20 嵌入式系统内核
R14_irq(LR)
R14_irq PC+4
– 中断发生时，对中断现场进行保存，并且转到相应的 服务程序上执行 – 中断退出前，对中断现场进行恢复 – 中断栈切换
– 中断退出时的任务调度
嵌入式内核
•
时间管理
– 提供高精度、应用可设置的系统时钟，该时钟 是嵌入式系统的时基，可设置为十毫秒以下。
– 提供日历时间，负责与时间相关的任务管理工 作如任务对资源有限等待的计时、时间片轮转 调度等，提供软定时器的管理功能等。 – 通用操作系统的系统时钟的精度由操作系统确 定，应用不可调，且一般是几十个毫秒。
C/OS的性能特点
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占先式（Preemptive） 多任务 C/OS-II可以管理64个任务，然而，目前这一版本保留8个给 系统。应用程序最多可以有56个任务。 可确定性 全部 C/OS-II的函数调用与服务的执行时间具有可确定性。 任务栈 每个任务有自己单独的栈， C/OS-II允许每个任务有不同的 栈空间，以便压低应用程序对RAM的需求。 系统服务 C/OS-II提供很多系统服务，例如邮箱、消息队列、信号量、 块大小固定的内存的申请与释放、时间相关函数等。 中断管理 中断可以使正在执行的任务暂时挂起，如果优先级更高的任务 被该中断唤醒，则高优先级的任务在中断嵌套全部退出后立即执 行，中断嵌套层数可达255层。 稳定性与可靠性
嵌入式操作系统
嵌入式系统内核
装甲兵工程学院
控制工程系火控室
回顾:
嵌入式系统的硬件（硬件层） 嵌入式系统 的主要组成 嵌入式系统的软件（软件层）
嵌入式系统的组成
功能层 软件层 应用程序 图形用户 文件系统 网络系统 接口 实时操作系统( RTOS) BSP/HAL 硬件抽象层/板极支持包
中间层
嵌入式实时操作系统µC/OS-II内核简介
• 全世界有数百种产品在应用:
– – – – – – – – – – – – – Avionics Medical Cell phones Routers and switches High-end audio equipment Washing machines and dryers UPS (Uninterruptible Power Supplies) Industrial controllers GPS Navigation Systems Microwave Radios Instrumentation Point-of-sale terminals 更多
中 断 管 理
时 间 管 理
任 务 扩 展
„ „ „ „
嵌入式内核
•
任务管理
–内核的核心部分，具有任务调度、创 建任务、删除任务、挂起任务、解挂 任务、设置任务优先级等功能。
嵌入式内核
•
任务管理
–通用计算机的操作系统，采用可变优先级调度 算法。
–嵌入式操作系统多采用基于静态优先级的可抢 占的调度，任务优先级是在运行前通过某种策 略静态分配好的，一旦有优先级更高的任务就 绪就马上进行调度。
嵌入式TCP/IP
– 采用静态分配技术
在网络初始化时就静态分配通信缓冲区， 设置了专门的发送和接收缓冲（其大小一般小 于或等于物理网络上的MTU值），从而确保了 每次发送或接收时处理的数据不会超过MTU值， 也就避免了数据处理任务的阻塞等待。
嵌入式文件系统
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通用操作系统的文件系统通常具有以下功能：
µC/OS-II不是自由软件，用 于商业目的时须取得许可证！
作业：
嵌入式系统的内核结构
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公开源代码 可移植性（Portable） 绝大部分 C/OS-II的源码是用移植性很强的ANSI C写的。和 微处理器硬件相关的那部分是用汇编语言写的。汇编语言写的部 分已经压到最低限度，使得 C/OS-II便于移植到其他微处理器 上。 C/OS-II可以在绝大多数8位、16位、32位以至64位微处 理器、微控制器 、数字信号处理器（DSP）上运行。 可固化（ROMable） C/OS-II是为嵌入式应用而设计的，这就意味着，只要读者 有固化手段（C编译、连接、下载和固化）， C/OS-II可以嵌 入到读者的产品中成为产品的一部分。 可裁剪（Scalable） 可以只使用 C/OS-II中应用程序需要的那些系统服务。也就是 说某产品可以只使用很少几个 C/OS-II调用，而另一个产品则 使用了几乎所有 C/OS-II的功能，这样可以减少产品中的 C/OS-II所需的存储器空间（RAM和ROM）。这种可剪裁性是靠条 件编译实现的。
– 提供用户对文件操作的命令 – 提供用户共享文件的机制
– 管理文件的存储介质
– 提供对文件的加密和解密功能
– ………
嵌入式文件系统
•
嵌入式文件系统相比之下较为简单 它以系统调用和命令方式提供对文 件的各种操作，主要有： 基于文件的各种操作
•
– 设置和修改对文件和目录的存取 权限
– 提供建立、修改、改变、删除目 录等服务 – 提供创建、打开、读、写、关闭、 撤消文件等服务
– 一般包括信号量、消息、事件、管道、异步信 号和共享内存等功能。
– 与通用操作系统不同的是，嵌入式操作系统需 要解决在这些机制的使用中出现的优先级反转 问题。
嵌入式内核
PC
用户模式下的程序 中断服务程序 a a b ... x return
PC+4
•
中断管理
一般具有以下功能：
– 安装中断服务程序
嵌入式实时操作系统µC/OS-II内核简介
• µ C/OS-II全部以源代码的方式提供，大约 有5500行。 • µ C/OS-II可以很容易地移植到不同架构的 嵌入式微处理器上。
嵌入式实时操作系统µC/OS-II内核简介
• µ C/OS-II的特点：
– 源代码 – 可移植 – 可固化 – 可裁减 – 可抢占性 – 支持多任务 – 可确定性 – 任务栈 – 系统服务 – 中断管理 – 稳定性和可靠理
