嵌入式系統中的一些重要概念
1.嵌入式處理器:
嵌入式系統的核心,是控制、輔助系統運行的硬件單元。范圍極其廣闊,從初的4位處理器,目前仍在大規模應用的8位單片機,到的受到廣泛青睞的32位,64位嵌入式CPU。
2.分時操作系統:
對于分時操作系統,軟件的執行在時間上的要求,并不嚴格,時間上的錯誤,一般不會造成災難性的后果。目前分時系統的強項在于多任務的管理,而實時操作系統的重要特點是具有系統的可確定性,即系統能對運行情況的和壞等的情況能做出精確的估計。
系統支持多任務管理和任務間的同步和通信,傳統的單片機系統和DOS系統等對多任務支持的功能很弱,而目前的Windows是典型的多任務操作系統。在嵌入式應用領域中,多任務是一個普遍的要求。
4.實時操作系統(Real Time Operating System):
嵌入式系統目前主要的組成部分。根據操作系統的工作特性,實時是指物理進程的真實時間。實時操作系統具有實時性,能從硬件方面支持實時控制系統工作的操作系統。其中實時性是要求,需要調度一切可利用的資源完成實時控制任務,其次才著眼于提高計算機系統的使用效率,重要特點是要滿足對時間的限制和要求。
(1)實時操作系統中的重要概念:
系統響應時間(System response time):系統發出處理要求到系統給出應答信號的時間。
任務換道時間(Context-switching time):任務之間切換而使用的時間。
中斷延遲(Interrupt latency):計算機接收到中斷信號到操作系統作出響應,并完成換道轉入中斷服務程序的時間。
(2)實時操作系統的工作狀態:
實時系統中的任務有四種狀態:運行(Executing),就緒(Ready),掛起(Suspended),冬眠(Dormant)。
嵌入式系統的特點
嵌入式系統的幾個重要特征如以下:
1.系統內核小。由于嵌入式系統一般是應用于小型電子裝置的,系統資源相對有限,所以內核較之傳統的操作系統要小得多。比如Enea公司的OSE分布式系統,內核只有5K,而Windows的內核?簡直沒有可比性。
2.專用性強。嵌入式系統的個性化很強,其中的軟件系統和硬件的結合非常緊密,一般要針對硬件進行系統的移植,即使在同一品牌、同一系列的產品中也需要根據系統硬件的變化和增減不斷進行修改。同時針對不同的任務,往往需要對系統進行較大更改,程序的編譯下載要和系統相結合,這種修改和通用軟件的“升級”是完全兩個概念。
3.系統精簡。嵌入式系統一般沒有系統軟件和應用軟件的明顯區分,不要求其功能設計及實現上過于復雜,這樣一方面利于控制系統成本,同時也利于實現系統安全。
4.高實時性的系統軟件(OS)是嵌入式軟件的基本要求。而且軟件要求固態存儲,以提高速度;軟件代碼要求高質量和高可靠性。
5.嵌入式軟件開發要想走向標準化,就必須使用多任務的操作系統。嵌入式系統的應用程序可以沒有操作系統直接在芯片上運行;但是為了合理地調度多任務、利用系統資源、系統函數以及和專家庫函數接口,用戶必須自行選配RTOS(Real-Time Operating System)開發平臺,這樣才能保證程序執行的實時性、可靠性,并減少開發時間,保障軟件質量。
6.嵌入式系統開發需要開發工具和環境。由于其本身不具備自舉開發能力,即使設計完成以后用戶通常也是不能對其中的程序功能進行修改的,必須有一套開發工具和環境才能進行開發,這些工具和環境一般是基于通用計算機上的軟硬件設備以及各種邏輯分析儀、混合信號示波器等。開發時往往有主機和目標機的概念,主機用于程序的開發,目標機作為的執行機,開發時需要交替結合進行。
常用的嵌入式操作系統
1.VxWorks
VxWorks操作系統是WinRiver(美國風河系統)公司于1983年設計開發的一種嵌入式實時操作系統(RTOS),它具有良好的持續發展能力、高性能的內核以及友好的用戶開發環境,在嵌入式實時操作系統領域牢牢地占據著一席之地。
VxWorks所具有的顯著特點是:可靠性、實時性和可裁剪性。
它支持多種處理器,如X86、i960、Sun Sparc、Motorola MC68xxx、MIPS、PowerPC等。
2.Windows Embedded
WindowsCE是微軟針對個人計算機以外的計算機產品所研發的嵌入式操作系統,而CE則為CustomerEmbedded的縮寫。該操作系統是一種針對小容量、移動式、智能化、32位、連接設備的模塊化實時嵌入式操作系統。針對掌上設備、無線設備的動態應用程序和服務提供了一種功能豐富的操作系統平臺。但Windows CE的嵌入不夠實時,它屬于軟實時操作系統,目前也開始應用在中文手機的研究開發之中。
由于該操作系統與Windows有相似的背景,而且界面也比較統一,因此也得到了大家比較好的認可。該操作系統的基本內核需要至少200KB的ROM。
3.嵌入式Linux(主流)
Linux操作系統源于一位芬蘭大學生——LinusTorvalds的課余作品。當時,LinusTorvalds正在學習計算機科學家AndrewS.Tanenbaum開發的Minix操作系統,但發現Minix的功能很不完善,于是就編寫了一個保護模式下的操作系統,這就是Linux的原型。
開始,Linux被定位于黑客用的操作系統,并被放至FTP服務器上供人們自由下載。
Linux的內核小、功能強大、運行穩定、系統健壯、效率高,易于定制裁剪,在價格上極具競爭力。Linux不僅支持X86CPU,還可以支持其他數十種CPU芯片。
4.嵌入式實時內核uC/OS(推薦)
uC/OS與Linux一樣,是一款公開源代碼的免費實時內核,已在各個領域得到了廣泛的應用。uC/OS的特點如下:
(1)具有RTOS的基本性能;
(2)代碼尺寸小,結構簡明;
(3)易學、易移植;
uC/OS提供完善的嵌入式實時內核的源代碼,并對該代碼作詳盡的解釋。而商業上的實時操作系統不但價格昂貴,而且其中很多都是所謂的黑盒子,即不提供源代碼。
5.其他嵌入式操作系統
(1)Palm OS
Palm OS是一款32位的嵌入式操作系統,它的界面采用觸控式。優勢在于本身是一套專門為掌上電腦編寫的操作系統。
(2)QNX
QNX是可以將實時POSIX環境外加一個完全的窗口系統安裝在1MB以下的閃儲或只讀存儲器上的操作系統。
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