【正文】 r 公司的產品。開發(fā)者可以利用它來實現從簡單的單個獨立設備到復雜的、網絡化的多處理器系統(tǒng)。此外，同支持更快的“產品上市速度”并降低開發(fā)成本， Windows Embedded 產品家族還能保證開發(fā)人員立于競爭前沿。 ⑷ Palm OS Palm OS 是著名的網絡設備制造商 3COM 旗下的 Palm Computing 掌上電腦公司的產品，在 PDA 市場上占有很大的市 場份額。 從全球范圍來看，由于 Handspring 公司和 SONY 公司也被授權使用 Palm OS操作系統(tǒng)，致使 Palm OS 的市場份額占到將近 90%。 ⑸ OS9 Microwave 的 OS9 是為微處理器關鍵實時任務而設計的操作系統(tǒng)，廣泛 應用于高科技產品中，包括消費電子產品、工業(yè)自動化、無線通信產品、醫(yī)療儀器、數字電視 /多媒體設備。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。 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)的服務特性，包括基于調用 需求的虛擬內存、一個基于 Motif 的用戶圖形界面、與工業(yè)標準兼容的網絡系統(tǒng)以及應用開發(fā)工具。 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。它提供了一個很小的微內核以及一些可選的配 合進程。其進程在獨立的地址空間運行。這個靈活的結構可以使用戶根據實際的需求，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)。 ⑻ 嵌入式 Linux 自由免費軟 件 Linux 的出現對目前商用嵌入式操作系統(tǒng)帶來了沖擊。 國際上許多大型跨國企業(yè)，已經選中了 Linux 操作系統(tǒng)作為開發(fā)嵌入式產品的工具。國內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)和網絡瀏覽器，并與其它廠商合作開發(fā)了許多產品，包括 PDA、機頂盒、彩票機等。它是基于μ C/OS 的，在 1992 年以來已經有很多成功的商業(yè)應用。鑒于它的很多的優(yōu)點，我在系統(tǒng)設計中選用了此操作系統(tǒng)，關于它的更詳細的信息將在第下一章中論述。 面對如此眾多的嵌入式操作系統(tǒng)，嵌入式開發(fā)人員要根據自己的實際應用，進行合理的選擇。微處理器、在線仿 真器（ ICE）、編譯器、匯編器、連接器、調試器以及模擬器等都不同程度影響著操作系統(tǒng)。 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。另一種就是在免費的源代碼公開的內核上寫自己的 RTOS，如 Linux 和μ C/OSII。嵌入式處理器是一個復雜系統(tǒng)，要在短時間內掌握并開發(fā)出所有功能是不現實的，而市場競爭則要求產品能夠快速上市，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。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） 是進行嵌入式應用系統(tǒng)調試最有效的開發(fā)工具。另一主要功能是在應用系統(tǒng)中仿真微控制器的實時執(zhí)行，發(fā)現和排 除由于硬件干擾等引起的異常執(zhí)行行為。另外， C 語言便于移植和修改，使產品的升級和繼承更迅速。 C++語言強大的類、繼承等功能更便于實現復雜的程序功能。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驗、方法甚至庫函數可以移植嵌入式系統(tǒng)在多點溫度控制中的應用 12 到嵌入式系統(tǒng)。 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)硬件和相應的匯編指令集。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，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。 嵌入式系統(tǒng)的應用 嵌入式系統(tǒng)在辦公自動化、建筑設計、機械設計與制造、醫(yī)療、監(jiān)視、衛(wèi)生設備、交通運輸、通信 、信息家電、工業(yè)控制和金融等系統(tǒng)中都有著廣泛的應用。這些我們在生活中都是能夠經常接觸到而且與我們的生活息息相關的，其中有些系統(tǒng)嵌入式應 用程度低一些，因此我們可能感覺不到。 