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1、第1章 嵌入式系统导论 主讲：谢小云,嵌入式实时操作系统C/OS II教程,本章要求,主要内容 了解嵌入式系统基本概念、结构组成及开发方法 掌握嵌入式操作系统的基本概念 了解C/OS II操作系统特点 重点 嵌入式实时操作系统的定义及特点 C/OS II系统的学习方法 难点 C/OS II的应用实例分析 课时安排：4课时,目录,1.1 嵌入式系统概述 1.2 嵌入式系统组成结构 1.3 嵌入式系统的基本设计方法 1.4 嵌入式操作系统概述 1.5 C/OS II操作系统概述,1.1.1 嵌入式系统发展概况,嵌入式应用的起源：伴随计算机技术而发展，应用极为广泛 嵌入式系统发展的两种模式 模式：将
2、通用计算机系统经裁剪而成单片微型计算机。 创新模式：完全按照嵌入式应用的要求，以全新的方式设计能满足嵌入式应用要求的体系结构。,1.1.2 嵌入式的定义,IEEE的定义：Device used to control, monitor or assist the operation of equipment, machinery or plants. Wayne Wolf的定义：Loosely defined，it is any device that includes a programmable computer but is not itself a general-purpose com
3、puter. 我国微机学会的定义：嵌入式系统是以嵌入式应用为目的的计算机系统，分为系统级、板级和片级。,1.1.2 嵌入式的定义,我国应用比较广泛的定义：嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，软硬件可裁减，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积和功耗等严格要求的专用计算机系统。 嵌入式系统描述公式： 区分“嵌入式系统”与“嵌入式应用系统”,1.1.3 嵌入式系统的特点,系统内核小、实时高效：考虑成本、体积、功耗等问题的要求 。 专用性强：为特定应用客户群设计，个性化很强。 系统精简：高效设计、量体裁衣、去除冗余。 软件固化：要求代码具有高质量、高可靠性和高时效性。 开发工具和环境：采用
4、专用的开发工具和交叉开发的方法。,目录,1.1 嵌入式系统概述 1.2 嵌入式系统组成结构 1.3 嵌入式系统的基本设计方法 1.4 嵌入式操作系统概述 1.5 C/OS II操作系统概述,1.2 嵌入式系统的组成结构,嵌入式系统组成结构图,1.2 嵌入式系统的组成结构,嵌入式系统硬件层结构图,1.2 嵌入式系统的组成结构,嵌入式系统的两种程序结构,1.2 嵌入式系统的组成结构,目录,1.1 嵌入式系统概述 1.2 嵌入式系统组成结构 1.3 嵌入式系统的基本设计方法 1.4 嵌入式操作系统概述 1.5 C/OS II操作系统概述,1.3 嵌入式系统的基本设计方法,目录,1.1 嵌入式系统概述
5、 1.2 嵌入式系统组成结构 1.3 嵌入式系统的基本设计方法 1.4 嵌入式操作系统概述 1.5 C/OS II操作系统概述,1.4.1 嵌入式操作系统的发展历程,第一阶段：无操作系统的嵌入式算法阶段 第二阶段：以嵌入式CPU为基础、简单操作系统为核心的嵌入式系统 第三阶段：通用的嵌入式实时操作系统 第四阶段：以Internet为标志的嵌入式网络操作系统,1.4.2 嵌入式实时操作系统的定义,操作系统的定义 操作系统（Oprating System）是计算机系统中负责支撑应用程序运行环境以及用户操作环境的系统软件，同时也是计算机系统的核心和基石。 操作系统是计算机软硬件的总指挥部： 管理系统