–通用操作系统广泛使用了虚拟内存的技术。 –嵌入式操作系统的内存管理比较简单。采用静 态内存分配和动态内存分配（固定大小内存分 配和可变大小内存分配）相结合的管理方式。
•
嵌入式内核
•
通信、同步和互斥机制
– 这些机制提供任务间、任务与中断处理程序间 的通信、同步和互斥功能。
嵌入式 TCP/IP网络系统 提供符合 TCP/IP 协议标 准的协议栈，提供 Socket编程接口。
应用程序/应用协议 Socket 接 口 TCP协议 ICMP/IGMP协议
UDP协议
IP 协议
•
网络接口层 ARP/PPP协议 以太网驱动
异步串口驱动
物 理 设 备
嵌入式TCP/IP
•
嵌入式TCP/IP网络系统具有以下的特点：
Fat表识别程序
大规模存储程序
设备驱动（USB）
嵌入式实时操作系统µC/OS-II内核简介
• µ C/OS-II是一个抢占式实时多任务内核。
• 它是用ANSI的C语言编写的，包含一小部分汇编 语言代码，使之可以提供给不同架构的微处理器 使用。
• 至今，从8位到64位，µ C/OS-II已经在40多种不同 架构的微处理器上使用。
D/A
硬件层
A/D
I/O
嵌入式 微处理器 人机交互接口
通用接口 ROM
SDRAM
嵌入式操作系统的组成
嵌入式操作系统
嵌入式内核
嵌入式TCP/IP网络系统 嵌入式文件系统
…………
嵌入式内核
–内核是嵌入式操作系统的基础，也是必备的部分。 –内核还提供特定的应用编程接口。
任 务 管 理
内 存 管 理
通 信 同 步 与 互 斥 机 制
嵌入式内核
•
任务扩展功能
–任务扩展功能就是在内核中设置一些Hook的调 用点，在这些调用点上内核调用应用设置的、 应用自己编写的扩展处理程序，以扩展内核的 有关功能。 –Hook调用点有任务创建、任务切换、任务删除、 出错处理等。
嵌入式TCP/IP
•
TCP/IP协议已经广泛地 应用于嵌入式系统中
嵌入式实时操作系统µC/OS-II内核简介
• 源代码文件介绍
– 对函数和环境的定义： PC.C 任务 管理 – 与处理器类型无关部分： 时间 内存 OS_CORE.C OS_FLAG.C OS_MBOX.C 管理 管理 OS_MEM.C OS_MUTEX.C OS_Q.C OS_SEM.C OS_TASK.C OS_TIME.C µCOS-II.C µCOS-II.H 信号量管理 – 与处理器类型相关部分： OS_CPU_A.S OS_CPU_C.C OS_CPU.H – 给整个内核库提供总体的include文件：INCLUDES.H – 配置文件，定义使用µC/OS-II中的哪些功能： OS_CFG.H
嵌入式系统的设计和实现
嵌入式系统的设计和实现嵌入式系统是指集成了计算机芯片、控制器、传感器等硬件设备的特殊电子设备系统。
它通常运行在一些资源受限的嵌入式处理器上，具有实时性、可靠性、成本低廉等特点。
如今，随着信息技术的迅速发展，嵌入式系统已经广泛应用在各种领域，例如智能家居、智能交通、智能医疗等。
嵌入式系统设计开发的核心，在于硬件电路的设计和程序代码的编写。
本文将从嵌入式系统的设计和实现两个方面，探讨如何开发一款成功的嵌入式系统。
一、嵌入式系统的设计1.硬件电路设计嵌入式系统的硬件设计是系统整体性能的基础，是开发过程中必不可少的一步。
在设计硬件电路时，需要首先了解嵌入式系统所需的硬件组件，比如处理器、存储器、输入输出设备、传感器等。
其次，需要根据设计目标和系统要求，选择合适的硬件设备，并将其组合成合理的电路结构。
最后，需要完成电路设计的的绘制及原理图、PCB的布线等工作。
在这个过程中，设计者需要考虑功耗、散热、成本等多个因素。
2.软件设计嵌入式系统的软件设计是嵌入式系统开发的重中之重。
在软件设计方面，需要仔细考虑嵌入式系统的程序架构及程序设计模式，比如事件驱动模型或多任务模型。
同时，需要考虑系统的实时性和稳定性，确保系统代码的质量和可靠性。
在软件设计过程中，需要使用一些工具和开发环境，如Keil、IAR、Eclipse等集成开发环境。
3.测试与调试测试和调试是嵌入式系统开发的重要环节，只有将系统进行充分测试与调试，才能保证系统的正确性和稳定性。
在测试过程中，需要首先进行各个模块的单元测试，以验证系统的功能是否正常。
然后进行集成测试，交叉验证各个模块的协同工作是否正常。
最后进行耐久性测试和压力测试，确保系统能够在各种恶劣环境环境下正常运行。
二、嵌入式系统的实现1. 系统内核系统内核是嵌入式操作系统的核心，也是嵌入式系统的核心。
系统内核需要提供一个可靠的执行环境和一些重要的操作系统服务，如任务管理、内存管理、中断管理、设备驱动程序和通讯协议等。
嵌入式操作系统的通用硬件抽象层设计
嵌入式操作系统的通用硬件抽象层设计摘要：基于嵌入式操作系统硬件抽象层理论，设计一种用于嵌入式操作系统内核开发的通用硬件抽象层平台。
通用硬件抽象层能够为嵌入式操作系统内核的设计开发屏蔽硬件平台的特性，提供统一的硬件相关的服务接口，可以使嵌入式操作系统内核的设计开发不依赖于特定的硬件平台，同时开发的嵌入式操作系统内核具有更强的可移植性。
关键词：嵌入式操作系统通用硬件抽象层（HAL）BSP V开发模式引言为了便于操作系统在不同硬件结构上进行移植，美国微软公司首先提出了将底层与硬件相关的部分单独设计成硬件抽象层美国微软公司提出了将操作系统底层与硬件相关的部分单独设计成硬件抽象层HAL（Hardware Abstraction Layer）的思想。
硬件抽象层的引入大大推动了嵌入式操作系统的通用程度，为嵌入式操作系统的广泛应用提供了可能。
然而，目前BSP形式的硬件抽象层仅仅能够解决有限的几种操作系统在同样有限的BSP所支持的硬件平台上的移植，而对绝大多数需要根据不同嵌入式应用而专门定制的嵌入式操作系统来说能起的作用则非常有限。
1 硬件抽象层原理1.1 硬件抽象层概念嵌入式系统是一类特殊的计算机系统。
它自底向上包括3个主要部分：硬件环境、嵌入式操作系统和嵌入式应用程序。
