【正文】 不同的應(yīng)用需求，一般一個(gè)系列的單片機(jī)具有多種衍生產(chǎn)品，每種衍生產(chǎn)品的處理器內(nèi)核都是一樣的，不同的是存儲(chǔ)器和外設(shè)的配臵及封裝。這樣可以使單片機(jī)最大限度地和應(yīng)用需求相匹配，功能不多不少，從而減少功耗和成本。 和嵌入式微處理器相比，微控制器的最大特點(diǎn)是單片化，體積大大減小，從而使功耗和成本下降、可靠性提高。微控制器是目前嵌入式系統(tǒng)工業(yè)的主流。微控制器的片上外設(shè)資源一般比較豐富，適合于控制，因此稱微控制器 。 嵌入式微控制器目前的品種和數(shù)量最多，比較有代表性的通用系列包括 805 P51XA、 MCS25 MCS96/196/29 C166/16MC68HC05/11/12/1 68300、數(shù)目眾多 ARM芯片等。目前 MCU占嵌入式系統(tǒng)約 70％的市場(chǎng)份額。 —— 嵌入式微控制器 復(fù)位 部件 看門狗 部件 晶振 部件 I/O 部件 中斷 部件 ROM 部件 SRAM 部件 定時(shí)器 部件 CPU核 page 西安郵電學(xué)院 計(jì)算機(jī)系 74 2022/6/4 ? 嵌入式處理器 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)，使其適合于執(zhí)行 DSP算法，編譯效率較高，指令執(zhí)行速度也較高。在數(shù)字濾波、 FFT、譜分析等方面 DSP算法正在大量進(jìn)入嵌入式領(lǐng)域， DSP應(yīng)用正從在通用單片機(jī)中以普通指令實(shí)現(xiàn) DSP功能，過渡到采用嵌入式 DSP處理器。 嵌入式 DSP處理器比較有代表性的產(chǎn)品是 Texas Instruments的 TMS320系列和 Motorola的 DSP56000 系列。TMS320系列處理器包括用于控制的 C2022系列，移動(dòng)通信的C5000系列，以及性能更高的 C6000和 C8000系列。 DSP56000目前已經(jīng)發(fā)展成為 DSP56000， DSP56100， DSP56200和DSP56300等幾個(gè)不同系列的處理器。另外 PHILIPS公司近年也推出了基于可重臵嵌入式 DSP結(jié)構(gòu)低成本、低功耗技術(shù)上制造的 R. E. A. L DSP處理器，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。 —— 嵌入式 DSP處理器 page 西安郵電學(xué)院 計(jì)算機(jī)系 75 2022/6/4 ? 嵌入式處理器 隨著 EDA的推廣和 VLSI設(shè)計(jì)的普及化及半導(dǎo)體工藝的迅速發(fā)展，在一個(gè)硅片上實(shí)現(xiàn)一個(gè)更為復(fù)雜的系統(tǒng)的時(shí)代已來(lái)臨，這就是System On Chip(SOC)。各種通用處理器內(nèi)核將作為 SOC設(shè)計(jì)公司的標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)，和許多其它嵌入式系統(tǒng)外設(shè)一樣，成為 VLSI設(shè)計(jì)中一種標(biāo)準(zhǔn)的器件，用標(biāo)準(zhǔn)的 HDL等語(yǔ)言描述，存儲(chǔ)在器件庫(kù)中。用戶只需定義出其整個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)，仿真通過后就可以將設(shè)計(jì)圖交給半導(dǎo)體工廠制作樣品。這樣除個(gè)別無(wú)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)潔，對(duì)于減小體積和功耗、提高可靠性非常有利。 SoC可以分為通用和專用兩類。通用系列包括 Infineon的 TriCore、Motorola的 MCore、某些 ARM系列器件、 Echelon和 Motorola聯(lián)合研制的 Neuron芯片等。專用 SoC一般專用于某個(gè)或某類系統(tǒng)中，不為一般用戶所知。一個(gè)有代表性的產(chǎn)品是 Philips的 Smart XA，它將 XA單片機(jī)內(nèi)核和支持超過 2048 位復(fù)雜 RSA算法的 CCU單元制作在一塊硅片上，形成一個(gè)可加載 JAVA或 C語(yǔ)言的專用的 SOC，可用于公眾互聯(lián)網(wǎng)如 Inter安全方面。 —— 嵌入式片上系統(tǒng) (SOC) page 西安郵電學(xué)院 計(jì)算機(jī)系 76 2022/6/4 ? 嵌入式系統(tǒng)的未來(lái) 早在 1990年之前，嵌入式系統(tǒng)通常是很簡(jiǎn)單的且具有很長(zhǎng)的產(chǎn)品生命周期的自主設(shè)備。近些年來(lái)，嵌入式工業(yè)經(jīng)歷了巨大的變革。 ?產(chǎn)品市場(chǎng)窗口現(xiàn)在預(yù)計(jì)翻番的周期狂熱到 6～ 9個(gè)月。 ?