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1、1,嵌入式操作系统 -嵌入式系统介绍,2011年9月 陈立文,2,课程介绍,教师：陈立文 东校区实验中心嵌入式系统实验室 通讯方式： Email： QQ: 149115963 电话：39332721 课程资源网址：ftp:/222.200.180.109/（校内）u/p:09embed 课程目标： 介绍嵌入式操作系统的开发技术和发展趋势 重点介绍： 嵌入式Linux开发方法 嵌入式Linux操作系统裁减和移植 嵌入式Linux驱动程序开发 嵌入式Linux应用程序的开发 采用理论学习和实践并重的教学方法 课程内容分为理论课、课内实验课及课外设计性PROJECT(开放性实验),3,考核方式,平时
2、考勤（20%） Project及实验报告（40%） 期末考试（40%）,嵌入式技术本世纪最有生命力的技术之一,随着后PC时代的到来，随着计算机和通讯技术的飞速发展，互联网的迅速普及和3C融合的加速，嵌入式技术成为本世纪最有生命力的技术之一得到了广泛运用，渗透到社会生活的各个角落。,4,5,嵌入式系统定义,嵌入式系统是指用于执行独立功能的专用计算机系统。 由包括微处理器、定时器、微控制器、存储器、传感器等一系列微电子芯片与器件，和嵌入在存储器中的微型操作系统、控制应用软件组成 实现诸如实时控制、监视、管理、移动计算、数据处理等各种自动化处理任务。 以应用为中心，以微电子技术、控制技术、计算机技术
3、和通讯技术为基础，强调硬件软件协同性与整合性，软件与硬件可剪裁，以满足系统对功能、成本、体积和功耗等要求。,6,嵌入式系统市场情况,每年全世界的嵌入式系统产值超过1万亿美元，这还是几年前的数字！ 全球最大的汽车厂商福特宣称“福特出售的计算能力甚至超过了IBM” 仅仅基于嵌入式系统的高清晰数字电视的发展，将给美国带来每年1500亿美元的产值。 全世界每年能卖出几亿部手机！ .,7,嵌入式系统应用,嵌入式系统应用广泛吗？,嵌入式系统与你我有什么关系？,？,8,嵌入式系统应用,应用极其广泛！ 与你我大有关系！ 种类繁多的嵌入式系统在你我的生活中几乎无处不在！,9,嵌入式系统应用范围广泛,平均每个家庭
4、使用40个嵌入式处理器 平均每个汽车需要35 个嵌入式处理器 2001年，Gartner估计存在70亿嵌入式处理器 70亿嵌入式处理器占据了94% 处理器市场 Intel Pentium、Motorola PowerPC等通用处理器，仅占6%的处理器市场,10,嵌入式系统与你我,你我身边嵌入式系统无处不在！ 我们现代的生活中已经无法离开嵌入式系统了！ 食 每天使用食堂的收款机付款。 行 每天乘坐公共汽车、汽车出行。 旅游必带物品，数码照相机、摄像机。 住 每天用的洗衣用的洗衣机、保鲜用的冰箱,11,嵌入式系统与你我,娱乐 每天听歌用到的MP3、CD机、音响、DVD。 学习 每天用到的计算机组成
5、部分显卡、网卡、硬盘、U盘。 通信 每天与家人朋友通信需要手机、呼机 更多。,12,常见嵌入式系统产品,13,常见嵌入式系统产品,14,常见嵌入式系统产品-网络设备及服务器,15,常见嵌入式系统产品-军用产品,16,工业控制产品,17,应用领域实在太广泛了,18,最早的嵌入式系统,历史上第一个真正的嵌入式系统是什么？ Apollo 导航计算机 第一个被大家认可的现代嵌入式系统是麻省理工学院仪器研究室的查尔斯斯塔克德雷珀开发的阿波罗导航计算机。在两次月球飞行中他们在太空驾驶舱和月球登陆舱都是用了这种惯性导航系统,19,小型嵌入式系统,Hunter ICC 灌溉控制器 6,000 LOC (汇编语
6、言) 微内核(Hunter) 一个8-bit 微处理器(8051) I2C网络 高可靠,20,大型嵌入式系统,BMW 745i 2,000,000 LOC Windows CE OS 53个8-bit 嵌入式处理器 7个16-bit嵌入式处理器 1个32-bit嵌入式处理器 多种网络技术,21,BMW 850i,大型复杂的嵌入式系统可由若干个小型嵌入式系统组成,22,嵌入式系统前景广阔,社会 新的电子产品，尤其消费电子产品发展极其迅速！ 嵌入式市场广阔，但人才短缺 学生 嵌入式系统需要硬软件综合知识 需要更全面的系统知识和领域知识 更容易找到工作,23,嵌入式系统都是实时系统吗？,不一定吧！,
