嵌入式系统（七）：引言

嵌入式系统的定义和体系结构

嵌入式系统的定义

• IEEE定义：嵌入式系统是用于控制、监视或者辅助操作机器和设备的装置。（是软件和硬件的综合体，还可以涵盖机电等附属装置）
• 以 应用 为中心，以计算机技术为基础， 软硬件可剪裁 ，功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的 专用 计算机系统。
• 以 嵌入式应用 为目的的计算机系统（系统及、板级、片级）。
• 嵌入 到 对象体系 内部的 专用计算机系统。
• 广义：带有微处理器的专用软硬件系统都可以称为嵌入式系统
• 狭义： 具有自己操作系统，具有特定功能，用于滕鼎场合的嵌入式体统。

实时系统

定义：实时系统RTOS需要在规定时间内完成任务，并进行确定性预测

正确性分为：

• 逻辑正确性

• 时间正确性

  实行性精度分为：

• 硬实时：时间精度高

• 软实时：时间精度要求不太高，没有满足时间约束并不会导致灾难性的后果

• 区别：时间精度的区别

嵌入式系统简介

嵌入式系统的重要特征：

• 系统精简
• 系统内核小
• 高实时性0S
• 专用性高
• 嵌入式软件开发走向标准化
• 嵌入式系统需要开发工具与环境

嵌入式系统的组成：

软件子系统

• 操作系统（驱动程序）
• 应用软件

硬件子系统

• 存储器
• 处理器
• 输入输出接口
• 外设

嵌入式处理器

嵌入式系统的核心是微处理器

嵌入式微处理器的特点：

• 对实时多任务有很强的支持能力
• 具有功能很强的存储区保护功能
• 可扩展的处理器结构
• 嵌入式未处理器功耗很低

嵌入式处理器分类：

• MCU嵌入式微控制器：单片机，单片化，体积小，功耗、成本低
• DSP嵌入式DSP处理器：用于信号处理
• MPU嵌入式处理器：由通用处理器演化而来，只保留了嵌入式相关硬件
• SoC嵌入式片上系统：嵌入式片上系统，一种电路系统，将功能区只做在一个芯片上

RTOS（实时操作系统）是32位嵌入式CPU的软件基础

RTOS内核 提供CPU的管理： 硬件初始化，MMU(存储器管理单元)，定时器，中断

VxWorks所具有的显著特点是：

• 可靠性、实时性和可裁剪性。
• 它支持多种处理器，如x86、i960、Sun Sparc、Motorola MC68xxx、MIPS 、POWER PC等等。

WindowsCE嵌入但不够实时，属于软实时操作系统，

嵌入式系统的软件基础是RTOS，其主要功能为：

• 处理器管理
• 内存管理
• 设备管理
• 编程接口

μCOS：微控制器操作系统的1

嵌入式系统的优势：和PC，单片机比的优势

• 性能:嵌入式系统的处理性能远大于单片机，与PC机相似但体积更小
• 实时性：RTOS强实时性
• 人机交互：支持图形用户界面，与PC相似
• 系统升级：可快速升级和更新

嵌入式系统≠单片机系统

• 目前嵌入式系统的主流是以32位嵌入式微处理器为核心的硬件设计和基于实时操作系统（RTOS）的软件设计
• 单片机系统多为4位、8位、16位机，不适合运行操作系统，难以进行复杂的运算及处理功能
• 嵌入式系统强调基于平台的设计、软硬件协同设计，单片机大多采用软硬件流水设计
• 嵌入式系统设计的核心是软件设计（占70%左右的工作量），单片机系统软硬件设计所占比例基本相同

嵌入式系统≠PC机

• 嵌入式系统一般是专用系统，而PC是通用计算平台
• 嵌入式系统的资源比PC少得多
• 嵌入式系统软件故障带来的后果比PC机大得多
• 嵌入式系统一般采用实时操作系统
• 嵌入式系统大都有成本、功耗的要求
• 嵌入式系统得到多种微处理体系的支持
• 嵌入式系统需要专用的开发工具

嵌入式系统的组成

硬件结构：处理器、存储器、输出输出接口

软件结构：应用程序、操作系统

嵌入式系统的软硬件框架：层次：功能层→软件层→中间层→硬件层

嵌入式系统简介

• 嵌入式外围设备
• 分类
  • 存储器类型：静态易失型存储器(RAM/SRAM)，动态存储器(DRAM)，非易失型存储器(ROM、EPROM、EEPROM、FLASH)。其中，FLASH(闪存)以可擦写次数多，存储速度快，容量大及价格便宜等有点在嵌入式领域得到广泛的应用。
  • 接口类型：目前存在的所有接口在嵌入式系统中都有其广泛的应用，但是以下几种接口的应用最为广泛，包括RS-232接口(串口)、IrDA(红外)、SPI(串行设备接口)、I2C、USB、Ethernet和普通并口。
  • 显示类型：CRT、LCD和触摸屏等外围显示设备。

最小硬件系统

嵌入式操作系统的特点

• 可装卸性。
• 强实时性。
• 统一的接口。
• 操作方便、简单、提供友好的图形GUI，图形界面，追求易学易用。
• 提供强大的网络功能，支持TCP/IP协议及其它协议，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
• 强稳定性，弱交互性。
• 固化代码。
• 更好的硬件适应性，也就是良好的移植性。

嵌入式外围设备：存储器、接口、显示设备等

中间层→硬件抽象层，位于软件层和硬件层之间

硬件层和软件层之间为中间层，也称为硬件抽象层（Hardware Abstract Layer，HAL）或板级支持包(Board Support Package，BSP)。

• 硬件相关性

• 操作系统相关性

设备驱动程序功能：一组库函数，用来对硬件进行初始化和管理，并向上层软件提供良好的访问接口。

• 硬件启动：在开机上电或系统重启的时候，对硬件进行初始化；
• 硬件关闭：将硬件设置为关机状态；
• 硬件停用：暂停使用这个硬件；
• 硬件启用：重新启用这个硬件；
• 读操作：从硬件中读取数据；
• 写操作：往硬件中写入数据。

**嵌入式图形用户界面

嵌入式文件系统**