【正文】 r 公司的產(chǎn)品。開(kāi)發(fā)者可以利用它來(lái)實(shí)現(xiàn)從簡(jiǎn)單的單個(gè)獨(dú)立設(shè)備到復(fù)雜的、網(wǎng)絡(luò)化的多處理器系統(tǒng)。此外，同支持更快的“產(chǎn)品上市速度”并降低開(kāi)發(fā)成本， Windows Embedded 產(chǎn)品家族還能保證開(kāi)發(fā)人員立于競(jìng)爭(zhēng)前沿。 ⑷ Palm OS Palm 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(chǎng)上占有很大的市 場(chǎng)份額。 從全球范圍來(lái)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(chǎng)份額占到將近 90%。 ⑸ OS9 Microwave 的 OS9 是為微處理器關(guān)鍵實(shí)時(shí)任務(wù)而設(shè)計(jì)的操作系統(tǒng)，廣泛 應(yīng)用于高科技產(chǎn)品中，包括消費(fèi)電子產(chǎn)品、工業(yè)自動(dòng)化、無(wú)線通信產(chǎn)品、醫(yī)療儀器、數(shù)字電視 /多媒體設(shè)備。與其它的嵌入式系統(tǒng)相比，它的靈活性和可升級(jí)性非常突出。 LynxOS 支持線程的概念，提供 256 個(gè)全局用戶線程優(yōu)先級(jí)；提供一些傳統(tǒng)的、非實(shí)時(shí)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(gè)基于 Motif 的用戶圖形界面、與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)兼容的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)以及應(yīng)用開(kāi)發(fā)工具。 QNX是在 x86體系上開(kāi)發(fā)出來(lái)的，這和別的 RTOS不太一樣，別的大多 RTOS 都是從 68K 的 CPU 上開(kāi)發(fā)成熟，然后再移植到 x86 體系上來(lái)的，但是 QNX是直接在 x86上面開(kāi)發(fā)，只是近年才在 68K 等 CPU上使用。它提供了一個(gè)很小的微內(nèi)核以及一些可選的配 合進(jìn)程。其進(jìn)程在獨(dú)立的地址空間運(yùn)行。這個(gè)靈活的結(jié)構(gòu)可以使用戶根據(jù)實(shí)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(gè)處理器的超級(jí)虛擬機(jī)操作系統(tǒng)。 ⑻ 嵌入式 Linux 自由免費(fèi)軟 件 Linux 的出現(xiàn)對(duì)目前商用嵌入式操作系統(tǒng)帶來(lái)了沖擊。 國(guó)際上許多大型跨國(guó)企業(yè)，已經(jīng)選中了 Linux 操作系統(tǒng)作為開(kāi)發(fā)嵌入式產(chǎn)品的工具。國(guó)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(kāi)發(fā)了嵌入式 Linux 系統(tǒng)基本開(kāi)發(fā)平臺(tái)，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(kāi)發(fā)了許多產(chǎn)品，包括 PDA、機(jī)頂盒、彩票機(jī)等。它是基于μ C/OS 的，在 1992 年以來(lái)已經(jīng)有很多成功的商業(yè)應(yīng)用。鑒于它的很多的優(yōu)點(diǎn)，我在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中選用了此操作系統(tǒng)，關(guān)于它的更詳細(xì)的信息將在第下一章中論述。 面對(duì)如此眾多的嵌入式操作系統(tǒng)，嵌入式開(kāi)發(fā)人員要根據(jù)自己的實(shí)際應(yīng)用，進(jìn)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(diào)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(shí)時(shí)操作系 統(tǒng)，可以自建一個(gè)。另一種就是在免費(fèi)的源代碼公開(kāi)的內(nèi)核上寫(xiě)自己的 RTOS，如 Linux 和μ C/OSII。嵌入式處理器是一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)，要在短時(shí)間內(nèi)掌握并開(kāi)發(fā)出所有功能是不現(xiàn)實(shí)的，而市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)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(kāi)發(fā) 工具平臺(tái)，提高用戶和程序員的時(shí)間投入回報(bào)。目前嵌入式系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)工具平臺(tái)主要包括以下幾種： 1).