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1、0嵌入式开发概论l嵌入式系统概念l嵌入式系统发展l嵌入式系统的应用l嵌入式系统的体系结构l嵌入式系统的软件l嵌入式操作系统Evaluation only.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.1l嵌入式智能电脑将是PC和因特网后的最伟大的发明。尼葛洛庞帝访华时的预言Evaluation only.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.Copyright
2、 2004-2011 Aspose Pty Ltd.2嵌入式系统概念lIEEE的定义：嵌入式系统（Embedded System）是“控制、监视或者辅助设备、机器和车间运行的装置”（Devices used to control, monitor, or assist the operation of equipment, machinery or plants)l可知：嵌入式系统是软件和硬件的综合体，还可以涵盖机械等附属装置。Evaluation only.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.Copyr
3、ight 2004-2011 Aspose Pty Ltd.3嵌入式系统定义l目前国内被普遍认同的定义是：以应用为中心，以计算机技术为基础，软件、硬件可裁减，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。l嵌入式系统包括构成软件运行环境的嵌入式计算机和嵌入式操作系统、应用软件两部分。Evaluation only.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.4嵌入式系统的特点l通常及其关注成本l通常对实时性有要求l一般采
4、用EOS或者RTOSl软件故障造成的后果通常较通用计算机更严重l多为低功耗系统l经常在极端恶劣的环境下运行l系统资源相对通用计算机非常少l通常在ROM中存放所有程序的目标代码l可采用多种类型的处理器和体系结构l需要专用的开发工具和方法进行设计l嵌入式微处理器包含专用调试电路Evaluation only.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.5嵌入式系统的发展l近年来，嵌入式实时系统在个人数据处理、多媒体通信、在线事务处理、生产过程控制、
5、交通控制等各个领域内得到了广泛的应用，各种相关的嵌入式产品纷纷涌现。嵌入式系统越来越引起人们的重视。 Evaluation only.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.6嵌入式系统的发展l就嵌入式系统的技术和市场来说，国外发展速度极快，技术日趋成熟，市场格局基本形成。l而国内发展也增长很快，市场潜力很大。l在国外，嵌入式系统硬件，特别是嵌入式 CPU 的处理能力提升较快，由 8 位、16 位升级到 32 位与 64 位，掌上电脑、PD
6、A、电脑手机、电脑汽车等新产品层出不穷，产业规模日益壮大。l在国内，嵌入式系统关键硬件主要靠国外引进，技术基础比较薄弱。l然而国内的PDA市场火爆，联想掌上电脑、海信机顶盒、数源机顶盒等产品进入市场后也获得用户好评，手机电脑市场前景看好。Evaluation only.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.7嵌入式系统的应用l嵌入式系统的应用前景是非常广泛的，人们将会无时无处不接触到嵌入式产品。嵌入式计算机在应用数量上远远超过了各种通用计
7、算机。l一台通用计算机的外部设备中就包含了 510 个嵌入式微处理器，键盘、鼠标、软驱、硬盘、显示卡、显示器、Modem、网卡、声卡、打印机、扫描仪、数码相机、USB 集线器等均是由嵌入式处理器控制的。l在制造工业、过程控制、通信、仪器、仪表、汽车、船舶、航空、航天、军事装备、信息家电类产品等方面均是嵌入式计算机的应用领域。 Evaluation only.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.8嵌入式移动数据库l所谓的移动数据库是支持移
