華北水利水電大學

North China University of Water Resources and Electric Power

嵌入式操作系統(tǒng)課程報告

題目 嵌入式系統(tǒng)課程綜和論述

學 院 物理與電子學院

專 業(yè) 電子信息工程

姓 名 李天澤

學 號 201816516

組 員

完成時間 2020.12.22

目 錄

一、嵌入式系統(tǒng)的介紹

（1）、嵌入式系統(tǒng)的概念……………………………………3

（2）、嵌入式系統(tǒng)的特點……………………………………4

二、嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展和應用……………………………5

三、總結(jié)和心得……………………………………………7

參考文獻……………………………………………7

附錄…………………………………………………8

摘要：

如今，嵌入式系統(tǒng)經(jīng)過半個多實際的發(fā)展和革新，在各個產(chǎn)業(yè)都可以看見它的身影。在電子消費領(lǐng)域，它已經(jīng)廣泛應用于手機、VCD、數(shù)字電視和路由器等常見家用電器和電子產(chǎn)品，或許在你的家里有著幾十甚至幾百個微型嵌入式計算機無時無刻地不在為你服務(wù)。

在工業(yè)控制方面，一輛豪華轎車的控制系統(tǒng)就包含著至少50個嵌入式微處理器，它們分布于火花塞、傳動軸和安全氣囊等等。而一架先進的飛機，一臺人造衛(wèi)星就可能包含著幾十套嵌入式系統(tǒng)和上百臺微型嵌入式計算機，沒有這些裝載，飛機和衛(wèi)星的控制系統(tǒng)就不能有效地工作，它們的導航系統(tǒng)就不能滿足嚴格的要求。

在通信領(lǐng)域也有著數(shù)不勝數(shù)的嵌入式系統(tǒng)的應用，由于帶寬網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，交換機、路由器和各種傳輸設(shè)備等都逐漸需要更多的嵌入式系統(tǒng)來滿足它們互聯(lián)的需求，而這些基于32位的嵌入式系統(tǒng)品種多樣，絕大多數(shù)都價格低廉，能夠為企業(yè)和家庭的網(wǎng)絡(luò)選擇提供更加廉價而多樣的方案。

一、嵌入式系統(tǒng)的介紹

1、嵌入式系統(tǒng)的概念：

上世紀的40年代人類社會誕生了當時最偉大的發(fā)明之一——計算機。1946年賓夕法尼亞大學研制出了世界上第一臺計算機“ENIAC”，吹響了人類向信息時代進發(fā)的號角。如今半個多世紀過去了，總體來看，計算機已經(jīng)經(jīng)歷了兩個大的發(fā)展階段:大型計算機階段和個人中小型計算機階段。而今后，計算機技術(shù)將邁入下一個充滿機遇和挑戰(zhàn)的新階段—— “無處不在的計算機”階段，即“后PC發(fā)展階段”?！盁o處不在的計算機”是指在數(shù)以千計乃至萬計的計算機之間彼此相互關(guān)聯(lián)，其與使用者的比例高達100%，這些計算機中包括有傳統(tǒng)的通用式計算機和嵌入式計算機，而后者占絕大多數(shù)，可以達到95%的比例。

施樂公司研究中心的主任Mark Weiser 認為:“以長遠的發(fā)展來看,PC和計算機工作站將逐漸衰落，因為計算機將會變得無處不在，它們會在墻上,在手腕上，在口袋里等等，計算機將會像手寫紙一樣,隨用隨取，伸手可得?！?/p>

目前全世界范圍的計算機研究者都在逐步形成一種共識，那就是在計算機將來的發(fā)展中，它必然不會成為像科幻電影中的那種會背叛人類，傷害人類的機械怪物，恰恰相反它們將變得小巧玲瓏而且無處不在。它們會出現(xiàn)在任何你能看的見、聽得到、摸得著的地方,功能強大而且隨處可用，這就是“無處不在的計算機”。

嵌入式計算機系統(tǒng)就是所謂的“看不見的計算機”，一般情況下它只是運行平臺，并不能作為獨立的開發(fā)平臺來使用。而且它不能夠被用戶編程,對用戶的I/O接口是專用的。所以不嚴謹?shù)卣f：任意包含可編程計算機的設(shè)備而且這種設(shè)備不是作為通用計算機而設(shè)計的都可以稱作嵌入式系統(tǒng)。

時至今日嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)逐漸滲透到人們的日常生活中，但因為其不同的應用形式和相異的名稱，目前對嵌入式系統(tǒng)還沒有一個統(tǒng)一的定義。但一般認為，它有以下概念：

（1）嵌入式系統(tǒng)的中心是應用功能，基礎(chǔ)是計算機技術(shù)，其軟件和硬件可以裁剪，對應用系統(tǒng)的功能、可靠性、成本、體積大小和功率損耗都有十分嚴格的要求和指標。

（2）國際電氣和電子工程師協(xié)會認為嵌入式系統(tǒng)的定義是“Device used to control, monitor, or assist the operation of equipment , machinery or plants.”