實(shí)時(shí)在線仿真系統(tǒng) ICE(InCircuit Emulator) 實(shí)時(shí)在線仿真系統(tǒng)（ ICE） 是進(jìn)行嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)調(diào)試最有效的開(kāi)發(fā)工具。另一主要功能是在應(yīng)用系統(tǒng)中仿真微控制器的實(shí)時(shí)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。另外， C 語(yǔ)言便于移植和修改，使產(chǎn)品的升級(jí)和繼承更迅速。 C++語(yǔ)言強(qiáng)大的類、繼承等功能更便于實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的程序功能。C/C++/EC++被引入嵌入式系統(tǒng)，使得嵌入式開(kāi)發(fā)和個(gè)人計(jì)算機(jī)、小型機(jī)等之間在開(kāi)發(fā)上的差別正在逐漸消除，軟件工程中的很多經(jīng)驗(yàn)、方法甚至庫(kù)函數(shù)可以移植嵌入式系統(tǒng)在多點(diǎn)溫度控制中的應(yīng)用 12 到嵌入式系統(tǒng)。 在嵌入式開(kāi)發(fā)中采用高級(jí)語(yǔ)言，還使得硬件的開(kāi)發(fā)和軟件的開(kāi)發(fā)可以分工，從事嵌入式軟件開(kāi)發(fā)不再必須精通系統(tǒng)硬件和相應(yīng)的匯編指令集。簡(jiǎn)單的模擬器可以通過(guò)指令解釋方式逐條執(zhí)行源程序，分配虛擬存儲(chǔ)空間和外設(shè)，供程序員檢查；高級(jí)的模擬器可以利用計(jì)算機(jī)的外部接口模擬處理器的 I/O 電氣信號(hào)。 嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用 嵌入式系統(tǒng)在辦公自動(dòng)化、建筑設(shè)計(jì)、機(jī)械設(shè)計(jì)與制造、醫(yī)療、監(jiān)視、衛(wèi)生設(shè)備、交通運(yùn)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。這些我們?cè)谏钪卸际悄軌蚪?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(jué)不到。 嵌入式系統(tǒng)的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì) 信息時(shí)代、數(shù)字時(shí)代使得嵌入式系統(tǒng)獲得了巨大的發(fā)展機(jī)遇，為嵌入式市場(chǎng)展現(xiàn)了美好的前景，同時(shí)也對(duì)嵌入式生產(chǎn)廠商提出了新的挑戰(zhàn)。 目前很多廠商已經(jīng) 充分考慮到這一點(diǎn)，在主推系統(tǒng)的同時(shí)，將開(kāi)發(fā)環(huán)境也作為重點(diǎn)推廣。當(dāng)然，這也是市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的結(jié)果。 這就要求芯片設(shè)計(jì)廠商在芯片上集成更多的功能。軟件方面，采用時(shí)實(shí)多任務(wù)編程技術(shù)和交叉開(kāi)發(fā)工具技術(shù)來(lái)控制功能復(fù)雜性、簡(jiǎn)化應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)，保障軟件質(zhì)量和縮短開(kāi)發(fā)周期（如 HP） . 3). 網(wǎng)絡(luò)互連成為必然趨勢(shì)。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(shí)現(xiàn)隨時(shí)隨地用各種設(shè)備上網(wǎng)。 未來(lái)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(jì) 者盡量精簡(jiǎn)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(shí)現(xiàn)最適當(dāng)?shù)墓δ?，這就要求設(shè)計(jì)者選用最佳的編程模型和不斷改進(jìn)算法，優(yōu)化編譯器的性能。 5). 提供有好的多媒體人機(jī)界面。這方面的要求使得嵌入式軟件設(shè)計(jì)者要在圖形界面，多媒體技術(shù)上多下功夫。目前一些先進(jìn)的 PDA 在顯示屏幕上也實(shí)現(xiàn)漢字輸入、短消息語(yǔ)音發(fā)布，但一般的嵌入式設(shè)備距離這個(gè)要求還有很長(zhǎng)的路要走。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(jì)的需要。下面對(duì)其詳細(xì)介紹。除具有通用80C52優(yōu)點(diǎn)之外，其特點(diǎn)如下： ? 集成度高：它具有豐富的片內(nèi)資源，包括 3個(gè) 16位定時(shí)器、 1個(gè)看門(mén)狗定時(shí)器、 全雙工串口通道 等，其 PDIP 封裝具有 32個(gè) I/O口而 PLCC/QFP封裝則具有多達(dá) 36個(gè) I/O口。 ? ISP特性：它具有在系統(tǒng)可編程 (ISP)功能，可以通過(guò)串口或者并口利用 ISP功能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的程序在線修改或升級(jí)。 ? 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(diǎn) 它是由 Labrosse先生編寫(xiě)的一個(gè)開(kāi)放式內(nèi)核， 主要特點(diǎn)如下： 嵌入式系統(tǒng)在多點(diǎn)溫度控制中的應(yīng)用 12 ? 公開(kāi)源代碼：源代碼全部公開(kāi)，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(gè)不同的硬件平臺(tái)上，并可根據(jù)需要進(jìn)行擴(kuò)充。它可以在絕大多數(shù) 8位、 16位、 32位甚至 64位微處理器、微控制器、數(shù) 字信號(hào)處理器（ DSP）上運(yùn)行。 ? 可裁減：可以根據(jù)具體的應(yīng)用，對(duì)內(nèi)核進(jìn)行裁減，其內(nèi)核最小可達(dá)到 2KB。大多數(shù)商業(yè)內(nèi)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(shù)調(diào)用與服務(wù)的執(zhí)行時(shí)間具有其可確定性。 ? 任務(wù)棧：每個(gè)任務(wù)有自己?jiǎn)为?dú)的棧，μ C/OSII允許每個(gè)任務(wù)有不同的棧空間，以便壓低應(yīng)用程序?qū)?RAM的需求。 ? 系統(tǒng)服務(wù)：μ C/OSII提供很多系統(tǒng)服務(wù)，例如郵箱、消息隊(duì)列、信號(hào)量、塊大小固定的內(nèi)存的申請(qǐng)和釋放、時(shí)間相關(guān)函數(shù)等。 ? 穩(wěn)定性與可靠性：μ C/OSII自 1992年以來(lái)已經(jīng)有很多成功的商業(yè)應(yīng)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(yīng)時(shí)間得到最優(yōu)化，而且是可知的。其硬件和軟件體系結(jié)構(gòu)如圖 32所示 嵌入式系統(tǒng)在多點(diǎn)溫度控制中的應(yīng)用 12 圖 32 1).任務(wù)的管理 它包括任務(wù)的創(chuàng)建、刪除、掛起和恢復(fù)等。格式如下： void Task1(void *ppdata) { for(；； ) { /* 用戶代碼 */ /*調(diào)用μ C/OSII的某種系統(tǒng)服務(wù) */ } } 任務(wù) 的創(chuàng)建函數(shù)如下： INT8U OSTaskCreate(void (*task)(void *pd),void *ppdata, OS_STK *ptos, INT8U prio)； 其中 :task是任務(wù)代碼的指針； ppdata是當(dāng)任務(wù)開(kāi)始執(zhí)行時(shí)傳遞給任務(wù)的參數(shù)指針； ptos是分配給任務(wù)的堆棧的棧頂指針； prio是分配給任務(wù)的優(yōu)先級(jí)。 任務(wù)掛起函數(shù)為： INT8U OSTaskSuspend (INT8U prio)。 系統(tǒng)中每個(gè)任務(wù)有掛起、就緒、運(yùn)行及休眠等狀態(tài)，各狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系如圖 33所示。當(dāng)兩個(gè)任務(wù)或者一個(gè)任務(wù)和一個(gè)中斷服務(wù)子程序共享某些數(shù)據(jù)時(shí)，可以采用這種方法 。用這種方法也可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享。 3).內(nèi)存管理 采用把連續(xù)的大塊按分區(qū)來(lái)管理。用戶的應(yīng)用程序可以從不同的內(nèi)存分區(qū)中取得不同大小的內(nèi)存塊，但是特定的內(nèi)存塊在釋放時(shí)必須重新放回它以前所屬于的內(nèi) 存分區(qū)。 主要相關(guān)函數(shù)：建立內(nèi)存分區(qū)（ OSMemCreate()），分配內(nèi)存塊（ OSMemGet()） ,釋放內(nèi)存塊（ OSMemPut()） 。其實(shí)際大小可由用戶的應(yīng)用程序來(lái)決定。 嵌入式系統(tǒng)在多點(diǎn)溫度控制中的應(yīng)用 12 針對(duì)應(yīng)用對(duì)內(nèi)核進(jìn)行的擴(kuò)充 由于μ C/OSII 僅是一 個(gè)實(shí)時(shí)內(nèi)核，不像其它的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)那樣提供給用戶的只是一些 API 函數(shù)接口，把它移植到目標(biāo)硬件平臺(tái)只是系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作的開(kāi)始，還需要針對(duì)實(shí)際的應(yīng)用需求對(duì)其進(jìn)行功能擴(kuò)展，包括底層的硬件驅(qū)動(dòng)、文件系統(tǒng)、用戶圖形接口（ GUI） 、網(wǎng)絡(luò)功能等，從而建立一個(gè)實(shí)用的 RTOS。 