8、动计算的数据库，它有两层含义：用户在移动的过程中可以联机访问数据库资源用户可以带着数据库移动l典型的应用场合如在行驶中的救护车上查询最近的医院。该系统由前台移动终端、后台同步服务器组成，移动终端上有嵌入式实时操作系统和嵌入式数据库。Evaluation only.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.9智能家居网络l智能家居网络（E-Home）指在一套住宅中建立一个通信网络，为家庭信息提供必要的通路；在家庭网络操作系统的控制下，通过相应的
9、硬件和执行机构，实现对所有家庭网络上家电和设备的控制和监测。其网络结构的组成必然有家庭网关。家庭网关主要实现控制网络和信息网络的信号综合并与外界接口，以便作远程控制和信息交换。不论是网关还是各家电上的控制模块，都需有嵌入式操作系统。这些操作系统必须具有内嵌式、实时性好、多用户的特点。Evaluation only.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.10嵌入式语音芯片 l嵌入式语音芯片基于嵌入式操作系统，采用语音识别与合成、语音学层次结
10、构体系和文本处理模型等技术；可以应用在手持设备、智能家电等多个领域，赋予这些设备人性化的交互方式和便利的使用方法；也可应用于玩具中，如声控玩具、仿真宠物、能与人对话的玩具；也能应用于车载通信设备实现人机交流。该芯片应用在移动通信设备中，例如，手机上短消息来时，我们不必费力地去看其中的内容，而是可以听到声音Evaluation only.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.11基于小范围无线通信的嵌入式产品 l以蓝牙为代表的小范围无线接入
11、协议与嵌入式系统的结合，必将推动嵌入式系统的广泛应用。近来，基于这些协议的嵌入式产品层出不穷，包括各种电话系统、无线公文包、各类数字电子设备及其在电子商务中的应用。这些产品以其微型化和低成本的特点为它们在家庭和办公室自动化、电子商务、工业控制、智能化建筑物和各种特殊场合的应用开辟了广阔的前景。 Evaluation only.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.12嵌入式互联网网络产品l具有互联网网络功能的内嵌产品将得到越来越广泛的应用
12、，此类产品的开发将成为一个发展热点Evaluation only.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.13嵌入式系统的体系结构Evaluation only.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.14嵌入式系统的软件的特点l嵌入式系统的软件是实现嵌入式系统功能的关键，对嵌入式系统软
13、件的要求与对通用计算机是不同的。嵌入式系统的软件运行在独一无二的硬件上，最后的机器语言始终都要依赖于实际机器。l嵌入式系统开发人员必须控制开发工具为特定的硬件编译源代码、定义整个运行环境及软件怎样被打包或调度。因此，嵌入式系统开发人员必须对执行环境、开发工具、运行时的软件包有更多的了解。Evaluation only.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.15嵌入式系统软件的开发过程l编程编译链接定址l调试Evaluation only.
14、Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.16嵌入式操作系统l一般操作系统至少被划分为内核层和应用层两个层次。l内核只提供基本的功能，如建立和管理进程、提供文件系统、管理设备等，这些功能以系统调用方式提供给用户。l一些桌面操作系统，如Windows、Linux等，将许多功能引入内核，操作系统的内核变得越来越大。内核变大使得占用的资源增多，剪裁起来很麻烦。l嵌入式操作系统最关键的部分是内核，内核只提供基本的功能，比如：任务管理、定时器管理、存储
15、器管理、资源管理、事件管理、系统管理、信号量管理、消息邮箱/队列管理和异常处理等工作，这些管理功能是通过内核服务函数形式交给用户调用的，也就是嵌入式操作系统的API。l其他的应用组件，比如网络功能、文件系统、GUI（Graphical User Interface，GUI图形用户界面）等均工作在用户态，以系统进程或函数调用的方式工作。l因而系统都是可裁减的，用户可以根据自己的需要选用相应的组件。l嵌入式操作系统负责嵌入系统的全部软、硬件资源的分配、调度，控制、协调并发活动。l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。 l嵌入式操作系统是嵌入式应用软件的基础和开发平
