嵌入式系统软件设计PPT课件
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嵌入式系统软件的开发精华版.ppt
优点
1) 提高调试程序的效率 ，缩短开发周期，降 低成本
2) 简单、方便 3) 可扩展性强，可支持许多高级调试功能 4) 成本低廉，不需专门的调试硬件支持 5) 几乎所有的交叉调试器都支持这种方式
14
ROM Monitor
缺点
1) Debug Monitor需要用Crash and Burn方法开发。 2) 当ROM Monitor占用CPU时，应用程序不响应外
❖ 从以上嵌入式软件开发分类来看，嵌入 式软件开发工具可以分为 ：
与嵌入式OS相关的开发工具，用于开发基 于嵌入式OS的应用和部分的驱动程序等。
与嵌入式OS无关的开发工具，用于开发基 本的驱动程序、辅助硬件调试，系统软件 的开发等。
9
9.1.2 嵌入式软件的交叉开发环境
❖ 交叉开发环境是指用于嵌入式软件开 发的所有工具软件的集合，一般包括 文本编辑器、交叉编译器、交叉调试 器、仿真器、下器等工具。
6
嵌入式软件开发工具的分类
主要嵌入式软件开发工具产品
7
嵌入式软件开发工具的分类
❖ 嵌入式软件的开发可以分为以下几种 ：
编写简单的板级测试软件，主要是辅助硬 件的调试
开发基本的驱动程序
开发特定嵌入式操作系统的驱动程序（板 级支持包BSP）
开发嵌入式系统软件，如：嵌入式操作系 统等
开发应用软件
8
嵌入式软件开发工具的分类
（4）使用调试器进行调试，发出各种调试命令，监控 器解释并执行这些命令，通过目标机上的各种异常来 获取对目标机的控制，将命令执行结果回传给调试器；
（5）如果程序有问题，在调试器的帮助下定位错误； 修改之后再重新编译链接并下载程序，开始新的调试， 如此反复直至程序正确运行为止。
1) 提高调试程序的效率 ，缩短开发周期，降 低成本
2) 简单、方便 3) 可扩展性强，可支持许多高级调试功能 4) 成本低廉，不需专门的调试硬件支持 5) 几乎所有的交叉调试器都支持这种方式
14
ROM Monitor
缺点
1) Debug Monitor需要用Crash and Burn方法开发。 2) 当ROM Monitor占用CPU时，应用程序不响应外
❖ 从以上嵌入式软件开发分类来看，嵌入 式软件开发工具可以分为 ：
与嵌入式OS相关的开发工具，用于开发基 于嵌入式OS的应用和部分的驱动程序等。
与嵌入式OS无关的开发工具，用于开发基 本的驱动程序、辅助硬件调试，系统软件 的开发等。
9
9.1.2 嵌入式软件的交叉开发环境
❖ 交叉开发环境是指用于嵌入式软件开 发的所有工具软件的集合，一般包括 文本编辑器、交叉编译器、交叉调试 器、仿真器、下器等工具。
6
嵌入式软件开发工具的分类
主要嵌入式软件开发工具产品
7
嵌入式软件开发工具的分类
❖ 嵌入式软件的开发可以分为以下几种 ：
编写简单的板级测试软件，主要是辅助硬 件的调试
开发基本的驱动程序
开发特定嵌入式操作系统的驱动程序（板 级支持包BSP）
开发嵌入式系统软件，如：嵌入式操作系 统等
开发应用软件
8
嵌入式软件开发工具的分类
（4）使用调试器进行调试，发出各种调试命令，监控 器解释并执行这些命令，通过目标机上的各种异常来 获取对目标机的控制，将命令执行结果回传给调试器；
（5）如果程序有问题，在调试器的帮助下定位错误； 修改之后再重新编译链接并下载程序，开始新的调试， 如此反复直至程序正确运行为止。
嵌入式系统教学课件：第十二讲 嵌入式软件设计
是否是以写入 方式打开的文
把文件缓冲区 写入当前簇
释放掉文件结构 （File）的内存
函数结束
CloseOSFile函数的程序流程图
27
嵌入式GUI技术
28
GUI的概念
GUI的定义
Graphics User Interface, 是指计算机与其使用者之间的图形化对话 接口。
GUI的主要特征：
