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1、摘要嵌入式系统开始于 20 世纪 80 年代单片机的使用。嵌 入 式技术已经渗透到各个领域，且与人们的日常生活密不可 分，给人们生活和工业生产带来极大方便。本文论述了嵌入式系统概念、嵌 入式处理器、嵌 入操作 系统和嵌入软件开发环境，解释了嵌入式系统组成中的各个 部分。嵌入式操作系统具有良好的可移植性，能够用在根据应 用要求选择的微处理器中。嵌入式系统设计带来了与传统系 统设计全然不同的挑战。嵌入式系统已成为计算机领域的一个重要组成部分。广 泛讲，凡是带有微处理器的专用软硬件系统都可以称为嵌入 式系统。嵌入式系统可以通过各种无线形式和有线形式的网 络连接方式实现它们之间的相互连接。因 此，在
2、网络通信市 场上极具生命力。关键词 嵌入式系统，嵌入式操作系统，口C/OS-IIABSTRACTThe Embedded system commenced with the use of SCM in 1980 s. The embedded technology has penetrated in every field. It s inseparable with our daily life and it brings great convenience to peoples life and the industry.This paper discusses the concept o
3、f the embedded system, the embedded processor, the embedded operating system and the embedded software developing environment, explains the components of the embedded system.The embedded system has great compatibility. It can be used in MPU selected according to the application. The design of the em
4、bedded system brings the challenge witch is different with the traditional design.The embedded system has been an important component of the computer field. Universally speaking, all the private soft-hardware systems with MPU can be named with embedded system. The embedded systems can connect with e
5、ach other through wireless and cable connecting way. Therefore, it is animate in the market of the communication networks.KEY WORDS Embedded system, Embedded operating system,口 c/os II目录第一章嵌入式系统概述11.1嵌入式系统简介11.2 嵌入式系统的分类31.3嵌入式系统设计的特点3第二章嵌入式处理器52.1嵌入式处理器简介52.2常用嵌入式处理器6第三章嵌入式操作系统73.1嵌入式操作系统简介73.1.1嵌入
6、式操作系统的机制83.1.2嵌入式操作系统的特点： 93.1.3嵌入式操作系统的分类103.2 yC/OS- II嵌入式操作系统10321 yC/OS-1实时操作系统结构11322 yC/OS-II嵌入式操作系统的特点113.2.3 yC/OS-II 的移植13第四章 嵌入式系统编程语言154.1嵌入式系统的高级语言特点154.2嵌入式系统高级语言开发过程154.3嵌入式系统编程与系统硬件174.3.1存储器映射174.3.2 I/O 映射18结束语19参考文献20第一章 嵌入式系统概述1.1 嵌入式系统简介何谓嵌入式系统？根据英国电机工程师协会的定义所做的翻译，“嵌入式系 统为控制、监视或辅
7、助设备、机器或甚至工厂操作的装置”。它具备了下列四项 的特性：1通常执行特定功能。2以微电脑与外围构成核心。 3严格的时序与稳定性要求。4全自动操作循环。 嵌入式系统是电脑软件与硬件的综合体，亦可以涵盖机械和其他的附属装 置。整个综合体设计的目的在于满足某种特殊功能。嵌入式系统的架构可分成五 个部分：处理器，内存，输入与输出，操作系统与应用软件。它们常见于各类实 验仪器、办公设备、交通运输设备、电信设备、制造设备、建筑设备、医疗设备 及个人电脑等。符合 定 义的嵌 入式 系统 的 第一个 产品 直到 1971 年以 后才 出现 ， 这一年，In tel发布了世界上第一块微处理器4004,主要被
8、日本的 Busicom 公司用来生产上用计算器。1969 年， Busicom 请 Intel 为他 们的每一种新式计算分别设计一种定制的集成电路， Intel 则拿出了 4004。Intel没有为每一种计算器分别进行设计，而是设计了一种可 以用在所有型号上的通用电路。这个通用处理器被设计来读取存在外 部存储芯片里一系列指令(软件)。 Intel 的想法是通过软件的设计 可以为每一种计算器提供各自的特性。这种微处理器在一夜之间就成功了，并且在以后的十年中获得了 广泛的 应用 。嵌入式系统早期主要应用于军事及航天等领域，以后逐步广泛地 应用于工业控制、仪器仪表、汽车电子、通信和家用消费电子类等领
