嵌入式系統及應用第三章

嵌入式軟件系統基礎主要內容嵌入式軟件系統概述嵌入式操作系統嵌入式軟件開發工具第一節

嵌入式軟件系統概述軟件系統嵌入式軟件系統的分類嵌入式軟件系統的體系結構嵌入式軟件運行流程軟件系統軟件(software)是計算機系統中與硬件(hardware)相互依存的另一部分，它包括程序(program)、相關數據(data)及其說明文檔(document)。其中：程序是按照事先設計的功能和性能要求執行的指令序列；數據是程序能正常操縱信息的數據結構；文檔是與程序開發維護和使用有關的各種圖文資料。嵌入式軟件系統的分類嵌入式軟件系統軟件支撐軟件應用軟件控制、管理計算機系統的資源嵌入式操作系統嵌入式中間件（CORBA、Java）等等輔助軟件開發的工具系統分析設計工具仿真開發工具交叉開發工具測試工具配置管理工具維護工具等面向應用領域手機軟件路由器軟件交換機軟件飛控軟件等嵌入式軟件系統的分類從運行平臺來分，嵌入式軟件可以分為運行在開發平臺上的軟件：設計、開發、測試工具等。運行在嵌入式系統上的軟件：嵌入式操作系統、應用程序、驅動程序及部分開發工具。嵌入式軟件系統的體系結構硬件應用層驅動層操作系統層中間件層板級初始化FLASH驅動RTC/定時器驅動串口驅動以太網驅動LCD驅動鍵盤驅動其他驅動內核TCP/IP網絡系統文件系統嵌入式GUI電源管理嵌入式CORBA嵌入式JAVA嵌入式DCOM面向應用領域的中間件應用任務1應用任務2……應用任務n嵌入式軟件系統的體系結構驅動層驅動層是直接與硬件打交道的一層，它對操作系統和應用提供所需的驅動的支持。該層主要包括三種類型的程序。板級初始化程序這些程序在嵌入式系統上電后初始化系統的硬件環境，包括嵌入式微處理器、存儲器、中斷控制器、DMA、定時器等的初始化。與系統軟件相關的驅動這類驅動是操作系統和中間件等系統軟件所需的驅動程序，它們的開發要按照系統軟件的要求進行。目前操作系統內核所需的硬件支持一般都已集成在嵌入式微處理器中了，因此操作系統廠商提供的內核驅動一般不用修改。與應用軟件相關的驅動

與應用軟件相關的驅動不一定需要與操作系統連接，這些驅動的設計和開發由應用決定。嵌入式軟件系統的體系結構操作系統層操作系統層包括嵌入式內核、嵌入式TCP/IP網絡系統、嵌入式文件系統、嵌入式GUI系統和電源管理等部分。其中嵌入式內核是基礎和必備的部分，其他部分要根據嵌入式系統的需要來確定。嵌入式軟件系統的體系結構中間件層目前在一些復雜的嵌入式系統中也開始采用中間件技術，主要包括嵌入式CORBA、嵌入式Java、嵌入式DCOM和面向應用領域的中間件軟件。如基于嵌入式CORBA的應用于軟件無線電臺的應用中間件SCA（SoftwareCoreArchitecture）等。嵌入式軟件系統的體系結構應用層應用層軟件主要由多個相對獨立的應用任務組成每個應用任務完成特定的工作，如I/O任務、計算的任務、通信任務等，由操作系統調度各個任務的運行。嵌入式軟件運行流程上電復位系統升級引導/升級系統系統初始化應用初始化多任務應用板級初始化遠程升級本地升級基于多任務操作系統的嵌入式軟件的主要運行流程該運行流程主要分為5個階段嵌入式軟件運行流程上電復位、板級初始化階段嵌入式系統上電復位后完成板級初始化工作。板級初始化程序具有完全的硬件特性，一般采用匯編語言實現。不同的嵌入式系統，板級初始化時要完成的工作具有一定的特殊性，但以下工作一般是必須完成的：CPU中堆棧指針寄存器的初始化。BSS段（BlockStorageSpace表示未被初始化的數據）的初始化。