【正文】 成對(duì)該事件的處理，并控制相應(yīng)的設(shè)備完成實(shí)時(shí)操作。它允許在發(fā)生某一事件時(shí)（例如外部設(shè)備運(yùn)行完成、定時(shí)時(shí)間到等），為了對(duì)這一事件進(jìn)行處理 ，中止現(xiàn)行程序的運(yùn)行而進(jìn)入處理該事件的程序，處理完再返回原程序執(zhí)行。特別是現(xiàn)在已開始大量使用多機(jī)系統(tǒng)，它們一般為主從結(jié)構(gòu)的多機(jī)控制系統(tǒng)。主機(jī)可向從機(jī)發(fā)命令，修改從機(jī)的參數(shù)，而從機(jī)可向主機(jī)回送結(jié)果和數(shù)據(jù)。因此，較復(fù) 雜的單片微機(jī)實(shí)時(shí)系統(tǒng)特別是多機(jī)系統(tǒng)，均要求單片微機(jī)系統(tǒng)具有同時(shí)進(jìn)行多種實(shí)時(shí)操作的能力，我們稱之為并行處理。 程序由一個(gè)主循環(huán)控制，通過判斷不同的標(biāo)志輪循調(diào)用各功能函數(shù)，在主循環(huán)中調(diào)用的模塊按順序運(yùn)行。 復(fù)雜的微 機(jī)控制系統(tǒng)使用常規(guī)的順序程序設(shè)計(jì)方法加上中斷來實(shí)現(xiàn)功能是比較困難的，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面： (1).實(shí)時(shí)性差：由于計(jì)算機(jī)在處理中斷時(shí)，一般不允許響應(yīng)低級(jí)和同級(jí)中斷，為了提高實(shí)時(shí)性，要求中斷處理程序盡量短。如果用中斷來完成這些處理，則在處理時(shí)，無法響應(yīng)低級(jí)或同級(jí)中斷。 (2).難以實(shí)現(xiàn)并行操作的相互通信：在功能較強(qiáng)的實(shí)時(shí)系統(tǒng)中，除了主程序有時(shí)需要與中斷間進(jìn)行信息交換外，各個(gè)并行操作之間有時(shí)也需相互通信。 (3).結(jié)構(gòu)復(fù)雜、移植性差、維護(hù)困難：?jiǎn)纹C(jī)功能的復(fù)雜化，使軟件越來越復(fù)雜，特別是為了實(shí)現(xiàn)并行操作，需使用大量的中斷和標(biāo)志，使程序結(jié)構(gòu)十分混亂，難以設(shè)計(jì)和調(diào)試。 為了解決以上的問題，可以把應(yīng)用軟件按所完成的功能分成一個(gè)個(gè)獨(dú)立的、但可以并行運(yùn)行的任務(wù)，如串行口通信 任務(wù)、數(shù)據(jù)采集任務(wù)、數(shù)據(jù)計(jì)算任務(wù)、定時(shí)打印任務(wù)等。修改時(shí)只可修改個(gè)別任務(wù)即可，從而提高了軟件的可移植性。 提倡在嵌入式應(yīng)用中使用 RTOS的最主要原因是提高系統(tǒng)的可靠性。通常是線性程序， 此機(jī)制的優(yōu)勢(shì)在于流程直觀。如果程序變得較大，將大大增加開發(fā)時(shí)間和調(diào)試難度，復(fù)雜度不堪想象。另一重要原因是提高開發(fā)效率，縮短開發(fā)周期。嵌入式系統(tǒng)中的多任務(wù)操作系統(tǒng)在應(yīng)用系統(tǒng)啟動(dòng)后，首先運(yùn)行的是背景程序，用戶的應(yīng)用程序是運(yùn)行于其上的各個(gè)具體任務(wù) ， 多任務(wù)操作系統(tǒng)允許靈活地分配系統(tǒng)資源（中央處理器、存儲(chǔ)器等等）給各個(gè)任務(wù)，各程序模塊（或者任務(wù)）就如同中斷程序一樣并行運(yùn)行，這樣就可以簡(jiǎn)化那些復(fù)雜而且時(shí)間要求嚴(yán)格的工程的軟件設(shè)計(jì) ，同時(shí)也提高了可靠性。 另外，國(guó)內(nèi)也有許多 自主開發(fā)的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，如科銀京成（ CoreTek）公司的嵌入式軟件開發(fā)平臺(tái) 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。另外也有兩個(gè)優(yōu)秀的自由軟件操作系統(tǒng)是 μ C/OSII和嵌入式 Linux，它們也具有相當(dāng)好的性能，且源代碼開放，免費(fèi)使用 ,以上這些操作系統(tǒng)大多都有完善的開發(fā)環(huán)境和工具。 