一种嵌入式系统的内存分配方案
摘要：实时性、可靠性的要求，使得许多嵌入式应用使用自己的内存管理程序。本文探讨嵌入式系统中对内存管理的要求、存在的问题以及可能的解决策略；介绍一种“一次分配，多次使用”的动态内存分配方法，并给出2个例子。
关键词：嵌入式系统内存管理一次分配多次使用
1 嵌入式系统中对内存分配的要求
①快速性。嵌入式系统中对实时性的保证，要求内存分配过程要尽可能地快。因此在嵌入式系统中，不可能采用通用操作系统中复杂而完善的内存分配策略，一般都采用简单、快速的内存分配方案。当然，对实性要求的程序不同，分配方案也有所不同。例如，VxWorks采用简单的最先匹配如立即聚合方法；VRTX中采用多个固定尺寸的binning方案。
②可靠性。也就是内存分配的请求必须得到满足，如果分配失败可能会带来灾难性的后果。嵌入式系统应用的环境千变万化，其中有一些是对可靠性要求极高的。比如，汽车的自动驾驶系统中，系统检测到即将撞车，如果因为内存分配失败而不能相应的操作，就会发生车毁人亡的事故，这是
不能容忍的。
③高效性。内存分配要尽可能地少浪费。不可能为了保证满足所有的内存分配请求而将内存配置得无限大。一方面，嵌入式系统对成本的要求使得内存在其中只是一种很有限的资源；另一方面，即使不考虑成本的因素，系统有限的空间和有限的板面积决定了可配置的内存容量是很限的。
静态分配与动态分配
究竟应用使用静态分配还是动态分配，一直是嵌入式系统设计中一个争论不休的总是。当然，最合适的答案是对于不同的系统采用不同的方案。如果是系统对于实时性和可靠性的要求极高，不能容忍一点延时或者一次分配失败，当然需要采用静态分配方案，也就是在程序编译时所需要的内存都已经分配好了。例如，火星探测器上面的嵌入式系统就必须采用静态分配的方案。另外，WindRiver公司的一款专门用于汽车电子和工业自动化领域的实时操作系统OSEKWorks中就不支持内存的动态分配。在这样的应用场合，成本不支持内存的动态分配。在这样的应用场合，成本不是优先考虑的对象，实时性和可靠性才是必须保证的。当然，采用静态分配一个不可避免的总是就是系统失去了灵活性，必须在设计阶段就预先知道所需要的内存并对之作出分配；必须在设计阶段就预先考虑到所有可能的情况，因为一旦出现没有考虑到的情况，系统就无法处理。这样的分配方
案必须导致很大的浪费，因为内存分配必须按照最坏情况进行最大的配置，而实际上在运行中可能使用的只是其中的一小部分；而且在硬件平台不变的情况下，不可能灵活地为系统添加功能，从而使得系统的升级变得困难。
大多数的系统是硬实时系统和软实时系统的综合。也就是说，系统中的一部分任务有严格的时限要求，而另一部分只是要求完成得越快越好。按照RMS 理论，这样的系统必须采用抢先式任务调度；而在这样的系统中，就可以采用动态内存分配来满足那一部分可靠性和实时性要求不那么高的任务。采用动态内存分配的好处就是给设计者很大的灵活性，可以方便地将原来运行于非嵌入式操作系统的程序移植到嵌入式系统中，比如，许多嵌入式系统中使用的网络协议栈。如果必须采用静态内存分配，移植这样的协议栈就会困难得多。另外，采用动态内存分配可以使设计者在不改变基本的硬件平台的情况下，比较灵活地调整系统的功能，在系统中各个功能之间作出权衡。例如，可以在支持的VLAN 数和支持的路由条目数之间作出调整，或者不同的版本支持不同的协议。说到底，动态内存分配给了嵌入式系统的程序设计者在比较少的限制和较大的自由。因此，大多数实时操作系统提供了动态内存分配接口，例如malloc和free函数。
RTOS提供的内存分配接口
不同的RTOS由于其不同的定位，采用不同的内存分配
策略。例如VRTX中，采用类似于GNU C中由Doug Lea开发的内存分配方案，即Binning算法，系统内存被分成了一些固定尺寸的内存块的算法，系统内存被分成了一些固定尺寸的内存块的集合。这种方法的优点是查找速度快而且不会产生内存碎片。但是，它的缺点也很明显，就是容易造成浪费，因为内存块的尺寸只有有限个，分配时只能取较大的内存块来满足一个较小的需求，累积起来，浪费就很大了；而且操作系统管理这样一个内存分配表也是一个很大的负担。
下面详细介绍一下我们常用的RTOS——美国风河公司的VxWorks中采用的内存分配策略。VxWorks的前身就是VRTX，据说VxWorks的名称来自make vrtx work。
VxWorks的内存管理函数存在于2个库中；memPartLib 和memLib。前者提供的工具用于从内存分区中分配内存块。该库包含两类程序，一类是通用工具创建和管理内存分区并从这些分区中分配和管理内存块；另一类是标准的malloc/free程序提供与内存分区的接口。系统内存分区在内核初始化时由usrRoot调用memInit创建。其开始地址为RAM中紧接着VxWorks的BSS段之后，大小为所有空闲内存，如图1所示。
当创建其它分区时，一般需要先调用malloc从系统内存分区中分配一段内存才能创建。内存分区的结构定义为mem_part，包含1个对象标记，1个双向链表管理空闲块，1
个信号量保护该分区及一些统计信息，如总尺寸、最大块尺寸、调试选项、已分配的块数、已分配的尺寸等。其语句如下：
typedef struct mem_part {
OBJ_CORE objCore; /*对象标志*/
DL-LIST freeList；/*空闲链表*/
SEMAPHORE sem; /*保护分区的信号量*/
Unsigned totalWords；/*分区中字数*/
Unsigned minBlockWords; /*以字为单位的最小块尺寸*/ Unsigned options; /*选项，用于调试或统计*/
/*分配统计*/
unsigned curBlocksAllocated; /*当前分配的块数*/
unsigned curWorkdAllocated; /*当前分配的字数*/
unsigned cumBlockAllocated；/*累积分配的块数*/
unsigned cumWordsAllocated；/*累积分配的字数*/
}PARTITION；
一般系统中只有1个内存分区，即系统分区，所有任务所需要的内存直接调用malloc从其中分配。分配采用First-Fit 算法，通过free释放的内存将被聚合以形成更大的空闲块。这就是VxWorks的内存分配机理。分配时可以要求一定的对齐格式。注意，不同的CPU架构有不同的对齐要求。为了优化性能，malloc返回的指针是经过对齐的，为此的开销随构
不同而不同。例如，68K为4字节对齐，开销8字节；SPARC 为8字节对齐，开销12字节；MIPS为16字节对齐，开销12字节；I960为16字节对齐，开销16字节。
MemLib库中提供了增强的内存分区管理工具，并且增加了一些接口，而且可以设置调试选项。可以检测2类错误：①尝试分配太大的内存；②释放内存时发现坏块。有4种错误处理选项，当发生错误时记录消息或挂起任务。
但是，使用动态内存分配malloc/free时要注意到以下几方面的限制。①因为系统内存分区是一种临界资源，由信号量保护，使用malloc会导致当前调用挂起，因此它不能用于中断服务程序；②因为进行内存分配需要执行查找算法，其执行时间与系统当前的内存使用情况相关，是不确定的，因此对于有规定时限的操作它是不适宜的；③由于采用简单的最先匹配算法，容易导致系统中存在大量的内存碎片，降低内存使用效率和系统性能。
针对这种情况，一般在系统设计时采用静态分配与动态分配相结合的方法。也就是对于重要的应用，在系统初始化时分配好所需要的内存。在系统运行过程中不再进行内存的分配/释放，这样就避免了因内存的分配释放带来的总是。而且在系统初始化，因为没有内存碎片，对于大的内存块的需求容易满足。对于其它的应用，在运行时进行动态内存分配。尤其是某些应用所要求的大量固定尺寸的小内存块，这时就
可以采用一次分配多次使用的内存分配方案。下面详细介绍这种内存分配方案及其应用场合。
一次分配多次使用的内存分配方案