CPU芯片級的初始化：中斷控制器、內存等的初始化。返回嵌入式軟件運行流程系統引導/升級階段根據需要分別進入系統軟件引導階段或系統升級階段。軟件可通過測試通信端口數據或判斷特定開關的方式分別進入不同階段。嵌入椒式軟患件運耀行流擺程系統面引導搖階段系統盤引導削有幾凱種情蠅況：將系謙統軟違件從NO魯R短Fl還as搭h中讀暑取出吃來加欣載到RA磚M中運舉行：惹這種售方式猜可以攝解決辨成本鼻及Fl恩as木h速度懼比RA如M慢的欄問題將。軟居件可聰壓縮激存儲較在Fl蘇as償h中。不需覺將軟荷件引菠導到RA泰M中而赤是讓禾其直苦接在No桂rF絲式la鞠sh上運超行，霞進入喪系統睛初始漸化階劈燕段。將軟匯件從削外存硬（如Na徐nd滴Fl押as碼h、CF卡、MM稍C等）鈴中讀究取出演來加鄰載到RA趟M中運妖行：呼這種消方式然的成蔑本更培低。嵌入饑式軟略件運謹行流些程系統腎升級危階段進入誼系統廉升級沃階段油后系巡壽統可遞通過網絡肌進行荷遠程樓升級或通累過串口辮進行擋本地罪升級。遠程褲升級一般搭支持TF那TP、FT乒P、HT礙TP等方壇式。本地借升級可通泥過Co是ns半ol罷e口使欺用超爸級終偵端或棕特定路的升歡級軟捎件進珠行。返回嵌入栗式軟標件運炮行流徒程系統步初始蒜化階刻段在該挎階段憂進行欲操作念系統唯等系遣統軟慣件各逝功能跪部分張必需廟的初柄始化際工作貓，如銜根據傾系統廟配置巨初始晉化數趨據空值間、壯初始帆化系翠統所盆需的訴接口盞和外圖設等云。系統役初始機化階昆段需穴要按需特定賣順序需進行襲，如昆首先戚完成器內核拜的初泥始化練，然食后完聽成網梅絡、股文件圈系統食等的第初始礎化，或最后芳完成餡中間桌件等卵的初輪始化堵工作崖。返回嵌入幻玉式軟垮件運再行流沉程應用散初始漿化階揮段在該導階段蔥進行屯應用虹任務廈的創確建，葡信號弊量、消消息滔隊列線的創填建和臭與應迅用相階關的征其它始初始火化工盯作。多任晌務應艦用運挽行階冰段各種瞞初始窯化工腦作完龜成后店，系順統進天入多舊任務園狀態遣，操狹作系甩統按嶄照已疏確定剃的算防法進役行任漿務的果調度乓，各董應用淺任務最分別區完成捏特定廁的功炊能。第二或節揪嵌個入式框操作漲系統概述嵌入雨式操形作系陷統的并演變嵌入羅式操遠作系庸統分鮮類嵌入撇式操先作系麗統體觸系結飾構嵌入詠式操燃作系賀統的速組成嵌入牧式實邀時操慰作系今統μC污/O摟S-沖II簡介概述嵌入寒式操艱作系脊統可脖以統蒸稱為漿應用額在嵌洋入式銳系統趙的操蜻作系駕統，雷它具秋有一號般操強作系繪統的咱功能蘿，同補時具辮有嵌吸入式邪軟件裙的特黑點，左主要給有：可固滅化可配狐置、巧可剪檔裁獨立或的板沖級支萍持包渴，可長修改不同常的CP旅U有不危同的老版本應用爬的開婚發需項要有軋集成墻的交跑叉開專發工肌具概述近十瀉年來矮，嵌弓入式視操作粒系統桿得到釀飛速襯的發擦展從支制持8位微屢處理緒器到16位、32位甚英至64位微境處理柿器；從支行持單咐一品尾種的魚微處叮理器盤芯片默到支戒持多掘品種死微處嘴理器菊芯片中；從只華有內賤核到摧除了緣瑞內核毒外還嚇提供晚其他劫功能擁模塊惡，如門文件是系統闖，TC支P/撥IP網絡傳系統梯，窗雀口圖渾形系降統等冠。隨著根嵌入盒式系蒙統應愉用領穗域的嚇擴展使，目拌前嵌得入式裹操作偵系統捷的市蜻場在貍不斷誘細分貍，出羞現了叛針對帝不同漁領域庭的產膚品，獅這些使產品易按領帆域的油要求利和標趕準提坡供特陳定的駕功能睛。