嵌入式之智能手机论文
嵌入式之智能手机
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1.嵌入式系统定义 (3)
2.嵌入式系统的分层 (3)
3.实时多任务操作系统 (4)
4.智能手机定义 (6)
5.实时进程调度 (6)
6.智能手机的特点 (7)
7.智能手机系统硬件设计 (7)
8.智能手机系统软件设计方法 (8)
9.嵌入式系统智能手机的特点 (10)
10.总结 (10)
引言
随着计算机技术和微电子技术的迅速发展，嵌入式系统应用领域越来越广泛。下面来介绍一下嵌入式系统知识及典型的嵌入式产品智能手机。
1.嵌入式系统定义
嵌入式系统一般指非PC系统，有计算机功能但又不称之为计算机的设备或器材。它是以应用为中心，软硬件可裁减的，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗等综合性严格要求的专用计算机系统。嵌入式系统主要由嵌入式微处理器、外围硬件设备、嵌入式操作系统以及用户的应用程序等4个部分组成，它是集软硬件于一体的可独立工作的"器件"。嵌入式系统的软件部分包括操作系统软件(要求实时和多任务操作)和应用程序编程。操作系统控制着应用程序编程与硬件的交互作用，而应用程序控制着系统的运作和行为。
嵌入式操作系统是一种支持嵌入式系统应用的操作系统软件，它是嵌入式系统(包括硬、软件系统)极为重要的组成部分，通常包括与硬件相关的底层驱动软件、系统内核、设备驱动接口、通信协议、图形界面、标准化浏览器等Browser。嵌入式操作系统具有通用操作系统的基本特点，如能够有效管理越来越复杂的系统资源；能够把硬件虚拟化，使得开发人员从繁忙的驱动程序移植和维护中解脱出来；能够提供库函数、驱动程序、工具集以及应用程序。与通用操作系统相比较，嵌入式操作系统在系统实时高效性、硬件的相关依赖性、软件固态化以及应用的专用性等方面具有较为突出的特点。
2.嵌入式系统的分层
嵌入式系统分为4层，硬件层、驱动层、操作系统层和应用层。
1、硬件层，是整个嵌入式系统的根本，如果现在单片机及接口这块很熟悉，并且能用C和汇编语言来编程的话，从嵌入式系统的硬件层走起来相对容易，硬件层也是驱动层的基础，一个优秀的驱动工程师是要能够看懂硬件的电路图和自行完成CPLD的逻辑设计的，同时还要对操作系统内核及其调度性相当的熟悉的。但硬件平台是基础，增值还要靠软件。
2、驱动层，这部分比较难，驱动工程师不仅要能看懂电路图还要能对操作系统内核十分的精通，以便其所写的驱动程序在系统调用时，不会独占操作系统时间片，而导至其它任务不能动行，不懂操作系统内核架构和实时调度性，没有良好的驱动编写风格，按大多数书上所说添加的驱动的方式，很多人都能做到，但可能连个初级的驱动工程师的水平都达不到，这样所写的驱动在应用调用时就如同windows下我们打开一个程序运行后，再打开一个程序时，要不就是中断以前的程序，要不就是等上一会才能运行后来打开的程序。想做个好的驱动人员没有三、四年功底，操作系统内核不研究上几编，不是太容易成功的，但其工资在嵌入式系统四层中可是最高的。
3、操作系统层，对于操作系统层目前可能只能说是简单的移植，而很少有人来自已写操作系统，或者写出缺胳膊少腿的操作系统来，这部分工作大都由驱动工程师来完成。操作系统是负责系统任务的调试、磁盘和文件的管理，而嵌入式系统的实时性十分重要。据说，XP操作系统是微软投入300人用两年时间才搞定的，总时工时是600人年，中科院软件所自己的女娲Hopen操作系统估计也得花遇几百人年才能搞定。因此这部分工作相对来讲没有太大意义。
4、应用层，相对来讲较为容易的，如果会在windows下如何进行编程接口函数调用，到操作系统下只是编译和开发环境有相应的变化而已。如果涉及 Jave方面的编程也是如此的。嵌入式系统中涉及算法的由专业算法的人来处理的，不必归结到嵌入式系统范畴内。但如果涉及嵌入式系统下面嵌入式数据库、基于嵌入式系统的网络编程和基于某此应用层面的协议应用开发（比如基于SIP、H.323、Astrisk）方面又较为复杂，并且有难度了。
3.实时多任务操作系统
RTOS(Real Time multi-tasking Operation System),即实时多任务操作系
统是嵌入式应用软件的基础和开发平台。目前在中国大多数嵌入式软件开发还是基于处理器直接编写，没有采用商品化的RTOS，不能将系统软件和应用软件分开处理。RTOS是一段嵌入在目标代码中的软件，用户的其它应用程序都建立在RTOS之上。不但如此，RTOS还是一个可靠性和可信性很高的实时内核，将CPU 时间、中断、I/O、定时器等资源都包装起来，留给用户一个标准的API，并根据各个任务的优先级，合理地在不同任务之间分配CPU时间。