在嵌入式系统设计中，经常有一些类似于内存数据库的应用。这些应用的特点是在内存中管理一些树，比如以太网交换机中的MAC地址表、VLAN表等，或者路由器中的路由表。这些树是由许多相同尺寸的节点组成的。这样，就可以每次分配一个大的缓冲池，比如包含多个内存单元的数组，每个内存单元用于1个节点。我们用一个空闲链表来管理该数组中的空闲内存单元。每次程序需要分配内存以创建1个新的节点时，就从空闲链表中取1个单元给调用者。程序删除节点并释放内存时，将释放的内存单元返还给空闲链表。如果链表中的空闲内存单元取空了，就再次调用malloc 从系统内存中分配一个大的内存块作为新的缓冲池。采用这样一种方案主要有如下优点：①减少了malloc/free的调用次数，从而降低了风险，减少了碎片；②因为从缓冲池中取一个内存单元是时间确定的，因此它可以用于严格时限的场合从而保证实时性；③它给用户以自由来添加一些用于内存分配和释放的调试函数以及一些统计功能，更好地监测系统中内存的使用情况。
这种方案必然涉及到一个缓冲池的结构。一般缓冲池的结构由以下几部分组成：单元尺寸、块尺寸、缓冲池指针、
空闲链表、用于统计和调试的参数等。对缓冲池的操作包括创建缓冲池、释放缓冲池、从缓冲池中分配1个内存单元、释放内存单元回缓冲池等。下面举2个例子说明一下该方案的具体使用情况。
．1 Intel交换机驱动程序中内存分配
在以Intel的交换芯片为基础的交换机方案中，因为采用的是软件地址学习的方式，需要在内存中维护许多数据，如MAC地址表的软拷贝、VLAN表、静态单播地址表、组播地址表等。这些表都是由一些树组成，每个树由一些固定尺寸的节点组成。一般每个节点几十个字节，每棵树的节点数是可增长的，少则几十，最多可到16K个节点。因此，很适合于采用该方案，具体的实现如下：
缓冲池结构BlockMemMgr
typedef struct{
MemSize data_cell_size; /*数据单元的尺寸*/
MemSize block_size; /*块尺寸*/
/*下面的变量为预定义的每个管理器最多包含的块数，如64
MAX_BLOCKS_OF_MEM_SIZE*/
Unsigned short blocks_bEing_used;/*已使用的块数*/
V oid mem_ptr[PAX_BLOCKS_OF_MEM_SIZE];
/*块数组*/
SLList free_data_cells_list; /*空闲链表*/
}BlockMemMgr;
结构中的参数包括：单元尺寸、块尺寸、已用块数、所有块的地址、空闲链表。
缓冲池的管理函数
◆block_mem_create：创建块内存管理器，参数包括内存指针、块尺寸、单元尺寸、返回管理器指针。
过程如下：
①检验参数合法性。
②单元尺寸4字节对齐，计算每个块中的单元数。对内存指针进行4字节对齐或者分配内存指针。
③初始化结构BlockMemMgr，包括单元尺寸和块尺寸。设置第1个内存块的指针。如果内存是外来的，设置块已用标志，表示不能增加块；否则，已用块数设为1。
④创建空闲链表，将块内所有单元添加到链表中，最后一个单元处于链表的最前面。
⑤返回BlockMemMgr。
◆block_mem_destroy：解构一个块内存管理器，释放它所分配的所有内存，调用者负责外部内存的释放。参数为BlockMemMgr。返回成功失败标志。
①参数合法性检测。
②删除单向链表。
③如果块是动态分配的，释放它们。
④释放结构BlockMemMgr。
◆block_malloc：从块内存管理器中分配1个单元
⑤释放结构BlockMemMgr
◆block_malloc：从块内存管理器中分配1个单元。参数为BlockMemMgr，返回数据单元指针。
①参数合法性检测。
②判断空闲链表是否为空。如果为空，判断是否可以动态分配块，如果不能，返回失败；如果可以动态分配块，则分配1个块，执行与block_mem_create一样的操作。
③从空闲链表中分配第1个单元，返回其指针。
注意这里有一个小技巧，即数据单元在空闲时其中存放空闲链表的节点信息，而分配后则存放数据内容。
◆block_free：释放1个数据单元，返回块内存管理器。小心不要对1个单元释放2次。参数为BlockMemMgr和单元指针。
①参数合法性检测。
②地址比较，判断数据单元属于哪个块。
③判断数据单元的内容是否为空闲链表节点信息，从而确定是否为2次释放。
④将该数据单元插入到空闲链表的前面。
⑤引用该单元的指针设为NULL。
内存管理代码遵守如下约定：①管理的内存是实际可写的内存；②分配内存是4字节或32位对齐；③block_malloc、block_free在中断级调用是部分安全的，除非BLOCK中已经没有空闲CELL，需要重新调用malloc分配新的BLOCK。当然，block_mem_create和block_mem_destroy必须在进程级调用。
．TMS中的内存分配
TMS是WindRiver公司为可管理式交换机推出的开发包。它用用IDB来管理各种协议的数据，比如STP和GVRP 等。为了支持IDB，它建立了自己的缓冲池管理方案，程序在中。该程序包含用于缓冲池管理的函数，这些函数允许从1个池中分配固定数目和大小的缓冲区。通过预先分配一定数目固定大小的缓冲区，避免了反复的小的内存块分配/释放相关联的内存碎片和浪费。既然它从1个单一的块中分配缓冲池，也比对每一个缓冲区执行1次分配有更高的空间效率。模块对每个缓冲区加上1个标记，释放时会检查标记。模块给用户提供分配和释放操作定义回调函数的能力。这样可以做到自动的对象创建和解构，同时允许由多个缓冲池分配的成员组成的对象做为1个单一的实体删除。这类似于C++中自动的对象构建和解构，不过是用C语言并且没有堆栈分配的负担。模块既允许从堆栈中分配缓冲池，也可以在用户分
配的空间中创建它们。模块用1个单向链表来维护未分配的缓冲区，但不跟踪已分配的缓冲区。模块并不是任务安全的，用户需要用信号时来保护缓冲池。
缓冲池结构
typedef struct
{
ulong_t magic; /*用于一致性检测的特殊标记*/
Boolean localAlloc; /*内存是否在创建缓冲区时分配*/
SL_LIST freeList; /*空闲链表*/
V oid store; /*缓冲区指向的内存指针*/
STATUS(*createFn)(void*,ulong_t argl); /*创建缓冲区时的回调函数指针*/
STATUS(void*,ulong_targl);/*释放缓冲区时的回调函数指针*/
Ulong_t argVal;/*回调函数的参数*/
} buf_pool_t;
结构中的参数包括检查标记MAGIC、是否本地分配、空闲链表、内存指针、创建缓冲池的回调函数指针、释放时的回调函数指针、回调函数参数。
相关函数
◆BufPoolInitializeStorage：分配和初始化存储区。参数包括存储区地址、缓冲区大小、缓冲区个数。
①根据缓冲区大小和个数获得所需的内存大小。
②如果指针为NULL，则调用calloc分配内存。设置本地分配标志。
③初始化内存为0。
④初始化指针。分配的内存块最前面为缓冲池结构buf_pool_t。实际的存储区紧随其后。Buf_pool_t包含参数检查标记、是否本地分配、存储区地址、分配时回调函数、释放时回调函数、回调函数变量。此时只设置存储区指针。
◆BufPoolCreate：创建缓冲池。参数为内存制止。缓冲区尺寸和个数，创建时回调函数、释放时回调函数、回调函数参数。
①尺寸对齐。
②调用bufPoolInitializeStorage初始化内存区和buf_pool_t结构。
③用传入参数填充buf_pool_t结构。
④将缓冲区添加到空闲链表中，最后的缓冲区在最前面。
◆BufPoolDestroy：删除缓冲池。参数为buf_pool_t指针。
①检查缓冲池结构中的MAGIC字段是否被个性。
②如果是本地分配的则翻放内存区。
◆BufPoolAlloc：从缓冲池中分配一个缓冲区，参数为缓冲池结构指针。如果存在空闲缓冲区，则从空闲链表中除
并提供给调用者，执行创建时回调函数。如果回调函数返回错误，则将缓冲区返还给空闲链表。
①检查缓冲池结构中的MAGIC标记是否完好。
②从空闲链表中取出头一个节点。
③如果节点不为空，清空节点，以其地址为参数调用回调函数。
④如果回调函数返回错误，则将节点还给空闲链表。
⑤返回得到空闲缓冲区地址。
