chap01嵌入式操作系统简介.ppt

西安邮电学院 计算机系,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,page,page,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,西安邮电学院 计算机系,*,page,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,chap01嵌入式操作系统简介,2026/11/3,2,第,1,章 嵌入式操作系统简介,3,2026/11/3,第,1,章 目录,1,、计算机操作系统,2,、嵌入式系统和嵌入式操作系统,3,、嵌入式,RTOS uC/OS-II,简介,4,2026/11/3,第,1,章 目录,1,、计算机操作系统,2,、嵌入式系统和嵌入式操作系统,3,、嵌入式,RTOS uC/OS-II,简介,5,2026/11/3,1.1,计算机操作系统,（,Operating System,，,OS,）,操作系统是一种为应用程序提供服务的,系统软件,，是一个完整计算机系统的有机组成部分。,从层次来看，操作系统位于计算机硬件之上，应用软件之下。所以也把它叫做应用软件的运行,平台,。,1.,什么是计算机操作系统,简而言之，,OS,就是一个屏蔽层，屏蔽了计算机的具体硬件，向使用者提供了一台虚拟的计算机开发、使用环境。,6,2026/11/3,它在计算机应用程序与计算机硬件系统之间，,屏蔽,了计算机硬件工作的一些细节，并对系统中的资源进行有效的,管理,。,通过提供函数（应用程序接口（,API,），从而使应用程序的设计人员得以在一个友好的平台上进行应用程序的设计和开发，大大地,提高了应用程序的开发效率,。,2.,计算机操作系统的作用,从用户的角度来看，它就是,一大堆函数,（,API,和系统函数）,，用户可以调用,（普通调用或系统调用）,它们来对系统资源进行操作。,计算机硬件,用汇编语言编写,的,硬件抽象层,高级语言的接口,应用软件,操作系统,7,2026/11/3,操作系统,3,、计算机操作系统的功能,处理器的管理,存储管理,网络和通信的管理,I/O,设备管理,文件管理,任务管理,任务表,存储,分配表,文件,目录,设备表,总之，需要许多的,表,和,数据结构,8,2026/11/3,第,1,章 目录,1,、计算机操作系统,2,、嵌入式系统和嵌入式操作系统,3,、嵌入式,RTOS uC/OS-II,简介,9,2026/11/3,嵌入式系统基本概念,1.2,嵌入式系统和嵌入式操作系统,目前，对嵌入式系统的定义多种多样，没有一个权威的定义。下面给出两种比较通用的定义：,从,技术,的角度定义：以应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬件可裁剪、适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的,专用计算机系统,。,从,系统,的角度定义：嵌入式系统是设计完成复杂功能的硬件和软件，并使其紧密耦合在一起的,计算机系统,。术语嵌入式反映了这些系统通常是更大系统中的一个完整的部分，称为嵌入的系统。嵌入的系统中可以共存多个嵌入式系统。,10,2026/11/3,嵌入式系统的特点,1.2,嵌入式系统和嵌入式操作系统,专用性,-,为特定应用定制的计算机系统。,裁减性,-,软、硬件小而精，够用即可。,实时性,-,程序和数据都在存储器中，既满足逻 辑正确性，也要满足时间正确性。,可靠性,-,无人值守、自动化设备的使用要求。,低功耗,-,便携式应用的要求。,高性价,-,家用的应用要求。,11,2026/11/3,嵌入式操作系统的特点,1.2,嵌入式系统和嵌入式操作系统,必要性,-,嵌入式系统软硬件愈加庞大复杂。,微型化、可裁减,-,软、硬件小而精，够用即可。,实时性,-,抢占式管理策略，满足时间正确性。,可靠性,-,无人值守、自动化设备的使用要求。,易移植,-,便于应用到多种的硬件平台。,微内核,-,完成,OS,主要功能的代码很小（附加功能需另挂）。,12,2026/11/3,嵌入式操作系统的基本功能,1.2,嵌入式系统和嵌入式操作系统,多任务管理,-,丰富的多任务管理函数供目标系统设计者容易完成多任务应用设计。,内存管理,-,动态内存管理充分利用硬件资源。,外设管理,-,例如,I2C,、,UART,、,Timer,、,SPI,等设备的驱动。,13,2026/11/3,实时操作系统,VS,分时操作系统,1.2,嵌入式系统和嵌入式操作系统,实时性,-,即及时性，能够在要求的时间内相应 并处理完系统事件。,实时系统的正确性,-,既要逻辑正确，还要时间 正确。,RTOS-,多采用抢占式管理策略，满足时间正确性。,分时,OS-,多采用时间片轮换调度策略。