嵌入式软件系统.ppt

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1,内容,一、嵌入式软件的基本特征二、嵌入式软件结构和组成三、软件系统的设计方法四、软件的移植,2,1.1嵌入式软件开发需要交叉编译1.2嵌入式软件不一定需要操作系统1.3嵌入式软件都是无限循环1.4嵌入式软件都要响应中断1.5嵌入式软件的硬件相关性,一、基本特征,3,由于其本身不具备自主开发能力，必须有一套开发工具和环境才能进行开发。

调试需要各种逻辑分析仪、混合信号示波器等。

概念列示,1.1嵌入式软件开发需要交叉编译,4,嵌入式系统采用“宿主机/目标机”方式交叉编译。

USB/RS232/以太网,宿主机：

通用计算机（PC），开发环境。

目标机：

嵌入式系统，运行环境。

通用计算机程序开发和编译在一台计算机上完成直接编译。

内存小存储空间有限计算能力有限,提问：

为何嵌入式要用这种方式,5,简单的嵌入式系统上，譬如MCS-51处理器上，可以直接运行裸机程序。

复杂嵌入式系统上，需要嵌入式操作系统来调度资源和控制。

1.2嵌入式软件不一定需要操作系统,6,简单的嵌入式应用若嵌入式系统的功能需求比较简单，如电动玩具、空调、冰箱等，则嵌入式系统软件只需完成较简单的功能，就不需要嵌入式操作系统的支持。

如：

基于8051的应用儿童玩具、汽车系统等等,7,复杂的嵌入式应用若功能比较复杂，需要网络功能、存储器管理、进程/线程管理等，则通过嵌入式操作系统的帮助，可以加快嵌入式系统软件的开发进度和可靠性。

8,嵌入式软件的结构上都是没有出口的，程序不能退出，整个程序的基本结构是无限循环。

配合中断构成整体。

列概念,1.3嵌入式软件都是无限循环,9,main（）Init_HardWare（）;/*硬件初始化*/*超级循环*/while

（1）action1（）;/*常规循环操作*/action2（）;,10,main（）Init_HardWare（）;/*硬件初始化*/*超级循环*/for（;）/*也有人这样写*/action1（）;/*常规循环操作*/action2（）;,11,main（）/*超级循环*/while

（1）action1（）;/*常规循环操作*/action2（）;/*中断1对应的服务程序*/_interruptISR1（）/*中断服务工作*/,CPU中断源1,外部事件,执行ISR1,编译器自动加入现场出入栈代码,1.4嵌入式软件都要响应中断,12,main（）/*超级循环*/while

（1）enter_low_power（）;/*进入低功耗状态*/*中断1对应的服务程序*/_interruptISR1（）/*中断服务工作*/*中断n对应的服务程序*/_interruptISRn（）/*中断服务工作*/,低功耗程序设计,13,1.5嵌入式软件的硬件相关性,14,驱动程序,15,API函数（应用程序编程接口）,16,操作系统,17,系统任务及消息队列,18,用户应用程序,19,软件功能必须硬件可实现更换硬件，BSP必须重编。

20,嵌入式系统的软件结构,二、嵌入式软件结构和组成,21,嵌入式软件组成,初始化引导代码板级支持包操作系统通信协议栈图形用户界面应用软件,22,2.1初始化引导代码,嵌入式系统上电复位后第一个执行的代码执行：

系统自检进入初始化（硬件、软件）引导操作系统复位向量80186:

FFFF0HMCS51:

0HARM:

0H,23,2.2BSP板级支持包（BoardSupportingPackage）,嵌入式操作系统与用户定制硬件平台之间的接口有效解决硬件平台的差异性BSP完成系统硬件的初始化硬件配置寄存器存储器配置I/O参数配置等,24,2.3嵌入式操作系统,主要功能（嵌入式系统大管家）管理全部软硬件资源控制程序运行提供人机界面；基于操作系统的开发模式嵌入式操作系统的内核处理器管理（任务、任务之间的通信和同步等）存储器管理,25,完整的嵌入式操作系统内核文件系统人机界面等,26,2.4网络协议栈,协议栈为嵌入式系统产品提供网络功能嵌入式协议栈的提供方式独立的第三方协议栈产品例如：

interniche的嵌入式TCP/IP嵌入式操作系统的提供商提供协议栈产品例如：

NetBIOS、IPX/SPX,27,28,2.5应用软件,用户自主开发的软件用于PDA上的记事本、通讯录、计算器等。

用于工业现场的控制软件等。

应用软件的开发基于一系列的低层API操作系统网络通信协议栈图形用户接口文件系统等,29,2.6GUI,与用户交互的应用软件LCD显示、键盘输入、触摸屏输入等GUI运行在嵌入式操作系统之上，通过GUI的功能调用（API）来实现。