——Windows，采用窗口界面，每个窗口是用户或系统的一个工作 区域。一个屏幕上可以有多个窗口。
嵌入式系统
第十二讲 嵌入式软件设计
1
COS-II的不足之处
只有多任务调度的简单内核 内存管理过于简单，几乎没有动态内存管理功能 文件系统和图形界面需要外挂 对于设备驱动程序没有专门统一的接口
2
对COS-II进行必要的扩展
要想实现一个相对完整、实用的嵌入式操作系统，还需要 相当多的扩展性的工作。如： 建立了FAT兼容的文件系统 外设及驱动程序的实现 基于Unicode的汉字库 基本绘图函数的实现 其它实用API函数
系统外围设备的硬件部分包括：液晶显示屏（LCD）、USB通信 模块、键盘、海量Flash存储器、系统的时钟和日历。外围设备的 硬件部分是保证系统实现指定任务的最底层的部件。
2、驱动程序模块
驱动程序是连接底层的硬件和上层的API函数的纽带，有了驱动程 序模块，就可以把操作系统的API函数和底层的硬件分离开来。硬 件的改变、删除或者添加，只需要随之改变、删除或者添加提供 给操作系统的相应的驱动程序就可以了。而不会影响到API函数的 功能，更不会影响到用户的应用程序。
数据区域 (Data Area)
（1）系统记录（SR，System Record）
存放媒质信息和最重要的文件系统信息。媒质信息诸如Flash存 储器的类型、容量，划分成多少个区块，每区块包含多少个页面等。 文件系统信息包括版本信息、保留区块的数目和位置、文件分配表和 文件登记表所在的位置和大小、数据区域的位置和大小等。
把文件缓冲区 写入当前簇
释放掉文件结构 （File）的内存
函数结束
CloseOSFile函数的程序流程图
27
嵌入式GUI技术
28
GUI的概念
GUI的定义
Graphics User Interface, 是指计算机与其使用者之间的图形化对话 接口。
GUI的主要特征：
——Windows，采用窗口界面，每个窗口是用户或系统的一个工作 区域。一个屏幕上可以有多个窗口。
嵌入式系统
第十二讲 嵌入式软件设计
1
COS-II的不足之处
只有多任务调度的简单内核 内存管理过于简单，几乎没有动态内存管理功能 文件系统和图形界面需要外挂 对于设备驱动程序没有专门统一的接口
2
对COS-II进行必要的扩展
要想实现一个相对完整、实用的嵌入式操作系统，还需要 相当多的扩展性的工作。如： 建立了FAT兼容的文件系统 外设及驱动程序的实现 基于Unicode的汉字库 基本绘图函数的实现 其它实用API函数
系统外围设备的硬件部分包括：液晶显示屏（LCD）、USB通信 模块、键盘、海量Flash存储器、系统的时钟和日历。外围设备的 硬件部分是保证系统实现指定任务的最底层的部件。
2、驱动程序模块
驱动程序是连接底层的硬件和上层的API函数的纽带，有了驱动程 序模块，就可以把操作系统的API函数和底层的硬件分离开来。硬 件的改变、删除或者添加，只需要随之改变、删除或者添加提供 给操作系统的相应的驱动程序就可以了。而不会影响到API函数的 功能，更不会影响到用户的应用程序。
数据区域 (Data Area)
（1）系统记录（SR，System Record）
存放媒质信息和最重要的文件系统信息。媒质信息诸如Flash存 储器的类型、容量，划分成多少个区块，每区块包含多少个页面等。 文件系统信息包括版本信息、保留区块的数目和位置、文件分配表和 文件登记表所在的位置和大小、数据区域的位置和大小等。
ARM嵌入式LINUX应用程序设计PPT课件
内存分配与释放的数据结构2030linuxkfree它们用于分配和释放连续的内存空间blocksizepagedescriptorsizeskfree分配和释放内存block为单位进行的可以分配的空闲块的大小记录在blocksize表中它是一个静态数组linux设置了sizes数组对页面块进行描述数组元素是sizedescriptor结构体blocksizesizes元素数目相同它们一一对应sizes管理的各个页面块中每个块的头blockheader数控冲床冲压件数控冲床落料后再数控折弯件普通冲床开模冲压件剪板机落料及其它加工方式成形的钣金件点焊氩弧焊组焊件拉铆组件等其它方式加工而成的金属零件或组件