9、域。随着 Internet 的发展， 新型的嵌入式系统正朝着信息家电 IA(Information Appliance) 和 3C (Computer、Communication、Consumer) 产品方向发展。嵌 入式系统的数量看起来肯定会继续迅速增长。一机构很多具有巨大市 场潜力的嵌入式系统设备了：可以被中央计算机控制的调光器和恒温 器。当小孩子或矮个子的人在的时候不会充气的智能智囊，掌上电子 记事簿和个人数字助理( PDA)、 数码照相机和仪表导航系统。 图 1.1是由知名的产业分析机构IDC所作的嵌入式系统相关产品的产量趋势图。出背星:千廿N巳仃年$G amitig C oqsoIs
10、 D evic esSm axt. H w. dhel d D c esScreen PhonesThinC Li entOther图1.1全球嵌入式系统相关产品产量趋势图嵌入式系统采用“量体裁衣”的方式把所需的功能嵌入至各种应用系统中。 随着应用形式的不同，可有IP(Intellectual Property)级、芯片级和模块级 3级不同体系结构。IP级的构架也就是系统级芯片SOC (System on Chip)的形式。把不同的 IP单元，根据应用的要求集成在一块芯片上，各种嵌入式软件也可以以IP的方 式集成在芯片中。芯片级构架是根据各种IT产品(应用系统)的要求，可以选用相应的处理 器(
11、MCU、DSP、RISC、MPU 等)芯片、RAM、ROM (EPROM/EEPROM/FLASH)及 I/O 接口芯片等组成相应的嵌入式系统；相应的系统软件/应用软件也可以固件形式 固化在ROM中。这是目前嵌入式系统最常见的形式。第3种的构架是以X86处理器构成的计算机系统模块嵌入到应用系统中。这 样可以充分利用目前常用PC机的通用性和便利性。不过，此方式不但要缩小体 积、增加可靠性；而且，还要把操作系统OS改造为嵌入式操作系统OS，把应用 软件固化在固态盘中。此种嵌入式系统较多地出现在工业控制和仪器仪表中。嵌入式系统是由嵌入式处理器、嵌入式系统软件和嵌入式应用软件组成。 Intel公司推出
12、的个人互联网用户构架PCA就是嵌入式系统的开发应用平台。在 PCA的应用与通信子系统中的嵌入式处理器是基于StrongARM/XScale的处理器; PCA可以配备Windows CE、嵌入式Linux和VxWorks等各种嵌入式OS；同时， 为了便于开发各种应用软件，提供了各种组件及中间件。1.2 嵌入式系统的分类按照“嵌入”方式的不同，嵌入式系统可分为以下凡种： 整机式嵌入。一个带有专用接口的计算机系统嵌入到一个控制系统中，成为控 制系统的核心部分。一般这种计算机系统功能完整而强大，完成系统 中的核心的关键工作，也具有较完善的人机界面和外部设备。部件式嵌入。以部件式嵌入到一个控制设备中，完
13、成某一处理功能，与设备的 其它硬件偶合紧密、功能更专一。如雷达的数字处理部件，一般选用 专用 CPU 或 DSP 。芯片式嵌入。一个芯片是一个完整的专用计算机，具有完整的输入输出接口， 完成专一的功能。如显示处理器、微波炉控制器等。一般为专门设计 的芯片。随着微电子技术的发展，芯片式嵌入应用将越来越广泛。1.3 嵌入式系统设计的特点根据英国电机工程师协会的定义，嵌入式系统式控制、监视或辅 助设备、机器、甚至工厂运作的装置。他是一种计算机软件与硬件的 综合体，并且特别强调量身定做的原则，也就是给予某一种特殊用途 会针对这项用途开发出截然不同的一个系统。可以从以下几个方面说 明嵌入式系统设计方面的
14、特点：1用户界面和控制面板在这个方面不同的系统因功能不同而有很大的差别，有的系统可 能只有几个简单的控制按键，而现实只需要几个示意的发光二极管就 可以了，有的系统却要求包括多个菜单和许多选项，甚至有的要求精 确的图形用户界面，如 GPS 。2软件代码高质量、高可靠性尽管半导体技术的发展是处理器速度不但提高，系统存储器容量 不断增加，价格也不断下降，但 在大多数应用中，存储空间仍然是宝 贵的，多数时候还存在实时性的要求。为此要求程序编写的编译工具 的质量要高，以减少程序二进制代码长度，提高执行速度。3制造成本制造成本在很多情况下是十分重要的，尤其对于消费类电子产 品，它由许多因素决定，比如处理器
15、的种类，所需存储器的大小及需 要哪些 I/O 设 备， 当然 还有系 统 软件和应 用 程序的 成本。4功率嵌入式系统的产品很多都是由电池供电的，因此对于电源的管理 可以说到了近乎苛刻的地步。即使是一些直接接入电网的设备，功耗 同样是一个重要的指标，大功率意味着很大的散热量，对系统的稳定 工作是有很大的影响的。而且，如果是大量使用，用电成本也必须考 虑。第二章 嵌入式处理器2.1 嵌入式处理器简介随着信息技术和互联网技术的发展，嵌入式产品的功能日趋复 杂，越来越多的应用系统了高性能的32位微处理器，以满足产品的 网络化功能。任何微处理器MPU或微控制器MCU (即常称的单片机) 都可以作为嵌入
16、式系统的核。对于新型嵌入式系统的核，要求处理速 度快、存储容量大、I/O功能强、功率损耗低及实时响应快等。以X86 微处理器架构作为嵌入式系统的核，具有开发方便和移植容易的优 点；但是其体积大、功耗高和实时性差等不足也给其带来应用的局限 因此，采用该架构的嵌入式系统较多出现在对体积和功耗要求不高的 工业控制和台式设备的应用领域。80186/188 是最早使用于嵌入式系 统的处理器 ，至今在网卡、终端设备和工业控制中还可以看到它们 的踪影。80386EX则是最早的SOC型的单片机式PC,它以80386微处 理器为核，在一块芯片上集成了 PC机常用的I/O：实时时钟RTC、中 断控制器、DMA控制器、定时
