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嵌入式操作系统  时间:2021-09-28  阅读:()

嵌入式操作系统的组成

硬件层中包含嵌入式微处理器、存储器(SDRAM、ROM、Flash等)、通用设备接口和I/O接口(A/D、D/A、I/O等)。

在一片嵌入式处理器基础上添加电源电路、时钟电路和存储器电路,就构成了一个嵌入式核心控制模块。

其中操作系统和应用程序都可以固化在ROM中。

嵌入式微处理器 嵌入式系统硬件层的核心是嵌入式微处理器,嵌入式微处理器与通用CPU最大的不同在于嵌入式微处理器大多工作在为特定用户群所专用设计的系统中,它将通用CPU许多由板卡完成的任务集成在芯片内部,从而有利于嵌入式系统在设计时趋于小型化,同时还具有很高的效率和可靠性。

嵌入式微处理器的体系结构可以采用冯·诺依曼体系或哈佛体系结构;指令系统可以选用精简指令系统(Reduced Instruction Set Computer,RISC)和复杂指令系统CISC(Complex Instruction Set Computer,CISC)。

RISC计算机在通道中只包含最有用的指令,确保数据通道快速执行每一条指令,从而提高了执行效率并使CPU硬件结构设计变得更为简单。

嵌入式微处理器有各种不同的体系,即使在同一体系中也可能具有不同的时钟频率和数据总线宽度,或集成了不同的外设和接口。

据不完全统计,全世界嵌入式微处理器已经超过1000多种,体系结构有30多个系列,其中主流的体系有ARM、MIPS、PowerPC、X86和SH等。

但与全球PC市场不同的是,没有一种嵌入式微处理器可以主导市场,仅以32位的产品而言,就有100种以上的嵌入式微处理器。

嵌入式微处理器的选择是根据具体的应用而决定的。

存储器 嵌入式系统需要存储器来存放和执行代码。

嵌入式系统的存储器包含Cache、主存和辅助存储器。

1)Cache Cache是一种容量小、速度快的存储器阵列它位于主存和嵌入式微处理器内核之间,在需要进行数据读取操作时,微处理器尽可能的从Cache中读取数据,而不是从主存中读取,这样就大大改善了系统的性能,提高了微处理器和主存之间的数据传输速率。

Cache的主要目标就是:减小存储器(如主存和辅助存储器)给微处理器内核造成的存储器访问瓶颈,使处理速度更快,实时性更强。

在嵌入式系统中Cache全部集成在嵌入式微处理器内,可分为数据Cache、指令Cache或混合Cache,Cache的大小依不同处理器而定。

一般中高档的嵌入式微处理器才会把Cache集成进去。

2)主存 主存是嵌入式微处理器能直接访问的寄存器,用来存放系统和用户的程序及数据。

它可以位于微处理器的内部或外部,其容量为256KB~1GB,根据具体的应用而定,一般片内存储器容量小,速度快,片外存储器容量大。

常用作主存的存储器有: ROM类 NOR Flash、EPROM和PROM等。

RAM类 SRAM、DRAM和SDRAM等。

其中NOR Flash 凭借其可擦写次数多、存储速度快、存储容量大、价格便宜等优点,在嵌入式领域内得到了广泛应用。

3)辅助存储器 辅助存储器用来存放大数据量的程序代码或信息,它的容量大、但读取速度与主存相比就慢的很多,用来长期保存用户的信息。

嵌入式系统中常用的外存有:硬盘、NAND Flash、CF卡、MMC和SD卡等。

通用设备接口和I/O接口 嵌入式系统和外界交互需要一定形式的通用设备接口,如A/D、D/A、I/O等,外设通过和片外其他设备的或传感器的连接来实现微处理器的输入/输出功能。

每个外设通常都只有单一的功能,它可以在芯片外也可以内置芯片中。

外设的种类很多,可从一个简单的串行通信设备到非常复杂的802.11无线设备。

嵌入式系统中常用的通用设备接口有A/D(模/数转换接口)、D/A(数/模转换接口),I/O接口有RS-232接口(串行通信接口)、(以太网接口)、USB(通用串行总线接口)、音频接口、VGA视频输出接口、I2C(现场总线)、SPI(串行外围设备接口)和IrDA(红外线接口)等。