課題的實(shí)現(xiàn) （本課題基于嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)及應(yīng)用，利用嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法及測(cè)試技術(shù)，結(jié)合 RTOS的選取原則，選用了 源碼公開的嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)μ C/OSII，結(jié)合實(shí)際應(yīng)用，設(shè)計(jì)了一個(gè)實(shí)現(xiàn)對(duì)多點(diǎn)溫度進(jìn)行控制的嵌入式系統(tǒng)。在應(yīng)用中，已經(jīng)能夠明顯減少系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)工作量，并提 高了系統(tǒng)的可靠性。溫度測(cè)量利用 Pt（ 100Ω）熱敏電阻，測(cè)量的模擬信號(hào)經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換后送入微處理進(jìn)行處理。其它也選用了與通信和輸出控制 相關(guān)的器件。一方面它是免費(fèi)的，另一方面用戶可以根據(jù)自己的需要對(duì)它進(jìn)行修改。μ C/OSII是一個(gè)占先式的內(nèi)核，即已經(jīng)準(zhǔn)備就緒的高優(yōu)先級(jí)任務(wù)可以剝奪正在運(yùn)行的低優(yōu)先級(jí)任務(wù)的 CPU使用權(quán)。在 設(shè)計(jì)中，給予不同任務(wù)不同的優(yōu)先級(jí)，提高了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。 除了實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的采集、處理、控制之外，本課題一方面利用 SM5964的 ISP功能，實(shí)現(xiàn)了 PC機(jī)利用 ISP技術(shù)進(jìn)行對(duì)系統(tǒng)遠(yuǎn)程加載和升級(jí)。從而實(shí)現(xiàn)了微機(jī)控制系統(tǒng)中主從式控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。最后給出課題的實(shí)現(xiàn)方案。然后提出了嵌入式系統(tǒng)的兩大組成部分：嵌入式處理器和嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，分析了當(dāng)前嵌入式處理器的分類以及當(dāng)前流行嵌入式操作系統(tǒng)的特點(diǎn)。 第三章 系統(tǒng)的開發(fā)環(huán)境及相關(guān)技術(shù) 本章根據(jù)第二章的論述，結(jié)合課題的需要，首先對(duì)系統(tǒng)選用的主控芯 片SM5964的特性進(jìn)行了介紹，并根據(jù)嵌入式操作系統(tǒng)的選取原則，對(duì)系統(tǒng)選用的RTOS μ C/OSII的特點(diǎn)進(jìn)行了論述。最后，闡述了系統(tǒng)設(shè)計(jì)中使用的嵌入式系統(tǒng)軟 /硬件協(xié)同設(shè)計(jì)技術(shù)和測(cè)試技術(shù)。從對(duì)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)進(jìn)行論述開始，然后完成根據(jù)具體的硬件平臺(tái)進(jìn)行操作系統(tǒng)的移植工作。 第五章 PC側(cè)程序的設(shè)計(jì) 本章中論述了對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控和 ISP功能主控側(cè)程序的實(shí)現(xiàn)，模擬實(shí)現(xiàn)了主從式微機(jī)控制系統(tǒng)主控方的程序設(shè)計(jì)。 第六章 系統(tǒng)的擴(kuò)展及總結(jié) 本章簡(jiǎn)要介紹了在系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)文件系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)功能的方法，對(duì)整個(gè)課題給予第一章 概述 7 總結(jié)。 