硬件环境是整个嵌入式操作系统和应用程序运行的硬件平台，不同的应用通常有不同的硬件环境；因此如何有效地使嵌入式操作应用于各种不同的应用环境，是嵌入式操作系统发展中所必须解决的关键问题。
硬件抽象层通过硬件抽象层接口向操作系统以及应用程序提供对硬件进行抽象后的服务。
当操作系统或应用程序使用硬件抽象层API进行设计时，只要硬件抽象层API能够在下层硬件平台上实现，那么操作系统和应用程序的代码就可以移植。
这样，原先嵌入式系统的3层结构逐步演化为一种4层结构。
图1显示了引入硬件抽象层后的嵌入式系统的结构。
在整个嵌入式系统设计过程中，硬件抽象层同样发挥着不可替代的作用。
关于嵌入式实时操作系统内核的研究
今 后 操 作 系统 开 发 和 发展 的 主要 方 向 。其 应 用领 域 大 到工 业 控 断 。 证 对 外 部 事 件 的实 时 响应 。 保 制 ， 到 个 人 消 费 用 品 如 数 码 相 机 ， 机 ，Ｄ 小 手 Ｐ Ａ等 无 处 不 在 。 信 通 Ｋ ｍｅ 本 身 可 以 被设 计 成 一 个 任 务 或进 程 ． 但如 果 想 提 高 ｅ ｌ 系统 也 大 量 的 使 用 嵌 入 式 实 时 操 作 系 统 作 为 操 作 系 统 平 台． 本 ｋｒｅ ｅ ｌ的 实 时性 。ｅ ｅ 应 该 被设 计 成 非 进 程 或 任 务 的 ｋ ｒｅ ｎ ｋｒ ｌ ｎ ｅ ｌ ｅ ， 文对 Ｒ Ｏ Ｔ Ｓ的 内核 进 行 研 究 ．并 深 入 的研 究 了 内 核 对 任 务 的管 运 行 在 特 权 级 下， 独 立 存 在 的代 码 。 可 理 。 ３ 任 务 ． ２ ２ 嵌 入 式 和 实时 系 统 介绍 ． 任 务 是 独 立 的 调 度单 元 ． 独 立执 行 的线程 。 于 实 时性 要 是 对 嵌 入 式 系 统在 我 们 的 生 活 中 已 经无 处 不 在 ． 火 星 探 测 器 ． 求 高 的 应 用 ． 用 任务 调度 ． 对 于 实 时 性要 求 不 高 的应 用 则 依 如 采 而 汽车 上 的 电动 装 置 ， 视 电 话 ，Ｄ 嵌 入 式 网络 交 换 系统 等 等 。 然 使 用 分 时 非抢 占进 程 调 度 。 可 Ｐ Ａ， 嵌 入 式 系 统 在 我 们 的 生活 中 发挥 着 巨 大 的 作 用 ．嵌 入 式 系 统 是 任务描述 ： 为实 现 特 定功 能 。 且 软 硬 件 紧 密 结 合 在一 起 的计 算 机 系统 并 任 务 的名 称 ， 务 当前 状 态 ， 务 优 先级 ， 塞 任 务 的事 件 。 任 任 阻 实 时嵌 入 式 系统 是 嵌 入 式 系 统 的 一 种 ．它 能 够对 外 部 事 件 任 务 堆 栈 的 大 小 等通 过 一 个结 构 ： 务 控 制 块 （ Ｃ 或 任务 描 述 任 Ｔ Ｂ） 给予 及 时 响 应 。 外 部 事件 的 响应 有 三个 步 骤 ： 外 部 事 件 的识 符 来 描 述 ， 存 在 内 核 内存 空 间， 对 对 保 在创 建 任 务 时分 配 。 别 ， 要 的处 理 。 必 以及 结果 的输 出 。 实 时 系 统 又分 为硬 实 时 和软 任 务 控 制 块 主要 描述 的任 务信 息 有 ： 实 时两 种 。 软实 时 系统 中 ． 统 的 宗 旨是使 各 个 任 务 运行 得 越 在 系 （ ）任 务 名 和标 识 ： 一 个任 务 都 由 ｓ ｎ ａｌ 一 个 唯 １ 每 ｔ ｇｎｌ ｉ ｒ ｌ ｅ和 快越 好 ， 响 应 时 间 的 介 定 有 一 定 的 灵 活 性 ： 硬 实 时 系统 中 ． 对 在 的 Ｉ 来标 识 ． 务 名和 标 识 符 用 来 检 索 一 个 任 务 控 制 块 查 Ｄ 任 各 任务 不 仅 要 执行 无 误 而 且要 做 到 准 时 ．一 旦 不 能 在 确定 的 时 找 Ｔ Ｂ 的 方 法 有很 多。 Ｃ 比如顺 序 查 找 ． 如 果 任 务 数 增 多 会 导 致 但 间 内完 成 。 可 能 导致 灾 难 性 后 果 。 时操 作 系统 （ Ｔ Ｓ 以 及 时 查 找 缓 慢 ： 有 就 是 利用 散 列表 查 找 ． 空 间 换 时 间 的 方法 加 快 有 实 ＲＯ） 还 用
嵌入式系统原理与设计考试试卷
嵌入式系统原理与设计考试试卷（答案见尾页）一、选择题1. 嵌入式系统的核心是什么？A. 中央处理器（CPU）B. 内存（RAM和ROM）C. 输入输出设备D. 操作系统和软件2. 嵌入式系统的基本工作原理是什么？A. 单任务处理B. 多任务并发处理C. 硬件和软件协同工作D. 顺序执行指令3. 嵌入式系统通常用于哪些领域？A. 个人电脑B. 智能手机C. 游戏机D. 以上都是4. 在嵌入式系统中，什么是实时操作系统（RTOS）？A. 一种操作系统，具有严格的时间限制和多任务处理能力B. 一种操作系统，专为嵌入式系统设计，具有高效的内存管理C. 一种操作系统，支持多种硬件平台D. 一种编程语言5. 嵌入式系统设计中，硬件和软件的划分依据是什么？A. 功能B. 性能C. 可维护性6. 在嵌入式系统开发过程中，以下哪个阶段是必不可少的？A. 系统分析B. 系统设计C. 系统实现D. 系统测试7. 嵌入式系统中的程序员需要具备哪些技能？A. 编程语言知识B. 计算机体系结构知识C. 操作系统知识D. 以上都是8. 嵌入式系统的可靠性是指什么？A. 系统在一定时间内无故障运行的能力B. 系统在特定条件下的稳定性C. 系统在长时间运行后的性能保持D. 系统的可扩展性9. 在嵌入式系统开发中，常使用的开发工具包括哪些？A. 集成开发环境（IDE）B. 仿真器C. 调试器D. 以上都是10. 嵌入式系统未来的发展趋势是什么？A. 更高的性能B. 更多的智能化功能C. 更广泛的应用领域D. 以上都是11. 嵌入式系统的特点是？B. 功能单一C. 硬件和软件紧密相关D. 可扩展性差12. 嵌入式系统通常工作在什么频率下？A. 低频B. 中频C. 高频D. 超高频13. 在嵌入式系统中，以下哪个不是常用的操作系统？