30,Qt/Embedded,31,Microwindows,32,TinyXServer,33,三、软件系统的设计方法,无操作系统的嵌入式软件设计有操作系统的嵌入式软件设计,34,3.1无操作系统的嵌入式软件设计,前后台系统中断（事件）驱动系统巡回服务系统基于定时器的巡回服务系统,35,3.1.1前后台系统,后台：

一个无限循环，巡回地执行多个事件，完成相应的操作。

前台：

中断服务程序，处理异步事件。

36,程序框架-后台,main（）/*硬件初始化*/while

（1）/*后台程序*/action1（）;action2（）;action3（）;,action_1（）/*执行动作n*/action_n（）/*执行动作n*/,37,程序框架-前台,Isr_1（）/*中断1的中断服务程序*/Isr_n（）/*中断2的中断服务程序*/,38,main（）c=3;a=6;/*超级循环*/while

（1）b=a*c;action（b）;_interruptISR1（）/*中断1对应的服务程序*/a=100；,中断b=18,中断b=300,39,3.1.2中断（事件）驱动系统,原理整个嵌入式系统软件由中断服务程序构成主程序完成系统的初始化工作应用低功耗系统设计事件驱动系统构成主程序-完成系统的初始化中断服务例程-完成事务处理,40,中断驱动系统-主程序,main（）/*初始化*/*todo:

系统的初始化*/while

（1）其它代码enter_low_power（）;/*进入低功耗状态*/,41,中断驱动系统-中断程序,Isr_n（）/*其中的一个中断服务程序*/*todo:

处理中断事件*/,42,3.1.3巡回服务系统,应用：

嵌入式处理器/控制器的中断源不多，无法将外部事件与中断源完全关联。

main（）/*todo:

系统初始化*/while

（1）action_1（）;/*巡回检测事件1并处理事件*/action_2（）;/*巡回检测事件2并处理事件*/action_n（）;/*巡回检测事件n并处理事件*/,43,3.1.4基于定时器的巡回服务系统,普通巡回服务系统的缺点处理器全速运行，开销大-功耗高构成主程序定时器中断服务程序,44,主程序,main（）/*todo:

系统初始化*/*todo:

设置定时器*/while

（1）.其它代码或enter_low_power（）;,45,定时器中断服务例程,Isr_timer（）/*定时器的中断服务程序*/action_1（）;/*执行事件1的处理*/action_2（）;/*执行事件2的处理*/action_n（）;/*执行事件n的处理*/,46,1、嵌入式操作系统种类分时系统实时系统2、任务调度方式非抢占式抢占式,3.2基于嵌入式操作系统的软件设计,47,3.2.1基于分时系统的软件结构,应用：

PDA等不需要实时处理的应用缺点：

无法保证事务处理的优先级,48,3.2.2实时嵌入式系统,系统组成任务用户任务系统任务操作系统的任务调度器根据任务的优先级进行调度任务的执行引起任务调度的因素硬件中断定时器溢出任务之间的通信和同步等其它程序（主程序、子程序等）,49,50,3.2.3实时系统的调度方法,非抢占式调度系统总是先运行高优先级的任务低优先级的任务运行时，高优先级的任务不能中断低优先级的任务系统简单，操作系统的开销小,抢占式调度系统总是运行最高优先级的任务一旦高优先级的任务就绪，低优先级的任务被中断系统复杂，操作系统的开销大,51,四、软件的移植,移植的必要性裸机系统的软件移植操作系统与应用软件整体移植应用软件的移植可移植应用软件的设计思路,52,4.1移植的必要性,基于嵌入式处理器的原因兼容机更新方式-量变，短时间例如：

80x86系列新的体系结构代替旧的体系结构-质变，长时间例如：

dragonball：

EZ,VZ:

68000体系，SZ：

ARM体系基于嵌入式操作系统的原因旧的操作系统淘汰，新的操作系统被开发出来应用软件运行于不同的嵌入式操作系统平台上,53,4.2裸机系统的软件移植,裸机系统的特点比较简单使用汇编语言或C语言开发不可移植的情况汇编语言开发跨平台模块化差,54,应用软件,输入/输出模块,处理器硬件,应用软件,硬件抽象层,处理器硬件,输入/输出模块,硬件相关,可移植性结构增加硬件抽象层,55,4.3操作系统之上的移植,系统组成操作系统应用软件移植工作I/O接口驱动程序的移植BSP,56,软件结构,57,4.4应用软件的移植,操作系统更换了，但是硬件（处理器）没有变化主要移植应用软件硬件平台和操作系统都更换了需移植应用软件和设备驱动程序,58,4.5可移植应用软件的设计原则,嵌入式系统开发的初期考虑移植问题设计原则层次化模块化层次化与模块化的结合,59,4.5.1层次化结构,60,4.5.2模块化结构,61,4.5.3层次化与模块化的结合,