嵌入式系统原理与应用 课件 第一章 嵌入式系统基础（操作系统与嵌入式应用）(1).ppt

2. 未来嵌入式系统的发展趋势 完善的平台化开发工具支持和良好的生态 设备功能的复杂化、智能化 网络互联成为必然趋势 精简系统内核、优化应用算法，降低功耗和软硬件成本 提供友好的多媒体人机交互方式 嵌入式技术的开放性 1.1.3 嵌入式系统的发展现状和发展趋势 1 3 2 4 为什么要学习嵌入式系统 嵌入式系统概述 嵌入式系统基础知识 嵌入式可执行代码生成流程与代码结构 第一章主要内容 5 嵌入式软件交叉开发模式 1.2 嵌入式系统基础知识 1.2.1 嵌入式系统基本组成 嵌入式计算机系统主要由硬件层、中间层、系统软件层和应用层4个部分组成。 嵌入式硬件主要包括提供嵌入式计算机正常运行的最小系统（如电源、系统时钟、复位电路、存储器等）、通用I/O口和一些外设及其它设备。 嵌入式系统中间层又称嵌入式硬件抽象层，如硬件驱动程序、系统启动软件等； 嵌入式系统软件层为应用层提供系统服务，如操作系统、文件系统、图形用户接口等；而应用层主要是用户应用程序。 功能层又基于系统软件开发的应用软件程序组成，用来完成对被控对象的控制功能。直接与最终用户交互，决定整个产品的成败。 1.2.1 嵌入式系统基本组成 1.2.2 嵌入式处理器概述 嵌入式处理器是嵌入式系统的核心，是控制、辅助系统运行的硬件单元。范围极其广阔，从最初的４位处理器，目前仍在大规模应用的８位单片机，到必威体育精装版的受到广泛青睐的32位，64位嵌入式CPU。嵌入式处理器主要包括以下几类。 （1）嵌入式微控制器，如单片机，外设集成度高 （2）嵌入式微处理器，如ARM，性价比高 （3）嵌入式DSP处理器，如TMS320系列，数字信号处理能力强 （4）图形处理器(GPU)，如NVIDIA RTX3090，图像处理能力强 （5）嵌入式片上系统(System On Chip)，高集成度，综合能力强 1.2.3 嵌入式操作系统概述 嵌入式系统为什么要用操作系统 嵌入式操作系统的应用是与应用复杂化直接相关。随着应用的复杂化，一个嵌入式控制器系统可能要同时控制、监视很多外设，要求有实时响应能力，需要处理很多任务，而且各个任务之间也许会有多种信息需要相互传递，如果仍采用原来的程序设计方法可能会存在以下问题。 中断可能得不到及时响应，处理时间过长，这对于一些控制场合是不允许的，对于网络通信方面则会降低系统整体的信息流量。 系统任务多，要考虑的各种可能也多，各种资源如调度不当就会发生死锁，降低软件可靠性，程序编写任务量成指数级增加。 1.2.3 嵌入式操作系统概述 2. 无操作系统的软件结构 图1.11　驱动与应用高耦合的不合理设计 图1.10 无操作系统时硬件、设备驱动和应用软件的关系 图1.12　应用直接访问硬件的不合理设计 1.2.3 嵌入式操作系统概述 3.有操作系统时的设备访问方法 应用程序将可使用操作系统提供的统一系统调用接口来访问各种设备，这样相同的应用程序就可以在不同的硬件设备上执行而不依赖于具体的硬件设备。 1.2.3 嵌入式操作系统概述 4.操作系统为嵌入式系统带来的好处 操作系统提高了嵌入式系统的可靠性。前后台系统软件在遇到强干扰时，程序会产生异常、出错、跑飞，甚至死循环，造成了系统的崩溃。在操作系统管理的嵌入式系统中，这种干扰可能只是引起若干进程中的一个被破坏，而且还可以通过系统监控进程对其进行修复。 使用嵌入式操作系统还可以提高应用程序开发效率，缩短开发周期。操作系统通过规范设备驱动程序接口，屏蔽了硬件差异性，为操作系统访问硬件提供统一的驱动API，使程序开发人员在新的设备程序开发时集中在应用程序和驱动程序设计，不必关心任务调度和资源管理等问题，从而提高应用程序的开发效率。 1.2.3 嵌入式操作系统概述 5.嵌入式操作系统的特点 实时性 小内核 可剪裁、可配置 易移植 高可靠性 低功耗 嵌入式操作系统具有通用操作系统的基本特点，同时在系统实时高效性、硬件的相关依赖性、软件固态化以及应用的专用性等方面具有较为突出的特点。 （1）实时性 实时系统的正确性不仅依赖于逻辑结果的正确性，还依赖于产生结果的时间。实时性是指系统能够在限定的时间内完成任务并对外部的异步事件作出及时响应，描述实时性的基本指标为响应时间。 1.2.3 嵌入式操作系统概述 （2）小内核 嵌入式系统是面向应用的专用计算机，因此硬件资源有限。其内核与通用操作系统的内核相比，嵌入式操作系统的内核较小，通常只有几K到几十K。 （3）可剪裁、可配置 嵌入式操作系统具有完善的功能，对于特定应用不需要的功能模块可以被剪裁掉，比如文件系统。 （4）易移植 可移植性好的操作系统可以缩短系统开发周期、提高代码可重用度、减小维护量 1.2.3 嵌入式操作系统概述 （5）高可靠性 为保证系