,14,2026/11/3,14,2026/11/3,嵌入式操作系统的发展,1.2,嵌入式系统和嵌入式操作系统,15,2026/11/3,15,2026/11/3,15,2026/11/3,常见的嵌入式操作系统,1.2,嵌入式系统和嵌入式操作系统,实时嵌入式操作系统的种类繁多，大体上可分为两种，商用型和免费型。,商用型的实操作系统功能稳定、可靠，有完善的技术支持和售后服务，但往往价格昂贵,如,Vxworks,、,QNX,、,WinCE,、,Palm OS,等。,免费型的实时操作系统在价格方面具有优势，目前主要有,Linux,C/OS,是一种源码开放的商业,RTOS,；,C/OS,是商业操,作系统,计算机发展的三大阶段,第一阶段：始于五十年代的由,IBM,Burroughs,Honeywell,等公司率先研制的大型机。,第二阶段：始于七十年代的个人计算机。,第三阶段：计算机正迈入下一个充满机遇的阶段,“,后,PC,时代,”或“,无处不在的计算机,”阶段。,后,PC,时代是指将计算机、通信和消费产品的技术结合起来，以,3C,产品的形式（因为以上三者英文都是以“,C”,字母开头的）通过,Internet,进入家庭。,16,嵌入式系统无处不在,彼此互连,17,即使远在火星,面对,6,万年才有一次的机会，科学家们积极行动起来,从,6,月开始，先后有欧洲的,“,火星快车,”,、美国,“,勇气号,”,和,“,机遇号,”,等三颗火星探测器飞往火星，而日本一颗本已在太空,“,迷失方向,”,的火星探测器也在关键时刻及时,“,醒,”,来，开始了久违的火星之旅。,火星与地球，这一对在星空中遥遥相望的,“,兄弟,”,，迎来,6,万年来,“,最亲密的接触,”,，在,2003,年,8,月,27,日这一天，火星距离地球最近达到,55756622(5,千多万,),公里。,勇气号,18,自,1997,年,10,月,15,日发射以来，经历了,7,年,35,亿公里航程的卡西尼号太空船在,2004,年,7,月,1,日,10,时,30,分进入土星轨道，开始进行人类有史以来对土星及其,31,颗已知卫星最详尽的探测。,土星探测,19,“,哥伦比亚,”,号，整个系统的起飞重量达,2000,吨，高,56,米。,20,“,小鹰,”,号标准排水量为,60100,吨，满载排水量达,81123,吨，舰长,323.6,米，舰宽,39.6,米，吃水,11.4,米，是世界上最大的常规动力航空母舰。舰员,2930,名，其中军官,155,名；航空人员,2480,名，其中军官,320,名。飞机：,F-14D,战斗机,20,架，,F/A-18,战斗机,36,架，,E-2C,预警机和,EA-6B,电子干扰机各,4,架，,6,架,S-3B,反潜机，,6,架直升机，,2,架,ES-3A,。,21,Wearable Computing,22,嵌入式设备无处不在，,但桌面系统还依然有用,无处不在的计算机是计算机与使用者的比率达到和超过,100:1,的阶段,无处不在的计算机包括,通用计算机,和,嵌入式计算机系统,在,100:1,比例中,95%,以上,都是嵌入式计算机系统，并非通用计算机,23,嵌入式系统的发展历程,嵌入式系统的,出现和兴起,（,1960-1970,）,嵌入式系统开始走向,繁荣,，软件和硬件日臻,完善,（,1971-1989,）,嵌入式系统应用,走向纵深,（,1990,年,-,现在）,24,Microprocessor,CCD preprocessor,Pixel coprocessor,A2D,D2A,JPEG codec,DMA controller,Memory controller,ISA bus interface,UART,LCD ctrl,Display ctrl,Multiplier/Accum,Digital camera chip,lens,CCD,A Digital Camera,实例,25,软件体现价值,M9,iPhone4,26,27,2026/11/3,第,1,章 目录,1,、计算机操作系统,2,、嵌入式系统和嵌入式操作系统,3,、嵌入式,RTOS uC/OS-II,简介,28,2026/11/3,1.3,嵌入式,RTOS uC/OS-II,简介,C/OSMicro Controller OS,，微控制器操作系统,C/OS,简介,美国人,Jean Labrosse 1992,年完成,应用面覆盖了诸多领域，如照相机、医疗器械、音响设备、发动机控制、高速公路电话系统、自动提款机等,1998,年,mC/OS-II,，目前的版本,mC/OS-II V2.61,，,2.72,2000,年，得到美国航空管理局（,FAA,）的认证，可以用于飞行器中,网站,www.ucos-II.com,（,),29,2026/11/3,29,2026/11/3,uC/OS-II,的性能特点,公开源代码,可移植性（,Portable,）,绝大部分,C/OS-II,的源码是用移植性很强的,ANSI C,写的。和微处理器硬件相关的那部分是用汇编语言写的。