嵌入式软件测试中经常用到的测试工具： ➢ 内存分析工具 ➢ 性能分析工具 ➢ 覆盖分析工具 ➢ 缺陷跟踪工具
2021/3/18
15
嵌入式Linux面临的挑战
1
2
3
Linux的实时 扩充性
改变Linux内核 体系结构
完善Linux的集 成开发环境
Solution
➢ 扩展 Linux 的实时 性能
向外扩展 向上扩展
页式存储管理机制 页表
硬件无关部分
进程的映射和逻辑内存的对换
硬件相关部分
为内存管理硬件提供了虚拟接口
每个进程保留一张页表，用于将本进程 空间中 的虚拟地址变换成物理地址。
2021/3/18
20
进程调度
当需要选择下一个进程运行时，由调度程序选择最值得运行的进程，依 据每个进程的task_struct结构
交叉开 发环境
开放类型
GNU工具链
➢ 常用的交叉开发环
境主要有开放和商
业两种类型。开放 Metrowerks CodeWarrior
嵌入式软件测试中经常用到的测试工具： ➢ 内存分析工具 ➢ 性能分析工具 ➢ 覆盖分析工具 ➢ 缺陷跟踪工具
2021/3/18
15
嵌入式Linux面临的挑战
1
2
3
Linux的实时 扩充性
改变Linux内核 体系结构
完善Linux的集 成开发环境
Solution
➢ 扩展 Linux 的实时 性能
向外扩展 向上扩展
页式存储管理机制 页表
硬件无关部分
进程的映射和逻辑内存的对换
硬件相关部分
为内存管理硬件提供了虚拟接口
每个进程保留一张页表，用于将本进程 空间中 的虚拟地址变换成物理地址。
2021/3/18
20
进程调度
当需要选择下一个进程运行时，由调度程序选择最值得运行的进程，依 据每个进程的task_struct结构
交叉开 发环境
开放类型
GNU工具链
➢ 常用的交叉开发环
境主要有开放和商
业两种类型。开放 Metrowerks CodeWarrior
《嵌入式软件开发》课件
VxWorks
VxWorks是一种实时操作系统，广泛应用于航空航天、军事等领域。 它具有高度的可靠性和实时性，能够满足严苛的实时任务需求。
03
Android
Android是一种基于Linux的开源操作系统，主要用于移动设备。由于
其开放性和丰富的应用生态，Android也被广泛应用于嵌入式领域，如
智能家居、物联网设备等。
数据加密、数据备份与恢复
数据安全与隐私保护问题是嵌入式软 件开发中不可忽视的问题之一。由于 嵌入式系统通常涉及到敏感数据和隐 私信息，如果程序中存在数据泄露或 数据损坏问题，会导致严重的信息安 全和隐私侵犯问题。
解决方案： 对敏感数据进行加密处理 ，使用数据备份与恢复机制，确保数 据的完整性和安全性。同时加强用户 隐私保护意识，避免敏感信息的泄露 和滥用。
时钟管理问题
时钟不准确、时钟同步
时钟管理问题也是嵌入式软件开发中常见的问题之一。由于嵌入式系统 的时钟资源有限，如果程序中存在时钟不准确或时钟同步问题，会导致
系统时间错误或数据采集错误。
解决方案： 使用高精度时钟源，优化时钟配置，实现时钟同步和校准， 确保系统时间的准确性。
多任务并发问题
01
任务优先级、任务同步
外设接口
用于连接外部设备，扩展嵌入 式系统的功能。
嵌入式系统的软件架构
操作系统
负责资源管理和任务调度，提供系统服务。
驱动程序
用于管理硬件设备，实现与操作系统的通信 。
应用程序
实现特定功能的软件，直接与硬件交互。
嵌入式中间件
提供跨平台的通信和数据交换服务。
嵌入式软件开发工具与环境
IDE（集成开发环境）
《嵌入式软件开发》PPT课 件
VxWorks是一种实时操作系统，广泛应用于航空航天、军事等领域。 它具有高度的可靠性和实时性，能够满足严苛的实时任务需求。
03
Android
Android是一种基于Linux的开源操作系统，主要用于移动设备。由于