嵌入默式操使作系荒統的浪演變*Pe債rc艱en喜t騰of邪t劫ot奏al淺s累of軟tw早ar然e徹su普pp維li湖ed蠻b部y值RT輸OS舍v脫en緒do朝r峽in撕a檢t傲yp挎ic癢al拜e柿mb鵝ed守de謊d無de愁vi騎ce10%*Kernel30%*KernelNetworkingFileSystem75%*KernelNetworkingFileSystemMultiprocessingMemoryManagementNetworkingUtilityWindowsAPIAp派pl怕ic援at朝io碑nAp載pl者ic委at抵io雕nAp違pl腫ic六at崇io償nAp賞pl椒ic梁at貌io袖n90%*KernelNetworkingFileSystemMultiprocessingFaultToleranceDistributedObjectsAdvancedNetworkingAdvancedInterconnectJavaBrowser/GUI嵌入濤式操躺作系皮統的夏演變在嵌要入式相系統腫的發葵展過匙程中帖，從輕操作掙系統終的角聽度來巖看，身大致晉經歷挪了以襲下幾渴個階誕段：無操烈作系括統階燙段簡單搜操作盒系統貝階段實時姜操作中系統月階段面向In志te匪rn尚et的階肉段嵌入貌式操烤作系騎統的議演變無操贊作系枯統階兆段嵌入漿式系天統最癥初的睜應用戒是基召于單毅片機表的，麻大多貞以可寬編程翻控制斗器的為形式旋出現埋，具火有監農測、勞伺服煎、設煩備指崗示等角功能狗，通呈常應信用于權各類必工業非控制偽和飛者機、排導彈北等武轎器裝溜備中抵，一拐般沒鏡有操輸作系米統的個支持此，只貫能通廚過匯跟編語怪言對遠系統鍛進行晨直接脫控制豆，運譜行結蹲束后角再清塌除內貪存。這些邊裝置償雖然逢已經褲初步產具備泰了嵌休入式謙的應率用特杯點，震但僅亭僅只租是使苗用8位的CP夕U芯片礦來執媽行一睛些單探線程眉的程萍序，拌因此球嚴格濃地說寒還談著不上"系統"的概障念。這一昂階段節嵌入劇式系虎統的梢主要凈特點蔑是：榜系統蜜結構枕和功雕能相徒對單考一，洪處理知效率副較低跟，存膚儲容舌量較慢小，但幾乎智沒有番用戶維接口享。由卵于這李種嵌囑入式交系統跪使用厚簡便蛙、價冊格低技廉，姿因而翻曾經桑在工狀業控浩制領城域中早得到揪了非緒常廣揚泛的鼻應用糞，但植卻無迷法滿綱足現煌今對爹執行重效率啊、存衣儲容主量都誘有較足高要縫求的踏信息屆家電后等場踩合的率需要巧。嵌入銀式操單作系報統的弄演變簡單超操作械系統石階段20世紀80年代癢，隨鑼著微嘗電子必工藝現水平艷的提扁高，IC制造站商開令始把俯嵌入堤式應慕用中籌所需撲要的肥微處書理器裝、I/束O接口物、串決行接殃口以護及RA示M、RO玩M等部宿件統格統集嫁成到竿一片VL雁SI中，土制造申出面固向I/追O設計破的微控伙制器，并往一舉眨成為遍嵌入陵式系蒼統領握域中竿異軍慢突起脈的新耀秀。五與此競同時偏，嵌甘入式漸系統割的程餅序員織也開液始基刷于一秘些簡伸單的"操作淹系統"開發爹嵌入權式應翠用軟凳件，兼大大截縮短饒了開牧發周隆期、躺提高陣了開伙發效配率。這一栽階段酒嵌入顯式系疫統的巴主要裂特點殖是：遭出現落了大顆量高除可靠嘗、低換功耗爪的嵌駛入式CP殼U（如Po速we旁r提PC等）與，各遭種簡嫁單的保嵌入全式操主作系粒統開錦始出母現并沉得到刮迅速扶發展完。此左時的芝嵌入略式操膀作系輸統雖技然還搖比較攔簡單魂，但慢已經評初步煩具有避了一昌定的盒兼容教性和兆擴展敵性，脹內核勉精巧茅且效錦率高怨，主騰要用倦來控財制系遵統負棗載以濤及監祖控應纏用程墳序的奏運行雖。嵌入笨式操欄作系撕統的湯演變實時陪操作公系統嘉階段20世紀90年代雀，在朗分布繞控制凱、柔統性制接造、造數字鉆化通席信和需信息瀉家電病等巨集大需歲求的京牽引達下，嗎嵌入虛式系舌統進救一步峰飛速察發展滋，而本面向吩實時纖信號康處理咬算法損的DS蟲P產品鞠則向圈著高始速度詠、高擇精度沖、低煌功耗銹的方狠向發谷展。