（3）嵌入式系統(tǒng)是計算機技術(shù)、半導體技術(shù)、電子技術(shù)等與各個行業(yè)的具體應用相結(jié)合后的產(chǎn)物，是一個技術(shù)集中、資源集中、應用高度分散、技術(shù)不斷革新的集成系統(tǒng)。

2、嵌入式系統(tǒng)的特點：

1）嵌入式系統(tǒng)通常都是多樣的有特定應用功能的軟硬件綜合體，用于特定的任務(wù),其硬件和軟件設(shè)計都是高效而簡潔的。其中嵌入式軟件的應用程序和操作程序是一體化的，不同于傳統(tǒng)的通用計算機操作系統(tǒng)和應用程序有著分明的界限。

2）嵌入式系統(tǒng)能夠受到多個處理器和體系結(jié)構(gòu)的支持，不同于通用的計算機只能夠使用少數(shù)的處理器類型和體系結(jié)構(gòu)。目前已經(jīng)生產(chǎn)有上千種嵌人式微處理器和幾十種微處理器的體系結(jié)構(gòu)，其中比較主流常見的有ARM,MIPS, PowerPC,X86和SuperH等。

4）嵌入式系統(tǒng)有實時性和可靠性的特點，其主要表現(xiàn)在：目前絕大多數(shù)實時操作系統(tǒng)都是嵌人式系統(tǒng)；嵌人式系統(tǒng)都有實時性的要求，其軟件通常都是固化或直接加載到內(nèi)存中運行的，啟動十分快速

另外，嵌人式系統(tǒng)通常都有處錯能力和自動復位的功能,目前在絕大多數(shù)嵌式系統(tǒng)中都包含著用于保證系統(tǒng)運行可靠性的軟硬件處理機制，比如看門狗定時器和內(nèi)存保護重啟機制等。

5）嵌入式系統(tǒng)通常都使用可以適應多種類型處理器、可裁剪量輕、實時性和可靠性高以及可以固化的。同嵌入式微處理器，嵌入式的操作系統(tǒng)也是多種多樣的，不僅可以支持多種處理器，還可以進行裁剪量輕來匹配應用的功能，而且規(guī)模較小，能夠節(jié)省資源等等。

二、嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展和應用

第一代電子計算機體積大，耗電快，而且可靠性和實時性都無法滿足嵌入式計算的要求。到了20世紀60年代，由晶體管、磁芯存儲制造的第二代計算機開始用于航海航空等領(lǐng)域，它的CPU能夠處理從電子系統(tǒng)傳來的信號，具有了數(shù)據(jù)總線的一些基本特性。而與此同時，嵌人式計算機也逐步應用于工業(yè)和制造等方面。

至60年代末，采用集成電路的第三代計算機問世，1965年發(fā)射Gemini3號是人們第一次使用機載數(shù)字計算機。而后的阿波羅探測飛船則使用了嵌人式計算機系統(tǒng)來提供和保障人機的交互功能來用于引導飛行。1963年DEC公司推廣了第一臺商用小型機，它具有嵌入式系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，具備單總線結(jié)構(gòu)、高速寄存器和實時性、可靠性強的中斷系統(tǒng)以及交叉存取功能，標志著嵌入式系統(tǒng)的興起。

1971 年,英特爾公司成功推出了世界上第一片微處理器Intel 4004。它的體積小、質(zhì)量輕、價格實惠、使用方便，在當時銷量很好，Intel公司將它進一步改進后推出了4位的微處理器4040和8位的8008。

1973-1977 年短短四年之間全球許多廠家推出了各種各樣的8位微處理器，其中比較流行的有英特爾公司的8080/ 8085系列，摩托羅拉公司的6800/6802系列，齊洛格公司的Z80和羅克韋爾公司的6502等。這些微處理器的廣泛應用為嵌入式系統(tǒng)開辟了廣闊的市場，促成了嵌入式系統(tǒng)的快速發(fā)展。計算機廠商開始以插件的形式為用戶提供所需的OEM產(chǎn)品，并構(gòu)成符合用戶要求的微型控制計算機，嵌入到系統(tǒng)設(shè)備中。