16、台，是一段嵌入在目标代码中的软件，嵌入式系统启动后首先执行嵌入式操作系统，用户的应用程序是运行于其上的各个任务。l大多数的嵌入式操作系统支持多任务。多任务运行的实现实际上是依靠处理器在多个任务之间切换、调度。如嵌入式操作系统支持实时多任务，即可称为RTOS。Evaluation only.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.17嵌入式操作系统特点l可装卸性好。嵌入式操作系统具有开放性、可伸缩性的体系结构l强实时性。RTOS实时性较强，可
17、用于各种设备控制当中l统一的接口。嵌入式操作系统能以统一的接口方式提供各种设备驱动接口l操作简便。嵌入式操作系统能提供简便的操作方法，如提供友好的GUI，嵌入式系统一旦开始运行就不需要用户过多的干预。嵌入式操作系统的用户接口一般不提供操作命令，它通过系统的调用向用户程序提供服务l强大的网络支持功能。嵌入式操作系统能提供TCP/UDP/IP/PPP协议支持及统一的MAC访问层接口，为各种移动计算设备预留接口l固化代码。在嵌入式系统中，嵌入式操作系统和应用软件被固化在嵌入式系统计算机的ROM中。硬件多使用各种内存文件系统，辅助存储器在嵌入式系统中很少使用。因此，嵌入式操作系统的文件管理功能应该能够
18、很容易地拆卸l更好的硬件适应性。这一点也反映了嵌入式操作系统具有良好的移植性。Evaluation only.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.18典型嵌入式操作系统VxWorkslVxWorks操作系统是美国Wind River公司于1983年设计开发的一种实时嵌入式操作系统，具有高性能的系统内核和友好的用户开发环境。美国JPL实验室研制的“索杰纳”火星车采用的就是采用VxWorks操作系统lVxWorks 的突出特点是：可靠性、实
19、时性和可裁减性l它是目前嵌入式操作系统领域中使用最广泛、市场占有率最高的操作系统l它支持多种处理器，如 x86、i960、Sun Spare、Motorola公司的MC68xxx、MIPS RX000、Power PC等。大多数的VxWorks API是专有的，采用GNU的编译和调试器。Evaluation only.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.19典型嵌入式操作系统pSOSlpSOS原属ISI（Integrated Syste
20、m Inc.）公司的产品，但ISI公司已经被Wind River公司兼并l该系统是一个模块化、高性能的实时操作系统，专为嵌入式微处理器设计，提供了一个完全的多任务环境，在定制的或是商业化的硬件上具有高性能和高可靠性，可以让开发者根据操作系统的功能和内存需求定制每一个应用所需的系统l开发者可以利用它来实现从简单的单个独立设备到复杂的、网络化的多处理器系统Evaluation only.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.20典型嵌入式操作
21、系统Windows CElWindows Embedded产品家族主要用于建立支持具有丰富应用程序和服务的32位嵌入式系统，从而针对广泛的用户需求提供灵活解决方案。此外，通过支持更快的“产品上市速度”并降低开发成本，Windows Embedded 产品家族还能保证开发人员立于竞争前沿。Evaluation only.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.21典型嵌入式操作系统Palm OSlPalm OS是3COM公司旗下的Palm C
22、omputing掌上电脑公司的产品，是专门为掌上电脑开发的32位嵌入式操作系统，在PDA市场上占有很大的市场份额。它具有开放的API，开发商可以根据需要自行开发所需要的应用程序。Palm OS 的优势在于可以让用户灵活方便地定制适合自己应用的操作系统，而且其市场运作经验丰富，资本雄厚，目前也正在通过第三方软件商进行软件的汉化。从全球范围来看，由于Handspring公司和 SONY公司也被授权使用Palm OS，所以Palm OS的市场份额占到将近90。Evaluation only.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile
23、5.2.0.0.Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.22典型嵌入式操作系统OS-9 lMicrowave 公司的 OS-9 是为微处理器执行关键实时任务而设计的操作系统，广泛应用于高科技产品中，包括消费电子产品、工业自动化产品、无线通信产品、医疗仪器、数字电视/多媒体设备等。它提供了很好的安全性和容错性。与其他的嵌入式操作系统相比，它的灵活性和可升级性非常突出Evaluation only.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.Copyright 2004-2011 Asp