汇编语言写的部分已经压到最低限度，使得,m C/OS-II,便于移植到其他微处理器上。,C/OS-II,可以在绝大多数,8,位、,16,位、,32,位以至,64,位微处理器、微控制器、数字信号处理器（,DSP,）上运行。,可固化（,ROMable,）,C/OS-II,是为嵌入式应用而设计的，这就意味着，只要读者有固化手段（,C,编译、连接、下载和固化），,C/OS-II,可以嵌入到读者的产品中成为产品的一部分。,30,2026/11/3,30,2026/11/3,30,2026/11/3,uC/OS-II,的性能特点,可裁剪（,Scalable,）,可以只使用,C/OS-II,中应用程序需要的那些系统服务。也就是说某产品可以只使用很少几个,C/OS-II,调用，而另一个产品则使用了几乎所有,C/OS-II,的功能，这样可以减少产品中的,C/OS-II,所需的存储器空间（,RAM,和,ROM,）。这种可剪裁性是靠条件编译实现的。,占先式（,Preemptive,）,多任务,C/OS-II,可以管理,64,个任务，然而，目前这一版本保留,8,个给系统。应用程序最多可以有,56,个任务。,可确定性,全部,C/OS-II,的函数调用与服务的执行时间具有可确定性。,31,2026/11/3,31,2026/11/3,31,2026/11/3,uC/OS-II,的性能特点,任务栈,每个任务有自己单独的栈，,C/OS-II,允许每个任务有不同的栈空间，以便压低应用程序对,RAM,的需求。,系统服务,C/OS-II,提供很多系统服务，例如邮箱、消息队列、信号量、块大小固定的内存的申请与释放、时间相关函数等。,中断管理,中断可以使正在执行的任务暂时挂起，如果优先级更高的任务被该中断唤醒，则高优先级的任务在中断嵌套全部退出后立即执行，中断嵌套层数可达,255,层。,稳定性与可靠性,32,2026/11/3,全世界有数百种产品在应用,:,Avionics,Medical,Cell phones,Routers and switches,High-end audio equipment,Washing machines and dryers,UPS(Uninterruptible Power Supplies),Industrial controllers,GPS Navigation Systems,Microwave Radios,Instrumentation,Point-of-sale terminals,更多,西安邮电学院 计算机系,33,2026/11/3,34,2026/11/3,C/OS-II,中的数据类型,备注：这些类型定义在,ARMOS_CPU.H,文件中。,操作系统中经常使用,的数据结构（数组）,数组,1.,同一数据类型数据的集合；,2.,占用连续内存空间；,3.,其中的所有元素名称都相同，但每个元素都有一个编号；,4.,元素名去掉编号（下标），得到的是数组名，数组名是个指针。,int a10,a0,a1,a2,a3,a9,a,a+1,使用上的特点：,1.,分类,存放；,2.,检索速度快且,恒定,；,3.,缺点：占用连续空间大,a+2,a+3,a+9,应用：记录,同类事物,的,表,36,2026/11/3,操作系统中经常使用,的数据结构（位图）,位图是数组的一种特殊应用,a10,（可以记录,80,个事物的状态）,a0,a1,a2,a3,a9,a,a+1,a+2,a+3,a+9,应用：,登记表,1/0,D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0,37,2026/11/3,操作系统中经常使用,的数据结构（结构）,1.,不同数据类型数据的集合；,2.,占用连续内存空间；,struct Student,int age;,char*name;,char sex;,;,使用上的特点：,1.,不,分类,存放，但用来描述同一事物；,2.,检索速度快且,恒定,；,应用：,通讯录中的一条记录,等,等,38,2026/11/3,next,next,两个元素的链表,操作系统中经常使用,的数据结构（链表）,struct Student,Student*next,int age;,char*name;,char sex;,;,1.,同数据类型数据的集合；,2.,不,占用连续内存空间。,使用上的特点：,1.,分类,存放，但空间上不连续（不需要大量的连续存储空间）；,2.,检索速度,慢，,且耗费的,时间不固定,；,应用：,存放大量的较大,的表，类似档案柜,39,2026/11/3,操作系统中经常使用,的数据结构（队列）,按照,先进先出,的规则组织的数据结构,可以用,数组,也可以用,链,表,来实现,主要用于对象的排队,40,2026/11/3,操作系统中经常使用,的数据结构（堆栈）,按照,先进后出,规则组织的数据结构,主要用数组来实现,主要用于,程序模块的嵌套运行,