嵌入式系統(tǒng)的基本概念 嵌入式系統(tǒng)的歷史 雖然嵌入式系統(tǒng)是近幾年才風(fēng)靡起來的， 但從 20 世紀(jì) 70 年代單片機(jī)的出現(xiàn)到今天各式各樣的嵌入式微處理器、微控制器的大規(guī)模應(yīng)用，嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)有近 30 年的發(fā)展歷史。 嵌入式系統(tǒng)最初的應(yīng)用 是基于單片機(jī)的。這些裝置已經(jīng)初步具備嵌入式的應(yīng)用特點(diǎn)，但是這時(shí)的應(yīng)用只是使用 8 位的芯片，執(zhí)行一些單線程的程序，還談不上“系統(tǒng)”的概念。 1981 年， Ready System 開發(fā)出世界上第一個(gè)商業(yè)嵌入式實(shí)時(shí)內(nèi)核（ VTRX32）。如Integrated System Incorporation (ISI)(現(xiàn)已被風(fēng)河公司收購 )的 pSOS 和WindRiver(風(fēng)河 )的 VxWorks、 QNX 公司的 QNX 等。這些嵌入式實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)的出現(xiàn)，使得應(yīng)用開發(fā) 人員從小范圍的開發(fā)中解放出來，同時(shí)也促使嵌入式有了更為廣闊的應(yīng)用空間。這時(shí)候更多的公司看到了嵌入式系統(tǒng)的廣闊發(fā)展前景，開始大力發(fā)展自己的嵌入式操作系統(tǒng)。隨著嵌入式技術(shù)的發(fā)展前景日 益廣闊，嵌入式操作系統(tǒng)軟越來嵌入式系統(tǒng)在多點(diǎn)溫度控制中的應(yīng)用 12 越多。 何為嵌入式系統(tǒng) 隨著嵌入式技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，出現(xiàn)了不同的嵌入式系統(tǒng)的定義， 目前國(guó)內(nèi)一個(gè)普遍被認(rèn)同的定義是：以應(yīng)用為中心，以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，軟硬件可裁減，適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴(yán)格要求的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。即嵌入式系統(tǒng)是與應(yīng)用緊密結(jié)合的，它具有很強(qiáng)的專用性，必須結(jié)合實(shí)際系統(tǒng)需求進(jìn)行合理的裁減利用。這一點(diǎn)就決定了它必然是一個(gè)技術(shù)密集、資金密集、高度分散、不斷創(chuàng)新的知識(shí)集成系統(tǒng)。例如 Palm OS 之所以在 PDA領(lǐng)域占有 70%以上的市場(chǎng)，就是因?yàn)槠淞⒆阌趥€(gè)人電子 消費(fèi)品，著重發(fā)展圖形界面和多任務(wù)管理；而風(fēng)河（ WindRiver）的 VxWorks 之所以在火星車上得以應(yīng)用，則是因?yàn)槠涓邔?shí)時(shí)性和高可靠性。所以，如果能建立相對(duì)通用的軟硬件基礎(chǔ)，然后在其上開發(fā)出適應(yīng)各種需要的系統(tǒng)，是一個(gè)比較好的開發(fā)模式。 現(xiàn)在當(dāng)講到嵌入式系統(tǒng)時(shí)，一般是指近年來比較熱的具有操 作系統(tǒng)的嵌入式系統(tǒng)。 嵌入式實(shí)時(shí)應(yīng)用程序 嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng) 硬 件 平 臺(tái) 應(yīng)用程序與操作系統(tǒng)的接口 操作系統(tǒng)與硬件接 口 圖 1 嵌入式系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu) 嵌入式系統(tǒng)在多點(diǎn)溫度控制中的應(yīng)用 12 嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng) 實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)（ Real Time Operating System， RTOS） 是根據(jù)操作系統(tǒng)的工作特性而言的，是指具有實(shí)時(shí)性，能支持實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)工作的操作系統(tǒng)。 