其开放性和丰富的应用生态，Android也被广泛应用于嵌入式领域，如
智能家居、物联网设备等。
数据加密、数据备份与恢复
数据安全与隐私保护问题是嵌入式软 件开发中不可忽视的问题之一。由于 嵌入式系统通常涉及到敏感数据和隐 私信息，如果程序中存在数据泄露或 数据损坏问题，会导致严重的信息安 全和隐私侵犯问题。
解决方案： 对敏感数据进行加密处理 ，使用数据备份与恢复机制，确保数 据的完整性和安全性。同时加强用户 隐私保护意识，避免敏感信息的泄露 和滥用。
时钟管理问题
时钟不准确、时钟同步
时钟管理问题也是嵌入式软件开发中常见的问题之一。由于嵌入式系统 的时钟资源有限，如果程序中存在时钟不准确或时钟同步问题，会导致
系统时间错误或数据采集错误。
解决方案： 使用高精度时钟源，优化时钟配置，实现时钟同步和校准， 确保系统时间的准确性。
多任务并发问题
01
任务优先级、任务同步
外设接口
用于连接外部设备，扩展嵌入 式系统的功能。
嵌入式系统的软件架构
操作系统
负责资源管理和任务调度，提供系统服务。
驱动程序
用于管理硬件设备，实现与操作系统的通信 。
应用程序
实现特定功能的软件，直接与硬件交互。
嵌入式中间件
提供跨平台的通信和数据交换服务。
嵌入式软件开发工具与环境
IDE（集成开发环境）
《嵌入式软件开发》PPT课 件
嵌入式系统教学：嵌入式系统及应用PPT课件
仿真器
用于模拟嵌入式系统的运行环境，便 于开发者在真实硬件之前进行调试和 测试。
调试器
用于在嵌入式系统运行过程中进行实 时调试，帮助开发者定位和解决问题。
交叉编译器
将应用程序代码编译为目标硬件平台 上的可执行文件，实现跨平台开发。
03 嵌入式系统的应用
智能家居
智能家居是嵌入式系统的重要应用领域之一，通过嵌入式系 统可以实现家庭设备的智能化控制和管理，提高生活便利性 和舒适度。
、医学影像设备等。
汽车电子
嵌入式系统用于汽车电 子控制系统，如发动机
控制、车身控制等。
嵌入式系统的发展历程
01
02
03
起源
嵌入式系统的概念起源于 20世纪70年代，主要用于 工业控制领域。
发展
随着微处理器技术的发展， 嵌入式系统逐渐普及，应 用领域不断扩大。
趋势
未来嵌入式系统将朝着智 能化、网络化、低功耗等 方向发展。
RTOS技术具有可移植性和可裁 剪性，可以根据实际需求进行 定制化开发，提高系统的可靠 性和性能。
06 嵌入式系统发展趋势与挑 战
物联网时代的嵌入式系统
嵌入式系统在物联网中的应用
嵌入式系统作为物联网的重要组成部分，广泛应用于智能家居、智能交通、智能制造等领域，实现设备间的互联 互通和智能化控制。
提高实际操作能力。
项目实践
组织学生进行嵌入式系统的项目 实践，将理论知识应用于实际项 目中，提高学生的综合应用能力。
注重培养学生的实际动手能力
提供实验设备和实验环境
学校应提供先进的实验设备和实验环境，满足学生进行实验和实 践的需求。
加强实验课程建设
增加实验课程的比重，设计更多具有挑战性和实用性的实验项目， 引导学生主动实践。
嵌入式系统(第章 嵌入式系统硬件平台与接口设计)ppt课件
28
Bank5：RTL8019AS，ISA总线兼容的10M以太网（ PHY＋MAC层）控制芯片。占用系统外部中断1，16位 数据总线；扩展IO口
Bank6：SDRAM，起始地址为0xC000000。在 SDRAM中，前512Kbyte的空间划分出来，作为系统 的LCD显示缓冲区使用（更新其中的数据，就可以更新 LCD的显示）。系统的程序存储空间从0xC080000开 始。也就是，引导系统的时候，需要把system.bin文件 复制到0xC080000开始的地址空间，把PC指针指向 0xC080000。
9
详细设计阶段-硬件设计
1. 设计硬件子系统：top-down方法 1. 分成模块 2. 设计框图 3. 例：CPU子系统、存储器子系统等
2. 定义硬件接口 1. I/O端口 2. 硬件寄存器 3. 共享内存 4. 硬件中断 5. 存储器空间分配 6. 处理器的运行速度