24、ose Pty Ltd.23典型嵌入式操作系统LynxOSlLynx Real-time Systems公司的LynxOS是一个分布式、嵌入式、规模可扩展的实时操作系统，它遵循PosIX.1a、PosIX.1b和PosIX.1c标准。LynxOS支持线程概念，提供256个全局用户线程优先级；提供一些传统的、非实时系统的服务特征，包括基于调用需求的虚拟内存、一个基于Motif的用户图形界面、与工业标准兼容的网络系统和应用开发工具Evaluation only.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.Copyri
25、ght 2004-2011 Aspose Pty Ltd.24典型嵌入式操作系统QNXlQNX是加拿大QNX公司的产品，是直接在X86体系上开发出来的，只是近年才在68 K等CPU上使用。其他RTOS都是从68 K的CPU上开发成熟，然后再移植到X86体系上的。lQNX是一个实时的、可扩充的操作系统，它部分遵循PosIX相关标准，如PosIX.1b实时扩展。它提供了一个很小的微内核及一些可选的配合进程；其内核仅提供 4 种服务：进程调度、进程间通信、底层网络通信和中断处理；其进程在独立的地址空间运行。所有其他 OS服务，都为协作的用户进程，因此QNX内核非常小巧（QNX4.X大约为12 KB）
26、，而且运行速度极快。这个灵活的结构可以使用户根据实际的需求，将系统配置成微小的嵌入式操作系统或是包括几百个处理器的超级虚拟机操作系统。l由于QNX具有强大的GUI，因此很适合作为机顶盒、手持设备（掌上电脑、手机）、GPS设备的实时操作系统使用Evaluation only.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.25典型嵌入式操作系统C/OSlC/OS是源码公开的实时嵌入式操作系统，C/OS-是C/OS升级版本lC/OS-的主要特点如下公开
27、源代码可移植性可固化可裁剪占先式多任务可确定性稳定性与可靠性Evaluation only.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.26典型嵌入式操作系统Linuxl。Linux 从 1991 年问世到现在，短短10 余年的时间内已发展成为一个功能强大、设计完善的操作系统，伴随网络技术进步而发展起来的 Linux OS 已成为 Windows 的强劲对手Evaluation only.Created with Aspose.Slides f
28、or .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.27Linux特点lLinux是开放源码的，不存在黑箱技术，易于定制剪裁，遍布全球的众多Linux爱好者又是Linux开发的强大技术后盾lLinux 的内核小、功能强大、运行稳定、系统健壮、效率高、多任务，针对嵌入式的存储方案，提供实时版本和完善的嵌入式解决方案lLinux不仅支持x86 CPU，还可以支持其他数十种CPU芯片，如ARM、MIPS、ALPHA、SPARC等l有大量的且不断增加的开发工具和 SDK，这些工具为嵌入式系统的开发提供了良好的开发环
29、境，同时提供PC上的开发版本lLinux沿用了Unix的发展方式，遵循国际标准，可以方便地获得众多第三方软硬件厂商的支持l能够提供完善的嵌入式GUI及嵌入式X-Windows，可提供图形化的定制和配置工具l提供嵌入式浏览器、邮件程序、MP3播放器、MPEG播放器、记事本等多种应用，支持常用嵌入式芯片的驱动，支持大量的周边硬件设备，驱动丰富lLinux 内核的结构在网络方面是非常完整的，它提供了对十兆、百兆、千兆以太网、无线网络、令牌网、光纤网、卫星等多种联网方式的全面支持l在图像处理、文件管理及多任务支持等诸多方面，Linux的表现也都非常出色。 Evaluation only.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.28嵌入式开发概论l嵌入式系统概念l嵌入式系统发展l嵌入式系统的应用l嵌入式系统的体系结构l嵌入式系统的软件l嵌入式操作系统Evaluation only.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.