嵌入式系統(tǒng)的未來發(fā)展趨勢 信息時代、數字時代使得嵌入式系統(tǒng)獲得了巨大的發(fā)展機遇，為嵌入式市場展現了美好的前景，同時也對嵌入式生產廠商提出了新的挑戰(zhàn)。 目前很多廠商已經 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。當然，這也是市場競爭的結果。 這就要求芯片設計廠商在芯片上集成更多的功能。軟件方面，采用時實多任務編程技術和交叉開發(fā)工具技術來控制功能復雜性、簡化應用程序的設計，保障軟件質量和縮短開發(fā)周期（如 HP） . 3). 網絡互連成為必然趨勢。軟件方面，系統(tǒng)內置支持網絡模塊，甚至可以在設備上嵌入 Web 瀏覽器，真正實現隨時隨地用各種設備上網。 未來的嵌入式產品是軟硬件緊密結合的設備，為了降低功耗和成本，需要設計 者盡量精簡設備內核，只保留和系統(tǒng)緊密相關的軟硬件，利用最低的資源實現最適當的功能，這就要求設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。 5). 提供有好的多媒體人機界面。這方面的要求使得嵌入式軟件設計者要在圖形界面，多媒體技術上多下功夫。目前一些先進的 PDA 在顯示屏幕上也實現漢字輸入、短消息語音發(fā)布，但一般的嵌入式設備距離這個要求還有很長的路要走。它具有豐富的片內資源，只需添加少量的外圍器件即可滿足系統(tǒng)設計的需要。下面對其詳細介紹。除具有通用80C52優(yōu)點之外，其特點如下： ? 集成度高：它具有豐富的片內資源，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。 ? 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功能實現系統(tǒng)的程序在線修改或升級。 ? PWM特性：片上有 5路 PWM通道可供用戶使用。 μ C/OSII 的主要特點 它是由 Labrosse先生編寫的一個開放式內核， 主要特點如下： 嵌入式系統(tǒng)在多點溫度控制中的應用 12 ? 公開源代碼：源代碼全部公開，這樣使系統(tǒng)變得透明，很容易就能把操作系統(tǒng)移植的各個不同的硬件平臺上，并可根據需要進行擴充。它可以在絕大多數 8位、 16位、 32位甚至 64位微處理器、微控制器、數 字信號處理器（ DSP）上運行。 ? 可裁減：可以根據具體的應用，對內核進行裁減，其內核最小可達到 2KB。大多數商業(yè)內核也是占先式的，μC/OSII在性能上與它們類似。 ? 可確定性：全部μ C/OSII的函數調用與服務的執(zhí)行時間具有其可確定性。 ? 任務棧：每個任務有自己單獨的棧，μ C/OSII允許每個任務有不同的?？臻g，以便壓低應用程序對 RAM的需求。 ? 系統(tǒng)服務：μ C/OSII提供很多系統(tǒng)服務，例如郵箱、消息隊列、信號量、塊大小固定的內存的申請和釋放、時間相關函數等。 ? 穩(wěn)定性與可靠性：μ C/OSII自 1992年以來已經有很多成功的商業(yè)應用，其穩(wěn)定性和可靠性都有很好的保證。這樣使系統(tǒng)的響應時間得到最優(yōu)化，而且是可知的。其硬件和軟件體系結構如圖 32所示 嵌入式系統(tǒng)在多點溫度控制中的應用 12 圖 32 1).任務的管理 它包括任務的創(chuàng)建、刪除、掛起和恢復等。格式如下： void Task1(void *ppdata) { for(；； ) { /* 用戶代碼 */ /*調用μ C/OSII的某種系統(tǒng)服務 */ } } 任務 的創(chuàng)建函數如下： INT8U OSTaskCreate(void (*task)(void *pd),void *ppdata, OS_STK *ptos, INT8U prio)； 其中 :task是任務代碼的指針； ppdata是當任務開始執(zhí)行時傳遞給任務的參數指針； ptos是分配給任務的堆棧的棧頂指針； prio是分配給任務的優(yōu)先級。 任務掛起函數為： INT8U OSTaskSuspend (INT8U prio)。 系統(tǒng)中每個任務有掛起、就緒、運行及休眠等狀態(tài)，各狀態(tài)之間的轉換關系如圖 33所示。當兩個任務或者一個任務和一個中斷服務子程序共享某些數據時，可以采用這種方法 。用這種方法也可以實現數據的共享。 3).內存管理 采用把連續(xù)的大塊按分區(qū)來管理。用戶的應用程序可以從不同的內存分區(qū)中取得不同大小的內存塊，但是特定的內存塊在釋放時必須重新放回它以前所屬于的內 存分區(qū)。 