◆BufPoolFree：将缓冲区返回给缓冲池。如果定义了回调函数，将在归还缓冲之间调用回调函数。参数为缓冲池结构和缓冲区指针。
①缓冲池MAGIC标记是否完好。
②如果定义回调函数、调用之。如果返回错误，则设置错误号。
③将缓冲区添加到空闲链表中头部。
注意该函数有2点：①回调函数返回错误，照样归还缓冲区。②没有检查缓冲区是否二次释放，这一点与Intel的驱动程序不同。
另外，TMS的缓冲池没有BLOCK要领，不需要判断哪个CELL属于哪个BLOCK，简化了操作。
小结
许多嵌入式应用在RTOS提供的malloc/free的基础上编写自己的内存管理方案。编写这样的内存管理方案，目的无非有两个：一是减少对malloc/free的依赖，从而避免由之带来的内存碎片、时间不确定等总是；另一个是增强程序的查错能力，送还内存使用错误。对于在嵌入式系统中广泛存在的数据库类型的内存需求，即分配多个固定尺寸的内存单元的要求，“一闪分配，多次使用”的方案无疑是一种很好的解决之道。文中介绍的2个例子很好地体现了它的优越性。
其中，ENTRY(begin)指明程序的入口点为begin标号；.=0x00300000指明目标代码的起始地址为0x00300000，这一段地址为MX1的片内RAM；.text : { *(.text) }表示从0x00300000开始放置所有目标文件的代码段，随后的.data: { *(.data) }表示数据段从代码段的末尾开始，再后是.bss段。
用连接器生成最终目标文件
有了连接脚本文件，如下命令可生成最终的目标文件：arm-linux-ld-nostadlib-o
其中，ostadlib表示不连接系统的运行库，而是直接从begin入口；-o指明目标文件的名称；-T指明采用的连接脚本文件；最后是需要连接的目标文件列表。
生成二进制代码
连接生成的elf文件还不能直接下载执行，通过objcopy
工具可生成最终的二进制文件：
arm-linux-objcopy-O binary
其中-Obinary指定生成为二进制格式文件。Objcopy还可以生成S格式的文件，只需将参数换成-O srec。如果想将生成的目标代码反汇编，还可以用objdump工具：arm-linux-objdump-D
至此，所生成的目标文件就可以直接写入Flash中运行了。如果要通过自举模式下载，还需要转换为自举模式的文件格式，相关转换工具可以在摩托罗拉的网站上找到。
掌握了GNU工具后，开发者就可以开发或移植C或C++代码的程序。用户可以不需要操作系统，直接开发简单应用程序。但对于更复杂的应用来说，操作系统必不可少。目前流行的源代码公开的操作系统如Linux、μC/OS都可以用GNU工具编译。ARM的Linux已有很多成熟的版本，可以支持ARM720、ARM920、ARM1020等多种处理器，Linux 移植过程中和处理器相关的代码都放在arch/arm目录下。对于内核，用户需要做的是设定自己系统的内存映像，RAM 起始地址，I/O地址空间和虚拟I/O地址空间，参看arch/arm/mach-integrator/文件。除了内核外，用户还需要为自己的系统编制各种各样的驱动程序。
调试工具
Linux下的GNU调试工具主要是gdb、gdbserver和kgdb。其中gdb和gdbserver可完成对目标板上Linux下应用程序的远程调试。gdbserver是一个很小的应用程序，运行于目标板上，可监控被调试进程的运行，并通过串口与上位机上的gdb 通信。开发者可以通过上位机的gdb输入命令，控制目标板上进程的运行，查看内存和寄存器的内容。以后的版本加入了对ARM处理器的支持，在初始化时加入－target==arm参数可直接生成基于ARM平台的gdbserver。
对于Linux内核的调试，可以采用kgdb工具，同样需要通过串口与上位机上的gdb通信，对目标板的Linux内核进行调试。
结束语
本文以一个具体的实例为例，对GNU工具中的常用功能作了介绍。其实GNU工具的功能还远不止这些，更进一步的操作有：针对不同处理器，不同算法的软件优化、高效的内嵌汇编、大型项目管理功能等。相信GNU能成为越来越多开发人员的选择。
嵌入式操作系统简介以及发展史 导语：嵌入式操作系统离我们生活并不远，甚至我们生活中处处都可见，比如各种路由器，机顶盒，洗衣机，空调，手机等。嵌入式操作系统的定义： 嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，软硬件可裁减，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用操作系统。嵌入式系统的发展：嵌入式操作系统并不是一个新生的事物，从20世纪80年代起，国际上就有了一些IT组织，公司开始进行商用嵌入式系统和专用操作系统的研发，这期间涌现了一些著名的嵌入式操作系统：windows CEVxWorkspSOSQNXPalm OSOS-9LynxOS目前，有很多商用嵌入式操作系统都在努力的为自己争取嵌入式市场的份额。但是，这些专用操作系统均属于商业化产品，价格昂贵，而且，他们的源码不公开，使得各自的嵌入式系统上的应用软件不能互相兼容。这导致了商业嵌入式系统对支持各种设备存在了很大的问题，使软件移植变得相当困难，但是，在这个时候，我们伟大的linux操作系统横空出世， 由于linux自身诸多的优点以及优势，吸引了许多开发商的 目光，使得linux成为了嵌入式操作系统的新宠。嵌入式操 作系统发展的四个阶段：第一阶段：无操作系统的嵌入式算法阶段，以单芯片为核心的可编程控制器的系统，具有监测，
伺服，指示设备相配合的功能。应用在一些专业性极强的工业控制系统，使用古老的汇编语言进行系统的直接控制。第二阶段：以嵌入式CPU为基础，简单操作系统为核心的嵌入式操作系统，CPU种类繁多，通用性差，系统开销小，效率高，一般配备系统仿真器，操作系统有一定的兼容性，软件较为专业，用户界面不够友好，系统主要用来监测系统和应用程序运行。 第三阶段：通用的嵌入式实时操作系统阶段，以嵌入式操作系统为核心的嵌入式系统，能运行于各种微处理器上，兼容性好，内核小，效率高，具有高度的模块化和扩展化，有文件管理和目录管理，设备支持，多任务，网络支持，图形窗口以及用户界面等功能，具有大量的应用程序接口（API），软件非常丰富，代表就是linux。 第四阶段：以Internet为标志的嵌入式操作系统，这是一个正在迅速发展的阶段，现在非常多的嵌入式操作系统已经有了接入Internet的能力。通过一个综合网关。 常见的嵌入式操作系统：uC/OS-Ⅱ：uC/OS-Ⅱ是一个公开源码，结构小巧，实时内核的实时操作系统。是一种基于优先级的可抢占式的硬实时内核，其内核提供任务管理与调度，时间管理，任务同步和通信，内存管理，中断服务等功能。其内核最小可以编译至2KB左右。-RTLinux：RTLinux是一个源代码开放的具有硬实时特性的多任务操作系统，他是通
视听研究所 主页：论坛： 所有资料均收集于各网站。 若您认为有关资料不适合公开，请联系newvideo@https://www.doczj.com/doc/376593518.html, 我们会第一时间删除。 感谢各位网友的无私奉献和支持！ 加密时间：2008-2-1 获取更多权威电子书请登录 ARM 嵌入式系统开发综述 ARM 开发工程师入门宝典 获取更多权威电子书请登录 前言 嵌入式系统通常是以具体应用为中心，以处理器为核心且面向实际应用的软硬件系统，其硬件是整个嵌入式系统运行的基础和平台，提供了软件运行所需的物理平台和通信接口；而嵌入式系统的软件一般包括操作系统和应用软件，它们是整个