嵌入式系統(tǒng)的大發(fā)展還要歸功于20世紀80年代軟件技術(shù)的進步。最初的嵌入式計算機的軟件都是十分專用的，其程序也只能用匯編語言來編寫，因此嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)周期過長，效率太低，不利于廣泛地推廣和應用。得益于微電子技術(shù)的進步，嵌入式計算機的軟件開發(fā)不再局限于匯編語言，可以使用C或PL等高級語言，是編程更加多樣和簡潔化，加快了嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)效率。時間步入20世紀90年代，當時對分布控制、柔性制造和數(shù)字通信電等技術(shù)有著巨大需求，而這種需求也刺激著嵌人式系統(tǒng)的軟硬技術(shù)的革新和發(fā)展，促進了嵌入式系統(tǒng)的應用擴大化。

如今，嵌入式系統(tǒng)經(jīng)過半個多實際的發(fā)展和革新，在各個產(chǎn)業(yè)都可以看見它的身影。在電子消費領(lǐng)域，它已經(jīng)廣泛應用于手機、VCD、數(shù)字電視和路由器等常見家用電器和電子產(chǎn)品，或許在你的家里有著幾十甚至幾百個微型嵌入式計算機無時無刻地不在為你服務(wù)。

在工業(yè)控制方面，一輛豪華轎車的控制系統(tǒng)就包含著至少50個嵌入式微處理器，它們分布于火花塞、傳動軸和安全氣囊等等。而一架先進的飛機，一臺人造衛(wèi)星就可能包含著幾十套嵌入式系統(tǒng)和上百臺微型嵌入式計算機，沒有這些裝載，飛機和衛(wèi)星的控制系統(tǒng)就不能有效地工作，它們的導航系統(tǒng)就不能滿足嚴格的要求。

在通信領(lǐng)域也有著數(shù)不勝數(shù)的嵌入式系統(tǒng)的應用，由于帶寬網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，交換機、路由器和各種傳輸設(shè)備等都逐漸需要更多的嵌入式系統(tǒng)來滿足它們互聯(lián)的需求，而這些基于32位的嵌入式系統(tǒng)品種多樣，絕大多數(shù)都價格低廉，能夠為企業(yè)和家庭的網(wǎng)絡(luò)選擇提供更加廉價而多樣的方案。

時至今日，嵌入式系統(tǒng)的應用已經(jīng)從微至著，廣泛分布。但它還在不斷地更新發(fā)展，其構(gòu)成的計算機也會變得更小巧，更靈敏，更高效，更智能，相信在未來的某一天，會如Mark Weiser所說的那樣：“它們會在墻上,在手腕上，在口袋里，就像手寫紙一樣,隨用隨取，伸手可得?！?/p>

三、總結(jié)和心得

嵌入式系統(tǒng)作為一門計算機開發(fā)的學科，有著不同于傳統(tǒng)通用計算機系統(tǒng)的特點和概念，具有獨特長處。同時它的應用遍布于電子消費、通信工程、工業(yè)控制和軍事國防等多種領(lǐng)域，其發(fā)展前景是非常廣闊的，是一門十分值得深入學習和研究的學科。

通過一個學期的學習，我了解了許多嵌入式實時操作系統(tǒng)的應用知識，比如“任務(wù)的管理和調(diào)度”、“同步、互斥與通信”以及“中斷和時間管理”等全新的理論知識，同時也通過多次的實驗操作理解了對嵌入式系統(tǒng)軟硬件工作方式和應用。所謂溫故而知新，通過撰寫課程報告，我對嵌入式系統(tǒng)的各個方面有了新的了解，大大提高了對這門學科的興趣，在今后的學習中，我也會更加深入地去學習這門課程的相關(guān)內(nèi)容，豐富自己的知識領(lǐng)域，開闊眼界，掌握更多的技能，為自己將來的發(fā)展做好鋪墊。

參考文獻：

甄鵬------《嵌入式實時Linux的移植及應用技術(shù)的研究》2008，（02）

郭軍------《基于Petri網(wǎng)的嵌入式系統(tǒng)高層級設(shè)計方法與技術(shù)研究》2007,(04)

吳敏------《基于嵌入式的家庭網(wǎng)關(guān)控制平臺的研究與設(shè)計》2007,(05)

劉青云;焦鉻-------《嵌入式Web Service模型實現(xiàn)及應用》2019,(01)

田婧---------《嵌入式μCOSⅡ在DSP中的移植與應用研究》2007,(04)

附錄

附查重報告：