RTOS是针对不同处理器优化设计的高效率实时多任务内核，优秀商品化的RTOS可以面对几十个系列的嵌入式处理器MPU、MCU、DSP、SOC等提供类同的API 接口，这是RTOS基于设备独立的应用程序开发基础。因此基于RTOS上的C语言程序具有极大的可移植性。据专家测算，优秀RTOS上跨处理器平台的程序移植只需要修改1~5%的内容。在RTOS基础上可以编写出各种硬件驱动程序、专家库函数、行业库函数、产品库函数，和通用性的应用程序一起，可以作为产品销售，促进行业内的知识产权交流，因此RTOS又是一个软件开发平台。
RTOS是嵌入式系统的软件开发平台。RTOS最关键的部分是实时多任务内核，它的基本功能包括任务管理、定时器管理、存储器管理、资源管理、事件管理、系统管理、消息管理、队列管理、旗语管理等,
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RTOS的API。
RTOS的引入，解决了嵌入式软件开发标准化的难题。随着嵌入式系统中软件比重不断上升、应用程序越来越大，对开发人员、应用程序接口、程序档案的组织管理成为一个大的课题。引入RTOS相当于引入了一种新的管理模式，对于开发单位和开发人员都是一个提高。
基于RTOS开发出的程序，具有较高的可移植性，实现90%以上设备独立，一些成熟的通用程序可以作为专家库函数产品推向社会。嵌入式软件的函数化、产品化能够促进行业交流以及社会分工专业化，减少重复劳动，提高知识创新的效率。
嵌入式工业的基础是以应用为中心的芯片设计和面向应用的软件开发。实时多任务操作系统(RTOS)进入嵌入式工业的意义不亚于历史上机械工业采用三视图的贡献，对嵌入式软件的标准化和加速知识创新是一个里程碑。
目前，商品化的RTOS可支持从8BIT的8051到32BIT的PowerPC及DSP等几十个系列的嵌入式处理器。提供高质量源代码RTOS的著名公司主要集中在美
4.智能手机定义
所谓的智能手机是指像个人电脑一样，具有独立的操作系统，可以由用户自行安装软件、游戏等第三方服务商提供的程序，通过此类程序来不断对手机的功能进行扩充，并可以通过移动通讯网络来实现无线网络接入的这样一类手机的总称。智能手机是掌上电脑和移动电话的结合品，使移动电话具有电脑的功能同样是掌上电脑获得通话功能，操作更为方便快捷。智能手机是针对功能手机而言，就是简单像电脑一样可以随意的卸载安装所需的软件并不是说手机本身能够有多智能化。实现智能手机的智能化是因为在手机内安装了相应开放式操作系统，而无论是何种智能化手机，嵌入式系统的身影都无处不在。常见的智能手机有三星、苹果、安卓等。
5.实时进程调度
内核的基本功能是提供实时进程调度、中断处理等操作，在手机应用上，满足客户的需要，通过实时进程调度为程序提供一个运行平台，将电源的管理实现动态化，在低耗能的情况下将启动速度进一步的提高。
智能手机的核心可以说是进程，所有的操作系统，说到底就是为编辑好的程序提供一个运行的平台。在这个平台上，多项程序可以有序的运行，不会出现程序冲突导致智能手机出现功能障碍，减少了使用时出现的死机、程序未响应等情况。嵌入式实时操作系统是一个可以多项操作系统，使多个进程同时进行工作。当系统在运行多个进程时，进程调度会做出以下选择：①一直占有CPU，正在运行的
进程一直运行，使得其他的程序没有办法进行工作，这是在缺省状态下的选择；
②通过时间片，确保相同等级的进程有相同的时间进行处理，这是内核将CPU 在任务管理上的作用。
6.智能手机的特点
①具备无线接入互联网的能力
即需要支持GSM网络下的GPRS或者CDMA网络的CDMA1X或3G（WCDMA、CDMA-2000、TD-CDMA）网络，甚至4G（HSPA+、FDD-LTE、TDD-LTE），可以随时随地的连接无线网络，这些网络端口，满足现在生活的需要；
②具有PDA的功能
PDA可以理解为个人数字助理，这是一种可以随身携带的设备，具有电脑的许多功能。不仅可以管理个人的信息界面，还可以浏览网页、收发邮件、短讯、甚至还可以当做普通的手机使用，都是通过无线电来连接，不需要其他设备辅助。这种功能包括可以进行个人的信息管理，日程记事、播放音乐视频，上网等；
③更加人性化
这是交互界面要求得一种，使功能的执行更符合人的需求。智能手机可以根据使用者的需求对其软件进行更改、替换，软件的升级与软件市场同步，随时提供市场软件信息，使使用者能够及时获取信息并对自己的设备进行更新。
④更加强大功能
随着智能机的普及，社交、购物、旅游等事件均可以通过智能机来完成。旅游可以随时获取资讯，阅读可以足不出户便知天下事，随时随地有朋友进行交流。