系统的控制核心，提供人机交互的信息等。所以，嵌入式系统的开发通常包括硬件和软件两部分的开发，硬件部分主要包括选择合适的MCU 或者SOC 器件、存储器类型、通讯接口及I/O、电源及其他的辅助设备等；软件部分主要涉及OS porting和应用程序的开发等，与此同时，软件中断调试和实时调试、代码的优化、可移植性/可重用以及软件固化等也是嵌入式软件开发的关键。 嵌入式系统开发的每一个环节都可以独立地展开进行详细的阐述，而本文的出发点主要是为嵌入式开发的初学者者提供一个流程参考。因为对于初学者在面对一个嵌入式开发项目的时候，往往面临着诸多困难，如选择什么样的开发平台？什么样的器件类型？在进行编译时怎样实现代码优化？开发工具该如何选择和使用？在进行程序调试时应该注意那些问题以及选择什么样的嵌入式OS 等等。希望通过本文，能帮助初学者了解有关ARM 嵌入式系统开发流程。 获取更多权威电子书请登录 目录 前言 (2) 1 嵌入式开发平台 (4) 1.1 ARM的开发平台： (4) 1.2 器件选型 (7) 2 工具选择 (11) 3 编译和连接 (13) 3.1 RVCT的优化级别与优化方向 (16) 3.2 Multifile compilation (21) 3.3调试 (22)
三种常用的嵌入式操作系统分析与比较 摘要：提要三种常用的嵌入式操作系统——Palm OS、Windows CE、Linux；在此基础上、分析、比较这三种嵌入式操作系统，给出它们之间的异同点及各自的适用范围。 1 嵌入式系统与嵌入式操作系统 1.1 嵌入式系统 嵌入式系统是以嵌入式计算机为技术核心，面向用户、面向产品、面向应用，软硬件可裁减的，适用于对功能、可靠性、成本、体积、功耗等综合性能有严格要求的专用计算机系统。 嵌入式系统应具有的特点是：高可靠性；在恶劣的环境或突然断电的情况下，系统仍然能够正常工作；许多嵌入式应用要求实时性，这就要求嵌入式操作系统具有实时处理能力；嵌入式系统和具体应用有机地结合在一起，它的升级换代也是具体产品同步进行；嵌入式系统中的软件代码要求高质量、高可靠性，一般都固化在只读存储器中或闪存中，也就是说软件要求固态化存储，而不是存储在磁盘等载体中。 1.2 嵌入式操作系统 嵌入式操作系统EOS （Embedded Operating System）是一种用途广泛的系统软件，过去它主要应用于工业控制和国防系统领域。EOS负责嵌入系统的全部软、硬件资源的分配、调度作，控制、协调并发活动；它必须体现其所在系统的特征，能够通过装卸某些模块来达到系统所要求的功能。目前，已推出一些应用比较成功的EOS产品系列。随着Internet技术的发展、信息家电的普及应用及EOS的微型化和专业化，EOS开始从单一的弱功能向高专业化的强功能方向发展。嵌入式操作系统在系统实时高效性、硬件的相关依赖性、软件固化以及应用的专用性等方面具有较为突出的特点。EOS是相对于一般操作系统而方的，它除具备了一般操作系统最基本的功能，如任务调度、同步机制、中断处理、文件处理等外，还有以下特点： ①可装卸性。开放性、可伸缩性的体系结构。 ②强实时性。EOS实时性一般较强，可用于各种设备控制当中。 ③统一的接口。提供各种设备驱动接口。
第一章嵌入式系统概论 参考习题 1、嵌入式系统本质上是什么系统？ 答：从本质上讲，嵌入式系统中的计算机总是处于一种实时计算模式，也可以认为嵌入式计算机应具有某种实时性。也就是说，从嵌入式系统的广义概念考虑，嵌入式系统都可以看成是实时系统。 2、嵌入式系统开发与PC机软件开发的区别是什么？ 答：嵌入式开发就是设计特定功能的计算机系统，形象的说就是开发一种嵌入在一个机器上实现特定功能的一个系统。PC的开发往往是上层应用程序，会更多的和业务流程，数据库，UI打交道。嵌入式的开发主要是和底层打交道，例如内存，NAND, 各种控制器，中断调度等等。当然现在也有很多需要在嵌入式设备上开发上层应用程序的需求了。 3、嵌入式系统基本概念？ 答：嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，软硬件可配置，对功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格约束的专用系统。这类系统一般由嵌入式微处理器、外围硬件设备、嵌入式操作系统（可选择）以及应用程序等四个部分组成的。 4、嵌入式系统分类?
答：（1）按微处理器位数划分 按所采用的处理器位数，可以分为4位、8位、16位、32位和64位系统。 （2）按应用类别划分 可以简单地划分为信息家电、通信、汽车电子、航空航天、移动设备、军用电子、工业控制、环境监控等各种类型。 （3）按系统的实时性划分 硬实时系统、软实时系统和自适应实时。 （4）按工业界应用的复杂程度划分 简单单处理器系统 可扩展单处理器系统 复杂嵌入式系统 制造或过程控制中使用的计算机系统 第二章ARM嵌入式微处理器技术基础 参考习题 1、ARM32位指令、16位指令的特点。 答：ARM微处理器支持32位的ARM指令集和16位Thumb指令集，每种指令集各有自己的优点和缺点：ARM指令集效率高，但代码密度低；Thumb指令集具有较高的代码密度，却仍保持ARM的大多数性能上的优势，可看做ARM指令集的子集。
嵌入式系统开发方法综述 刘丹 （机械工业仪器仪表综合技术经济研究所，北京市 １０００５５）Liu Dan (Instrumentation Technology & Economy Institute, Beijing 100055) Development Methods of Embedded System Abstract: Embedded systems have particular properties, such as real-time, concurrency, distribution, high reliability,and etc., which lead to large challenges and urgent requirements for corresponding methods and tools when developing such systems. From the view of engineering practice, the paper summarizes what problems developers will face during embedded system design, and what main methods and technologies will be used for resolving such problems. These methods and technologies are called embedded system developing methods. Key words: Embedded System HW-SW Co-Design Method Formal Modeling Method Structural Design Method Object-Oriented Design Method 【摘 要】嵌入式系统的实时性、并发性、分布性和高可靠性等特点使得系统的开发面临巨大挑战，迫切需 要相应开发方法的指导和开发工具的支持。本文从工程实践角度出发，总结在嵌入式系统设计过程中，开发人员会面临哪些主要问题，以及为解决问题而产生哪些主要方法和技术。这些方法和技术被统称为嵌入式系统的开发方法。 【关键词】嵌入式系统 软硬件协同设计方法 形式化建模方法 结构化设计方法 面向对象设计方法 收稿日期：２００８－０８－０１作者简介：刘丹（１９７７－），女，博士，毕业于中科院沈阳自动化研究所，现就职于机械工业仪器仪表综合技术经济研究所，主要从事工业自动化、控制网络的技术和标准化研究，现负责ＰＲＯＦＩＢＵＳ ＰＡ产品的认证测试工作。 引言 嵌入式系统是指以应用为中心、以计算机技术为基础、软硬件可裁剪、适应应用环境对功能、实时性、可靠性、成本、体积、功耗等严格约束的专用计算机系统。嵌入式系统的内容广泛，小到一个芯片，大到复杂的分布式系统都可以称为嵌入式系统，通常以ＳｏＣ、单片机、单板机、多板式箱式结构、嵌入式ＰＣ等形式嵌入到信息家电、数字通信、工业控制、航空航天、医疗设施、军事电子等领域的设备或系统中，作为处理和控制的核心。 嵌入式系统的实时性、并发性、分布性和高可靠性等特点使得系统的开发面临巨大挑战，迫切需要相应的开发方法的指导和开发工具的支持。嵌入式系统开发方法的研究内容包括设计方法论、工程开发技术、以及相应辅助工具的开发。现代的系统开发是一个基于模型（ｍｏｄｅｌ－ｂａｓｅｄ）的，从规约到实现的过程。