外設(shè)驅(qū)動(dòng)程序可以對(duì)系統(tǒng)提供訪問(wèn)外圍設(shè)備的接口，把操作系統(tǒng)（軟件）和外圍設(shè)備（硬件）分離開(kāi)來(lái)。下面僅建立用到的外設(shè)驅(qū)動(dòng)程序標(biāo)準(zhǔn)接口 。建立的接口函數(shù)如下： ? Uart_Init 定義： void Uart_Init (INT16U mclk, INT16U baud)； 功能：初始化串行口，設(shè)置串行口通信的波特率 參數(shù)說(shuō)明： mclk：系統(tǒng)的主時(shí)鐘頻率。 ? Uart_Getch 定義： char Uart_Getch()； 功能：接收串口的數(shù)據(jù)，收到數(shù)據(jù)時(shí)返回，返回串口接收到的數(shù)據(jù)。對(duì)于不同的液晶屏顯示只需要改動(dòng) 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(diǎn)陣；在文本方式下，模塊上的緩沖區(qū)對(duì)應(yīng)的是液晶屏上顯示的文本字符，包括英文字符和英文標(biāo)點(diǎn)符號(hào)。 嵌入式系統(tǒng)在多點(diǎn)溫度控制中的應(yīng)用 12 液晶屏的操作主要包括：初始化、設(shè)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(shù)說(shuō)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(shù)說(shuō)明： mode: 設(shè)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(tái)緩沖區(qū) LCDBuffer[][]中的內(nèi)容更新到 LCD 的顯示屏上。 row: 顯示字符串的起始列數(shù)。 ? GetScanKey 定義： INT8U GetScanKey ( ) 功能：對(duì)各個(gè)按鍵進(jìn) 行掃描，從而確定其狀態(tài)。 ⑷ A/D 驅(qū)動(dòng)程序 系統(tǒng)中采用 20 位模數(shù)轉(zhuǎn)換器 LTC2430，完成對(duì)溫度信號(hào)的測(cè)量，將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字信號(hào)之后，傳給處理器進(jìn)行相關(guān)的處理。返回值為 0時(shí)，正在進(jìn)行轉(zhuǎn)換，否則轉(zhuǎn)換結(jié)束。 嵌入式系統(tǒng)在多點(diǎn)溫度控制中的應(yīng)用 12 /硬件協(xié)同設(shè)計(jì)技術(shù) 傳統(tǒng)的嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法如圖 34所示，硬件和軟件的分為兩個(gè)獨(dú)立的部分，有硬件工程師和軟件工程師按照擬定的設(shè)計(jì)流程分別完成。 20 世紀(jì) 90年代初，國(guó)外有些學(xué)者提出“這種傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，只是早期計(jì)算機(jī)技術(shù)落伍的產(chǎn)物，它不能求出適合于某個(gè)專用系統(tǒng)的最佳計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的解”。存儲(chǔ)能量達(dá)到最佳狀態(tài)，已成為硬件 /軟件協(xié)同設(shè)計(jì)的重要研究?jī)?nèi)容之一。 系統(tǒng)協(xié)同設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)相比有以下兩個(gè)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(shè)計(jì)方法對(duì)于具體的應(yīng)用系統(tǒng)而言，容易獲得滿足綜合性能指標(biāo)的最佳解決方案。 傳統(tǒng)的嵌入式系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)采用的是軟件開(kāi)發(fā)與硬件開(kāi)發(fā)分離的方式，其過(guò)程可以描述如下： （ 1） 需求分析 （ 2） 軟硬件分別設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)、調(diào)試、測(cè)試、 （ 3） 系統(tǒng)集成，軟硬件集成。 需求分析總體設(shè)計(jì) 嵌入式系統(tǒng)硬件開(kāi)發(fā) 嵌入式系統(tǒng)軟件開(kāi)發(fā) 嵌入式系統(tǒng)集成、測(cè)試、驗(yàn)證 圖 34傳統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 方法 嵌入式系統(tǒng)在多點(diǎn)溫度控制中的應(yīng)用 12 （ 6） 若出現(xiàn)錯(cuò)誤，需要對(duì)軟硬件分別驗(yàn)證和修改。 雖然在系統(tǒng)設(shè)計(jì)的初始階段考慮了 軟硬件的接口問(wèn)題，但由于軟硬件分別開(kāi)發(fā)，各自部分的修改和缺陷很容易導(dǎo)致系統(tǒng)集成出現(xiàn)錯(cuò)誤、由于設(shè)計(jì)方法的限制，這些錯(cuò)誤不但難于定位，