⑤需求分析
嵌入式系统的应用，使手机的掌上电脑功能越来越齐全，3G在智能手机的应用，为智能手机许多新的功能提供保证，使得在运行程序时更加流畅、稳定。清晰的显示画面、各种播放器播放流畅，虽已取得如此可喜的成果，但是存在的缺点还是要继续改进，逐渐完善。
7.智能手机系统硬件设计
智能手机系统硬件设计如图1所示。
UART
图1智能手机系统的硬件组成框图
微处理器：采用ARM 处理器，内部带有高性能MMU(内存处理单元)，速度快，适用于手持移动设备，具有高性能、低功耗、集成有LCD 控制器，一个SD 主机端控制器，并提供SRAM 、USB 等多种功能接口资源。
通信模块：具有数据、传真、短消息和语音传输等功能。支持AT 指令集，通过RS232与ARM 处理器通信，可实现智能手机的GSM 通语、GPRS 上网及其它PDA 应用等功能。
8.智能手机系统软件设计方法
智能手机系统软件设计如图2所示。
听筒/喇叭 无线通信模块 SIM 卡
音频转换器 微处理器 ARM 键盘触摸
Flash SDRAM
JTAG 时钟模块 显示模块
电源模块
手机应用软件（电话，短信，游戏，音乐，办公）
嵌入式GUI
经过裁剪的嵌入式Linux操作系统（ARM核）
内存管理进程调度文件系统
各种硬件驱动软件
基于已设计的手机硬件平台
图2智能手机系统的软件组成框图
系统层软件：完成对ARM-Linux操作系统的定制、裁剪、编译和移植。编写硬件设备驱动程序，如键盘、LCD、flash、RTC、串口、USB、SIM卡或UIM卡、射频模块等。
服务层程序：主要包含图形用户界面平台以及基频处理器平台通信服务程序，它们是上层应用赖以实现的基础。
应用层客户程序：智能手机系统中应用程序设计。利用图形用户平台和通信服务平台提供的接口进行用户程序开发和移植。
在手机软件整体解决方案中，操作系统负责提供多任务调度、动态内存分配、数据通信机制的管理等。前些年市场上主流智能手机所采用的操作系统主要有Windows Mobile、Symbian 、Palm、Android、Linux等。目前Android系统的手机风靡一时，而Symbian 、Palm系统已经湮灭在历史的长河中了。手机更新换代非常的快，不知道以后操作系统的历史会怎样的发展。
Linux手机操作系统是由计算机Linux操作系统变化而来，支持32位和64
位处理器。Linux最初是由Linux Torvalds编写及发布的，源代码公开、可免费使用的操作系统。后来，又通过Intemet上成百上千的程序员加入，使Linux 成为一个几乎支持所有主流32位CPU的操作系统。其特点有：内核高效稳定、公开源代码、可移植性、可裁减、支持多任务等，有强大的网络功能。在相关软件的支持下，可实现WWW、FTP、DNS、DHCP、E-mail等服务。
9.嵌入式系统智能手机的特点
1.实时约束与功能约束
大家都知道智能手机的缺点是耗电量大，待机时间短。所以对功耗有严格地要求，一般情况下智能手机待机一周，良好的电源管理系统，就是嵌入式实时操作系统的特点之一。现在的智能手机，在电源管理能力上得到了很大的改善。
2.可靠性能高
高可靠性的智能手机操作系统，有助于开发出高性能的应用程序。这是所有智能机必须要考虑到的问题之一，好的操作系统所占的空间很小，在一定程度上占有优势，但是应用程序的可靠性对于用户来说是最关心，性能稳定，运行可靠的应用程序才能得到大家的信赖。
3.对第三方提供平台
智能手机原有的系统不一定都能满足用户的需求，在某些时候需要更换应用程序软件，在这种情况下，智能手机操作系统就需要为第三方的用户提供平台，是开发这迅速的进入手机软件的开发，加速智能手机功能的改革。
10.总结
随着科技的不断进步，对于芯片的生产技术不断进步，使智能手机的原件逐渐的缩小，系统功能越来越强，为智能手机嵌入式实时操作系统的进一步开发提供强大支撑，智能手机系统与无线网络的链接天衣无缝，开放式的系统将会融合更多的第三方软件，使智能手机的功能更加完善，逐渐成为生活、工作的必备品。
现在智能手机的系统改进速度远远高于我们预期的速度，同样的我们对智能手机的期望值也越来越高。智能手机正面临着前所未有的发展机会和便利，随着消费者认知程度的提高和使用习惯的养成，智能手机在整个手机市场销售份额将显著提升，伴随而来的将是智能手机产业链各个环节的巨大商业机会。不仅在智能手机的应用上，现代社会的各个方面都能发现嵌入式系统的痕迹，嵌入式系统已经成为智能化时代的核心技术了。
当今社会嵌入式应用十分广泛，学好嵌入式知识对今后的发展有很大的帮助，通过这个学期的嵌入式学习，对嵌入式知识有了一定的了解，对以后嵌入式知识的进一步学习有了很大帮助，我的目标就是学好嵌入式，用好嵌入式。