模型是反映真实世界和系统实现两方面的抽象，帮助开发人员把握应用的最重要特性，是系统分析与验证的 基础，并为软件和硬件的实现要素提供表示视图。因此，系统模型设计在整个开发过程中最为重要。此外，任何工程开发技术都是在一定设计方法基础上提出一系列开发步骤，辅助工具则为这些设计方法和开发技术提供自动或半自动的工具支持。因此，设计方法决定了系统开发过程中的其它分析、验证、实现等方法，或者广义上说，系统的设计方法就是系统的开发方法。 本文从工程实践角度出发，总结在嵌入式系统设计过程中，开发人员会面临哪些主要问题，以及为解决问题而产生哪些主要方法和技术。这些方法和技术被统称为嵌入式系统的开发方法。 １ 软硬件“分离”设计方法与软硬件协同设计方法 首先，用户或产品开发决策者要根据对产品性能、体积、开发成本以及上市时间等设计指标的评估，决定系统最终是以电路板式，还是以芯片式的形式实现。一般而言，对性能和体积要求不高，产品数量小，如１～几百个，但要求上市时间早的嵌入式系统，多采用电路板式实现；反之，系统体积小，产品数量大，但对上市时间要求比较松的嵌入式系统，多采用ＳｏＣ芯片式实现。相应地，对于设计者而言，不同的实现形式一般应用不同的设计方法，包括软硬件“分离”设计和软硬件协同设计。 Review and Research
第一题单项选择题 1、ADDS R0,R1,R2执行完成后，不会对CPSR中的哪一位产生影响( B)？ A、N B、C C、V D、F 2、FD表示( B )。 A、满递增堆栈 B、满递减堆栈 C、空递增堆栈 D、空递减堆栈 3、已知R0=0xFFFFFC0F，则执行MVN R1，R0后，R1的值为（C ）。 A、0xFFFFFFFF B、0xFFFFFFF0 C、0x3F0 D、0x3F 4、在Linux中使用ls命令显示当前目录的所有内容应使用（A）参数？ A、-l B、-a C、-d D、-i 5、在EMBEST IDE开发环境中，程序的默认入口地址为（ C ）。 A、0x C000 B、0x 1C00 C、0x 8000 D、0x 0 6、已知R0=0x1000，R1=0x2000则执行CMP R0，R1后，R0的值为（B） A、0x2000 B、0x1000 C、0xFFFFF000 D、0xFFFFEFFF 7、已知R1=0x2F，则执行mov R0，R1，ASL #2后，R0的值为（D ）。 A、0xBC B、0xBF C、0x2F0 D、0x2F 8、在Linux中查看文件前10行内容的命令是（ D）。 A、less B、cat C、tail D、head 9、已知R0=0xFC，则执行BIC R0，#0x3C后，R0的值为（ D ）。 A、0x18 B、0x24 C、0xC0 D、0x30 10、已知R0*R1=0x1C2F3E4D5C6B，则执行SMULL R2，R3，R0，R1后，R2和R3的值分别为（D）。 A、R2=0x1C2F3E4D R3=0x5C6B B、R2=0x5C6B R3=0x1C2F3E4D C、R2=0x1C2F R3=0x3E4D5C6B D、R2=0x3E4D5C6B R3=0x1C2F 11、EMPU是( B )。 A、嵌入式微控制器 B、嵌入式微处理器 C、片上系统 D、嵌入式数字信号处理器 12、以下不属于CPSR的条件码标志位的是(A)。 A、Ｆ B、Ｎ C、Ｚ D、Ｃ 13、S3C44B0X的内核工作电压是( B )。 A、3.0V B、2.5V C、3.5V D、 1.5V 14、Linux中删除目录的命令是（B）。 A、rm B、 rmdir C、mkdir D、del 15、能实现ARM处理器在两种工作状态之间进行切换的命令是( D )。 A、B B、 BL C、 BLX D、BX 16、若CPSR寄存器的低5位（4-0）的值为10010，则ARM处理器工作于（B） 模式。 A、FIQ B、IRQ C、USER D、SVC
第一章 ARM概述及体系结构 1.ARM的全称:Advanced RISC Machine 2.ARM内核最大的优势在于高速度，低功耗，32位嵌入式RISC微处理器结构—ARM体系结构，ARM处理器核当前有6个系列产品：ARM7，ARM9，ARM9E,ARM10E,SecurCore,ARM11 3.ARM处理器的7种模式：用户模式，快速中断模式，外部中断模式，特权模式，数据访问模式，未定义模式，系统模式 4.ARM处理器共有37个寄存器，包括31个通用寄存器和6个状态寄存器。通用寄存器可以分为三类：未备份寄存器，备份寄存器，程序寄存器（PC），寄存器R14又称为连接寄存器，它有两个作用，第一：它存放了当前子程序的返回地址。第二：当异常中断发生时，该异常模式特定的物理R14被设置成该异常模式将要返回的地址。 5 CPRS（当前程序状态寄存器）中断控制位当I=1时禁止IRQ中断当F=1时禁止FIQ中断 6 ARM中断异常中断的种类：复位（RESET），未定义的指令(UNDENFINED INSTRUCTION)，软件中断(SOFTWARE INTERRUPT)，指令预取中止(PREFECH)，数据访问中止(DATA ABORT)，外部中断请求(IRQ)，快速中断请求(FRQ) 7 ARM的存储器接口可以分为四类：时钟和时钟控制信号，地址类信号，存储器请求信号，数据时序信号。 第三章构造和调试ARM系统 1 ARM应用系统的设计包含硬件系统的设计和软件系统的设计。最基本得组成部分包括：电源部分，晶振电路，复位电路，ROM和RAM。 2.P96的RESET电路（大家好好看下，老师上课说了下的）复位电路主要完成系统的上电复位和系统在运行时的用户的按键复位功能。它的工作原理是：在系统上电是，通过电阻R1向电容C1充电，当C1两端的电压未达到高电平的门限电压时，RESET端输出为低电平，系统处于复位状态，当C1两端的电压达到了高电平的门限电压时，RESER端输出为高电平，系统处于正常工作状态。当用户按下按钮S1时，C1两端的电荷被卸放掉，reset 端输出为低电平，系统进入复位状态，再重复以上的充电过程，系统进入正常的工作状态。
几种主流嵌入式操作系统分析 1．嵌入式Linux 嵌入式Linux（Embedded Linux）是指对标准Linux经过小型化裁剪处理之后，能够固化 在容量只有几KB或者几MB 字节的存储器芯片或者单片机中，是适合于特定嵌入式应用场合的专用Linux操作系统。在目前已经开发成功的嵌入式系统中，大约有一半使用的是Linux。 这与它自身的优良特性是分不开的。 嵌入式Linux 同Linux 一样，具有低成本、多种硬件平台支持、优异的性能和良好的网络支持等优点。另外，为了更好地适应嵌入式领域的开发，嵌入式Linux 还在Linux 基础上 做了部分改进，如下所示。 ? 改善的内核结构 Linux 内核采用的是整体式结构（Monolithic），整个内核是一个单独的、非常大的程序，这____________样虽然能够使系统的各个部分直接沟通，提高系统响应速度，但与嵌入式系统存储容量小、 资源有限的特点不相符合。因此，在嵌入式系统经常采用的是另一种称为微内核（Microkernel） 的体系结构，即内核本身只提供一些最基本的操作系统功能，如任务调度、内存管理、中断 处理等，而类似于文件系统和网络协议等附加功能则运行在用户空间中，并且可以根据实际 需要进行取舍。这样就大大减小了内核的体积，便于维护和移植。 ? 提高的系统实时性 由于现有的Linux 是一个通用的操作系统，虽然它也采用了许多技术来加快系统的运行 和响应速度，但从本质上来说并不是一个嵌入式实时操作系统。因此，利用Linux 作为底层 操作系统，在其上进行实时化改造，从而构建出一个具有实时处理能力的嵌入式系统，如RT-Linux 已经成功地应用于航天飞机的空间数据采集、科学仪器测控和电影特技图像处理等 各种领域。 嵌入式Linux 同Linux 一样，也有众多的版本，其中不同的版本分别针对不同的需要在内核等方面加入了特定的机制。嵌入式Linux 的主要版本如表4.1所示。 表4.1 嵌入式Linux主要版本 版本简单介绍 μCLinux 开放源码的嵌入式Linux 的典范之作。它主要是针对目标处理器没有存储管理单元 MMU，其运行稳定，具有良好的移植性和优秀的网络功能，对各种文件系统有完备 的支持，并提供标准丰富的API RT-Linux 由美国墨西哥理工学院开发的嵌入式Linux硬实时操作系统。它已有广泛的应用 Embedix 根据嵌入式应用系统的特点重新设计的Linux发行版本。它提供了超过25种的Linux 《嵌入式Linux应用程序开发详解》——第4章、嵌入式系统基础 系统服务，包括Web服务器等。此外还推出了Embedix的开发调试工具包、基于图 形界____________面的浏览器等。可以说，Embedix是一种完整的嵌入式Linux解决方案
