【正文】 ? 弱實時系統(tǒng)，其系統(tǒng)響應(yīng)時間約為數(shù)十秒或更長（工程機(jī)械）。如 UNIX （ 3）實時操作系統(tǒng)：系統(tǒng)內(nèi)有多個程序運(yùn)行，每個程序有不同的優(yōu)先級，只有最高優(yōu)先級的任務(wù)才能占有 CPU的控制權(quán)。如 DOS操作系統(tǒng)。 高速緩存的工作原理 高速緩存是一種小型、快速的存儲器，它保存部分主存內(nèi)容的拷貝。諾依曼體系結(jié)構(gòu)模型 指令寄存器 控制器 數(shù)據(jù)通道 輸入 輸出 中央處理器 存儲器 程序 指令 0 指令 1 指令 2 指令 3 指令 4 數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù) 0 數(shù)據(jù) 1 數(shù)據(jù) 2 5 哈佛體系結(jié)構(gòu) 指令寄存器 控制器 數(shù)據(jù)通道 輸入 輸出 中央處理器 程序存儲器 指令 0 指令 1 指令 2 數(shù)據(jù)存儲器 數(shù)據(jù) 0 數(shù)據(jù) 1 數(shù)據(jù) 2 地址 指令 地址 數(shù)據(jù) 6 CISC和 RISC CISC：復(fù)雜指令集（ Complex Instruction Set Computer） 具有大量的指令和尋址方式 8/2原則： 80%的程序只使用 20%的指令 大多數(shù)程序只使用少量的指令就能夠運(yùn)行。1 嵌入式系統(tǒng)設(shè)計與實例開發(fā) —— ARM與 ?C/OSⅡ 基本概念及設(shè)計方法 2 ?馮 諾依曼體系結(jié)構(gòu)和哈佛體系結(jié)構(gòu) ?CISC與 RISC ?影響 CPU性能的因素 ?存儲器系統(tǒng) ?I/O接口 一、嵌入式系統(tǒng)硬件基礎(chǔ) 3 典型嵌入式系統(tǒng)基本組成－硬件 MPU 微處理器 電源 模塊 時鐘 復(fù)位 Flash RAM ROM USB LCD Keyboard 外圍電路 Other 外設(shè) 4 馮 RISC：精簡指令集（ Reduced Instruction Set Computer) 在通道中只包含最有用的指令 確保數(shù)據(jù)通道快速執(zhí)行每一條指令 使 CPU硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計變得更為簡單 7 影響 CPU性能的因素：流水線、超標(biāo)量和緩存 流水線技術(shù)：幾個指令可以并行執(zhí)行 提高了 CPU的運(yùn)行效率 內(nèi)部信息流要求通暢流動 譯碼 取指 執(zhí)行 add 譯碼 取指 執(zhí)行 sub 譯碼 取指 執(zhí)行 cmp 時間 Add Sub Cmp 8 超標(biāo)量執(zhí)行 超標(biāo)量執(zhí)行：超標(biāo)量 CPU采用多條流水線結(jié)構(gòu) 執(zhí)行 1 預(yù)取 指令 CACHE 譯碼 2 譯碼 1 執(zhí)行 2 執(zhí)行 1 預(yù)取 譯碼 2 譯碼 1 執(zhí)行 2 流水線1 流水線2 數(shù)據(jù) 9 高速緩存（ CACHE） 為什么采用高速緩存 微處理器的時鐘頻率比內(nèi)存速度提高快得多，高速緩存可以提高內(nèi)存的平均性能。 CPU 高速緩存控制器 CACHE 主存 數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù) 地址 10 總線和總線橋 CPU 低速設(shè)備 橋 數(shù)據(jù) 高速總線 存儲器 高速設(shè)備 高速設(shè)備 低速總線 11 存儲器系統(tǒng) RAM：隨機(jī)存取存儲器， SRAM：靜態(tài)隨機(jī)存儲器， DRAM：動態(tài)隨機(jī)存儲器 1） SRAM比 DRAM快 2） SRAM比 DRAM耗電多 3） DRAM存儲密度比 SRAM高得多 4） DRM需要周期性刷新 ROM：只讀存儲器 FLASH：閃存 12 SRAM和 DRAM 1） SRAM 2） DRAM CS R/W Addr Data CS R/W CAS Data RAS Addr 13 輸入輸出接口 ?I/O ?A/D、 D/A ?鍵盤 ?LCD ?存儲器接口 ?設(shè)備接口 14 例如 USB ? USB： Universal Serial Bus，通用串行總線 ? 大家生活中常見的與 USB有關(guān)的東西有： ?U盤、移動硬盤、無驅(qū)型的 MP3（ U盤） ?USB接口的鍵盤、 Mouse、打印機(jī)、數(shù)碼相機(jī) …… ? 即插即用，熱插撥，系統(tǒng)不需重啟便可工作，且易于擴(kuò)展（ 127個） ? 480Mb/s的傳輸率（ 速設(shè)備可達(dá) 12Mb/s） ? 接口標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一、端口供電 15 一個典型的 USB通訊系統(tǒng) HOST系統(tǒng) HUB DEVICE D DEVICE 應(yīng)用軟件 +驅(qū)動程序+接口芯片 HUB U盤 其他 數(shù)據(jù)采集器 驅(qū)動代碼 +嵌入式處理器 +HOST芯片 HUB U盤 其他 數(shù)據(jù)采集器 通用系統(tǒng)模型 PC機(jī)中的情況 嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用 16 二、嵌入式系統(tǒng)軟件基礎(chǔ) ? 操作系統(tǒng)的分類 ? 嵌入式實時操作系統(tǒng) ? 前臺與后臺 ? 多任務(wù)，任務(wù)優(yōu)先級，調(diào)度 ? 