全球重新定義市場(chǎng)的機(jī)會(huì)和膨脹的應(yīng)用空間。 ?互聯(lián)現(xiàn)在是一個(gè)需求而不是輔助性的，包括用有線和剛剛顯露頭角的無(wú)線技術(shù)。 ?基于電子的產(chǎn)品更復(fù)雜化。 ?互聯(lián)嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)生新的依賴網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的應(yīng)用。 ?微處理器的處理能力按莫爾定律（ Moore’s Law）預(yù)計(jì)的速度在增加。該定律認(rèn)為集成電路和晶體管個(gè)數(shù)每18個(gè)月翻一番。 page 西安郵電學(xué)院 計(jì)算機(jī)系 77 2022/6/4 嵌入式操作系統(tǒng) ? 概述 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)由硬件和軟件組成，在發(fā)展初期沒有操作系統(tǒng)這個(gè)概念，用戶使用 監(jiān)控程序 來(lái)使用計(jì)算機(jī)。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的硬件、軟件資源也愈來(lái)愈豐富，監(jiān)控程序已不能適應(yīng)計(jì)算機(jī)應(yīng)用的要求。于是在六十年代中期監(jiān)控程序又進(jìn)一步發(fā)展形成了 操作系統(tǒng) (Operating System)。發(fā)展到現(xiàn)在，廣泛使用的有三種操作系統(tǒng)即多道批處理操作系統(tǒng)、分時(shí)操作系統(tǒng)以及實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。 page 西安郵電學(xué)院 計(jì)算機(jī)系 78 2022/6/4 1. 發(fā)展歷程 監(jiān) 控 程 序 操 作 系 統(tǒng) 實(shí)時(shí)操作系統(tǒng) 分時(shí)操作系統(tǒng) 多道批處理操作系統(tǒng) 時(shí) 間 先 后 適用于多個(gè)用戶共享系統(tǒng)資源 適用于計(jì)算中心等較大的計(jì)算機(jī)系統(tǒng) 適用于嵌入式設(shè)備和有實(shí)時(shí)性要求的系統(tǒng)中 page 西安郵電學(xué)院 計(jì)算機(jī)系 79 2022/6/4 1. 發(fā)展歷程 監(jiān) 控 程 序 操 作 系 統(tǒng) 實(shí)時(shí)操作系統(tǒng) 分時(shí)操作系統(tǒng) 多道批處理操作系統(tǒng) 時(shí) 間 先 后 適用于多個(gè)用戶共享系統(tǒng)資源 適用于計(jì)算中心等較大的計(jì)算機(jī)系統(tǒng) 適用于嵌入式設(shè)備和有實(shí)時(shí)性要求的系統(tǒng)中 實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)是我們介紹的重點(diǎn) page 西安郵電學(xué)院 計(jì)算機(jī)系 80 2022/6/4 2. 實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的特點(diǎn) 總的來(lái)說(shuō)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)是事件驅(qū)動(dòng)的，能對(duì)來(lái)自外界的作用和信號(hào)在限定的時(shí)間范圍內(nèi)作出響應(yīng)。它強(qiáng)調(diào)的是 實(shí)時(shí)性 、 可剪裁性 和 可靠性 , 與實(shí)時(shí)應(yīng)用軟件相結(jié)合成為有機(jī)的整體起著核心作用 , 由它來(lái)管理和協(xié)調(diào)各項(xiàng)工作 ,為應(yīng)用軟件提供良好的運(yùn)行軟件環(huán)境及開發(fā)環(huán)境。 從實(shí)時(shí)系統(tǒng)的應(yīng)用特點(diǎn)來(lái)看實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)可以分為兩種： 一般實(shí)時(shí)操作系統(tǒng) 和 嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng) 。 page 西安郵電學(xué)院 計(jì)算機(jī)系 81 2022/6/4 ? 實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的特點(diǎn) 一般實(shí)時(shí)操作系統(tǒng) 應(yīng)用于實(shí)時(shí)處理系統(tǒng)的上位機(jī)和實(shí)時(shí)查詢系統(tǒng)等實(shí)時(shí)性較弱的實(shí)時(shí)系統(tǒng)，并且提供了開發(fā)、調(diào)試、運(yùn)用一致的環(huán)境。 嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng) 應(yīng)用于實(shí)時(shí)性要求高的實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)，而且應(yīng)用程序的開發(fā)過程是通過交叉開發(fā)來(lái)完成的，即開發(fā)環(huán)境與運(yùn)行環(huán)境是不一致。 嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)具有規(guī)模小 (一般在幾 K～幾十 K 內(nèi) )、可固化使用實(shí)時(shí)性強(qiáng) (在毫秒或微秒數(shù)量級(jí)上 )的特點(diǎn) 。 page 西安郵電學(xué)院 計(jì)算機(jī)系 82 2022/6/4 3. 常見的嵌入式操作系統(tǒng) μC/OSII是一個(gè)源碼公開、可移植、可固化、可裁剪、占先式的實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)。其絕大部分源碼是用 ANSI C寫的，使其可以方便的移植并支持大多數(shù)類型的處理器。 μC/OSII通過了聯(lián)邦航空局（ FAA）商用航行器認(rèn)證。自 1992年問世以來(lái)，μC/OSII已經(jīng)被應(yīng)用到數(shù)以百計(jì)的產(chǎn)品中。 μC/OSII占用很少的系統(tǒng)資源，并且在高校教學(xué)使用是不需要申請(qǐng)?jiān)S可證。 —— μC/OSII page 西安郵電學(xué)院 計(jì)算機(jī)系 83 2022/6/4 3. 常見的嵌入式操作系統(tǒng) —— VxWorks VxWorks操作系統(tǒng)是美國(guó) WIND RIVER公司于 1983年設(shè)計(jì)開發(fā)的一種嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)（ RTOS），是嵌入式開發(fā)環(huán)境的關(guān)鍵組成部分。良好的持續(xù)發(fā)展能力、高性能的內(nèi)核以及友好的用戶開發(fā)環(huán)境，在嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)領(lǐng)域占據(jù)一席之地。它以其良好的可靠性和卓越的實(shí)時(shí)性被廣泛地應(yīng)用在通信、軍事、航空、航天等高精尖技術(shù)及實(shí)時(shí)性要求極高的領(lǐng)域中，如衛(wèi)星通訊、軍事演習(xí)、彈道制導(dǎo)、飛機(jī)導(dǎo)航等，甚至在 1997年 4月登陸火星表面的火星探測(cè)器上也使用到了 VxWorks。 page 西安郵電學(xué)院 計(jì)算機(jī)系 84 2022/6/4 uClinux是一個(gè)完全符合 GNU/GPL公約的操作系統(tǒng)，完全開放代碼。 uClinux從 Linux ，沿襲了主流 Linux的絕大部分特性。它是專門針對(duì)沒有MMU的 CPU，并且為嵌入式系統(tǒng)做了許多小型化的工作。適用于沒有虛擬內(nèi)存或內(nèi)存管理單元 (MMU)的處理器，例如 ARM7TDMI。它通常用于具有很少內(nèi)存或Flash的嵌入式系統(tǒng)。它保留了 Linux的大部分優(yōu)點(diǎn)： 穩(wěn)定、良好的移植性、優(yōu)秀的網(wǎng)絡(luò)功能、完備的對(duì)各種文件系統(tǒng)的支持、以及標(biāo)準(zhǔn)豐富的 API等 。 3. 常見的嵌入式操作系統(tǒng) —— 嵌入式 Linux page 西安郵電學(xué)院 計(jì)算機(jī)系 85 2022/6/4 3. 常見的嵌入式操作系統(tǒng) Windows CE是微軟開發(fā)的一個(gè)開放的、可升級(jí)的 32位嵌入式操作系統(tǒng)，是基于掌上型電腦類的電子設(shè)備操作，它是精簡(jiǎn)的 Windows 95。 Windows CE的圖形用戶界面相當(dāng)出色。 Win CE具有模塊化、結(jié)構(gòu)化和基于 Win32應(yīng)用程序接口以及與處理器無(wú)關(guān)等特點(diǎn)。 Win CE不僅繼承了傳統(tǒng)的 Windows圖形界面，并且在 Win CE平臺(tái)上可以使用 Windows 95/98上的編程工具（如 Visual Basic、Visual C++等）、 使絕大多數(shù)的應(yīng)用軟件只需簡(jiǎn)單的修改和移植就可以在 Windows CE平臺(tái)上繼續(xù)使用。 —— Win CE page 西安郵電學(xué)院 計(jì)算機(jī)系 86 2022/6/4 第一章 練習(xí) Book P30： 要求： 1 1 13 思考： 10 、 15 page 西安郵電學(xué)院 計(jì)算機(jī)系 87 2022/6/4 結(jié) 束 用 ? 0/1” 描述大千世界， 簡(jiǎn)單 → 神奇！