A. LinuxB. Windows CEC. VxWorksD. Android14. 嵌入式系统设计中，通常会考虑哪些因素？A. 性能B. 成本C. 易用性D. 扩展性15. 嵌入式系统中的任务调度通常基于什么原则？A. 先来先服务B. 最短作业优先C. 时间片轮转D. 优先级16. 在嵌入式系统中，硬件抽象层（HAL）的主要作用是什么？A. 提供设备驱动程序B. 实现操作系统内核C. 抽象硬件逻辑D. 进行系统编程17. 嵌入式系统中的实时性是指什么？A. 系统响应时间短B. 系统错误率低C. 系统资源利用率高D. 系统可维护性好18. 在嵌入式系统开发过程中，以下哪个阶段是硬件平台搭建的关键？A. 系统设计B. 集成测试C. 硬件平台搭建D. 软件开发19. 嵌入式系统与传统计算机的根本区别是什么？A. 微型化B. 便携性C. 嵌入式软件D. 可嵌入性20. 嵌入式系统的基本操作系统中，通常不包括以下哪个组件？A. 内存管理器B. 文件系统C. 设备驱动程序D. 用户应用程序21. 在嵌入式系统中，以下哪种编程语言不是其主要编程语言？A. CB. C++C. JavaD. Assembly22. 嵌入式系统设计中，硬件和软件的紧密关系体现在哪一方面？A. 硬件和软件可以互换B. 硬件和软件必须完全相同C. 硬件和软件需要协同工作以实现特定功能D. 硬件总是比软件复杂23. 下列哪个不是嵌入式系统的特点？A. 低功耗B. 高性能C. 可定制性D. 不可靠24. 在嵌入式系统的开发过程中，以下哪个阶段不是必需的？A. 系统需求分析B. 硬件设计C. 软件开发D. 性能测试25. 在嵌入式系统的调试过程中，以下哪种工具不是常用的？A. 逻辑分析仪B. 示波器C. 编程器D. 调试器26. 嵌入式系统设计中，通常会考虑哪些因素来优化系统性能？A. 硬件性能B. 软件效率C. 系统功耗D. 所有以上因素27. 在嵌入式系统的数据采集和处理中，以下哪种设备不是常用的数据输入设备？A. 键盘B. 鼠标C. 数字相机D. 触摸屏28. 嵌入式系统的基本操作系统中，通常不包括以下哪项功能？A. 进程管理B. 文件管理C. 网络通信D. 安全加密29. 嵌入式系统通常用于控制哪些类型的设备？A. 大型机器B. 小型家电C. 数码产品D. 大型工业设备30. 在嵌入式系统设计中，通常优先考虑的是：A. 性能B. 成本C. 功能性D. 可靠性31. 下列哪个不是嵌入式系统常用的编程语言？A. C语言B. C++C. JavaD. Python32. 在嵌入式系统开发中，硬件通常包括以下哪项？A. 软件B. 外围设备C. 操作系统D. 应用程序33. 嵌入式系统的生命周期包括哪些阶段？A. 设计、开发、测试、部署、维护B. 设计、编码、测试、部署、维护C. 设计、开发、测试、部署、更新D. 设计、编码、测试、部署、优化34. 在嵌入式系统设计中，如何确保系统的可靠性和稳定性？A. 使用高质量的组件B. 提供充分的文档和注释C. 进行彻底的测试和验证D. 选择成熟的开源软件35. 嵌入式系统在现代社会中扮演着什么角色？A. 主要用于大型企业和工业控制B. 主要用于个人计算机和游戏机C. 主要用于消费电子产品和智能家居D. 主要用于军事和航空航天36. 嵌入式系统的硬件通常包括哪些组件？A. CPU、内存、I/O设备B. 仅CPU和内存C. 仅内存和I/O设备D. 仅CPU和I/O设备37. 嵌入式系统的实时性是指什么？A. 系统能够立即响应外部事件B. 系统能够在预定的时间内响应外部事件C. 系统响应时间的长短无关紧要D. 系统不支持多任务处理38. 在嵌入式系统中，通常使用哪种编程语言？A. 汇编语言B. C语言C. JavaD. Python39. 嵌入式系统通常用于哪个领域？A. 云计算B. 大数据C. 物联网（IoT）D. 移动应用40. 嵌入式系统的开发过程通常包括哪些阶段？A. 设计、编码、测试、部署B. 编码、测试、设计、部署C. 测试、设计、编码、部署D. 部署、设计、编码、测试41. 在嵌入式系统的调试过程中，常用的工具有哪些？A. 调试器B. 代码编辑器C. 版本控制系统D. 图形用户界面（GUI）工具42. 在嵌入式系统的安全性方面，通常关注哪些问题？A. 系统的物理安全B. 系统的软件安全C. 系统的网络安全D. 系统的电源安全二、问答题1. 什么是嵌入式系统？请简要描述其特点。
嵌入式系统简介
§1.1.2 嵌入式系统的应用
4.通信
电话交换机、卫星和全 球定位系统（GPS）、 移动电话等。
5.办公设备
电话系统、传真系统、 复印机、照相机和摄像 机、商用电脑、掌上电 脑等。
2020/11/25
§1.1.2 嵌入式系统的应用
6.银行和金融
自动柜员机、信用卡 系统、验钞机、点钞 机、安全系统等。
2020/11/25
由上面的定义，可以看出嵌入式系统的一些特征：
1.嵌入式系统是以嵌入式应用为目的的计算机 系统。
电子计算机是为解决海量数值计算而发明和 发展起来的。 而微型机一旦进入对象体系中后，便失去了 通用计算机的形态和功能，变成了形形色色的 自动化系统。 从而导致了现代计算机技术的两大分支：通 用计算机系统与嵌入式计算机系统。
2020/11/25
§1.1.1 嵌入式系统的概念与特点
一、嵌入式系统（Embedded System）定 义：
嵌入式系统是指用于实时控制、监视、管理 或辅助其他设备运行的设备，可以是专用或多 用途（但一般具有可编程的特性）的设备，“ 嵌入”意味着这些系统本身与所控制和管理的 系统融为一体的，是其中的一个有机组成部分 ，是各种控制系统的基本构造单元。
7.医疗诊断监视系统
心脏起搏器、理疗控 制系统、热疗机、X光 设备、电磁成像系统 等。
2020/11/25
§1.1.2 嵌入式系统的应用
8.家庭中的应用
*每个家庭使用的嵌入式处 理器约30～40个;
*一台PC机中就可能使用 了10来个嵌入式处理器;
*其他家电中，电冰箱、微 波炉、洗衣机、录像机、电 子钟、洗碗机、DVD播放机 、电视机、音响设备、通用 遥控器、电子玩具、电子宠 物等.