眉隨著捉硬件揮實時腔性要烏求的緒提高憐，嵌耐入式威系統脫的軟豬件規家模也拆不斷摔擴大竄，逐助漸形廟成了煤實時群多任誘務操侵作系免統（RT拘OS），并開池始成賭為嵌扁入式鞋系統貼的主叔流。這一吸階段插嵌入扶式系鍋統的榴主要低特點正是：夜操作競系統模的實油時性計得到美了很顧大改陣善，昂已經尸能夠冷運行膀在各泉種不喬同類射型的霜微處尺理器堆上，堡具有離高度小的模轎塊化被和擴飼展性挨。此遷時的樸嵌入長式操止作系析統已尖經具栽備了仗文件很和目救錄管噴理、建設備掘管理勻、多謎任務限、網諸絡、隱圖形露用戶喂界面慮（GU墳I）等功仇能，蔽并提惰供了擺大量助的應憑用程眉序接結口（AP筒I），從而稀使得童應用樣軟件慈的開角發變隙得更斧加簡伯單。嵌入苦式操鵝作系環統的禽演變面向In冊te嚼rn絮et的階柱段21世紀落無疑粗將是禍一個它網絡沿的時責代，稀將嵌梨入式抹系統贈應用駱到各混種網次絡環發境中驅去的監呼聲璃自然姥也越斷來越拌高。秩目前揉大多割數嵌臣入式遭系統脊還孤虎立于In喜te篇rn視et之外雙，隨怖著In厘te蹄rn蘿et的進熄一步纏發展驢，以親及In壟te棕rn芹et技術噴與信猶息家憤電、伶工業允控制晃技術著等的姐結合鼓日益嫌緊密澆，嵌年入式市設備斷與In逗te船rn縫et的結等合才槳是嵌芒入式去技術碧的真順正未隙來。信息貿時代刃和數勝字時鐵代的牙到來拔，為艷嵌入蠟式系蹄統的乖發展社帶來肅了巨采大的棟機遇迎，同醫時也致對嵌緩入式惹系統載廠商墻提出和了新懇的挑慶戰。嵌入苗式操杰作系飯統的薪演變各類沙嵌入沿式Li侍nu柱x操作除系統冠迅速院發展捕，由估于具輕有源渾代碼冊開放厘、系層統內產核小嬸、執啞行效比率高條、網體絡結伸構完段整等刃特點呢，很唇適合嗚信息徑家電烘等嵌編入式歇系統拍的需楊要，韻目前蠶已經羞形成供了能施與Wi突nd態ow鳴s墻CE、Sy攝mb拉ia量n等嵌感入式江操作陡系統攤進行胸有力具競爭帥的局乎面。網絡頸化、竊信息挽化的粥要求斑隨著In同te魯rn惜et技術蔬的成盾熟和獨帶寬擠的提銹高而謀日益首突出廢，以碌往功毯能單鬼一的足設備扇如電匹話、落手機恢、冰桿箱、白微波積爐等璃功能磨不再治單一疊，結沙構變未得更紗加復教雜，疏網絡亭互聯販成為彎必然找趨勢速。精簡競系統戲內核單，優資化關峽鍵算卻法，糊降低茫功耗遼和軟陰硬件挨成本威。提供釘更加稀友好枕的多設媒體橋人機煎交互系界面閃。嵌入沙式操絞作系昨統體領系結拾構目前育嵌入重式操迷作系俊統主窮要采落用分詳層和包模塊便化相盼結合盞的結良構或般微內裕核結工構。分層撒和模扎塊化稅結合仇的結宇構將敏操作菊系統項分為焰硬件唉無關聲層、尼硬件貸抽象牲層和擴硬件童相關胸層，玻每層懶再劃本分功煤能模壤塊。這樣燥移植弟工作鞋便集樣中在牢硬件役相關感層，解與其榮余兩環層無叫關，尿功能掀的伸溫縮則蜂集中書在模幟塊上棍，從滔而確頑保其乓具有苦良好嫩的可父移植以性和企可伸會縮性調。而采喂用微亂內核弊結構晝，則誤可利桐用其守可伸切縮的持特點耕適應把硬件仍的發張展，齊便于燃擴展侮。嵌入倘式操仁作系領統體扁系結徐構應用隨程序任務梨管理硬懇件用戶文擴展版處理調度種管理硬件喬抽象不層應用燦編程駛接口內存質管理中斷歲管理時鐘/定時干器管疏理I/頑O管理出錯猜處理同步討、通欠信管頭理（增消息遭隊列兩，信名號量喬，事護件，填異步優信號)）De姜lt鹽aC咳OR捎E的體趟系結萌構：咱層次閃＋模李塊結抹構分層歌次模塊竄化嵌入嗎式操痰作系敲統的肆組成……趕……嵌入立式內肥核內核債是嵌非入式枕操作濟系統莊的基臘礎，靠也是錢必備首的部娛分。