第一章 嵌入式系统概况.ppt

应用程序 实时操作系统（RTOS） 输入输出接口 处理器/ARM核 MMU/Cache SOC/SOPC USB GPIO IIS LCD UART和IrDA ADC/DAC FPGA/CPLD DSP/浮点运算协处理器 DMA 电源管理 人机交互接口LCD/触摸屏、键盘、鼠标 设备驱动程序、HAL、BSP 文件系统/图形用户应用程序接口 驱动层 OS层 应用层 软 件 以太网 看门狗及复位电路 Timer/RTC CAN Flash EEPROM SDRAM SRAM 内存 硬 件 嵌入式系统的硬件是以嵌入式处理器为核心，配置必要的外围接口部件。在嵌入式系统设计中，应尽可能选择适用于系统功能接口的SoC/SOPC芯片，以最少的外围部件构成一个应用系统，满足嵌入式系统的特殊要求。 一般包括有 ：嵌入式处理器; 存储器; I/O系统和外设。 1）嵌入式系统硬件系统 嵌入式系统的硬件基本组成 嵌入式系统组成原理架构 包括 ： 操作系统、应用软件、驱动层软件与引导程序。 (1)操作系统功能简介 操作系统层包含嵌入式内核、嵌入式TCP/IP网络系统、嵌入式文件系统、嵌入式GUI系统和电源管理等部分。其中嵌入式内核是基础和必备的部分，其他部分要根据嵌入式系统的需要来确定。 作为嵌入式系统软硬件资源的管理者，负责系统软硬件资源的调度与分配，保证系统资源被有效合理使用。嵌入式操作系统掩盖了底层硬件的复杂性，提高了软件的开发效率和可维护性。 2）嵌入式系统的软件系统 嵌入式 操作系统 非实时 操作系统 实时 操作系统 硬实时 操作系统 软实时 操作系统 (1) 嵌入式操作系统 （2）应用程序 应用层软件主要是由多个相对独立的应用任务组成，每个应用任务完成特定的工作，如I/O任务、计算的任务和通信的任务等，一般由操作系统调度各个任务。应用程序是针对不同的应用而编写的程序。 （3）中间层（驱动层软件） 使用任何外设都需要有驱动程序的支持，驱动程序不仅要实现设备的基本功能函数，如初始化、中断响应、发送、接收等，而且还要提供完备的错误处理函数。中间层为上层软件提供了设备的操作接口。上层程序只需调用驱动程序提供的接口，而不用理会设备具体的内部操作。 驱动层软件（中间层）将系统软件与底层硬件部分进行了隔离，使得系统的底层设备驱动程序与硬件无关。具体包括硬件抽象层HAL和板级支持包BSP。 HAL是位于操作系统内核与硬件电路之间的接口层，其目的是将硬件抽象化，可以通过程序来控制所有硬件电路，如CPU、I/O、存储器等的操作，从而使设备驱动程序与硬件无关，提高了系统的可移植性。 在定义抽象层时需要根据系统需求规定统一的软硬件接口标准。在功能上应实现相关硬件的初始化、数据的I/O操作、硬件设备的配置操作等功能。引入抽象层还可以对系统的软硬件进行并行测试。 1）硬件抽象层HAL 硬件抽象层 是硬件功能模块的集合，是对硬设备功能的第一层抽象，实现基本的IO操作。 所关心的是如何实现硬件功能的软件接口，而不是设备的管理逻辑。 每个硬件可能有多个端口（设备），对应的硬件抽象层是对这些端口（设备）操作的基本抽象，为驱动程序管理这些设备提供接口。上层驱动程序在不需要了解具体设备硬件信息的情况下，就可以操作这些设备。 2）板级支持包BSP BSP主要是为驱动程序提供访问硬件设备寄存器的函数包，从而实现对操作系统的支持。不同操作系统有不同的板级支持包。具体完成如下二方面的功能： ①在系统启动时，完成对硬件的初始化。如对设备的中断、CPU的寄存器和内存区域的分配等进行操作。 ②为驱动程序提供访问硬件的手段。如系统是统一编址的，则可以直接在驱动程序中用C语言的函数进行访问。如是单独编址的，只能用汇编语言编写函数进行访问。BSP就是为上层的驱动程序提供访问硬件设备寄存器的函数包。 BSP小结 当前，实时操作系统的提供商基本上都要提供性能稳定可靠、可移植性好、可配置性好、规范化的板级支持包。作为嵌入式系统的开发者，只需在原来板级支持包基础上作一定改动，就可以适应性的目标硬件环境。 嵌入式操作系统的设备应用 API 设备管理 中断驱动程序 串口驱动程序 键盘驱动程序 串口卡A 硬件抽象 串口卡B 硬件抽象 串口1 串口2 串口4 串口2 串口3 串口1 …… …… …… 驱动逻辑层 硬件抽象层 设备 设备管理层 API层 为了有效组织和管理各种不同的设备，可以采用分层的思想，把I/O系统从上到下分为四层，分别为API、设备管理、驱动逻辑和硬