嵌入式软件开发流程 一、嵌入式软件开发流程 1.1 嵌入式系统开发概述 由嵌入式系统本身的特性所影响，嵌入式系统开发与通用系统的开发有很大的区别。嵌入式系统的开发主要分为系统总体开发、嵌入式硬件开发和嵌入式软件开发3大部分，其总体流程图如图1.1所示。 图1.1 嵌入式系统开发流程图 在系统总体开发中，由于嵌入式系统与硬件依赖非常紧密，往往某些需求只能通过特定的硬件才能实现，因此需要进行处理器选型，以更好地满足产品的需求。另外，对于有些硬件和软件都可以实现的功能，就需要在成本和性能上做出抉择。往往通过硬件实现会增加产品的成本，但能大大提高产品的性能和可靠性。 再次，开发环境的选择对于嵌入式系统的开发也有很大的影响。这里的开发环境包括嵌入式操作系统的选择以及开发工具的选择等。比如，对开发成本和进度限制较大的产品可以选择嵌入式Linux，对实时性要求非常高的产品可以选择Vxworks等。
1.2 嵌入式软件开发概述 嵌入式软件开发总体流程为图4.15中“软件设计实现”部分所示，它同通用计算机软件开发一样，分为需求分析、软件概要设计、软件详细设计、软件实现和软件测试。其中嵌入式软件需求分析与硬件的需求分析合二为一，故没有分开画出。 由于在嵌入式软件开发的工具非常多，为了更好地帮助读者选择开发工具，下面首先对嵌入式软件开发过程中所使用的工具做一简单归纳。 嵌入式软件的开发工具根据不同的开发过程而划分，比如在需求分析阶段，可以选择IBM的Rational Rose等软件，而在程序开发阶段可以采用CodeWarrior（下面要介绍的ADS 的一个工具）等，在调试阶段所用的Multi-ICE等。同时，不同的嵌入式操作系统往往会有配套的开发工具，比如Vxworks有集成开发环境Tornado，WindowsCE的集成开发环境WindowsCE Platform等。此外，不同的处理器可能还有对应的开发工具，比如ARM的常用集成开发工具ADS、IAR和RealView等。在这里，大多数软件都有比较高的使用费用，但也可以大大加快产品的开发进度，用户可以根据需求自行选择。图4.16是嵌入式开发的不同阶段的常用软件。 图1.2 嵌入式开发不同阶段的常用软件 嵌入式系统的软件开发与通常软件开发的区别主要在于软件实现部分，其中又可以分为编译和调试两部分，下面分别对这两部分进行讲解。 1．交叉编译 嵌入式软件开发所采用的编译为交叉编译。所谓交叉编译就是在一个平台上生成可以在另一个平台上执行的代码。在第3章中已经提到，编译的最主要的工作就在将程序转化成运行该程序的CPU所能识别的机器代码，由于不同的体系结构有不同的指令系统。因此，不同的CPU需要有相应的编译器，而交叉编译就如同翻译一样，把相同的程序代码翻译成不同CPU的对应可执行二进制文件。要注意的是，编译器本身也是程序，也要在与之对应的某一个CPU平台上运行。嵌入式系统交叉编译环境如图4.17所示。
嵌入式系统的应用分析 IT及IC行业中，嵌入式系统已经开始进行普及和发展。作为上述两种领域中的重点技术，嵌入式方案在我国电子技术，软件开发以及计算机应用技术的发展过程中，正在逐渐的广泛应用，并且取得了非常好的效果。文章主要针对嵌入式系统的具体实际应用进行详细的分析以及阐述。通过文章的阐述以及分析能够更好的提升嵌入式系统的发展，同时也为电子行业的发展以及创新贡献力量。 标签：嵌入式系统；软件；硬件；应用 在国际领域，嵌入式主要是针对三种系统的一种装置。第一种是监视系统；第二種是控制系统；第三种是辅助操作系统。伴随着世界范围内的嵌入式发展，嵌入式的发展正在不断的提速之中，在我国的很多领域中嵌入式有着非常广泛的应用。在现阶段我国的嵌入式主要指的是为了实现我国很多方面的具体应用能够有效的实现，需要按照相应的计算机程序技术来在硬件或者软件方面进行有效的裁剪来适应我国各方面的发展需求。嵌入式四大主要特点：第一个是嵌入式具有非常高的可靠性；第二个是嵌入式设计成本非常的低；第三个是嵌入式的体积非常小；第四个是嵌入式具有非常低的能耗。基于上述四个特点，才使得嵌入式在我国的计算机系统中有着非常广泛的应用。嵌入式系统主要包含了四个方面：第一个是微处理器；第二个存储器；第三个是设备接口；第四个是I/O接口。在我国的嵌入式研发过程中，要求相关设计工程师在标准的微式处理器相应的配置中来设计针对性的电源电路；相应的存储器以及相应的时钟电路。上述的内容就形成了传统意义上的控制单元，实际应用中称之为核心板。在核心板中，通过针对性的裁剪来实现需要的嵌入式操作系统，进而来适应程序存储。文章主要是针对嵌入式在我国的具体应用来进行分析，同时和实际相结合的方式来进行系统性的阐述以及分析。 1 嵌入式系统主要内容 文章主要从三个角度对嵌入式的主要内容详细阐述和分析。第一个是嵌入式的硬件系统。第二个是嵌入式的软件系统。第三个是嵌入式系统的具体应用系统。 1.1 嵌入式硬件系统 微处理器，是嵌入式系统的主要核心处理单元。通常意义上，嵌入式系统采用了两种硬件构架。第一种是哈弗构架的嵌入式处理系统；第二种是冯诺依曼嵌入式处理系统。在硬件指令配置上采用的是精简处理过的复杂指令。微处理器的主要指令系统就是精简的嵌入式指令系统，精简的指令系统能够有效的保障整个系统的数据正常运行，同时还能够有效的保障系统运行速度。最主要的是能够有效的提升嵌入式系统的稳定性以及相应的系统可靠性。 嵌入式系统中的存储器主要的作用就是来进行各种系统的代码存储。目前而言是一种非常科学并且完善的系统。主要的构成有三部分：第一种是CACHE系
嵌入式软件开发流程
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嵌入式软件开发流程 一、嵌入式软件开发流程 1.1 嵌入式系统开发概述 由嵌入式系统本身的特性所影响，嵌入式系统开发与通用系统的开发有很大的区别。嵌入式系统的开发主要分为系统总体开发、嵌入式硬件开发和嵌入式软件开发3大部分，其总体流程图如图1.1所示。 图1.1 嵌入式系统开发流程图 在系统总体开发中，由于嵌入式系统与硬件依赖非常紧密，往往某些需求只能通过特定的硬件才能实现，因此需要进行处理器选型，以更好地满足产品的需求。另外，对于有些硬件和软件都可以实现的功能，就需要在成本和性能上做出抉择。往往通过硬件实现会增加产品的成本，但能大大提高产品的性能和可靠性。 再次，开发环境的选择对于嵌入式系统的开发也有很大的影响。这里的开发环境包括嵌入式操作系统的选择以及开发工具的选择等。比如，对开发成本和进度限制较大的产品可以选择嵌入式Linux，对实时性要求非常高的产品可以选择Vxworks等。
1.2 嵌入式软件开发概述 嵌入式软件开发总体流程为图4.15中“软件设计实现”部分所示，它同通用计算机软件开发一样，分为需求分析、软件概要设计、软件详细设计、软件实现和软件测试。其中嵌入式软件需求分析与硬件的需求分析合二为一，故没有分开画出。 由于在嵌入式软件开发的工具非常多，为了更好地帮助读者选择开发工具，下面首先对嵌入式软件开发过程中所使用的工具做一简单归纳。 嵌入式软件的开发工具根据不同的开发过程而划分，比如在需求分析阶段，可以选择IBM的Rational Rose等软件，而在程序开发阶段可以采用CodeWarrior（下面要介绍的ADS 的一个工具）等，在调试阶段所用的Multi-ICE等。同时，不同的嵌入式操作系统往往会有配套的开发工具，比如Vxworks有集成开发环境Tornado，WindowsCE的集成开发环境WindowsCE Platform等。此外，不同的处理器可能还有对应的开发工具，比如ARM的常用集成开发工具ADS、IAR和RealView等。在这里，大多数软件都有比较高的使用费用，但也可以大大加快产品的开发进度，用户可以根据需求自行选择。图4.16是嵌入式开发的不同阶段的常用软件。 图1.2 嵌入式开发不同阶段的常用软件 嵌入式系统的软件开发与通常软件开发的区别主要在于软件实现部分，其中又可以分为编译和调试两部分，下面分别对这两部分进行讲解。 1．交叉编译 嵌入式软件开发所采用的编译为交叉编译。所谓交叉编译就是在一个平台上生成可以在另一个平台上执行的代码。在第3章中已经提到，编译的最主要的工作就在将程序转化成运行该程序的CPU所能识别的机器代码，由于不同的体系结构有不同的指令系统。因此，不同的CPU需要有相应的编译器，而交叉编译就如同翻译一样，把相同的程序代码翻译成不同CPU的对应可执行二进制文件。要注意的是，编译器本身也是程序，也要在与之对应的某一个CPU平台上运行。嵌入式系统交叉编译环境如图4.17所示。
