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  效益專家 2017-10-03 00:00:00

  diyi章 嵌入式操作系統(tǒng) 1.1 計算機操作系統(tǒng) 簡介： 嵌入式操作系統(tǒng)屬于操作系統(tǒng)的一種。 嵌入式操作系統(tǒng)的概念： 應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)的操作系統(tǒng)叫做嵌入式操作系統(tǒng) 操作系統(tǒng)的概念： 是一種系統(tǒng)。作用于硬件和應(yīng)用之間。 操作系統(tǒng)的作用： 能夠讓應(yīng)用工程師不用考慮硬件條件，而直接編寫程序。 詳解： 硬件系統(tǒng)的定義： 構(gòu)成計算機的物理裝置叫做計算機的硬件系統(tǒng)。 一般的計算機由 微型處理器（CPU），存儲器，接口，外部設(shè)備 等實際能看到的物理裝置組成 操作系統(tǒng)的定義： 操作系統(tǒng)屬于層。 操作系統(tǒng)的作用： 無法直接在硬件裸機上運行，必須在操作系統(tǒng)的上運行。 或者說，操作系統(tǒng)是計算機系統(tǒng)資源的管理者，承上啟下。 所以，操作系統(tǒng)可以看做是硬件和應(yīng)用程序之間的接口或者是虛擬機。 對于硬件系統(tǒng)，它主要完成對硬件的調(diào)度，分配以及信息的存儲問題。例如管理處理器，存儲器，外設(shè)，數(shù)據(jù)以及用戶作業(yè)。 對于應(yīng)用，它主要是幫助他們，使硬件系統(tǒng)根據(jù)他們的指令進行相應(yīng)的工作。并且屏蔽掉硬件復雜的工作，將硬件包裝成，相當于為應(yīng)用提供了一個虛擬計算機，令應(yīng)用工程師更方便的寫代碼。 操作系統(tǒng)的具體功能： 包括對處理器的管理，對存儲的管理，對設(shè)備的管理，對文件的管理，對網(wǎng)絡(luò)和通信的管理，提供用戶接口等功能。 1、 對處理器的管理 處理器只能夠?qū)χ袛嘧鞒雠袛?，而不能做出相?yīng)的反應(yīng)，也不能管理中斷。 所以操作系統(tǒng)的職能就是為處理器對中斷做出反應(yīng)并且管理中斷 （計算機是多任務(wù)的，有各種中斷，所以要求操作系統(tǒng)有對處理器管理的功能）。 2、 對存儲的管理 操作系統(tǒng)負責合理分配和使用存儲器這個重要資源。 3、 對設(shè)備的管理 操作系統(tǒng)要完成用戶的請求，以及加快IO速度，以及合理利用IO口，以及提供外設(shè)驅(qū)動等等 4、 對文件的管理 由于數(shù)據(jù)都以文件的形式存放在外存（硬盤，光盤）上，所以操作系統(tǒng)要合理管理文件 5、 對網(wǎng)絡(luò)和通信的管理 計算機要上網(wǎng)，不僅要有能夠網(wǎng)絡(luò)連接的硬件設(shè)備，還要有操作系統(tǒng)為他一系列的網(wǎng)絡(luò)功能（網(wǎng)絡(luò)資源管理，通信，安全） 6、 提供用戶接口 操作系統(tǒng)為用戶提供一系列接口來讓用戶實現(xiàn)上述的功能。 1.2 嵌入式系統(tǒng)和嵌入式操作系統(tǒng) 簡介： 由于智能化的需求越來越高，所以在裝置或設(shè)備里面要加上計算機系統(tǒng)。這種技術(shù)叫做嵌入式系統(tǒng)。 詳解： 嵌入式系統(tǒng)的定義： 首先他是屬于計算機系統(tǒng)的，其次它可以嵌入到別的設(shè)備里面，Z后可以令這個設(shè)備智能化。大概可以說是專用的計算機系統(tǒng)。 嵌入式系統(tǒng)的三大要素： 專用性，可嵌入性，計算機系統(tǒng) 通用計算機系統(tǒng)與嵌入式系統(tǒng)的區(qū)別： 通用型計算機系統(tǒng)：技術(shù)要求是海量數(shù)值計算，擴大存儲和提升速度 嵌入式計算機系統(tǒng)：技術(shù)要求是和對象相關(guān)的嵌入性，控制能力和控制安全性 嵌入式系統(tǒng)的劃分： 由于容量太小，只有操作系統(tǒng)和應(yīng)用，沒有系統(tǒng) 嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展道路： 微型計算機時代?單片機時代?微控制器MCU階段?單片系統(tǒng)SoC階段 微型計算機時代 它是借鑒了微型計算機，但是后來發(fā)現(xiàn)微型計算機的體積還是很大，于是走上了系統(tǒng)芯片化的道路。將CPU和計算機系統(tǒng)（包括存儲器和接口）集成在芯片上。 單片機時代 分為兩種模式，∑模式和創(chuàng)新模式。 ∑模式的含義：有什么需要的功能，就在通用計算機系統(tǒng)里裁剪，然后集成在芯片上。 創(chuàng)新模式的含義：完全按照嵌入式的要求設(shè)計新的芯片。如體系結(jié)構(gòu)，微處理器，指令系統(tǒng)，總線方式，管理方式等方面 （51單片機的體系結(jié)構(gòu)是嵌入式系統(tǒng)的主要的典型結(jié)構(gòu)體系） 而單片形態(tài)又可以分為兩個階段 MCU階段和SoC階段（都是芯片） MCU階段： 又稱微處理器階段， 技術(shù)：在芯片上加接口和定時器等 目的：滿足用戶的智能化需求。 （典型產(chǎn)品：51單片機） SoC階段：（主流） 又稱單片系統(tǒng)階段， 目的：應(yīng)用系統(tǒng)在芯片上Z大化。 技術(shù)：將許多功能模塊（如通信模塊，接口模塊）與MCU結(jié)合，制造出集成度更高的系統(tǒng)級芯片。 嵌入式系統(tǒng)的特點： 從構(gòu)成上看：軟硬件一體，可獨立工作 從外觀上看：是可以編程的電子器件 從功能上看：對宿主對象進行控制，使其智能化 嵌入式系統(tǒng)的硬件部分： 包括處理器/微處理器，存儲器，外設(shè)，IO口，圖形控制器等 （嵌入式系統(tǒng)和普通的系統(tǒng)不一樣，例如它不使用傳統(tǒng)的硬盤這種大容量的存儲介質(zhì)，而使用EPROM，EEPROM，閃存作為存儲介質(zhì)） 嵌入式系統(tǒng)的部分： 包括操作系統(tǒng)和應(yīng)用。 嵌入式系統(tǒng)和通用系統(tǒng)的相比： 1、 專用性強 2、 可裁剪性好（硬件和操作系統(tǒng)都是可裁剪的 目的：Z精簡） 3、 實時性和可靠性好（不是存儲在磁盤，而是固化在存儲器芯片或者單片機系統(tǒng)存儲器里 目的：快速響應(yīng)，增強可靠性，功耗更低） 4、 功耗低（如上，應(yīng)用于飛機，艦船，數(shù)碼相機等移動設(shè)備中） 嵌入式操作系統(tǒng)的定義： 運行在嵌入式硬件上，對整個系統(tǒng)及其所操作的部件進行統(tǒng)一控制的系統(tǒng)。 嵌入式操作系統(tǒng)與通用操作系統(tǒng)相比： 1、 微型化 2、 可裁剪性 3、 實時性（能快速響應(yīng)事件） 4、 高可靠性（提供容錯，防錯措施） 5、 易移植性 嵌入式操作系統(tǒng)的分類： 1、 （應(yīng)用范圍）通用型嵌入式操作系統(tǒng)和專用型嵌入式操作系統(tǒng) 2、 （響應(yīng)能力）實時操作系統(tǒng)和分時操作系統(tǒng) 分時操作系統(tǒng)的定義: 按照任務(wù)數(shù)目，將CPU分成若干時間片，分配給任務(wù)，然后按照時間片輪流執(zhí)行任務(wù) 實時操作系統(tǒng)的定義： 能及時響應(yīng)外部請求，并及時控制設(shè)備和任務(wù)運行，Z后在一個規(guī)定時間內(nèi)完成操作。 實時操作系統(tǒng)的基本要求： 1、 邏輯功能正確（產(chǎn)生正確的計算結(jié)果） 2、 時間正確（在規(guī)定周期內(nèi)完成） 實時操作系統(tǒng)的分類： 硬實時系統(tǒng)（完成時間嚴格）和軟實時系統(tǒng)（截止時間不嚴格） 實時操作系統(tǒng)的要求： 1、 必須是多任務(wù)系統(tǒng) （多任務(wù)是指將大的任務(wù)分解成許多可以并行執(zhí)行的小任務(wù)，既提高CPU的利用率，又方便程序猿的維護工作） 2、 任務(wù)的切換時間和任務(wù)數(shù)目無關(guān) （調(diào)度器的工作時間必須是固定的，不能受外在因素影響） 3、 中斷延時的時間可預(yù)知并盡可能短 （中斷延時是指CPU響應(yīng)中斷，到轉(zhuǎn)向中斷服務(wù)函數(shù)所花費的時間） 實時操作系統(tǒng)的內(nèi)核的類型： 嵌入式系統(tǒng)只有一個CPU，即多任務(wù)中只能允許一個任務(wù)使用CPU。 所以多任務(wù)實時操作系統(tǒng)的內(nèi)核被分為可剝奪型和不可剝奪型 可剝奪型內(nèi)核： 高級別的任務(wù)可以剝奪低級別任務(wù)使用CPU的權(quán)利 不可剝奪型內(nèi)核： 又稱合作型多任務(wù)內(nèi)核，此內(nèi)核總是把CPU給優(yōu)先級高的任務(wù)。所以要求各任務(wù)能主動放棄CPU的使用權(quán)。 嵌入式實時操作系統(tǒng)的任務(wù)： 對一個系統(tǒng)進行控制，任務(wù)很固定。所以實時操作系統(tǒng)支持的應(yīng)該是一個無限循環(huán)結(jié)構(gòu)。 任務(wù)代碼組成方式： void返回類型，在一個無限循環(huán)里面，用戶編寫要完成的任務(wù) 但有時會有外部異步操作，所以要使用中斷技術(shù) void task(void * data) { for(; ;) { 用戶編寫的代碼； } } 嵌入式系統(tǒng)提供的服務(wù)： 1、 內(nèi)存管理（釋放內(nèi)存） 2、 多任務(wù)管理 3、 外圍資源管理（如鍵盤，顯示裝置） （提供微內(nèi)核為主） 1.3嵌入式實時操作系統(tǒng)ucosii系統(tǒng)簡介 簡介： ucosii是一款多任務(wù)實時操作系統(tǒng)，也是一個內(nèi)核，由C語言（大部分）和匯編語言（少部分）編寫的，所以方便移植到8位，16位，32位嵌入式處理器上 ucosii的體系結(jié)構(gòu)。

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