嵌入式系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)分析與開發(fā)應(yīng)用

　　摘要：基于嵌入式系統(tǒng)的概念，闡述嵌入式系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)、嵌入式開發(fā)以及廣泛的應(yīng)用。首先，分析嵌入式系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn)，分別從嵌入式處理器和嵌入式操作系統(tǒng)兩方面介紹，著重說明它不同于其它操作系統(tǒng)的一些處理方法和過程；在此基礎(chǔ)上闡述嵌入式軟件的開發(fā)過程，并結(jié)合作者嵌入式軟件開發(fā)的實(shí)踐，著重闡述嵌入式軟件的一些開發(fā)技巧。接著，介紹目前嵌入式系統(tǒng)一些流行的應(yīng)用，以及南京東大移動互聯(lián)技術(shù)有限公司自行研制的基于藍(lán)牙技術(shù)的嵌入式產(chǎn)品。最后，給出作者的體會，展望嵌入式系統(tǒng)的前景。

關(guān)鍵詞：嵌入式系統(tǒng) 嵌入式處理器 微內(nèi)核 內(nèi)存管理單元 藍(lán)牙系統(tǒng)
 
引 言 
　　在當(dāng)前數(shù)字信息技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)高速發(fā)展的后PC（Post-PC）時代，嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)廣泛地滲透到科學(xué)研究、工程設(shè)計、軍事技術(shù)、各類產(chǎn)業(yè)和商業(yè)文化藝術(shù)以及人們的日常生活等方方面面中。隨著國內(nèi)外各種嵌入式產(chǎn)品的進(jìn)一步開發(fā)和推廣，嵌入式技術(shù)越來越和人們的生活緊密結(jié)合。

　　1970年左右出現(xiàn)了嵌入式系統(tǒng)的概念，此時的嵌入式系統(tǒng)很多都不采用操作系統(tǒng)，它們只是為了實(shí)現(xiàn)某個控制功能，使用一個簡單的循環(huán)控制對外界的控制請求進(jìn)行處理。當(dāng)應(yīng)用系統(tǒng)越來越復(fù)雜、利用的范圍越來越廣泛的時候，每添加一項(xiàng)新的功能，都可能需要從頭開始設(shè)計。沒有操作系統(tǒng)已成為一個最大的缺點(diǎn)了。 

　　C語言的出現(xiàn)使操作系統(tǒng)開發(fā)變得簡單。從上世紀(jì)80年代開始，出現(xiàn)了各種各樣的商用嵌入式操作系統(tǒng)百家爭鳴的局面，比較著名的有VxWorks、pSOS和Windows CE等等，這些操作系統(tǒng)大部分是為專有系統(tǒng)而開發(fā)的。另外，源代碼開放的嵌入式Linux，由于其強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)功能和低成本，近來也得到了越來越多的應(yīng)用。

1 嵌入式系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn)

　　嵌入式系統(tǒng)通常包括構(gòu)成軟件的基本運(yùn)行環(huán)境的硬件和操作系統(tǒng)兩部分。嵌入式系統(tǒng)的運(yùn)行環(huán)境和應(yīng)用場合決定了嵌入式系統(tǒng)具有區(qū)別于其它操作系統(tǒng)的一些特點(diǎn)。

（1）嵌入式處理器 　　嵌入式處理器可以分為三類：嵌入式微處理器、嵌入式微控制器、嵌入式DSP（Digital Signal Processor）。嵌入式微處理器就是和通用計算機(jī)的微處理器對應(yīng)的CPU。在應(yīng)用中，一般是將微處理器裝配在專門設(shè)計的電路板上，在母板上只保留和嵌入式相關(guān)的功能即可，這樣可以滿足嵌入式系統(tǒng)體積小和功耗低的要求。目前的嵌入式處理器主要包括：PowerPC、Motorola 68000、ARM系列等等。

　　嵌入式微控制器又稱為單片機(jī)，它將CPU、存儲器（少量的RAM、ROM或兩者都有）和其它外設(shè)封裝在同一片集成電路里。常見的有8051。

　　嵌入式DSP專門用來對離散時間信號進(jìn)行極快的處理計算，提高編譯效率和執(zhí)行速度。在數(shù)字濾波、FFT、譜分析、圖像處理的分析等領(lǐng)域，DSP正在大量進(jìn)入嵌入式市場。

（2）微內(nèi)核結(jié)構(gòu)

　　大多數(shù)操作系統(tǒng)至少被劃分為內(nèi)核層和應(yīng)用層兩個層次。內(nèi)核只提供基本的功能，如建立和管理進(jìn)程、提供文件系統(tǒng)、管理設(shè)備等，這些功能以系統(tǒng)調(diào)用方式提供給用戶。一些桌面操作系統(tǒng)，如Windows、Linux等，將許多功能引入內(nèi)核，操作系統(tǒng)的內(nèi)核變得越來越大。內(nèi)核變大使得占用的資源增多，剪裁起來很麻煩。

　　大多數(shù)嵌入式操作系統(tǒng)采用了微內(nèi)核結(jié)構(gòu)，內(nèi)核只提供基本的功能，比如：任務(wù)的調(diào)度、任務(wù)之間的通信與同步、內(nèi)存管理、時鐘管理等。其它的應(yīng)用組件，比如網(wǎng)絡(luò)功能、文件系統(tǒng)、GUI系統(tǒng)等均工作在用戶態(tài)，以系統(tǒng)進(jìn)程或函數(shù)調(diào)用的方式工作。因而系統(tǒng)都是可裁減的，用戶可以根據(jù)自己的需要選用相應(yīng)的組件。

（3）任務(wù)調(diào)度

　　在嵌入式系統(tǒng)中，任務(wù)即線程。大多數(shù)的嵌入式操作系統(tǒng)支持多任務(wù)。多任務(wù)運(yùn)行的實(shí)現(xiàn)實(shí)際是靠CPU在多個任務(wù)之間切換、調(diào)度。每個任務(wù)都有其優(yōu)先級，不同的任務(wù)優(yōu)先級可能相同也可能不同。任務(wù)的調(diào)度有三種方式：可搶占式調(diào)度、不可搶占式調(diào)度和時間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度。不可搶占式調(diào)度是指，一個任務(wù)一旦獲得CPU就獨(dú)占CPU運(yùn)行，除非由于某種原因，它決定放棄CPU的使用權(quán)；可搶占式調(diào)度是基于任務(wù)優(yōu)先級的，當(dāng)前正在運(yùn)行的任務(wù)可以隨時讓位給優(yōu)先級更高的處于就緒態(tài)的其它任務(wù)；當(dāng)兩個或兩個以上任務(wù)有同樣的優(yōu)先級，不同任務(wù)輪轉(zhuǎn)地使用CPU，直到系統(tǒng)分配的CPU時間片用完，這就是時間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度。

　　目前，大多數(shù)嵌入式操作系統(tǒng)對不同優(yōu)先級的任務(wù)采用基于優(yōu)先級的搶占式調(diào)度法，對相同優(yōu)先級的任務(wù)則采用時間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度法。

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