主要相關函數：建立內存分區(qū)（ OSMemCreate()），分配內存塊（ OSMemGet()） ,釋放內存塊（ OSMemPut()） 。其實際大小可由用戶的應用程序來決定。 嵌入式系統(tǒng)在多點溫度控制中的應用 12 針對應用對內核進行的擴充 由于μ C/OSII 僅是一 個實時內核，不像其它的實時操作系統(tǒng)那樣提供給用戶的只是一些 API 函數接口，把它移植到目標硬件平臺只是系統(tǒng)設計工作的開始，還需要針對實際的應用需求對其進行功能擴展，包括底層的硬件驅動、文件系統(tǒng)、用戶圖形接口（ GUI） 、網絡功能等，從而建立一個實用的 RTOS。 外設驅動程序可以對系統(tǒng)提供訪問外圍設備的接口，把操作系統(tǒng)（軟件）和外圍設備（硬件）分離開來。下面僅建立用到的外設驅動程序標準接口 。建立的接口函數如下： ? Uart_Init 定義： void Uart_Init (INT16U mclk, INT16U baud)； 功能：初始化串行口，設置串行口通信的波特率 參數說明： mclk：系統(tǒng)的主時鐘頻率。 ? Uart_Getch 定義： char Uart_Getch()； 功能：接收串口的數據，收到數據時返回，返回串口接收到的數據。對于不同的液晶屏顯示只需要改動 和 中的程序即可。在圖形方式下，模塊上的緩沖區(qū)映射的是液晶屏上顯示的圖形點陣；在文本方式下，模塊上的緩沖區(qū)對應的是液晶屏上顯示的文本字符，包括英文字符和英文標點符號。 嵌入式系統(tǒng)在多點溫度控制中的應用 12 液晶屏的操作主要包括：初始化、設置工作模式（文本或者圖形）、更新顯示。 ? LCD_Pritf 定義： void LCD_Printf(char *str,? )。 參數說明： str:所輸出的字符串 ? LCD_ChangeMode 定義： void LCD_ChangeMode( INT8U mode)； 功能：改變 LCD 的工作模式 參數說明： mode: 設定的 LCD 的顯示模式， 0 表示文本模式， 1 表示圖形模式 ? LCD_Refresh 定義： void LCD_Refresh (INT8U col,INT8U row ,char *str ) 功能：更新 LCD 的顯示，把后臺緩沖區(qū) LCDBuffer[][]中的內容更新到 LCD 的顯示屏上。 row: 顯示字符串的起始列數。 ? GetScanKey 定義： INT8U GetScanKey ( ) 功能：對各個按鍵進 行掃描，從而確定其狀態(tài)。 ⑷ A/D 驅動程序 系統(tǒng)中采用 20 位模數轉換器 LTC2430，完成對溫度信號的測量，將模擬信號轉換成相應的數字信號之后，傳給處理器進行相關的處理。返回值為 0時，正在進行轉換，否則轉換結束。 嵌入式系統(tǒng)在多點溫度控制中的應用 12 /硬件協同設計技術 傳統(tǒng)的嵌入式系統(tǒng)的設計方法如圖 34所示，硬件和軟件的分為兩個獨立的部分，有硬件工程師和軟件工程師按照擬定的設計流程分別完成。 20 世紀 90年代初，國外有些學者提出“這種傳統(tǒng)的設計方法，只是早期計算機技術落伍的產物，它不能求出適合于某個專用系統(tǒng)的最佳計算機應用系統(tǒng)的解”。存儲能量達到最佳狀態(tài)，已成為硬件 /軟件協同設計的重要研究內容之一。 系統(tǒng)協同設計與傳統(tǒng)的設計相比有以下兩個顯著的區(qū)別： （ 1） 描述硬件和軟件使用統(tǒng)一的表示形式。 顯然，這種設計方法對于具體的應用系統(tǒng)而言，容易獲得滿足綜合性能指標的最佳解決方案。 傳統(tǒng)的嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)采用的是軟件開發(fā)與硬件開發(fā)分離的方式，其過程可以描述如下： （ 1） 需求分析 （ 2） 軟硬件分別設計、開發(fā)、調試、測試、 （ 3） 系統(tǒng)集成，軟硬件集成。 需求分析總體設計 嵌入式系統(tǒng)硬件開發(fā) 嵌入式系統(tǒng)軟件開發(fā) 嵌入式系統(tǒng)集成、測試、驗證 圖 34傳統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)的設計 方法 嵌入式系統(tǒng)在多點溫度控制中的應用 12 （ 6） 若出現錯誤，需要對軟硬件分別驗證和修改。 雖然在系統(tǒng)設計的初始階段考慮了 軟硬件的接口問題，但由于軟硬件分別開發(fā)，各自部分的修改和缺陷很容易導致系統(tǒng)集成出現錯誤、由于設計方法的限制，這些錯誤不但難于定位，