嵌入式系统原理与应用 习题解析 文件管理序列号：[K8UY-K9IO69-O6M243-OL889-F88688]
1.8 练习题P14 1.选择题 （1）A 说明：嵌入式系统的发展趋势表现在以下几方面： 1.产品种类不断丰富，应用范围不断普及 2.产品性能不断提高 3.产品功耗不断降低，体积不断缩小 4.网络化、智能化程度不断提高 5.软件成为影响价格的主要因素 （2）D 说明：常见的嵌入式操作系统: VxWorks，Windows CE、uC/OS-II和嵌入式Linux。 （3）A 说明：VxWorks是美国WindRiver公司于1983年开发的一种32位嵌入式实时操作系统。 2.填空题 (1)嵌入式计算机 (2)微处理器外围电路外部设备 (3)板级支持包实时操作系统应用编程接口应用程序 (4)嵌入式处理器微控制器数字信号处理器 3.简答题 （1）简述嵌入式系统的定义和特点
答：定义：以应用为中心，以计算机技术为基础，软硬件可裁剪，应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格要求的专用计算机系统。 特点：专用性强、实时性好、可裁剪性好、可靠性高和功耗低等。（2）简述计算机系统的发展历程 第一阶段大致在20世纪70年代前后，可以看成是嵌入式系统的萌芽阶段； 第二阶段是以嵌入式微处理器为基础，以简单操作系统为核心的嵌入式系统； 第三阶段是以嵌入式操作系统为标志的嵌入式系统，也是嵌入式应用开始普及的阶段； 第四阶段是以基于Internet为标志的嵌入式系统，这是一个正在迅速发展的阶段。 （3）简述MCU和DSP的区别 MCU是微控制器，DSP是数字信号处理器。 MCU相当于小型的电脑，内部集成的CPU、ROM、RAM、I/O总线，所以集成度高是它的特点。 DSP是专用的信息处理器，内部的程序是对不同的机器和环境进行特别优化，所以处理速度是最快的。 2.4 练习题 1. 填空题 (1) ARM7 ARM9 ARM9E ARM10E ARM11
嵌入式linux系统开发概述 作者：谷丰，[email=您可以通 过%3Ca%20href=]gufeng77@https://www.doczj.com/doc/376593518.html,[/email]" target="_blank">您可以通过 gufeng77@https://www.doczj.com/doc/376593518.html,和他联系 基于linux的嵌入式系统开发是一个很大的课题，涵盖了从硬件到软件设计的多个领域，由于linux的开源特性，导致开发中可以使用的软件和工具多不胜数，从最底层与系统硬件直接打交道的引导装载程序(bootloader)，到linux操作系统的分发版(distribution)，再到上层的图形用户界面(GUI)乃至应用程序(application)，可供选择的软件实在是太多了，这对开发者来说是一种恩赐。但由于标准的不统一，对于刚刚步入这个领域的初学者来说，很难在短时间内全部了解和掌握它们。本文论述了嵌入式linux开发的基本模式和概念，给出了一些常用的软件和工具，旨在带领他们更快的走入这个奇妙的世界。 1 引导装载程序(bootloader) 引导装载程序通常是在任何硬件上执行的第一段代码，它的主要任务视装载设备的不同而不同。在台式机和笔记本这样的常规系统中，经常存在多个操作系统并存的情况，因此bootloader的主要作用就是选择系统使用何种操作系统来引导。常用的引导程序有LILO或GRUB，通常将它们装入硬盘的主引导记录(Master Boot Record)中，或者装入linux 驻留的磁盘的第一个扇区。 在嵌入式系统中，情况有些不同。首先，嵌入式设备通常需要经常地移 动，考虑到在移动过程中的震动，一般不会采用机械式结构设计的硬盘为存 储设备；而且从成本控制上说，硬盘的价格比较高，除非是需要大容量存储 的场合，硬盘不适合作为嵌入式设备的存储介质。目前采用得比较多的是闪 存设备，闪存设备是与存储设备功能类似的特殊芯片，而且它
1 嵌入式系统概述 嵌入式系统（Embedded System ）也称嵌入式计算机系统。顾名思义，嵌入式系统是计算机的一种特殊形式，是计算机技术、通信技术、半导体技术、微电子技术、语音图像数据传输技术，甚至传感器等先进技术和具体应用对象相结合后的更新换代产品。嵌入式系统不仅和一般的PC 机上的应用系统不同，而且针对不同的具体应用而设计的嵌入式系统之间的差别也很大。嵌入式系统强调硬件和软件的协同性与整合性，软件和硬件可剪裁的，适用于应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗和应用环境等有严格要求的专用计算机系统。 嵌入式系统特别强调“量身定做”的原则，开发人员往往需要针对某一种特殊用途开发出一个截然不同的嵌入式系统，其特点如下。 （1）嵌入式系统具有应用针对性 应用针对性是嵌入式系统的一个基本特征，体现这种应用针对性的首先是软件，软件实现特定应用所需要的功能，所以嵌入式系统应用中必定配置了专用的应用程序；其次是硬件，大多数嵌入式系统的硬件是针对应用专门设计的，但也有一些标准化的嵌入式硬件模块，采用标准模块可降低开发的技术难度和风险，缩短开发时间，但灵活性不足。 （2）嵌入式系统硬件扩展能力要求不高 硬件上，嵌入式系统作为一种专用的计算机系统，其功能、机械结构、安装要求比较固定，所以一般没有或仅有较少的扩展能力；软件上，嵌入式系统往往是一个设备固定组成部分，其软件功能由设备的需求决定，在相对较长的生命周期里，一般不需要对软件进行改动。但也有一些特例，比如现在的手机，尤其是安装有嵌入式操作系统的智能手机，软件安装、升级比较灵活，但相对于桌面计算机，其软件扩展能力还是相当弱。 （3）嵌入式系统操作系统精简 在现代的通用计算机中，没有操作系统是无法想象的，而在嵌入式计算机中情况则大第 章
主要是处理器不一样，一般嵌入式系统用的是arm架构的处理器，属于专用处理器。一般的PC机用的是X86架构的处理器（intel、amd）属于通用处理器。 你可以把arm嵌入式系统看成是一个专用的pc。它比通用pc机所消耗的硬件资源要少。由于在一些特定的场合需要实现一些智能的操纵，使用通用pc机不合算（成本），使用嵌入式系统可以基本满足需要。显然，嵌入式系统的操作系统和硬件资源相对于pc机来说是进过精简的。 应用场合、系统结构、知识背景等等：百度百科上说的就很详细（直接百度百科“嵌入式系统”），这里不在累赘了。以看pc机的眼光看嵌入式系统就很简单了。 嵌入式系统架构的发展趋势及比较分析 嵌入式系统已经广泛地应用到当今各个领域，与我们的生活息息相关，小到掌上的数字产品，大到汽车、航天飞机。 提到嵌入式系统我们很快会联想到单片机，不错，MCU是最基础和常用的嵌入式系统，但是目前像FPGA、ARM、DSP、MIPS等其他嵌入式系统应用越来越广泛。嵌入式系统与模拟电路或其他功能电路组成的SoC(System on Chip,片上系统)或SiP(System in PAC kage，系统级封装)在手机、机顶盒等功能复杂的产品上的应用也越来越多。 总的来说，嵌入式系统发展呈现如下特点： ·由8位处理向32位过渡 ·由单核向多核过渡 ·向网络化功能发展 ·MCU、FPGA、ARM、DSP等齐头并进 ·嵌入式操作系统呈多元化趋势 所有的嵌入式处理器都是基于一定的架构的，即IP核（Intellectual Property，知识产权），生产处理器的厂家很多，但拥有IP核的屈指可数。有自己的IP核，光靠卖IP 核即可坐拥城池。 嵌入式系统的架构有专有架构和标准架构之分，在MCU（微控制器）产品上，像瑞萨（Renesas）、飞思卡尔（Freescale）、NEC都拥有自己得专有IP核，而其他嵌入式处理器都是基于标准架构。本文讨论仅讨论标准架构的嵌入式系统。 标准的嵌入式系统架构有两大体系，目前占主要地位的是所谓RISC（Reduced Instruction Set Computer，精简指令集计算机）处理器。RISC体系的阵营非常广泛，从ARM、MIPS、PowerPC、ARC、Tensilica等等，都是属于RISC处理器的范畴。不过