6、中各种资源 为用户提供良好的界面,1.4.2 嵌入式实时操作系统的定义,操作系统的组成 驱动程序：隐藏硬件的具体细节，并向其它部分提供一个抽象的、通用的接口。 内核：最核心部分，负责提供基础性、结构性的功能。 支撑库：用于把系统所提供的基本服务包装成应用程序所能使用的编程接口。 外围：用于提供特定高级服务的部件。,1.4.2 嵌入式实时操作系统的定义,嵌入式实时操作系统的定义 实时系统的定义 实时系统指系统在限定的时间内能够提供所需要的服务水平的系统。 分为：软实时系统（弱实时系统）和硬实时系统（强实时系统）,1.4.2 嵌入式实时操作系统的定义,实时系统的重要特征 在实时系统中，系统的正确性
7、不仅取决于系统计算结果的正确性，而且还取决于正确结果产生的时间，即时序。 系统行为的可预测性和可确定性 嵌入式操作系统的定义（Real-Time Embedded Operating System, RTOS/EOS） 是指支持嵌入式系统工作的操作系统，大多数嵌入式系统都是实时系统，而且多是硬实时多任务系统。,1.4.2 嵌入式实时操作系统的定义,嵌入式操作系统的结构与组成 一个好的实时内核的功能和特点： 任务管理 任务间可同步和通信 实时时钟服务 中断管理服务 操作系统行为是可知的和 可预测的。,1.4.3 评价嵌入式操作系统的几个重要指标,系统响应时间：系统发出处理要求到系统给出应答信号的
8、时间。 任务切换时间：指运行多任务时，系统发生任务切换、保存和恢复CPU寄存器内容的时间。 中断延迟：是从硬件中断发生到开始执行中断处理程序第一条指令所用的时间。 中断响应时间：从中断发生起到开始执行中断用户处理程序的第一条指令所用的时间。 调度抖动：指一个周期性任务的周期间隔的变化。 调度器延迟：指进行任务调度时，调度器所花费的时间。,1.4.4 嵌入式实时操作系统的特点,使用嵌入式操作系统的必要性 提高可靠性 提高开发效率 缩短开发周期 可充分挖掘CPU的潜能 嵌入式操作系统的特点 体积小 可靠性高 特殊的开发调试环境,实时性强 可裁剪,1.4.5 嵌入式操作系统的分类,总数超过150个。
9、 按应用分：面向低端设备的和面向高端设备的 按专业化程度分：通用型和专用型 按实时性要求分：强实时性和弱实时性,1.4.6 通用操作系统与嵌入式操作系统的区别,目录,1.1 嵌入式系统概述 1.2 嵌入式系统组成结构 1.3 嵌入式系统的基本设计方法 1.4 嵌入式操作系统概述 1.5 C/OS II操作系统概述,1.5.1 C/OS II操作系统概述,C/OS II的特点 源代码公开 可移植性（Portable）：绝大部分代码用ANSI C编写。 可固化（ROMable） 可裁剪（Scalable）：通过所定义的众多条件编译开关来裁剪 可剥夺（Preemptive） 多任务：可以管理64个任
10、务（8个系统使用，56个用户使用） 可确定性：绝大部分函数执行时间具有可确定性 任务栈：每个任务可有单独的栈 系统服务 中断管理：中断嵌套可达255层 稳定性和可靠性：通过了美国RTCA DO-178B标准认证，能用于性命攸关，安全条件极苛刻的系统中。,1.5.2 C/OS II的内核文件组成,1.5.3 如何学好C/OS II,掌握基本概念 掌握函数调用方法 在PC机上运行 阅读源代码 移植 自己动手编写内核代码,1.4 实例,程序功能描述：本实例演示C/OS II的多任务处理能力。共有10个任务在屏幕随机的位置上显示一个09的数值。每个任务只显示一个数字。 代码文件如下： INCLUDES.H：所有相关的头文件都放在这个主控头文件中。 OS_CFG.H：与硬件I相关的C/OS II设置 TEST.C：测试代码,1.4 实例,运行效果,小结及作业,小结 本章介绍了嵌入式的基本概念、组成结构和开发方法等内容。 重点讲授了嵌入式操作系统及C/OS II的基本知识。 作业 教材P25 第4题、第5题,