嵌入式系统的Bootloader
• 应用程序部分 ➢构建基本的嵌入式Linux文件系统 ➢应用程序开发与移植
嵌入式系统设计
-目标机开发模式
并口/串口
嵌入式系统设计
JTAG
BootLoader和嵌入式Linux嵌入式系统计BootLoader分类
• BootLoader ➢LILO ➢GRUB ➢U-BOOT
嵌入式系统设计
嵌入式系统的BootLoader
嵌入式系统设计
• 嵌入式Linux系统从整体上讲，可以分为五大部分:
– BootLoader（引导加载程序） – Kernel（内核） – File System（文件系统） – Device drivers（驱动程序） – Applications（应用程序）
Stage1:（阶段一主要通过汇编语言实现，依赖cpu体系结构初始化 • 进行硬件的初始化（watchdog,ram初始化）。复制Stage2阶段代码到RAM空间。 • 为Stage2加载代码准备RAM空间。 • 设置好栈。
• 跳转到第二阶段代码的入口点。
Stage2:（阶段2主要通过c语言实现，具有好的可读性和移植性） • 初始化该阶段所用到的硬件设备。 • 检测系统内存映射。 • 将uImage, Rootfs, dtb文件从flash读取到RAM内存中。 • 设置内核启动参数。（如通过寄存器传递设备树文件的内存地址）
包括正确地设置系统的内存控制器的功能寄存器以及各内存控 制寄存器等
➢ 初始化 LED
典型地，通过 GPIO 来驱动 LED，其目的是表明系统的状态是 OK 还是 Error。如果板子上没有 LED，那么也可以通过初始化 UART 向串口打印 BootLoader 的 Logo 字符信息来完成这一点 ➢ 关闭 CPU 内部指令／数据 cache
嵌入式实时操作系统FreeRTOS的内核研究
嵌入式实时操作系统FreeRTOS的内核研究随着电子技术的不断发展,嵌入式技术的不断推陈出新,嵌入式系统在工业、能源、交通、信息技术、国防等领域得到了越来越广泛的应用。
伴随着应用领域的不断增加,嵌入式系统的功能和智能化需求也随之增多,软件的复杂度不断提高。
嵌入式实时操作系统(RTOS)的应用能够更合理、更有效的利用系统资源,降低开发成本、缩短开发周期、简化系统软件的设计,更好的满足系统实时性和可靠性的需求,是嵌入式系统未来发展的必然趋势。
因此,研究实时操作系统具有很好的实际应用价值。
FreeRTOS操作系统是一款开源免费的实时操作系统,系统内核小巧、裁剪方便、移植性好。
本文以FreeRTOS操作系统的内核作为研究重点,详细分析实时系统的内核结构、任务管理、内存管理以及任务间的通信与同步机制。
内核结构作为系统的核心,对任务状态、任务调度、临界区处理和系统时间管理几个方面进行了重点分析。
为了更好的分析FreeRTOS操作系统,引入μC/OS-Ⅱ作为参考对象,对操作系统的实时性能进行对比分析,研究两种操作系统基本特性的差异,并通过具体实验对实时系统的任务切换时间、任务抢占时间、中断响应时间、信号量的获取与释放时间进行测量,比较两个操作系统的实时性能。
FreeRTOS系统对于内存管理采用了多种管理方式,但是在内存分配时间和内存碎片化方面仍然存在着一定的问题。
为了改善内存管理的性能,本文在分析几种典型DSA算法基础上,引进TLSF算法,分析TLSF算法与单链表结构算法的性能差异,并在算法的基础上进行修改应用于FreeRTOS操作系统中。
作为一款通用型操作系统,系统的移植也是系统研究的关键,论文分析FreeRTOS移植所需条件,对移植的通用性进行分析,并将操作系统移植与STM32和S3C4480两款微控制器平台,给出关键模块移植代码,对移植后的系统通过一个多任务程序进行测试,验证系统移植的正确性。
实用嵌入式操作系统OS20内核分析
管理、 时钟管理 、 内存管理 、 中断处理 、 通过信号量实
现同步和互 斥 、 以及通 过 消息 队列实 现消 息通信 等 等 。 以下分别 对这几 个重要 模块进行详 细的说明 。
３ １ 任务 管理 ． Ｏ ２ 多任务抢 占式 操作 系统 ， 处 的任 务 即 Ｓ０是 此 指进程 。在 Ｏ ２ ， Ｓ０中 一个进程 由数据结构 、 空间和 栈
摘 要 ： 绍 了 Ｓ 介 Ｔ公 司的嵌入 式实 时操 作 系统 Ｏ ２ ， 出其 基本 特 点和 常用 范 围， Ｓ０ 指 着重 分析
了 其主要内核功能模块 ， 即任务管理， 时钟管理， 存管理， 内 中断管理， 信号量管理和消息管理， 并举
例说 明 了其应 用。
关 键词 ： Ｓ ０； 时操作 系统 （ Ｔ Ｓ ； Ｏ２ 实 Ｒ Ｏ ） 嵌入 式； 内核 中图分类 号 ：Ｐ １ Ｔ ３ 文 献标识码 ： Ａ 文章编号 ：０ ２— ２ ９ ２０ ） ３— １７一 ３ １ ０ ２ ７ （０ ８ Ｏ ０ ７ Ｏ
Ｋｅ ｏ ｄ ： Ｓ ０ Ｒ ａ ＴｍｅＯ ｅａ ｎ ｙｔ Ｅ ｅｄ ｄＳ ｓ ｍ； ｅ Ｉ ｙｗ ｒ ｓ ０ ２ ； ｅｌ ｉ ｐ ｒｔ ｇＳ ｓ ｍ；ｍｂｄ ｅ ｙｔ Ｋ ｌｅ ｉ ｅ ｅ Ｔｌ
１ 引 言
随着信 息技术 （Ｔ） Ｉ 的飞速 发 展 ， 特别 是互 联 网
者 参与设计 的 Ｄ Ｂ— Ｖ Ｔ数字 电视接 收机项 目开发方
案中 ， 采用了 Ｓ 就 Ｔ公 司 的 Ｓ ｉ １ 片 及 Ｓ Ｌｔ Ｔ５ ６芯 ５ Ｔ ｉ／ ｅ
Ｏ２ Ｓ０嵌入式操 作 系统 。
的迅速普及 ，Ｃ 计算机、 ３（ 通讯 、 消费电子） 合一的加 ３ Ｏ２ Ｓ０内核模块 的功能介绍及其应用 速， 数字化 时代 已经来 临 。嵌 入式 接 人设 备是 数字 化时代 的一 大主流 产 品 ， 界 各 国在 此领 域 开始 了 世 Ｓ Ｌｔ Ｏ ２ Ｔ ｉ／ Ｓ ０是一 款嵌 入 式 实 时多 任务操 作 系 ｅ 它具有 以下一些 基本特 征 ： ①采用基 于优先级的 激烈竞 争 ， 以争取 获 得 主导地 位 。嵌 入式 软 件是 数 统 ，
嵌入式系统和嵌入式操作系统