內核各還提皺供特殼定的婦應用磁編程崗接口洽，但憐目前你沒有宇統一辜的標助準。任務鬧管理內存及管理通信稍同步深與互扇斥機心制中斷宵管理時間推管理任務錦擴展…………返回嵌入瓜式內舊核任務恰管理內核龍的核逐心部貓分，錢具有漲任務詠調度復、創桃建任撫務、汽刪除姜任務皂、掛籃起任咸務、郵解掛喘任務怠、設臂置任誼務優驚先級俱等功疤能。通用陸計算峽機的姥操作創系統置追求首的是銀最大盾的吞促吐率敬，為答了達夠到最釀佳整盯體性堵能，表其調啄度原錢則是棉公平渡，采幣用Ro同un雁d-溜Ro禾bi扇n或可槐變優詞先級困調度堪算法運，調厭度時親機主碗要以斜時間畫片為宏主驅覺動。而嵌媽入式你操作釀系統逃多采滴用基裳于靜箭態優般先級需的可齊搶占梁的調僑度，習任務賭優先勤級是按在運未行前佛通過壯某種尾策略溝靜態盈分配朽好的關，一徑旦有言優先催級更刑高的扒任務南就緒職就馬挨上進女行調臣度。返回嵌入鞭式內反核內存異管理嵌入緞式操素作系遭統的堅內存幕管理宴比較錯簡單信。通常抖不采殘用虛丸擬存曬儲管糠理，引而采左用靜辱態內郵存分雪配和瞞動態曠內存研分配裝（固篩定大憶小內獻存分裹配和保可變衛大小舒內存副分配絮）相肝結合北的管耽理方準式。有些選內核叔利用MM結U機制竭提供須內存盯保護暢功能賣。通用千操作慨系統設廣泛閃使用進了虛謎擬內奮存的決技術山，為女用戶梳提供闊一個砌功能耳強大戲的虛哥存管辟理機決制。返回嵌入腸式內拴核通信屋、同資步和俗互斥裙機制這些冠機制贊提供固任務點間、部任務化與中捷斷處銹理程銀序間煤的通鍵信、唯同步滑和互和斥功弊能。一般鴨包括傅信號水量、裂消息員、事俘件、調管道鉗、異視步信緞號和腔共享教內存規等功插能。與通婚用操瘡作系源統不恥同的墳是，殲嵌入凈式操屢作系拘統需閘要解呢決在蕩這些箱機制輸的使寨用中連出現父的優儀先級攻反轉受問題煤。返回嵌入拌式內押核中斷古管理轟，一鉆般具雪有以間下功典能：安裝御中斷敏服務區程序中斷淺發生器時，朵對中敞斷現荒場進西行保從存，世并且推轉到包相應岔的服里務程秒序上必執行中斷奴退出脖前，腔對中欺斷現燒場進奔行恢慕復中斷涌棧切騎換中斷鏟退出是時的凝任務辰調度返回嵌入承式內俯核時間凈管理提供鞋高精神度、查應用領可設儲置的遵系統燈時鐘菊，該條時鐘歡是嵌漏入式罰系統魯的時明基，箱可設旋置為威十毫寧秒以斯下。提供濕日歷桐時間蜘，負紐奉責與晴時間孟相關經的任桃務管趕理工復作如割任務替對資寺源有固限等垂待的息計時張、時緒間片符輪轉百調度獎等，率提供吊軟定擦時器摔的管槍理功劫能等莊。通用描操作造系統駁的系框統時百鐘的螞精度剖由操臺作系榜統確址定，裂應用萄不可臘調，厲且一頁般是探幾十止個毫愁秒。返回嵌入佳式內住核任務鵲擴展愉功能任務燈擴展槍功能耀就是襯在內經核中宏設置支一些Ho庭ok的調羞用點媽，在勵這些錄調用諸點上尼內核木調用躬應用肉設置熄的、肺應用獄自己鋸編寫傭的擴仆展處增理程近序，零以擴蠅展內鋸核的甜有關滾功能懂。Ho獸ok調用叉點有您任務胸創建基、任亮務切那換、筆任務折刪除油、出儀錯處艷理等蹲。返回嵌入坦式TC攝P/流IPTC臭P/偷IP協議晚已經血廣泛分地應始用于逐嵌入驕式系憲統中嵌入痰式TC劑P/愧IP網絡荷系統還提供蠅符合TC展P/確IP協議醉標準箱的協疼議棧暫，提俯供So遮ck壘et編程載接口拳。So存ck毯et接周口UDP協議TCP協議IP協議ICMP/IGMP協議網絡接口層

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