硬件层与软件层之间为中间层,也称为硬件抽象层(Hardware Abstract Layer,HAL)或板级支持包(Board Support Package,BSP),它将系统上层软件(应用程序)与底层硬件分离开来,使系统的底层驱动程序与上层无关,上层软件开发人员无需关心底层硬件的具体情况,根据BSP 层提供的接口即可进行开发。

该层一般包含相关底层硬件的初始化、数据的输入/输出操作和硬件设备的配置功能。

BSP具有以下两个特点。

硬件相关性:因为嵌入式实时系统的硬件环境具有应用相关性,而作为上层软 件与硬件平台之间的接口,BSP需要为操作系统提供操作和控制具体硬件的方法。

操作系统相关性:不同的操作系统具有各自的软件层次结构,因此,不同的操作系统具有特定的硬件接口形式。

实际上,BSP是一个介于操作系统和底层硬件之间的软件层次,包括了系统中大部分与硬件联系紧密的软件模块。

设计一个完整的BSP需要完成两部分工作:嵌入式系统的硬件初始化以及BSP功能,设计硬件相关的设备驱动。

嵌入式系统硬件初始化 系统初始化过程可以分为3个主要环节,按照自底向上、从硬件到软件的次序依次为:片级初始化、板级初始化和系统级初始化。

片级初始化 完成嵌入式微处理器的初始化,包括设置嵌入式微处理器的核心寄存器和控制寄存器、嵌入式微处理器核心工作模式和嵌入式微处理器的局部总线模式等。

片级初始化把嵌入式微处理器从上电时的默认状态逐步设置成系统所要求的工作状态。

这是一个纯硬件的初始化过程。

板级初始化 完成嵌入式微处理器以外的其他硬件设备的初始化。

另外,还需设置某些软件的数据结构和参数,为随后的系统级初始化和应用程序的运行建立硬件和软件环境。

这是一个同时包含软硬件两部分在内的初始化过程。

系统初始化 该初始化过程以软件初始化为主,主要进行操作系统的初始化。

BSP将对嵌入式微处理器的控制权转交给嵌入式操作系统,由操作系统完成余下的初始化操作,包含加载和初始化与硬件无关的设备驱动程序,建立系统内存区,加载并初始化其他系统软件模块,如网络系统、文件系统等。

最后,操作系统创建应用程序环境,并将控制权交给应用程序的入口。

硬件相关的设备驱动程序 BSP的另一个主要功能是硬件相关的设备驱动。

硬件相关的设备驱动程序的初始化通常是一个从高到低的过程。

尽管BSP中包含硬件相关的设备驱动程序,但是这些设备驱动程序通常不直接由BSP使用,而是在系统初始化过程中由BSP将他们与操作系统中通用的设备驱动程序关联起来,并在随后的应用中由通用的设备驱动程序调用,实现对硬件设备的操作。

与硬件相关的驱动程序是BSP设计与开发中另一个非常关键的环节。

系统软件层由实时多任务操作系统(Real-time Operation System,RTOS)、文件系统、图形用户接口(Graphic User Interface,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。