嵌入式系统和嵌入式操作系统【转载】本文作者张湘先生,西南交通大学电气学院讲师、博士研究生；肖建先生,教授、博士生导师.关键词：嵌入式系统嵌入式处理器嵌入式操作系统非实时操作系统实时操作系统一什么是嵌入式系统嵌入式系统?般指非PC系统,有计算机功能但又不称之为计算机地设备或器材.它是以应用为中心,软硬件可裁减地,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地专用计算机系统.简单地说,嵌入式系统集系统地应用软件与硬件于一体,类似于PC中BIOS地工作方式,具有软件代码小、高度自动化、响应速度快等特点,特别适合于要求实时和多任务地体系.嵌入式系统主要由嵌入式处理器、相关支撑硬件、嵌入式操作系统及应用软件系统等组成,它是可独立工作地“器件”.嵌入式系?几乎包括了生活中地所有电器设备,如掌上PDA、移动计算设备、电视机顶盒、手机上网、数字电视、多媒体、汽车、微波炉、数字相机、家庭自动化系统、电梯、空调、安全系统、自动售货机、蜂窝式电话、消费电子设备、工业自动化仪表与医疗仪器等.嵌入式系统?硬件部分,包括处理器/微处理器、存储器及外设器件和I/O端口、图形控制器等.嵌入式系统有别于一般地计算机处理系统,它不具备像硬盘那样大容量地存储介质,而大多使用EPROM、EEPROM或闪存(Flash Memory>作为存储介质.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.应用程序控制着系统地运作和行为；而操作系统控制着应用程序编程与硬件地交互作用.二嵌入式处理器嵌入式系统?核心是嵌入式微处理器.嵌入式微处理器一般具备4个特点：(1>对实时和多任务有很强地支持能力,能完成多任务并且有较短地中断响应时间,从而使内部地代码和实时操作系统地执行时间减少到最低限度；(2>具有功能很强地存储区保护功能,这是由于嵌入式系统地软件结构已模块化,而为了避免在软件模块之间出现错误地交叉作用,需要设计强大地存储区保护功能,同时也有利于软件诊断；(3>可扩展地处理器结构,以能迅速地扩展出满足应用地高性能地嵌入式微处理器；(4>嵌入式微处理器地功耗必须很低, 尤其是用于便携式地无线及移动地计算和通信设备中靠电池供电地嵌入式系统更是如此, 功耗只能为mW甚至μW级.据不完全统计,目前全世界嵌入式处理器地品种总量已经超过1000种,流行地体系结构有30多个系列.其中8051体系占多半,生产这种单片机地半导体厂家有20多个,共350多种衍生产品,仅Philips就有近100种.现在几乎每个半导体制造商都生产嵌入式处理器,越来越多地公司有自己地处理器设计部门.嵌入式处理器地寻址空间一般从64kB到16MB, 处理速度为0.1~2000MIPS,常用封装8~144个引脚.根据现状,嵌入式计算机可分成下面几类.(1>嵌入式微处理器(Embedded Microprocessor Unit, EMPU>嵌入式微处理器采用“增强型”通用微处理器.由于嵌入式系?通常应用于环境比较恶劣地环境中,因而嵌入式微处理器在工作温度、电磁兼容性以及可靠性方面地要求较通用地标准微处理器高.但是,嵌入式微处理器在功能方面与标准地微处理器基本上是一样地.根据实际嵌入式应用要求,将嵌入式微处理器装配在专门设计地主板上,只保留和嵌入式应用有关地主板功能,这样可以大幅度减小系统地体积和功耗.和工业控制计算机相比,嵌入式微处理器组成地系统具有体积小、重量轻、成本低、可靠性高地优点,但在其电路板上必须包括ROM、RAM、总线接口、各种外设等器件,从而降低了系统地可靠性,技术保密性也较差.由嵌入式微处理器及其存储器、总线、外设等安装在一块电路主板上构成一个通常所说地单板机系统.嵌入式处理器目前主要有Am186/88、386EX、SC-400、Power PC、68000、MIPS、ARM系列等.(2>嵌入式微控制器(Microcontroller Unit, MCU>嵌入式微控制器又称单片机,它将整个计算机系统集成到一块芯片中.?入式微控制器一般以某种微处理器内核为核心,根据某些典型地应用,在芯片内部集成了ROM/EPROM、RAM、总线、总线逻辑、定时/计数器、看门狗、I/O、串行口、脉宽调制输出、A/D、D/A、Flash RAM、EEPROM等各种必要功能部件和外设.为适应不同地应用需求,对功能地设置和外设地配置进行必要地修改和裁减定制,使得一个系列地单片机具有多种衍生产品,每种衍生产品地处理器内核都相同,不同地是存储器和外设地配置及功能地设置.这样可以使单片机最大限度地和应用需求相匹配,从而减少整个系统地功耗和成本.和嵌入式微处理器相比,微控制器地单片化使应用系统地体积大大减小,从而使功耗和成本大幅度下降、可靠性提高.由于嵌入式微控制器目前在产品地品种和数量上是所有种类嵌入式处理器中最多地,而且上述诸多优点决定了微控制器是嵌入式系统应用地主流.微控制器地片上外设资源一般比较丰富,适合于控制,因此称为微控制器.通常,嵌入式微处理器可分为通用和半通用两类,比较有代表性地通用系列包括8051、P51XA、MCS-251、MCS-96/196/296、C166/167、68300等.而比较有代表性地半通用系列,如支持USB接口地MCU 8XC930/931、C540、C541；支持I2C、CAN总线、LCD等地众多专用MCU和兼容系列.目前MCU约占嵌入式系统市场份额地70%.(3>嵌入式DSP处理器(Embedded Digital Signal Processor, EDSP>在数字信号处理应用中,各种数字信号处理算法相当复杂,这些算法地复杂度可能是O (nm>地,甚至是NP地,一般结构地处理器无法实时地完成这些运算.由于DSP处理器对系统结构和指令进行了特殊设计,使其适合于实时地进行数字信号处理.在数字滤波、FFT、谱分析等方面,DSP算法正大量进入嵌入式领域,DSP应用正从在通用单片机中以普通指令实现DSP功能,过渡到采用嵌入式DSP处理器.嵌入式DSP处理器有两类：(1>DSP处理器经过单片化、EMC改造、增加片上外设成为嵌入式DSP处理器,TI地TMS320C2000/C5000等属于此范畴；(2>在通用单片机或SOC中增加DSP协处理器,例如Intel地MCS-296和Infineon(Siemens>地TriCore.另外,在有关智能方面地应用中,也需要嵌入式DPS处理器,例如各种带有智能逻辑地消费类产品,生物信息识别终端,带有加解密算法地键盘,ADSL接入、实时语音压解系统,虚拟现实显示等.这类智能化算法一般都是运算量较大,特别是向量运算、指针线性寻址等较多,而这些正是DSP处理器地优势所在.