嵌入式系统开发概述

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  1. 嵌入式系统


是将应用程序、操作系统和计算机硬件集成在一起的


专用计算机系统


;并且是设计完成复杂功能的硬件和软件,并使其紧密耦合在一起;


  1. 特点


①系统内核小;②专用性强,对硬件进行系统移植;③不可垄断性,开发种类多样;④产品相对稳定,其处理器更换周期一般为8—10年;⑤实时性(规定的时间内完成规定的任务,在规定的时间范围内正确地响应外部物理过程的变化),但是有些嵌入式系统没有实时性的要求;






拓展




:硬实时与软实时;软实时是指没有满足实时性要求时,不会导致灾难性的后果,但是硬实时系统却是灾难性的;一般的软实时任务的调度时间精度大于千分之一秒,而硬实时系统任务的时间精度是微秒级别的(1s=10的6次方微秒)


  1. 嵌入式系统的组成

嵌入式系统组成

软件子系统

应用程序

操作系统

驱动

软件驱动硬件bsp/HAL

硬件子系统

处理器

存储器

输入、输出接口


  1. 嵌入式外围设备


①存储器,分为易失型存储器(RAM),随机存储内存,断电后丢失数据;非易失型存储器(ROM),只读内存,断电后不会丢失数据;


②广泛使用RS-232接口(串口)、IrDA(红外)、SPI(串行设备接口)、I²C、USB、Enternet和普通并口。


③显示类型:CRT、LCD和触摸屏等显示设备。


  1. 最小的嵌入式硬件系统


包括:嵌入式控制器、供电系统(电源)、时钟系统、调试测试接口(可选,样品会带)、存储器系统(可选,部分集成在控制器中)、复位即其配置系统;


  1. 嵌入式系统与单片机、pc相比的优势


①性能方面:采用32位RISC结构微处理器,处理能力大于单片机,接近于pc机;


②实时性方面:控制器内嵌实时操作系统(RTOS),能够保障控制系统的强实时性;


③人机交互方面:支持大屏幕液晶显示,提供强大的图形交互界面;


④系统升级方面:专用功能设计,功能专一,成本低,且开放的用户程序接口(API)保证了系统能够快速升级和更新;


  1. 嵌入式处理器分类


①微处理器(MPU)


②微控制器(MCU)


③嵌入式DSP


④片上系统


  1. 嵌入式DSP处理器


是专门用于信号处理方面的处理器,在系统结构和指令算法方面进行了特殊设计,在数字滤波、FFT、谱分析等各种仪器上获得大规模应用;


适合于执行DSP算法,编译效率较高,执行速度较高;


  1. 操作系统的种类、作用、工作机制


多道批处理操作系统(适用于计算机中心等较大的计算机系统)、分时操作系统(适用于多个用户共享系统资源)、实时操作系统(适用于嵌入式设备和有实时性要求的系统中)。


操作系统的作用:是计算机中最基本的程序,负责计算机系统中全部软硬资源的分配与回收、控制与协调等并发的活动;


每个任务触发后,被操作系统分配了优先级,按照优先级处理:以处理周期10ms为例,最高优先级的任务执行10ms后(任务未完毕),就将CPU交给第二个任务,并把最新的结果交给内存(以便下一个周期继续在CPU上处理),人后重新排队等待处理(windows各种系统升级,处理的一个重点问题就是CPU与待处理任务量之间的匹配关系)。


  1. 代码的临界区


是指处理时不可分割的代码,运行这些代码不允许被打断;为确保临界区代码的执行,在进入临界区之前要关闭中断(就是不接受外部任务插队),而临界区代码执行完成后立即打开中断(允许CPU接受中断请求);


  1. 资源


程序运行时可使用的软、硬件环境统称为资源。


  1. 内核


内核提供的基本服务就是任务切换,还包括信号量、消息队列、延时等。


两个概念:①非占先式内核(或非强占式内核),即多个任务共享CPU时,正在执行的任务完成相应周期的CPU时间后,主动放弃CPU的使用权,后面高优先级的任务才获得CPU的使用权;②占先式内核(抢占式),即优先级高的任务就绪后,直接中断正在执行的低优先级任务,CPU有限处理该高优先级任务。目前大部分内核使用的都是占先式内核,因为符合中断要求,有优化空间。


  1. 中断


中断是一种硬件机制,用于通知CPU有个异步事件发生了。


  1. 时钟节拍


时钟节拍是特定的周期性中断,该中断是系统心脏的脉动,一般在10ms-200ms之间。



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