工具。如韓國三星公司、美國Transmeta公司等。國內(nèi)也有很多廠家推出了基于Linux的嵌入式系統(tǒng)，如中科紅旗軟件技術(shù)有限公司既開發(fā)了嵌入式Linux系統(tǒng)基本開發(fā)平臺，有提供了可供裁減的嵌入式Linux圖形用戶界面、窗口系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)瀏覽器，并與其它廠商合作開發(fā)了許多產(chǎn)品，包括PDA、機頂盒、彩票機等。⑼ μC/OSIIμC/OSII是源代碼公開的實時嵌入式內(nèi)核，是由美國人Jean J. Labrosse撰寫，其性能完全可以與商業(yè)產(chǎn)品競爭。它是基于μC/OS的，在1992年以來已經(jīng)有很多成功的商業(yè)應(yīng)用。它可在絕大多數(shù)8位、16位、32位甚至64位微處理器、微控制器、數(shù)字信號處理器（DSP）上運行。鑒于它的很多的優(yōu)點，我在系統(tǒng)設(shè)計中選用了此操作系統(tǒng)，關(guān)于它的更詳細的信息將在第下一章中論述。另外，國內(nèi)也有許多自主開發(fā)的實時操作系統(tǒng)，如科銀京成（CoreTek）公司的嵌入式軟件開發(fā)平臺DeltaSystem,中科院推出的Hopen嵌入式操作系統(tǒng)，浙江大學(xué)自主研制開發(fā)的全中文的嵌入式操作系統(tǒng)HBOS系統(tǒng)等。 面對如此眾多的嵌入式操作系統(tǒng)，嵌入式開發(fā)人員要根據(jù)自己的實際應(yīng)用，進行合理的選擇。進行選擇時，一般主要考慮以下幾個方面：⑴ 操作系統(tǒng)的硬件支持這主要從兩個方面考慮：是否支持目標硬件平臺；可移植性；⑵ 開發(fā)工具的支持程度選擇實時操作系統(tǒng)時，要考慮與之相關(guān)的工具。微處理器、在線仿真器（ICE）、編譯器、匯編器、連接器、調(diào)試器以及模擬器等都不同程度影響著操作系統(tǒng)。⑶ 能否滿足應(yīng)用需求主要考慮以下幾個方面：對操作系統(tǒng)性能的要求：內(nèi)核存儲空間要求、網(wǎng)絡(luò)化支持等；中文內(nèi)核支持，國內(nèi)產(chǎn)品要考慮對中文的支持；標準兼容性，要考慮應(yīng)用行業(yè)的標準性；技術(shù)支持，購買RTOS之后，還需要技術(shù)支持，要考慮供應(yīng)商的技術(shù)支持渠道及時間性等；源代碼還是目標碼；許可，獲得RTOS使用許可進行開發(fā)產(chǎn)品時，要考慮供應(yīng)商的收費方式。如果考慮了以上的各種因素之后，找不到合適的實時操作系統(tǒng)，可以自建一個。自建實時操作系統(tǒng)有兩種方式，一種是完全從內(nèi)核開始，寫自己的RTOS，這對于一般的用戶和開發(fā)人員而言，是不可想象的。另一種就是在免費的源代碼公開的內(nèi)核上寫自己的RTOS，如Linux和μC/OSII。 嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)包括嵌入式處理器的開發(fā)（目前國內(nèi)還主要靠國外的產(chǎn)品）和嵌入式操作系統(tǒng)以及相關(guān)的應(yīng)用軟件的開發(fā)。嵌入式處理器是一個復(fù)雜系統(tǒng)，要在短時間內(nèi)掌握并開發(fā)出所有功能是不現(xiàn)實的，而市場競爭則要求產(chǎn)品能夠快速上市，這一矛盾要求嵌入式處理器能夠有容易掌握和使用的開發(fā)工具平臺，提高用戶和程序員的時間投入回報。面對成百上千種處理器，選擇是一個問題，學(xué)習(xí)掌握處理器結(jié)構(gòu)及其應(yīng)用更需要時間，因此以開發(fā)工具和技術(shù)咨詢?yōu)榛A(chǔ)的整體解決方案是迫切需要的。目前嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)工具平臺主要包括以下幾種：1).實時在線仿真系統(tǒng)ICE(InCircuit Emulator)實時在線仿真系統(tǒng)（ICE）是進行嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)調(diào)試最有效的開發(fā)工具。ICE首先可以通過實際執(zhí)行，對應(yīng)用程序進行原理性檢驗，排除人的思維難以發(fā)現(xiàn)的設(shè)計邏輯錯誤。另一主要功能是在應(yīng)用系統(tǒng)中仿真微控制器的實時執(zhí)行，發(fā)現(xiàn)和排除由于硬件干擾等引起的異常執(zhí)行行為。2).高級語言編譯器（Compiler Tools）C語言作為一種通用的高級語言，大幅度提高了嵌入式系統(tǒng)工程師的工作效率，使之能夠充分發(fā)揮出嵌入式處理器日益提高的性能，縮短產(chǎn)品進入市場時間。