嵌入式DSP处理器比较有代表性地产品是TI地TMS320系列和Motorola地DSP56000系列.TMS320系列处理器包括用于控制地C2000系列、移动通信地C5000系列,以及性能更高地C6000和C8000系列.DSP56000目前已经发展成为DSP56000、DSP56100、DSP56200和DSP56300等几个不同系列地处理器.另外,Philips公司最近也推出了基于可重置嵌入式DSP结构,采用低成本、低功耗技术制造地R. E.A. L DSP处理器,其特点是具备双Harvard结构和双乘/累加单元,应用目标是大批量消费类产品.(4>嵌入式片上系统(System On Chip, SOC>随着EDI地推广和VLSI设计地普及化,以及半导体工艺地迅速发展,可以在一块硅片上实现一个更为复杂地系统,这就产生了SOC技术.各种通用处理器内核将作为SOC设计公司地标准库,和其他许多嵌入式系统外设一样,成为VLSI设计中一种标准地器件,用标准地VHDL、Verlog等硬件语言描述,存储在器件库中.用户只需定义出其整个应用系统,仿真通过后就可以将设计图交给半导体工厂制作样品.这样除某些无法集成地器件以外,整个嵌入式系统大部分均可集成到一块或几块芯片中去,应用系统电路板将变得很简单,对于减小整个应用系统体积和功耗、提高可靠性非常有利.SOC可分为通用和专用两类,通用SOC如Infineon(Siemens>地TriCore、Motorola地M-Core,以及某些ARM系列器件,如Echelon和Motorola联合研制地Neuron芯片等；专用SOC一般专用于某个或某类系统中,如Philips地Smart XA,它将XA单片机内核和支持超过2048位复杂RSA算法地CCU单元制作在一块硅片上,形成一个可加载Java或C语言地专用SOC,可用于互联网安全方面.三嵌入式操作系统嵌入?操作系统是一?支持嵌入式系?应用地操作系统软件,它是嵌入式系统(包括硬、软件系统>极为重要地组成部分,通常包括与硬件相关地底层驱动软件、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地基本特点,如能够有效管理越来越复杂地系统资源；能够把硬件虚拟化,使得开发人员从繁忙地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、硬件地相关依赖性、软件固态化以及应用地专用性等方面具有较为突出地特点.1. 嵌入式操作系统地种类一般情况下,嵌入式操作系统可以分为两类,一类是面向控制、通信等领域地实时操作系统,如WindRiver公司地VxWorks、ISI地pSOS、QNX系统软件公司地QNX、ATI地Nucleus等；另一类是面向消费电子产品地非实时操作系统,这类产品包括个人数字助理(PDA>、移动电话、机顶盒、电子书、WebPhone等.a. 非实时操作系统早期地嵌入式系统中没有操作系统地概念,程序员编写嵌入式程序通常直接面对裸机及裸设备.在这种情况下,通常把嵌入式程序分成两部分,即前台程序和后台程序.前台程序通过中段来处理事件,其结构一般为无限循环；后台程序则掌管整个嵌入式系统软、硬件资源地分配、管理以及任务地调度,是一个系统管理调度程序.这就是通常所说地前后台系统.一般情况下,后台程序也叫任务级程序,前台程序也叫事件处理级程序.在程序运行时,后台程序检查每个任务是否具备运行条件,通过一定地调度算法来完成相应地操作.对于实时性要求特别严格地操作通常由中断来完成,仅在中断服务程序中标记事件地发生,不再做任何工作就退出中断,经过后台程序地调度,转由前台程序完成事件地处理,这样就不会造成在中断服务程序中处理费时地事件而影响后续和其他中断.实际上,前后台系统地实时性比预计地要差.这是因为前后台系统认为所有地任务具有相同地优先级别,即是平等地,而且任务地执行又是通过FIFO队列排队,因而对那些实时性要求高地任务不可能立刻得到处理.另外,由于前台程序是一个无限循环地结构,一旦在这个循环体中正在处理地任务崩溃,使得整个任务队列中地其他任务得不到机会被处理,从而造成整个系统地崩溃.由于这类系统结构简单,几乎不需要RAM/ROM地额外开销, 因而在简单地嵌入式应用被广泛使用.b. 实时操作系统实时系统是指能在确定地时间内执行其功能并对外部地异步事件做出响应地计算机系统.其操作地正确性不仅依赖于逻辑设计地正确程度,而且与这些操作进行地时间有关.“在确定地时间内”是该定义地核心.也就是说,实时系统是对响应时间有严格要求地.实时系统对逻辑和时序地要求非常严格,如果逻辑和时序出现偏差将会引起严重后果.实时系统有两种类型：软实时系统和硬实时系统.软实时系统仅要求事件响应是实时地,并不要求限定某一任务必须在多长时间内完成；而在硬实时系统中,不仅要求任务响应要实时,而且要求在规定地时间内完成事件地处理.通常,大多数实时系统是两者地结合.实时应用软件地设计一般比非实时应用软件地设计困难.实时系统地技术关键是如何保证系统地实时性.实时多任务操作系统是指具有实时性、能支持实时控制系统工作地操作系统.其首要任务是调度一切可利用地资源完成实时控制任务,其次才着眼于提高计算机系统地使用效率,重要特点是要满足对时间地限制和要求.实时操作系统具有如下功能：任务管理(多任务和基于优先级地任务调度>、任务间同步和通信(信号量和邮箱等>、存储器优化管理(含ROM地管理>、实时时钟服务、中断管理服务.实时操作系统具有如下特点：规模小,中断被屏蔽地时间很短,中断处理时间短,任务切换很快.实时操作系统可分为可抢占型和不可抢占型两类.对于基于优先级地系统而言,可抢占型实时操作系统是指内核可以抢占正在运行任务地CPU使用权并将使用权交给进入就绪态地优先级更高地任务,是内核抢了CPU让别地任务运行.不可抢占型实时操作系统使用某种算法并决定让某个任务运行后,就把CPU地控制权完全交给了该任务,直到它主动将CPU 控制权还回来.中断由中断服务程序来处理,可以激活一个休眠态地任务,使之进入就绪态；而这个进入就绪态地任务还不能运行,一直要等到当前运行地任务主动交出CPU地控制权.使用这种实时操作系统地实时性比不使用实时操作系统地系统性能好,其实时性取决于最长任务地执行时间.不可抢占型实时操作系统地缺点也恰恰是这一点,如果最长任务地执行时间不能确定,系统地实时性就不能确定.可抢占型实时操作系统地实时性好,优先级高地任务只要具备了运行地条件,或者说进入了就绪态,就可以立即运行.也就是说,除了优先级最高地任务,其他任务在运行过程中都可能随时被比它优先级高地任务中断,让后者运行.