嵌入式系统的发展概况及其发展前景 随着信息技术的高速发展，电子产品越来越普及，这些产品的发展得益于嵌入式系统技术的快速发展，如Mp3 、手机等日常用品就是嵌入式系统技术的应用。 但嵌入式系统技术的应用还远不止此，在工业控制、交通管理、信息家电、家庭智能管理、网络及电子商务、航天航空、军事设备、船舶等领域都有着重要的应用。嵌入式系统技术正悄然地影响着我们的生活，给我们带来了巨大的便利。它在我们的生产、生活中有着广泛的应用，并且有着良好的发展前景。 一、嵌入式系统发展历程 嵌入式系统的发展大致经历了4 个阶段： 第一阶段：单片微型计算机（SCM阶段，即单片机时代。这一阶段的嵌 入式系统硬件是单片机，软件停留在无操作系统阶段，采用汇编语言实现系统的功能。这阶段的主要特点是：系统结构与功能相对单一、处理效率低、存储容量也十分有限，几乎没有用户接口。 第二阶段：微控制器（MUC）阶段。主要的技术发展方向是：不断扩展对 象系统要求的各种外围电路与接口电路，突显其对象的智能化控制能力。这一阶段主要以嵌入式微处理器为基础、以简单操作系统为核心，主要特点是硬件使用嵌入式微处理器，微处理器的种类繁多，通用性比较弱；系统开销小，效率高。 第三阶段：片上系统（SOC。主要特点是：嵌入式系统能够运行于各种不同类型的微处理器上，兼容性好，操作系统的内核小，效果好。 第四阶段：以Internet 为标志的嵌入式系统。嵌入式网络化主要表现在两个方面，一方面是嵌入式处理器集成了网络接口，另一方面是嵌入式设备应用于网络环境中。 二、嵌入式系统的含义 目前，嵌入式系统还没有比较权威、比较统一的定义，人们从不同的角度来理解嵌入式系统，描述嵌入式系统。 1．从应用角度：嵌入式系统被定义为以应用为中心、以计算机技术为基础、软
嵌入式系统设计与应用 本文由kenneth67贡献 ppt文档可能在W AP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。 课程名称：课程名称：嵌入式系统设计与应用 总学时：其中讲课36学时，上机实践环节12 36学时12学时总学时：其中讲课36学时，上机实践环节12学时教材：嵌入式系统设计教程》教材：《嵌入式系统设计教程》电子工业出版社马洪连参考书：参考书：1、《嵌入式系统开发与应用》北航出版社、田泽编著. 嵌入式系统开发与应用》北航出版社、田泽编著. 2、《ARM体系结构与编程》清华大学出版社杜春雷编著ARM体系结构与编程体系结构与编程》嵌入式系统设计与实例开发—ARM ARM与C/OS3、《嵌入式系统设计与实例开发ARM与μC/OS-Ⅱ》清华大学出版社王田苗、魏洪兴编著清华大学出版社王田苗、ARM嵌入式微处理器体系结构嵌入式微处理器体系结构》4、《ARM嵌入式微处理器体系结构》北航出版社、马忠梅等著. 北航出版社、马忠梅等著. 张石．ARM嵌入式系统教程嵌入式系统教程》5、张石．《ARM嵌入式系统教程》．机械工业出版2008年社．2008年9月 1 课程内容 绪论：绪论： 1）学习嵌入式系统的意义2）高校人才嵌入式培养情况嵌入式系统设计（实验课）3）嵌入式系统设计（实验课）内容安排 第1章嵌入式系统概况 1.1 嵌入式系统的定义1.2 嵌入式系统的应用领域及发展趋势1.3 嵌入式系统组成简介 第2章嵌入式系统的基本知识 2.1 2.2 2.3 嵌入式系统的硬件基础嵌入式系统的软件基础ARM微处理器的指令系统和程序设计ARM微处理器的指令系统和程序设计 2 第3章 3.1 3.2 3.3 基于ARM架构的嵌入式微处理器基于ARM架构的嵌入式微处理器ARM 概述嵌入式微处理器的组成常用的三种ARM ARM微处理器介绍常用的三种ARM 微处理器介绍 第4章 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 嵌入式系统设计 概述嵌入式系统的硬件设计嵌入式系统接口设计嵌入式系统人机交互设备接口嵌入式系统的总线接口和网络接口设计嵌入式系统中常用的无线通信技术 3 第5章嵌入式系统开发环境与相关开发技术 5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 6.1 6.2 6.3 6.4 概述嵌入式系统的开发工具嵌入式系统调试技术嵌入式系统开发经验嵌入式系统的Bootloader Bootloader技术嵌入式系统的Bootloader技术μC/OS-II操作系统概述C/OS-II操作系统概述ADS开发环境ARM ADS开发环境C/OS-II操作系统在ARM系统中的移植操作系统在ARM μC/OS-II操作系统在ARM系统
嵌入式行业及市场分析 “后PC时代”的来临及3C融合加速趋势的彰显，给中国以嵌入式软件为核心的嵌入式系统产业的高速增长带来了千载难逢的契机，嵌入式软件产业现已成为中国IT 产业中的一个重要新兴产业和增长点。作为中国软件产业的一个重要组成部分，中国的嵌入式软件产业一直保持着快速的发展，最近几年来的增长速度都超过了30%。远远高于世界嵌入式软件产业和中国软件产业的增长速度。越来越多的国际嵌入式软件巨头将目光瞄向了中国这一新兴市场。最近两年来，微软、风河、Montavista、奇趣、PalmSource等全球嵌入式软件巨头，在中国或收购、或合作、或设立分支机构，争先恐后地进行“圈地运动”，力争在中国市场竞争格局尚未明朗之前占得先机，为公司日后在中国市场赢得有利位置奠定基础。这一系列重大事件标志着中国嵌入式软件产业进入了一个全新的发展阶段。 中国嵌入式软件产业规模到底有多大？发展势头如何？在中国到底有哪些企业在从事嵌入式软件产品的研发和销售？竞争格局如何？未来几年，嵌入式软件产业将出现哪些值得关注的投资机会？这些都是所有关注中国嵌入式软件产业的厂商与用户所迫切需要解答的问题。 2008年，中国嵌入式软件产业与网络通信、数字家庭、办公自动化、航空航天、工业控制、国防军事、医疗系统、安防系统、能源系统、交通系统、金融系统等行业融合正在加深，在全面优化中国制造的产业结构上发挥着越来越重要的作用。但产业标准的滞后、产业分工的不明细及产业协同的缺乏使得中国嵌入式软件核心竞争力的提高无法与产业规模增长同步，阻碍了产业向高级化发展的步伐。面对产业发展的机遇与挑战，我们发布的《2008年中国嵌入式软件产业发展研究报告》，将帮助业界厂商、投资者、产业人士更精确地把握中国嵌入式软件产业发展规律、更深入地梳理应用价值迁移轨迹－更加全面、深刻的产业分析。从产业特点、产品结构、产业链结构、产业链各环节竞争分析等多个维度总结产业发展现状。更加科学、完整的未来发展趋势分析和预测。综合产业政策、用户需求、技术演进、应用创新、产业变迁等多种因素影响力分析，给出有价值的趋势分析与定量预测结果。 本报告根据国家统计局、中国软件协会嵌入式系统分会、中国嵌入式产业联盟等国家政府机构和行业组织协会的统计，对2009-2010年我国嵌入式软件产业的市场规模、行业结构、应用产品以及投资机会等作了详尽的分析和预测。 目录 2009-2010年中国嵌入式软件产业市场发展策略及投资分析报告正文目录 第一章中国软件行业发展状况 第一节中国软件行业发展现状 第二节2008年中国软件收入及经济指针 第三节2008年中国软件业全球占有率 第四节2009年中国软件业的机遇和威胁