另外，C語言便于移植和修改，使產(chǎn)品的升級和繼承更迅速。更重要的是采用C語言編寫的程序易于在不同的開發(fā)者之間進行交流，從而促進嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的產(chǎn)業(yè)化。C++語言強大的類、繼承等功能更便于實現(xiàn)復(fù)雜的程序功能。EC++保留了C++的主要優(yōu)點，提供了對C++的向上兼容性，并滿足嵌入式系統(tǒng)設(shè)計的一些特殊要求。C/C++/EC++被引入嵌入式系統(tǒng)，使得嵌入式開發(fā)和個人計算機、小型機等之間在開發(fā)上的差別正在逐漸消除，軟件工程中的很多經(jīng)驗、方法甚至庫函數(shù)可以移植到嵌入式系統(tǒng)。另一種高級語言JAVA，它是為設(shè)備獨立的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計的，可以提高程序的繼承性，由于目前基于JAVA的嵌入式開發(fā)工具代碼生成長度要比嵌入式C編譯工具差10倍以上，故其應(yīng)用還不夠廣泛。在嵌入式開發(fā)中采用高級語言，還使得硬件的開發(fā)和軟件的開發(fā)可以分工，從事嵌入式軟件開發(fā)不再必須精通系統(tǒng)硬件和相應(yīng)的匯編指令集。3).源程序模擬器（Simulator）源程序模擬器是在廣泛使用的、人機接口完備的工作平臺上，如小型機和PC,通過軟件手段模擬執(zhí)行某種嵌入式處理器內(nèi)核編寫的源程序測試工具。簡單的模擬器可以通過指令解釋方式逐條執(zhí)行源程序，分配虛擬存儲空間和外設(shè)，供程序員檢查；高級的模擬器可以利用計算機的外部接口模擬處理器的I/O電氣信號。模擬器軟件獨立于處理器硬件，一般與編譯器集成在同一個環(huán)境中，是一種有效的源程序檢驗和測試工具。 嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用嵌入式系統(tǒng)在辦公自動化、建筑設(shè)計、機械設(shè)計與制造、醫(yī)療、監(jiān)視、衛(wèi)生設(shè)備、交通運輸、通信、信息家電、工業(yè)控制和金融等系統(tǒng)中都有著廣泛的應(yīng)用。例如，辦公設(shè)備中的掃描儀、打印機；家電中的機頂盒、冰箱、洗衣機；生活中的手機、PDA、電梯；安全控制中的防火控制系統(tǒng)、安全報警系統(tǒng)、安全監(jiān)視設(shè)備、安全保險柜；制造控制中的制造工廠自動化、給水、廢水處理、發(fā)電設(shè)備；醫(yī)療中的X光設(shè)備、CT機；交通運輸中的飛機、火車、公共汽車、輪船、雷達系統(tǒng)、自動售票系統(tǒng)；通信中的電話機、交換機、衛(wèi)星和信息交換系統(tǒng)；其它還有地震測試儀、機器人等等。這些我們在生活中都是能夠經(jīng)常接觸到而且與我們的生活息息相關(guān)的，其中有些系統(tǒng)嵌入式應(yīng)用程度低一些，因此我們可能感覺不到。隨著嵌入式軟件開發(fā)水平的提高，相信將來我們的日常生活將充滿嵌入式，我們將會每天都能隨時隨地享受到嵌入式給我們帶來的方便和快捷。 嵌入式系統(tǒng)的未來發(fā)展趨勢信息時代、數(shù)字時代使得嵌入式系統(tǒng)獲得了巨大的發(fā)展機遇，為嵌入式市場展現(xiàn)了美好的前景，同時也對嵌入式生產(chǎn)廠商提出了新的挑戰(zhàn)。從中可以看出未來嵌入式系統(tǒng)的幾大發(fā)展趨勢：1). 嵌入式開發(fā)是一項系統(tǒng)工程，因此要求嵌入式系統(tǒng)廠商不僅提供嵌入式軟硬件系統(tǒng)本身，同時還應(yīng)提供強大的硬件開發(fā)環(huán)境和軟件包支持。目前很多廠商已經(jīng)充分考慮到這一點，在主推系統(tǒng)的同時，將開發(fā)環(huán)境也作為重點推廣。比如三星在推廣ARMARM9芯片的同時還提供開發(fā)板和板級支持包（BSP）， 而Windows CE 在主推系統(tǒng)的同時也提供Embedded VC++作為開發(fā)工具，還有VxWorks 的Tornado開發(fā)環(huán)境、Delta OS的Limda開發(fā)環(huán)境等都是這一典型趨勢的體現(xiàn)。當然，這也是市場競爭的結(jié)果。2). 網(wǎng)絡(luò)化、信息化的要求隨著英特網(wǎng)技術(shù)的成熟、帶寬的提高而日益提高， 使得以往單一功能的設(shè)備電話、手機、冰箱、微波爐等功能不再單一，結(jié)構(gòu)日益復(fù)雜。 這就要求芯片設(shè)計廠商在芯片上集成更多的功能。