RTOS是嵌入式應(yīng)用軟件的基礎(chǔ)和開發(fā)平臺(tái)，它應(yīng)具有如下的功能： 1)．任務(wù)管理 （多任務(wù)和基于優(yōu)先級(jí)的任務(wù)調(diào)度）； 2)．任務(wù)間的 同步和通信 （信號(hào)量、郵箱和消息隊(duì)列）； 3). 存儲(chǔ)器優(yōu)化管理（含 ROM 的管理） 4). 實(shí)時(shí)時(shí)鐘服務(wù) 5). 中斷管理服務(wù) 實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)中的任務(wù)（ Task） 等同于分實(shí)操作系統(tǒng)中的進(jìn)程（ Process）的概念。 運(yùn)行：獲得 CPU控制權(quán)； 就緒：進(jìn)入任務(wù)等待隊(duì)列，通過調(diào)度轉(zhuǎn)為運(yùn)行狀態(tài)； 掛起：任務(wù)發(fā)生阻塞，從任務(wù)等待隊(duì)列中移出，等待系統(tǒng)實(shí)時(shí)事件的發(fā)生而喚醒，從而轉(zhuǎn)為就緒或運(yùn)行狀態(tài)； 睡 眠：任務(wù)完成或者錯(cuò)誤等原因被刪除的任務(wù)。 RTOS 是操作系統(tǒng)研究的一個(gè)重要分支，它與一般商用多任務(wù) OS 如 Unix、Windows 等有共同的一面，也有不同的一面。評(píng)價(jià)一個(gè)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)一般可以從任務(wù)調(diào)度、內(nèi)存管理、任務(wù)通訊、內(nèi)存開銷、任務(wù)切換時(shí)間、最大中斷禁止時(shí)間等幾個(gè)方面來衡量。從調(diào)度策略上來講，分優(yōu)先級(jí)調(diào)度策略和時(shí)間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度策略；從調(diào)度方式上來講，分可搶占、不可搶占、選擇可搶占調(diào)度方式；從時(shí)間片上來看，分固定與可變時(shí)間片輪轉(zhuǎn)。 在大多數(shù)商用的實(shí)時(shí)系統(tǒng)中，為了讓操作系統(tǒng)能夠在有突發(fā)事件時(shí)，迅速取得系統(tǒng)控制權(quán)以便對(duì)時(shí)間作出反應(yīng)，所以大都提供了“搶占式任務(wù)調(diào)度”的功能，也就是操作系統(tǒng)有權(quán)終止應(yīng)用程序（ 應(yīng)用任務(wù)）的執(zhí)行，并且將執(zhí)行權(quán)交給擁有最高優(yōu)先級(jí)的任務(wù)。實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)內(nèi)存管理模式可以分為實(shí)模式與保護(hù)模式（主要對(duì) Intel x86 而言）。 ⑶ 最小內(nèi)存開銷 RTOS 的設(shè)計(jì)過程中，最小內(nèi)存開銷是一個(gè)較重要的指標(biāo)，這是因?yàn)樵诠I(yè)控嵌入式系統(tǒng)在多點(diǎn)溫度控制中的應(yīng)用 12 制領(lǐng)域中的某些工控機(jī)（如上下位機(jī)控制系統(tǒng)中的下位機(jī)），由于基于 降低成本的考慮，其內(nèi)存的配置一般都不大，而在這有限的空間內(nèi)不僅要裝載實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，還要裝載用戶程序。 ⑷ 最大中斷禁止時(shí)間與中斷延遲時(shí)間 當(dāng) RTOS 運(yùn)行在核心態(tài)或執(zhí)行某些系統(tǒng)調(diào)用的時(shí)候，是不會(huì)因?yàn)橥獠恐袛嗟牡絹矶袛鄨?zhí)行的。 中斷延遲（ Interrupt Latency） 時(shí)間是 指系統(tǒng)確認(rèn)中斷開始直到執(zhí)行中斷服務(wù)程序的第一條指令為止整個(gè)處理過程所需要的時(shí)間。 ⑸ 任務(wù)切換時(shí)間 (ContextSwitching Time) 當(dāng)由于某種原因使一個(gè)任務(wù)退出運(yùn)行時(shí)， RTOS 保存它的運(yùn)行現(xiàn)場(chǎng)信息、插入相應(yīng)隊(duì)列、并根據(jù)一定的調(diào)度算法重新選擇一個(gè)新任務(wù)使之投入運(yùn)行，這一過程所需時(shí)間稱 為任務(wù)切換時(shí)間。