10
详细设计阶段-软件设计
29
3) Boot Loader的任务
Boot Loader是系统加电后首先运行的一段代码，完成 整个系统的加载启动任务。它首先完成系统硬件的初始 化，包括时钟的设置、存储器的映射等。并设置堆栈指 针，然后跳转到操作系统内核入口，如系统在加电或复 位时通常从地址0x00000000处开始执行，而在这个地 址处安排的通常就是系统的Boot Loader程序。
7
2）体系结构设计
决定因素
1. 系统是硬实时系统还是软实时系统 2. 操作系统是否需要嵌入 3. 物理系统的成本、尺寸和耗电量是否是产
品成功的关键因素 4. 选择处理器和相关硬件 5. 其他
8
3）详细设计阶段-硬件与软件划分 决定哪些用硬件实现，哪些用软件实现？ 例如：
Bank5：RTL8019AS，ISA总线兼容的10M以太网（ PHY＋MAC层）控制芯片。占用系统外部中断1，16位 数据总线；扩展IO口
Bank6：SDRAM，起始地址为0xC000000。在 SDRAM中，前512Kbyte的空间划分出来，作为系统 的LCD显示缓冲区使用（更新其中的数据，就可以更新 LCD的显示）。系统的程序存储空间从0xC080000开 始。也就是，引导系统的时候，需要把system.bin文件 复制到0xC080000开始的地址空间，把PC指针指向 0xC080000。
9
详细设计阶段-硬件设计
1. 设计硬件子系统：top-down方法 1. 分成模块 2. 设计框图 3. 例：CPU子系统、存储器子系统等
2. 定义硬件接口 1. I/O端口 2. 硬件寄存器 3. 共享内存 4. 硬件中断 5. 存储器空间分配 6. 处理器的运行速度
10
详细设计阶段-软件设计
29
3) Boot Loader的任务
Boot Loader是系统加电后首先运行的一段代码，完成 整个系统的加载启动任务。它首先完成系统硬件的初始 化，包括时钟的设置、存储器的映射等。并设置堆栈指 针，然后跳转到操作系统内核入口，如系统在加电或复 位时通常从地址0x00000000处开始执行，而在这个地 址处安排的通常就是系统的Boot Loader程序。
7
2）体系结构设计
决定因素
1. 系统是硬实时系统还是软实时系统 2. 操作系统是否需要嵌入 3. 物理系统的成本、尺寸和耗电量是否是产
品成功的关键因素 4. 选择处理器和相关硬件 5. 其他
8
3）详细设计阶段-硬件与软件划分 决定哪些用硬件实现，哪些用软件实现？ 例如：
嵌入式系统ppt课件
iPhone®
Went on sale in June 2007
One Samsung ARM1176
application processor core
Memory capacity: 8 – 16 GB
Display: 3.5 inch widescreen multitouch
Operating system: MAC OS X
Embedded system: any device that includes a programmable computer but is not itself a general-purpose computer With OS (use microprocessors) Without OS (use microcontrollers)
3 output ports, 6 wire digital platform
100 x 64 pixel LCD graphical display
Sound channel with 8-bit resolution
Stores multiple programs
精选ppt
11
应用范例介绍二
嵌入式系统 概论
精选ppt
1
What is this?
பைடு நூலகம்
The Von Neumann Architecture
精选ppt
2
What is Embedded ?
