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嵌入式物联网系统软硬件基础知识大全

本文主要介绍嵌入式系统的基础知识,涉及嵌入式软件和硬件的方方面面,希望对各位有帮助。

嵌入式系统基础

1、嵌入式系统的定义

(1)定义:以应用为中心,以计算机技术为基础,软硬件可裁剪,适应应用系统对功能、可靠

性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。

(2)嵌入式系统发展的4个阶段:无操作系统阶段、简单操作系统阶段、实时操作系统阶段、面向

Internet阶段。

(3)知识产权核(IP核):具有知识产权的、功能具体、接口规范、可在多个集成电路设计中重复

使用的功能模块,是实现系统芯片(SOC)的基本构件。

(4)IP核模块有行为、结构和物理3级不同程度的设计,对应描述功能行为的不同可以分为三类:

软核、固核、硬核。

2、嵌入式系统的组成

嵌入式系统包含硬件层、中间层、系统软件层和应用软件层。

嵌入式核心模块=微处理器+电源电路+

时钟电路+存储器

Cache位于主存和嵌入式微处理器内核

之间,存放的是最近一段时间微处理器使

用最多的程序代码和数据。它的主要目标

是减小存储器给微处理器内核造成的存储

器访问瓶颈,使处理速度更快。

(1)硬件层:嵌入式微处理器、存储器、通用设备接口和I/O接口。

(2)中间层(也称为硬件抽象层HAL或者板级支持包BSP)。它将系统上层软件和底层硬件分离开

来,使系统上层软件开发人员无需关系底层硬件的具体情况,根据BSP层提供的接口开发即可。

BSP具有硬件相关性和操作系统相关性。设计一个完整的BSP需要完成两部分工作:

A、嵌入式系统的硬件初始化和BSP功能。

片级初始化:纯硬件的初始化过程,把嵌入式微处理器从上电的默认状态逐步设置成系统所要

求的工作状态。

板级初始化:包含软硬件两部分在内的初始化过程,为随后的系统初始化和应用程序建立硬件

和软件的运行环境。

系统级初始化:以软件为主的初始化过程,进行操作系统的初始化。

B、设计硬件相关的设备驱动。

(3)系统软件层:由RTOS、文件系统、GUI、网络系统及通用组件模块组成。RTOS是嵌入式应

用软件的基础和开发平台。

(4)应用软件:由基于实时系统开发的应用程序组成。

3、实时系统

(1)定义:能在指定或确定的时间内完成系统功能和对外部或内部、同步或异步时间做出响应的

系统。

(2)区别:通用系统一般追求的是系统的平均响应时间和用户的使用方便;而实时系统主要考虑

的是在最坏情况下的系统行为。

(3)特点:时间约束性、可预测性、可靠性、与外部环境的交互性。

(4)硬实时(强实时):指应用的时间需求应能够得到完全满足,否则就造成重大安全事故,甚

至造成重大的生命财产损失和生态破坏,如:航天、军事。

(5)软实时(弱实时):指某些应用虽然提出了时间的要求,但实时任务偶尔违反这种需求对系

统运行及环境不会造成严重影响,如:监控系统、实时信息采集系统。

(6)任务的约束包括:时间约束、资源约束、执行顺序约束和性能约束。

4、实时系统的调度

(1)调度:给定一组实时任务和系统资源,确定每个任务何时何地执行的整个过程。

(2)抢占式调度:通常是优先级驱动的调度,如uCOS。优点是实时性好、反应快,调度算法相对

简单,可以保证高优先级任务的时间约束;缺点是上下文切换多。

(3)非抢占式调度:通常是按时间片分配的调度,不允许任务在执行期间被中断,任务一旦占用

处理器就必须执行完毕或自愿放弃,如WinCE。优点是上下文切换少;缺点是处理器有效资源利用

率低,可调度性不好。

(4)静态表驱动策略:系统在运行前根据各任务的时间约束及关联关系,采用某种有哪些信誉好的足球投注网站策略生成

一张运行时刻表,指明各任务的起始运行时刻及运行时间。

(5)优先级驱动策略:按照任务优先级的高低确定任务的执行顺序。

(6)实时任务分类:周期任务、偶发任务、非周期任务。

(7)实时系统的通用结构模型:数据采集任务实现传感器数据的采集,数据处理任务处理采集的

数据、并将加工后的数据送到执行机构管理任务控制机构执行。

5、嵌

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