它包括保存目前正在執(zhí)行任務(wù)的現(xiàn)場(chǎng)信息所需要的時(shí)間、 RTOS 決定下一個(gè)調(diào)度任務(wù)所需的調(diào)度時(shí)間以及 RTOS 把另外一個(gè)任務(wù)調(diào)入系統(tǒng)執(zhí)行所需要的時(shí)間。 嵌入式系統(tǒng)的組成 一個(gè)嵌入式系統(tǒng)是一個(gè)有特定功能或用途的計(jì)算機(jī)軟硬件的集合體，其硬件的核心部件是嵌入式處理器，包括微控制器（ MCU）、數(shù)字信號(hào)處理器（ DSP）、嵌入式微處理器（ MPU）、嵌入式片上系統(tǒng)（ System On Chip）等。 嵌入式處理器 目前據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，全世界嵌入式處理器的品種總量已經(jīng)超過 1000多種，流行的體系結(jié)構(gòu)有 30多個(gè)系列。為了滿足嵌入式應(yīng)用的特殊要求，嵌入式微處理器具有體積小、重量輕、嵌入式系統(tǒng)在多點(diǎn)溫度控制中的應(yīng)用 12 成本低、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，但是設(shè)計(jì)中需外加 ROM、 RAM、總線接口、各種外設(shè)等器件，從而降低了系統(tǒng)的可靠性，技術(shù)保密性也較差。 2).嵌入式微控制器（ Microcontroller Unit,MCU） 嵌入式微控制器又稱單片機(jī)，顧名思義，就是將整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)集成到一片芯片中。和嵌入式微處理器相比，微控制器的最大特點(diǎn)是單片化，體積大大減少，從而使功耗和成本下降、可靠性提高。微控制器的片上外設(shè)資源一般比較豐富，適合 于控制，故稱為微控制器。在數(shù)字濾波、 FFT、譜分析等方面 DSP算法正大量進(jìn)入嵌入式領(lǐng)域， DSP應(yīng)用正從在單片機(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。 目前嵌入式 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。它結(jié)合了微內(nèi)核，像 ARM RISC、 MIPS RISC、 DSP或是其它的微處理器核心，外加通信接口單元，像 USB、 TCP/IP通信單元、 GPRS通信接口、 GSM通信接口、藍(lán)牙模塊等等。 SOC分為通用和專用兩類，通用系列包括 Siemens的 TriCore， Motorola的MCore，某些 ARM系列器件。 嵌入式操作系統(tǒng) 嵌入式操作系統(tǒng)并不是一個(gè)新生的事物，從 20世紀(jì) 80年代起，國(guó)際上就有一些 IT組織、公司開始進(jìn)行商用嵌入式操作系統(tǒng)和專用操作系統(tǒng)的研究，它作為嵌嵌入式系統(tǒng)在多點(diǎn)溫度控制中的應(yīng)用 12 入式系統(tǒng)靈魂，大大提高了嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)效率，一改以往嵌入式軟件設(shè)計(jì)只能針對(duì)具體的應(yīng)用從頭做起的歷史。 嵌入式操作系統(tǒng)是一段在嵌入式系統(tǒng)啟動(dòng)后首先執(zhí)行的背景程序，用戶的應(yīng)用程序是運(yùn)行于其上的各個(gè)任務(wù)，它根據(jù)各個(gè)任務(wù)的要求，進(jìn)行資源（包括存儲(chǔ)器、外設(shè)等）管理、消息管理、任務(wù)調(diào)度、異常處理等工作。開發(fā)人員在編寫程序時(shí)，可以分別編寫各個(gè)任務(wù)，不必同時(shí)將所有任務(wù)運(yùn)行的各種可能情況記在心中，這樣大大減少了程序編寫的工 作量，而且減少了出錯(cuò)的可能，保證最終程序具有高可靠性。如美國(guó) JPL 實(shí)驗(yàn)室研制的著名“索杰納 ”火星車采用的就是 VxWorks 操作系統(tǒng)。它是目前嵌入式系統(tǒng)領(lǐng)域中使用最廣泛、市場(chǎng)占有率最高的操作系統(tǒng)。大多數(shù)的 VxWorks API是專有的，采用 GNU 的編譯和調(diào)試器，具有集成開發(fā)環(huán)境 Tornado 系列。 ⑵ pSOS pSOS 原屬 ISI 公司的產(chǎn)品，但 ISI 已 經(jīng)被 WindRiver 公司兼并，現(xiàn)在 pSOS 屬于WindRive