7、24,实时系统与嵌入式系统,嵌入式系统不一定是实时系统 实时系统一般都是嵌入式系统,25,什么是实时系统？,IEEE（美国电气电子工程师协会） 实时系统为“那些正确性不仅取决于计算的逻辑结果，也取决于产生结果所花费的时间的系统”。 实时嵌入式系统必须在一个可预测可保证的时间段内做出对外部事件的反应。如果没有达到上述要求，那么系统就会做出错误的操作。,26,什么是实时系统？,POSIX Standard 1003.1 操作系统中实时的定义: 操作系统有能力在限定响应时间范围内，提供满足需求的服务。,27,实时系统指标,响应时间(Response Time): 是计算机识别一个外部事件到作出响应的
8、时间, 生存时间(Survival Time): 是数据有效等待时间, 在这段时间里数据是有效的。 吞吐量(Throughput): 是在一给定时间内,系统可以处理的事件总数。,28,实时系统到底有多快？,实时系统的响应“足够快” 满足要求即可 实时软件时限 十微妙的时间内对外部事件做出可靠的响应 实时系统是最快的吗？ 不一定是运行速度最快的代码 可预测性比速度更重要,29,怎么达到实时的要求呢？,充分发挥硬件的功能 微处理器的中断机制 简单的单线程循环程序 基于实时操作系统的复杂多线程程序 以硬件的方式实现软件,30,嵌入式系统分类,按确定性来分嵌入式系统 硬实时系统（Hard Real T
9、ime） 系统对系统响应时间有严格的要求，如果系统响应时间不能满足，就要引起系统崩溃或致命的错误。 软实时系统（Soft Real Time） 系统对系统响应时间有要求，但是如果系统响应时间不能满足，不会导致系统出现致命的错误或崩溃。,31,嵌入式系统分类,按确定性来分嵌入式系统 严格实时系统（ Firm Real-Time ） 系统对系统响应时间有严格的要求，如果系统响应时间不能满足，就要导致无法接受的质量服务。 非实时系统（ Non Real-Time ） 系统对系统响应时间没有实时要求。,32,举例软实时嵌入式系统,PDA PDA支持很多应用软件 智能手机,33,举例硬实时嵌入式系统,交
10、换机与路由器 交换机速度很快，你感觉不到交换机的交换时间消耗。 当你在互联网上冲浪时，你访问一个网站，需要经过无数次路由过程，如果其中一个路由器的路由服务速度下降，将导致访问速度的下降，甚至导致网络的终端。,34,举例严格实时嵌入式系统,打印机 一分钟可以打印3页至100页 想像一下，如果打印机二分钟只打印一页，不错打印机还在工作，但你能忍受吗？ 视频点播 宽带视频点播一般可以达到512K，视频效果基本可以观看。 如果宽带视频速度只能达到128K，你能忍受吗？,35,软实时vs 硬实时,36,嵌入式系统特点：一般看来,种类繁多，应用广泛 特定任务，非通用平台 软硬件一体化 多种处理器种类以及处
11、理器体系结构的支持 极其关注系统成本，即成本敏感 有实时约束，代码小，执行速度快 实时操作系统,37,嵌入式系统特点：用户方,功能简单 专门完成一个或几个任务 要求严格 大小、功耗、价格、市场时间 实时和交互 实时与环境交互 安全可靠 软硬件的错误威胁生命,38,嵌入式系统特点：开发方,软件硬件协同并行开发 多种多样的微处理器 实时操作系统的多样性(RTOS) 与台式机相比，可利用系统资源很少 应用支持很少 要求特殊的开发工具 调试很困难 软件硬件都应很健壮 故障率低 功耗约束 适应使用环境 较少的系统资源需求 代码存储在ROM中 不同的设计方法和设计开发工具,39,嵌入式系统的软硬件框架,40,嵌入式系统组成,41,嵌入式系统I/O,一般包括: 数字键盘 LCD LED 通讯卡 传感器 开关,一般不包括: 键盘 显示器 硬盘 光驱 喇叭 软驱 鼠标,42,典型的嵌入式系统,43,举例 DC,44,嵌入式系统设计方法,？,软硬件协同设计,45,嵌入式系统设计过程,46,传统软件/硬件开发模型,47,面临的问题,Break the wall today!,48,传统设计方法存在的问题,缺少统一的软硬件表示方法 划分依靠先验定义 不能够验证整个系统 通过 HW/SW 边界时很难发现不兼容问题 缺少成熟的设计流程 上市时间问题 描述更改变得困难,