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計算機本科生怎么學(xué)嵌入式_嵌入式系統(tǒng)最基礎(chǔ)的知識你知道多少

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發(fā)表于 2020-7-23 12:12:59 | 只看該作者 回帖獎勵 |倒序瀏覽 |閱讀模式
計算機本科生怎么學(xué)嵌入式_嵌入式系統(tǒng)最基礎(chǔ)的知識你知道多少,   

1、嵌入式系統(tǒng)的定義

(1)定義:以應(yīng)用為中心,以計算機技術(shù)為基礎(chǔ),軟硬件可裁剪,適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴(yán)格要求的專用計算機系統(tǒng)。

(2)嵌入式系統(tǒng)發(fā)展的4個階段:無操作系統(tǒng)階段、簡單操作系統(tǒng)階段、實時操作系統(tǒng)階段、面向Internet階段。

(3)知識產(chǎn)權(quán)核(IP核):具有知識產(chǎn)權(quán)的、功能具體、接口規(guī)范、可在多個集成電路設(shè)計中重復(fù)使用的功能模塊,是實現(xiàn)系統(tǒng)芯片(SOC)的基本構(gòu)件。

(4)IP核模塊有行為、結(jié)構(gòu)和物理3級不同程度的設(shè)計,對應(yīng)描述功能行為的不同可以分為三類:軟核、固核、硬核。

  

2、嵌入式系統(tǒng)的組成

包含:硬件層、中間層、系統(tǒng)軟件層和應(yīng)用軟件層

(1)硬件層:嵌入式微處理器、存儲器、通用設(shè)備接口和I/O接口。

嵌入式核心模塊=微處理器+電源電路時鐘電路+存儲

Cache:位于主存和嵌入式微處理器內(nèi)核之間,存放的是最近一段時間微處理器使用最多的程序代碼和數(shù)據(jù)。它的主要目標(biāo)是減小存儲器給微處理器內(nèi)核造成的存儲器訪問瓶頸,使處理速度更快。

(2)中間層(也稱為硬件抽象層HAL或者板級支持包BSP)。

它將系統(tǒng)上層軟件和底層硬件分離開來,使系統(tǒng)上層軟件開發(fā)人員無需關(guān)系底層硬件的具體情況,根據(jù)BSP層提供的接口開發(fā)即可。

BSP有兩個特點:硬件相關(guān)性和操作系統(tǒng)相關(guān)性。

設(shè)計一個完整的BSP需要完成兩部分工作:

A、嵌入式系統(tǒng)的硬件初始化和BSP功能。

片級初始化:純硬件的初始化過程,把嵌入式微處理器從上電的默認狀態(tài)逐步設(shè)置成系統(tǒng)所要求的工作狀態(tài)。

板級初始化:包含軟硬件兩部分在內(nèi)的初始化過程,為隨后的系統(tǒng)初始化和應(yīng)用程序建立硬件和軟件的運行環(huán)境。

系統(tǒng)級初始化:以軟件為主的初始化過程,進行操作系統(tǒng)的初始化。

B、設(shè)計硬件相關(guān)的設(shè)備驅(qū)動。

(3)系統(tǒng)軟件層:由RTOS、文件系統(tǒng)、GUI、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)及通用組件模塊組成。

RTOS是嵌入式應(yīng)用軟件的基礎(chǔ)和開發(fā)平臺。

(4)應(yīng)用軟件:由基于實時系統(tǒng)開發(fā)的應(yīng)用程序組成。

3、實時系統(tǒng)

(1)定義:能在指定或確定的時間內(nèi)完成系統(tǒng)功能和對外部或內(nèi)部、同步或異步時間做出響應(yīng)的系統(tǒng)。

(2)區(qū)別:通用系統(tǒng)一般追求的是系統(tǒng)的平均響應(yīng)時間和用戶的使用方便;而實時系統(tǒng)主要考慮的是在最壞情況下的系統(tǒng)行為。

(3)特點:時間約束性、可預(yù)測性、可靠性、與外部環(huán)境的交互性。

(4)硬實時(強實時):指應(yīng)用的時間需求應(yīng)能夠得到完全滿足,否則就造成重大安全事故,甚至造成重大的生命財產(chǎn)損失和生態(tài)破壞,如:航天、軍事。

(5)軟實時(弱實時):指某些應(yīng)用雖然提出了時間的要求,但實時任務(wù)偶爾違反這種需求對系統(tǒng)運行及環(huán)境不會造成嚴(yán)重影響,如:監(jiān)控系統(tǒng)、實時信息采集系統(tǒng)。

(6)任務(wù)的約束包括:時間約束、資源約束、執(zhí)行順序約束和性能約束。

4、實時系統(tǒng)的調(diào)度

(1)調(diào)度:給定一組實時任務(wù)和系統(tǒng)資源,確定每個任務(wù)何時何地執(zhí)行的整個過程。

(2)搶占式調(diào)度:通常是優(yōu)先級驅(qū)動的調(diào)度,如uCOS。優(yōu)點是實時性好、反應(yīng)快,調(diào)度算法相對簡單,可以保證高優(yōu)先級任務(wù)的時間約束;缺點是上下文切換多。

(3)非搶占式調(diào)度:通常是按時間片分配的調(diào)度,不允許任務(wù)在執(zhí)行期間被中斷,任務(wù)一旦占用處理器就必須執(zhí)行完畢或自愿放棄,如WinCE。優(yōu)點是上下文切換少;缺點是處理器有效資源利用率低,可調(diào)度性不好。

(4)靜態(tài)表驅(qū)動策略:系統(tǒng)在運行前根據(jù)各任務(wù)的時間約束及關(guān)聯(lián)關(guān)系,采用某種搜索策略生成一張運行時刻表,指明各任務(wù)的起始運行時刻及運行時間。

(5)優(yōu)先級驅(qū)動策略:按照任務(wù)優(yōu)先級的高低確定任務(wù)的執(zhí)行順序。

(6)實時任務(wù)分類:周期任務(wù)、偶發(fā)任務(wù)、非周期任務(wù)。

(7)實時系統(tǒng)的通用結(jié)構(gòu)模型:數(shù)據(jù)采集任務(wù)實現(xiàn)傳感器數(shù)據(jù)的采集,數(shù)據(jù)處理任務(wù)處理采集的數(shù)據(jù)、并將加工后的數(shù)據(jù)送到執(zhí)行機構(gòu)管理任務(wù)控制機構(gòu)執(zhí)行。

來源:ittbank
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