精选ppt
3
什么是嵌入式系统?
计算机，假装自己不是计算机…… (Stephen A. Edwards)
精选ppt
4
为什么要嵌入?
為何计算机要嵌入？
《嵌入式操作系统》课件
通过这些函数和API，应用程序可以访问系统资源、调用系统服务等，实现各种应用功能。
应用程序接口的设计和实现直接影响到应用程序的开发效率和系统性能。
03
嵌入式操作系统的关键技术
实时多任务调度是嵌入式操作系统中的一项重要技术，它能够根据任务的优先级和时间要求，合理分配系统资源，确保任务及时完成。
实时多任务调度需要解决的关键问题是任务的优先级分配、任务间的同步与通信以及死锁的避免。
无人机控制系统需要处理复杂的传感器数据、控制指令和通信协议，嵌入式操作系统的高效、实时、可靠等特点能够满足这些需求，提高无人机的稳定性和安全性。
工业自动化系统是嵌入式操作系统的又一重要应用领域，通过嵌入式操作系统实现对工业设备的控制和管理，提高生产效率和产品质量。
工业自动化系统中的设备包括传感器、执行器、控制器等，这些设备通过嵌入式操作系统实现互联互通，实现自动化生产线的智能化和柔性化。
《嵌入式操作系统》PPT课件
目 录
嵌入式操作系统概述嵌入式操作系统的体系结构嵌入式操作系统的关键技术嵌入式操作系统的开发工具与环境嵌入式操作系统的应用案例嵌入式操作系统的未来发展趋势与挑战
01
嵌入式操作系统概述
总结词
嵌入式操作系统是一种专为嵌入式系统设计的操作系统，具有实时性、可靠性和资源受限等特点。
医疗电子设备是嵌入式操作系统的应用领域之一，通过嵌入式操作系统实现对医疗设备的控制和管理，提高医疗服务的效率和质量。
医疗电子设备包括医疗影像设备、监护仪、治疗仪等，这些设备通过嵌入式操作系统实现智能化控制和管理，提高医疗服务的准确性和安全性。
06
嵌入式操作系统的未来发展趋势与挑战
嵌入式操作系统在物联网时代将发挥更加重要的作用，支持各种智能设备的互联互通和协同工作。
应用程序接口的设计和实现直接影响到应用程序的开发效率和系统性能。
03
嵌入式操作系统的关键技术
实时多任务调度是嵌入式操作系统中的一项重要技术，它能够根据任务的优先级和时间要求，合理分配系统资源，确保任务及时完成。
实时多任务调度需要解决的关键问题是任务的优先级分配、任务间的同步与通信以及死锁的避免。
无人机控制系统需要处理复杂的传感器数据、控制指令和通信协议，嵌入式操作系统的高效、实时、可靠等特点能够满足这些需求，提高无人机的稳定性和安全性。
工业自动化系统是嵌入式操作系统的又一重要应用领域，通过嵌入式操作系统实现对工业设备的控制和管理，提高生产效率和产品质量。
工业自动化系统中的设备包括传感器、执行器、控制器等，这些设备通过嵌入式操作系统实现互联互通，实现自动化生产线的智能化和柔性化。
《嵌入式操作系统》PPT课件
目 录
嵌入式操作系统概述嵌入式操作系统的体系结构嵌入式操作系统的关键技术嵌入式操作系统的开发工具与环境嵌入式操作系统的应用案例嵌入式操作系统的未来发展趋势与挑战
01
嵌入式操作系统概述
总结词
嵌入式操作系统是一种专为嵌入式系统设计的操作系统，具有实时性、可靠性和资源受限等特点。
医疗电子设备是嵌入式操作系统的应用领域之一，通过嵌入式操作系统实现对医疗设备的控制和管理，提高医疗服务的效率和质量。
医疗电子设备包括医疗影像设备、监护仪、治疗仪等，这些设备通过嵌入式操作系统实现智能化控制和管理，提高医疗服务的准确性和安全性。
06
嵌入式操作系统的未来发展趋势与挑战
嵌入式操作系统在物联网时代将发挥更加重要的作用，支持各种智能设备的互联互通和协同工作。