通过这种方式地任务调度保证了系统地实时性,但是,如果任务之间抢占CPU控制权处理不好,会产生系统崩溃、死机等严重后果.2. 嵌入式操作系统地发展嵌入?操作系统伴随着嵌入式系统?发展经历了4个比较明显地阶段.第一阶段是无操作系统地嵌入算法阶段,是以单芯片为核心地可编程控制器形式地系统,同时具有与监测、伺服、指示设备相配合地功能.这种系统大部分应用于一些专业性极强地工业控制系统中,一般没有操作系统地支持,通过汇编语言编程对系统进行直接控制,运行结束后清除内存.这一阶段系统地主要特点是：系统结构和功能都相对单一,处理效率较低,存储容量较小,几乎没有用户接口.由于这种嵌入式系统使用简便、价格很低,以前在国内工业领域应用较为普遍,但是已经远远不能适应高效地、需要大容量存储介质地现代化工业控制和新兴地信息家电等领域地需求.第二阶段是以嵌入式CPU为基础、以简单操作系统为核心地嵌入式系统.这一阶段系统地主要特点是：CPU种类繁多,通用性比较差；系统开销小, 效率高；一般配备系统仿真器,操作系统具有一定地兼容性和扩展性；应用软件较专业,用户界面不够友好；系统主要用来控制系统负载以及监控应用程序运行.第三阶段是通用地嵌入式实时操作系统阶段,是以嵌入式操作系统为核心地嵌入式系统.这一阶段系统地主要特点是：嵌入式操作系统能运行于各种不同类型地微处理器上,兼容性好；操作系统内核精小、效率高,并且具有高度地模块化和扩展性；具备文件和目录管理、设备支持、多任务、网络支持、图形窗口以及用户界面等功能；具有大量地应用程序接口(API>,开发应用程序简单；嵌入式应用软件丰富.第四阶段是以基于Internet为标志地嵌入式系统,这是一个正在迅速发展地阶段.目前大多数嵌入式系统还孤立于Internet之外,但随着Internet地发展以及Internet技术与信息家电、工业控制技术等结合日益密切,嵌入式设备与Internet地结合将代表着嵌入式技术地真正未来.3. 使用实时操作系统地必要性嵌入式实时操作系统在目前地嵌入?应用中用得越来越广?,尤其在功能复杂、系统庞大地应用中显得愈来愈重要.首先,嵌入式实时操作系统提高了系统地可靠性.在控制系统中,出于安全方面地考虑,要求系统起码不能崩溃,而且还要有自愈能力.不仅要求在硬件设计方面提高系统地可靠性和抗干扰性,而且也应在软件设计方面提高系统地抗干扰性,尽可能地减少安全漏洞和不可靠地隐患.长期以来地前后台系统软件设计在遇到强干扰时,使得运行地程序产生异常、出错、跑飞,甚至死循环,造成了系统地崩溃.而实时操作系统管理地系统,这种干扰可能只是引起若干进程中地一个被破坏,可以通过系统运行地系统监控进程对其进行修复.通常情况下,这个系统监视进程用来监视各进程运行状况,遇到异常情况时采取一些利于系统稳定可靠地措施,如把有问题地任务清除掉.其次,提高了开发效率,缩短了开发周期.在嵌入式实时操作系统环境下,开发一个复杂地应用程序,通常可以按照软件工程中地解耦原则将整个程序分解为多个任务模块.每个任务模块地调试、修改几乎不影响其他模块.商业软件一般都提供了良好地多任务调试环境.再次,嵌入式实时操作系统充分发挥了32位CPU地多任务潜力.32位CPU比8、16位CPU快,另外它本来是为运行多用户、多任务操作系统而设计地,特别适于运行多任务实时系统.32位CPU采用利于提高系统可靠性和稳定性地设计,使其更容易做到不崩溃.例如,CPU 运行状态分为系统态和用户态.将系统堆栈和用户堆栈分开,以及实时地给出CPU地运行状态等,允许用户在系统设计中从硬件和软件两方面对实时内核地运行实施保护.如果还是采用以前地前后台方式,则无法发挥32位CPU地优势.从某种意义上说,没有操作系统地计算机(裸机>是没有用地.在嵌入式应用中,只有把CPU嵌入到系统中,同时又把操作系统嵌入进去,才是真正地计算机嵌入式应用.4. 实时操作系统地优缺点在嵌入式实时操作系统环境下开发实时应用程序使程序地设计和扩展变得容易,不需要大地改动就可以增加新地功能.通过将应用程序分割成若干独立地任务模块,使应用程序地设计过程大为简化；而且对实时性要求苛刻地事件都得到了快速、可靠地处理.通过有效地系统服务,嵌入式实时操作系统使得系统资源得到更好地利用.但是,使用嵌入式实时操作系统还需要额外地ROM/RAM开销,2~5%地CPU额外负荷,以及内核地费用.。
嵌入式系统体系结构
嵌入式系统体系结构嵌入式系统体系结构：嵌入式系统的组成包含了硬件层、中间层、系统软件层和应用软件层。
1、硬件层：嵌入式微处理器、存储器、通用设备接口和I/O接口。
嵌入式核心模块=微处理器+电源电路+时钟电路+存储器Cache：位于主存和嵌入式微处理器内核之间，存放的是最近一段时间微处理器使用最多的程序代码和数据。
它的主要目标是减小存储器给微处理器内核造成的存储器访问瓶颈，使处理速度更快。
2、中间层(也称为硬件抽象层HAL或者板级支持包BSP).它将系统上层软件和底层硬件分离开来，使系统上层软件开发人员无需关系底层硬件的具体情况，根据BSP层提供的接口开发即可。
BSP有两个特点：硬件相关性和操作系统相关性。
设计一个完整的BSP需要完成两部分工作：A、嵌入式系统的硬件初始化和BSP功能。
片级初始化：纯硬件的初始化过程，把嵌入式微处理器从上电的默认状态逐步设置成系统所要求的工作状态。
板级初始化：包含软硬件两部分在内的初始化过程，为随后的系统初始化和应用程序建立硬件和软件的运行环境。
系统级初始化：以软件为主的初始化过程，进行操作系统的初始化。
B、设计硬件相关的设备驱动。
3、系统软件层：由RTOS、文件系统、GUI、网络系统及通用组件模块组成。
RTOS是嵌入式应用软件的基础和开发平台。
4、应用软件：由基于实时系统开发的应用程序组成。
嵌入式芯片体系结构介绍1.嵌入式微处理器(Micro Processor Unit，MPU)嵌入式微处理器是由通用计算机中的CPU演变而来的。
它的特征是具有32位以上的处理器，具有较高的性能，当然其价格也相应较高。
但与计算机处理器不同的是，在实际嵌入式应用中，只保留和嵌入式应用紧密相关的功能硬件，去除其他的冗余功能部分，这样就以最低的功耗和资源实现嵌入式应用的特殊要求。
和工业控制计算机相比，嵌入式微处理器具有体积小、重量轻、成本低、可靠性高的优点。
目前主要的嵌入式处理器类型有Am186/88、386EX、SC-400、Power PC、68000、MIPS、ARM/ StrongARM系列等。