非占先式與占先式、可重入型函數(shù) 17 操作系統(tǒng)的分類 （ 1）順序執(zhí)行系統(tǒng)：系統(tǒng)內(nèi)只含有一個程序，獨占 CPU的運(yùn)行時間，按語句順序執(zhí)行該程序，直至執(zhí)行完畢，另一程序才能啟動運(yùn)行。 （ 2）分時操作系統(tǒng)：系統(tǒng)內(nèi)同時可以有多個程序運(yùn)行，把CPU的時間分按順序分成若干片，每個時間片內(nèi)執(zhí)行不同的程序。 18 按實時性分類 ? 強(qiáng)實時系統(tǒng)，其系統(tǒng)響應(yīng)時間在毫秒或微秒級（數(shù)控機(jī)床）； ? 一般實時系統(tǒng)，其系統(tǒng)響應(yīng)時間在毫秒－幾秒的數(shù)量級上，其實時性的要求比強(qiáng)實時系統(tǒng)要差一些（電子菜譜的查詢）。 19 1）循環(huán)輪詢系統(tǒng)：（ Polling Loop） 最簡單的軟件結(jié)構(gòu)是循環(huán)輪詢，程序依次檢查系統(tǒng)的每一個輸入條件，一旦條件成立就進(jìn)行相應(yīng)的處理。 if(condition_2) action_2()。 } 按軟件結(jié)構(gòu)分類 20 2）事件驅(qū)動系統(tǒng)：（ EventDriven system） 事件驅(qū)動系統(tǒng)是能對外部事件直接響應(yīng)的系統(tǒng)。 應(yīng)用程序是一個無限的循環(huán)，循環(huán)中調(diào)用相應(yīng)的函數(shù)完成相應(yīng)的操作，這部分可以看成后臺行為（ background）。 后臺也可以叫做任務(wù)級，前臺也叫中斷級。從省電的角度出發(fā)，平時微處理器處在停機(jī)狀態(tài)，所有的事都靠中斷服務(wù)來完成。一旦這部分代碼開始執(zhí)行，則不允許任何中斷打入。 代碼的臨界區(qū) 23 多任務(wù)（任務(wù)、進(jìn)程和線程） CPU寄存器 任務(wù) 控制 塊 1 任務(wù) 控制 塊 2 任務(wù) 控制 塊 n 休眠、就緒、運(yùn)行、掛起、被中斷 任務(wù) 1 任務(wù) 2 任務(wù) n …… CPU 寄存器 24 一個任務(wù)，也稱作一個線程，是一個簡單的運(yùn)行程序。 多任務(wù)運(yùn)行的實現(xiàn)實際上是靠 CPU（中央處理單元）在許多任務(wù)之間轉(zhuǎn)換、調(diào)度。多任務(wù)運(yùn)行使 CPU的利用率得到最大的發(fā)揮，并使應(yīng)用程序模塊化。 25 任務(wù)的狀態(tài) R U N N IN GR E A D YO S T a s k C r e a t e ( )O S T a s k C r e a t e E x t ( )T a s k i s P r e e m p t e dO S M B o x P e n d ( )O S Q P e n d ( )O S S e m P e n d ( )O S T a s k S u s p e n d ( )O S T i me D l y ( )O S T i me D l y H M S M ( )O S M B o x P o s t ( )O S Q P o s t ( )O S Q P o s t F r o n t ( )O S S e m P o s t ( )O S T a s k R e s u m e ( )O S T i me D l y R e s u me ( )O S T i me T i c k ( )O S T a s k D e l ( )D O R M A N TW A IT IN GO S S t a r t ( )O S I n t E x i t ( )O S _ T A S K _ S W ( )O S T a s k D e l ( )O S T a s k D e l ( )I n t e r r u p tO S I n t E x i t ( )IS R26 系統(tǒng)內(nèi)核（ Kernel)與調(diào)度（ Scheduler) ? 多任務(wù)系統(tǒng)中，內(nèi)核負(fù)責(zé)管理各個任務(wù)，或者說為每個任務(wù)分配 CPU時間，并且負(fù)責(zé)任務(wù)之間的通信。內(nèi)核本身也增加了應(yīng)用程序的額外負(fù)荷，代碼空間增加 ROM用量，內(nèi)核本身的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)增加了 RAM的用量。 ? 調(diào)度（ Scheduler）是內(nèi)核的主要職責(zé)之一，就是要決定該輪到哪個任務(wù)運(yùn)行了。每個任務(wù)根據(jù)其重要程度的不同被賦予一定的優(yōu)先級。 27 任務(wù)優(yōu)先級 ? 靜態(tài)優(yōu)先級 應(yīng)用程序執(zhí)行過程中諸任務(wù)優(yōu)先級不變，則稱之為靜態(tài)優(yōu)先級。實時內(nèi)核應(yīng)當(dāng)避免出現(xiàn)優(yōu)先級反轉(zhuǎn)問題。信號量實際上是一種約定機(jī)制，在多任務(wù)內(nèi)核中普遍使用 .信號量用于 ： ?控制共享資源的使用權(quán) (滿足互斥條件 ) ?標(biāo)志某事件的發(fā)生 ?使兩個任務(wù)的行為同步 ? 信號與信號量在英文中都叫做 Semaphore，并不加以區(qū)分，而說它有兩種類型，二進(jìn)制型 (binary)和計數(shù)器型 (counting) 30 死鎖 (或抱死 ) Deadlock 死鎖也稱作抱死，指兩個任務(wù)無限期地互相等待對方控制著的資源。最簡單的防止發(fā)生死鎖的方法是讓每個任務(wù)都：