嵌入式操作系统概论-1-2009

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1、嵌入式系统—嵌入式操作系统概论2009年3月30日主要内容¢嵌入式系统面临的挑战¢嵌入式操作系统概述¢嵌入式操作系统中的基本概念与技术¢嵌入式操作系统系统主要产品简介2IEEE/ACM课程大纲关于计算机学科主领域的划分CC1991（9＋2个主领域）CC2001（14个主领域）离散数学（预备知识）离散结构（DS）程序设计语言引论程序设计基础（PF）算法与数据结构算法与复杂性（AL）计算机系统结构系统结构（AR）操作系统（OS）操作系统网络计算（NC）程序设计语言程序设计语言（PL）人机交互（HC）人－机通信图形学和可视化计算（GV）

2、人工智能与机器人学智能系统（IS）数据库与信息检索信息管理（IM）软件方法学与工程软件工程（SE）社会、道德和职业的问题社会和职业的问题（SP）数值与符号计算科学计算（SC）3嵌入式系统¢嵌入式系统:以应用为中心，以计算机技术为基础，软件及硬件可裁剪，满足应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗诸方面严格要求的专用计算机系统4嵌入式系统特点嵌入式系统特点：¢软件硬件协同并行开发¢多种多样的微处理器¢实时操作系统(RTOS)的多样性¢与台式机相比，可利用的系统资源明显不足¢应用支持很少¢要求特殊的开发工具和环境¢调试很困难¢软件硬件

3、的健壮性（Robust）5嵌入式系统要解决的主要问题¢需要用什么样的系统结构来实现？¢如何满足时限要求，如何处理多项功能在时间上的协调一致关系？¢如何保证系统可靠地工作？¢如何满足系统接口要求，嵌入式应用直接和系统接口输入输出信息？¢如何降低系统的功耗？¢如何使系统可升级？6嵌入式系统设计的挑战性问题¢嵌入式操作系统¢软硬件协同设计¢功耗的优化设计¢开发环境¢成本和开发周期¢代码优化¢高效的输入和输出¢测试环境7嵌入式系统软件技术面临的几大问题¢嵌入式软件全生命周期开发工具链¢硬件与软件的Co-Design:Verilog+C=?

4、¢驱动程序的设计和生成技术（嵌入式软件开发中最令人头疼的问题）¢嵌入式软件的可靠性问题:正确性验证技术、测试技术、调试技术等（可靠性问题是嵌入式软件开发的基本问题）¢可重构计算（ReconfigurableComputing）技术¢可构件化的嵌入式实时操作系统及其开发环境8主要内容¢嵌入式系统面临的挑战¢嵌入式操作系统概述¢嵌入式操作系统中的基本概念与技术¢嵌入式操作系统系统主要产品简介9嵌入式计算机系统基本结构应用软件嵌入式操作系统监控程序板级支持程序硬件单片机,X86,PowerPC,ARM,MIPS,……10嵌入式系统组成1

5、112为什么需要操作系统?功能层应用程序图形用户文件系统任务管理接口软件层实时操作系统(RTOS)中间层BSP/HAL硬件抽象层/板极支持包D/A通用接口嵌入式A/DROM微处理器硬件层I/OSDRAM人机交互接口嵌入式计算机系统13嵌入式操作系统的发展应用程序应用程序通信协议库函数应用程序文件系统APIGUI文件系统APIGUI操作系统内核操作系统内核操作系统内核驱动程序和固件驱动程序和固件驱动程序和固件80年代初期80年代中期-90年代中期90年代末期-21世纪14RTOS在嵌入式系统中的位置应用FSRTOS其它组件C/C++

6、KERNELTCP/IP设备驱动调试工具设备I/OBSP嵌入式硬件平台15嵌入式操作系统发展近十年来，嵌入式操作系统得到了飞速的发展:¢从支持8位微处理器到16位、32位甚至64位微处理器；¢从支持单一品种的微处理器芯片到支持多品种微处理器芯片；¢从只有内核到除了内核外还提供其他功能模块，如文件系统，TCP/IP网络系统，窗口图形系统等¢从单核微处理器到支持多核微处理器16嵌入式操作系统技术现状¢适应不同的嵌入式硬件平台，具有可移植、可伸缩能力。¢采用的主要技术：¢编程语言普遍采用高级语言实现，主要以C语言为主¢体系结构采用分层和

7、模块化结构或微内核结构17嵌入式操作系统技术现状（续）¢分层和模块化结构，将操作系统分为：¢硬件无关层¢硬件抽象层¢硬件相关层¢每层再划分功能模块¢移植工作集中在硬件相关层，与其余两层无关¢功能的伸缩集中在模块上，从而确保了系统具有良好的可移植性和可伸缩性18嵌入式操作系统技术现状（续）¢功能复杂，具有可剪裁、可配置的能力¢采用的主要技术：¢可剪裁技术。操作系统以内核为中心，包括很多独立的功能组件如文件、网络等。除内核外其他组件的选择任意搭配，由应用决定。¢可配置技术。每个功能组件都可以根据应用的要求进行配置，比如最大任务数、内存

8、地址、堆栈大小、系统任务的优先级、缓冲区大小及文件数等。19嵌入式操作系统技术现状（续）¢良好的实时性:时间确定性是嵌入式实时操作系统必备的特点，特别对于强实时嵌入式系统而言尤为重要。¢采用的主要技术：¢采用实时调度算法。主要采用静态优先级的可抢占