嵌入式操作系统 嵌入式操作系统(Embedded Operation System,EOS)是一种用途广泛的系统软件,过去它主要应用于工业控制和国防系统领域。

EOS负责嵌入系统的全部软、硬件资源的分配、任务调度,控制、协调并发活动。

它必须体现其所在系统的特征,能够通过装卸某些模块来达到系统所要求的功能。

已推出一些应用比较成功的EOS产品系列。

随着技术的发展、信息家电的普及应用及EOS的微型化和专业化,EOS开始从单一的弱功能向高专业化的强功能方向发展。

嵌入式操作系统在系统实时高效性、硬件的相关依赖性、软件固化以及应用的专用性等方面具有较为突出的特点。

EOS是相对于一般操作系统而言的,它除具有了一般操作系统最基本的功能,还有以下功能:如任务调度、同步机制、中断处理、文件处理等。

几种嵌入式实时操作系统简介

(1)VxWorks VxWorks是美国WindRiver公司的产品,是目前嵌入式系统领域中应用很广泛,市场占有率比较高的嵌入式操作系统。

VxWorks实时操作系统由400多个相对独立、短小精悍的目标模块组成,用户可根据需要选择适当的模块来裁剪和配置系统;提供基于优先级的任务调度、任务间同步与通信、中断处理、定时器和内存管理等功能,内建符合POSIX(可移植操作系统接口)规范的内存管理,以及多处理器控制程序;并且具有简明易懂的用户接口,在核心方面甚至町以微缩到8 KB。

(2) μC/OS-II μC/OS-II是在μC-OS的基础上发展起来的,是美国嵌入式系统专家Jean J.Labrosse用C语言编写的一个结构小巧、抢占式的多任务实时内核。

μC/OS-II能管理64个任务,并提供任务调度与管理、内存管理、任务间同步与通信、时间管理和中断服务等功能,具有执行效率高、占用空间小、实时性能优良和可扩展性强等特点。

(3)μClinux μClinux是一种优秀的嵌入式Linux版本,其全称为micro-control Linux,从字面意思看是指微控制Linux。

同标准的Linux相比,μClinux的内核非常小,但是它仍然继承了Linux操作系统的主要特性,包括良好的稳定性和移植性、强大的网络功能、出色的文件系统支持、标准丰富的API,以及TCP/IP网络协议等。

因为没有MMU内存管理单元,所以其多任务的实现需要一定技巧。

(4)eCos eCos(embedded Configurable operating system),即嵌入式可配置操作系统。

它是一个源代码开放的可配置、可移植、面向深度嵌入式应用的实时操作系统。

最大特点是配置灵活,采用模块化设计,核心部分由小同的组件构成,包括内核、C语言库和底层运行包等。

每个组件可提供大量的配置选项(实时内核也可作为可选配置),使用eCos提供的配置工具可以很方便地配置,并通过不同的配置使得eCos能够满足不同的嵌入式应用要求。

嵌入式操作系统和通用计算机操作系统的区别是什么

嵌入式系统(简称“嵌”)和通用计算机(简称“通”)的主要区别包括以下几点:   1、形式与类型   “通”:实实在在的计算机。

按其体系结构、运算速度和规模可分为大型机、中型机、小型机和微机;   “嵌”:“看不见”的计算机,形式多样,应用领域广泛,按应用进行分类;   2、组成   “通”:通用处理器、标准总线和外设、软硬件相对独立;   “嵌”:面向特定应用的微处理器,总线和外设一般集成在处理器内部,软硬件紧密结合;   3、系统资源   “通”:系统资源充足,有丰富的编译器、集成开发环境、调试器等;   “嵌”:系统资源紧缺,没有编译器等相关开发工具;   4、开发方式   “通”:开发平台和运行平台都是通用计算机;   “嵌”:采用交叉编译方式,开发平台一般是通用计算机,运行平台是嵌入式系统;   5、二次开发性   “通”:应用程序可重新编程;   “嵌”:一般不能重新编程开发;   6、发展目标   “通”:编程功能电脑,普遍进入社会;   “嵌”:变为专用电脑,实现“普及计算”;

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嵌入式系统是个大主题,下面就包括小主题:嵌入式操作系统,嵌入式硬件系统(芯片、外围设备等),其中嵌入式操作系统常见的包括linux、winCE、vxworks等等,当中又包含比如WORD这类的应用程序,这是上层应用部分。

嵌入式硬件系统部分如果没有嵌入式操作系统的话,这个系统就不叫嵌入式系统了,就是一个单片机而已,只需要烧写进运行程序就可以工作了,不用来进行像嵌入式系统那样的复杂工作。

Do u understand? 在嵌入式行业中,用linux的是最多的,主要使用C语言。

当然这个linux是经过定制后移植的,楼上说什么linux不是嵌入式的,我只能说你是layman而已了。

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