為了滿足應(yīng)用功能的升級，設(shè)計師們一方面采用更強大的嵌入式處理器如32位、64位RISC芯片或信號處理器DSP增強處理能力，同時增加功能接口（如USB）,擴展總線類型（如CANBUS），加強對多媒體、圖形等的處理，逐步實施片上系統(tǒng)（SOC）的概念。軟件方面，采用時實多任務(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)用程序的設(shè)計，保障軟件質(zhì)量和縮短開發(fā)周期（如HP）.3). 網(wǎng)絡(luò)互連成為必然趨勢。 未來的嵌入式設(shè)備為了適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的要求，必然要求硬件上提供各種網(wǎng)絡(luò)通信接口，傳統(tǒng)的單片機對于網(wǎng)絡(luò)支持得不夠，而新一代嵌入式處理器已經(jīng)開始內(nèi)嵌網(wǎng)絡(luò)接口，除了支持TCP/IP協(xié)議，有的還支持IEEE139USB、CAN、Bluetooth或IrDA通信接口中的一種或者幾種，同時也提供相應(yīng)的通信協(xié)議軟件和物理層驅(qū)動軟件。軟件方面，系統(tǒng)內(nèi)置支持網(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)。4). 精簡系統(tǒng)內(nèi)核、算法，降低功耗和軟硬件成本。 未來的嵌入式產(chǎn)品是軟硬件緊密結(jié)合的設(shè)備，為了降低功耗和成本，需要設(shè)計者盡量精簡設(shè)備內(nèi)核，只保留和系統(tǒng)緊密相關(guān)的軟硬件，利用最低的資源實現(xiàn)最適當?shù)墓δ?，這就要求設(shè)計者選用最佳的編程模型和不斷改進算法，優(yōu)化編譯器的性能。因此，軟件開發(fā)人員既要有豐富的硬件知識，又需要發(fā)展先進的嵌入式軟件系統(tǒng)技術(shù)，如JIVA、Web和WAP等。5). 提供有好的多媒體人機界面。 嵌入式設(shè)備能與用戶緊密接觸，最重要的因素就是它能提供友好的用戶界面、圖形界面和靈活的控制方式，使得人們感覺嵌入式設(shè)備就像一個熟悉的老朋友。這方面的要求使得嵌入式軟件設(shè)計者要在圖形界面，多媒體技術(shù)上多下功夫。手寫文字輸入、語音撥號上網(wǎng)、收發(fā)電子郵件以及彩色圖形、圖像都會使使用者獲得自由的感受。目前一些先進的PDA在顯示屏幕上也實現(xiàn)漢字輸入、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。第三章 系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境與技術(shù) 系統(tǒng)的開發(fā)環(huán)境考慮到系統(tǒng)的性能、成本、可靠性等因素，系統(tǒng)的主控芯片選用了臺灣Syncmos公司生產(chǎn)的以80C52為內(nèi)核的8位微控制器SM5964。它具有豐富的片內(nèi)資源，只需添加少量的外圍器件即可滿足系統(tǒng)設(shè)計的需要。根據(jù)上一章中闡述的嵌入式操作系統(tǒng)的選取原則，軟件開發(fā)平臺選用了源代碼公開的RTOS μC/OSII。下面對其詳細介紹。 SM5964概述 SM5964 微控制器是系統(tǒng)的核心器件，它是80C52 微控制器家族的派生產(chǎn)品，其硬件特征和強大的指令系統(tǒng)使它成為一種性能價格比高的控制器。除具有通用80C52優(yōu)點之外，其特點如下：178。 集成度高：它具有豐富的片內(nèi)資源，包括3個16位定時器、1個看門狗定時器、全雙工串口通道等，其PDIP 封裝具有32個I/O口而PLCC/QFP封裝則具有多達36個I/O口。178。 存儲量大：它內(nèi)置了64 KB Flash ROM和1 KB RAM。178。 ISP特性：它具有在系統(tǒng)可編程(ISP)功能，可以通過串口或者并口利用ISP功能實現(xiàn)系統(tǒng)的程序在線修改或升級。片內(nèi)有多達4KB的存儲空間供ISP編程之用。178。 PWM特性：片上有5路PWM通道可供用戶使用。另外它的主頻可以高達40MHz，SM5964處理器的模塊圖如圖31所示： 圖31 SM5964模塊圖 嵌入式操作系統(tǒng)μC/OSII在進行嵌入式系統(tǒng)設(shè)計時，選擇適合自己的實時操作系統(tǒng)是至關(guān)重要的，我結(jié)合具體的應(yīng)用，考慮開發(fā)成本等因素，根據(jù)嵌入式操作系統(tǒng)的選取原則并基于μC/OSII的許多特點，選用了源代碼公開的實時操作系統(tǒng)μC/OSII。 μC/OSII的主要特點它是由Labrosse先生編寫的一個開放式內(nèi)核，主要特點如下：178。 公開源代碼：源代碼全部公開