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1、硕硕 士士 学学 位位 论论 文文 ES 体系结构的研究及其应用 硕士学位论文 2 ESES 体系结构的研究及其应用体系结构的研究及其应用 摘摘 要要 本文论述了使用 RTOS 进行嵌入式系统开发的原理和方法，着重讨论嵌入式系统嵌入式系统（ES-Embedded System）的体系 结构和建构原理及其应用。嵌入式系统的概念很容易理解，但是高端的嵌入式系统开发很困难。构建一个嵌入式系统， 技术门槛高，是一个复杂的系统建构过程。 嵌入式系统开发过程有软件和硬件两部分开发工作。 硬件开发主要涉及微处理器/微控制器、存储器和常见外围接口（A/D、D/A、时钟、USB、网络接口等等）部分的 设计。硬件
2、设计包括原理图、PCB 版图设计和硬件安装调试。硬件设计的最终成果是具有特定功能的板级电路和系统 结构件。 软件设计是嵌入式系统中的主要部分。硬件提供了潜在的计算能力，要发挥硬件功能，需要软件的支持。例如， 同样的一台 PC 机硬件，可以安装 Win3.1、Win95 或者 WinXP。在硬件没有任何改动的情况下，用不同的操作系统软 件，系统的功能、稳定性和用户操作的感觉会有很大差别。 本文首先概述嵌入式系统的组成原理，然后对嵌入式系统设计中涉及到的硬件和软件技术作概括性介绍。论文的 重点是嵌入式操作系统（EOS） ，特别是实时操作系统（RTOS）的理论研究，主要对如何应用 RTOS 开发嵌入
3、式系统 的问题进行深入的探讨。 通过对 C/OS-II、Windows、Window CE、FreeBSD、Minix、Linux、Lineo、Windriver、QNX、Mach、OSE、L4、 “和欣”等大量操作系统的比较研究， 本文总结出当前操作系统的发展方向和如何构建属于自己的操作系统的基本方法。这些基本方法对于构建中国自己知 识版权的实时操作系统具有重要的价值和一定的指导意义。 在研究过程中以 C/OS-II v2.51 RTOS 为代表，将该实时操作系统移植到 ARM7 处理器上，并利用 ADS 和 Multi- ICE 在 Evaluator-7T 评估板上调试成功。另外利用 E
4、asyPack 仿真器将 C/OS-II v2.51 移植到 8051 微控制器上，并调试 成功。充分验证了对实时操作系统结构的正确理解。本文将通过对移植代码的说明，详细论述操作系统的移植原理。 论文共分 7 章 9 部分。引言部分简要介绍嵌入式系统的重要性和研究嵌入式系统的必要性和迫切性。 第一章绪论，介绍嵌入式系统的概念和构建嵌入式系统的关键技术。 第二章论述嵌入式系统硬件，详细论述构成嵌入式系统的处理器、存储器、外围设备和网络等硬件要素。 第三章嵌入式系统的软件，按照系统软件（固件、操作系统）和应用软件，论述了嵌入式系统中的软件技术。 第四章介绍嵌入式系统开发工具，介绍了嵌入式系统开发过
5、程中常用的软件和硬件工具。 ES 体系结构的研究及其应用 3 第五章和第六章分别以 C/OS-II 在 8051 和 ARM 上的移植为例子，说明基于简单操作系统内核和复杂操作系统平 台的嵌入式系统开发。 第七章介绍基于 Linux 的嵌入式系统的构建方法。 最后是全文的总结，这部分从课题的需求性、实用性和先进性 3 个方面，对论文进行总结。 关键词：嵌入式系统, RTOS, C/OS-II, Linux, microkernel 硕士学位论文 4 Embedded System Architecture Reseach and Development Abstract: This thesi
6、s discusses the Embedded System Architecture Reseach and Development, especially about the principle and method of developing RTOS-based Embedded System. It is easy to understand the concept of embedded system, but difficult to develop an embedded system successfully. The development is a complicate
7、d project. The development involves both hardware and software development tasks. The hardware of an embedded system includes the microprocessor (or microcontroller), memory and peripherals (AD/DA, clock, USB, network interface etc.). The hardware design includes the schematics, PCB layout design an
8、d hardware debugging. The result of hardware design is to have the particular function of, stable electric circuit. The software design is the major part of system development. And the software engineering crisis found in the software world will also appear in the embedded system world. In this thes
9、is, the embedded system is based on RTOS. So, the point of the thesis is about operate system, especially the RTOS theories studies, answering to how to apply the RTOS into embedded system. By researching different operating systems such as C/OS-II, Windows, Windows CE, FreeBSD, Minix, Linux, Lineo,
10、 Windriver, QNX, Mach, OSE, L4 etc., this thesis makes out the the development trend of the current operating system. These basic methods have the very important value to builid our own operating system. This thesis takes C/OS-II v2.51 as example, porting it to ARM7TDMI processor and makes an sample
11、 app on Evaluator-7T board shipped from ARM Ltd. Also a C/OS-II v2.51 8051 port is done and tested on the EasyPack. The above porting work can illustrate the process to develop a RTOS-based embedded system. And it is a good reference for embedded system developers to use this port in their project.
12、Key word: Embedded System, RTOS, C/OS-II, Linux, microkernel ES 体系结构的研究及其应用 5 目目 录录 摘要 5 Abstract7 目录 9 引言 13 第一章 嵌入式系统概述15 1.1 什么是嵌入式系统15 1.2 历史回顾 15 1.3 应用前景 15 1.4 主要技术支撑 16 1.4.1 嵌入式系统中的主要硬件技术 16 1.4.2 嵌入式系统中的主要软件技术 17 1.5 研究前沿 17 第二章 嵌入式系统硬件19 2.1 嵌入式系统处理器的发展 19 2.1.1 嵌入式系统的核心器件类型 19 2.1.2 嵌入式系
13、统的核心器件体系结构 20 2.1.3 典型的嵌入式微处理器ARM体系结构21 2.2 存储器 22 2.3 外部设备（输入设备/输出设备/存储设备/网络通信设备）22 2.4 外围接口（USB/并行接口/串行接口/无线接口）22 2.5 网络 23 第三章 嵌入式系统软件 25 3.1 软件的作用25 3.2 固件25 3.2.1 固件的定义和功能25 3.2.2 一个固件范例HAL26 3.3 高层软件26 3.3.1 软件库27 3.3.2 操作系统27 3.3.2.1 操作系统的分类27 3.3.2.2 单一内核操作系统 27 3.3.2.3 微内核操作系统 28 3.3.2.4 操作系统与实时操作系统28 3.3.2.5 POSIX规范29 3.3.2.6 嵌入式操作系统(EOS)的发展30 3.3.2.7 内核31 3.3.2.8 如何构建自己的嵌入式操作系统36 3.4 应用软件的设计 37 3.3.1 模块化设计
