1、分类号密级编号工学硕士学位论文嵌入式系统在船舶电力推进集中控制的应用研究硕士研究生：指导教师：学位级别：学科、专业：所在单位：论文提交日期：论文答辩日期：学位授予单位：孙德胜罗耀华教授工学硕士电力电子及电力传动自动化学院年月年月哈尔滨工程大学矿，摘要数据传输是电力推进系统的集中控制中重要的组成部分之一，它的传输速度、可靠性和安全性直接影响着集中控制的控制效果和效率，对其进行研究是很有必要和现实的意义。嵌入式系统是继网络技术之后，又一个新 兴的技术发展方向。由于嵌入式系统具有体积小、性能强、功耗低、可靠性高以及面向行业应用的突出特征，目前己经广泛地应用于军事国防、消 费电子、网 络 通信、工业控
2、制等各个领域。基于嵌入式芯片的工业自动化设备具有很大的发展空间，目前已经有大量的、位嵌入式微控制器应用在工业过程控制、数控机床、电力系统、电网安全、电网设备监测、石油化工系 统等领 域。就传统的工业控制产品而一言，低端型往往采用的是位单片机，但是随着技术的发展，位、位的微处理器逐渐成为工业控制设备的核心，在未来几年内必将获得更大的发展。本课题的目的就是研制适用于电力推进控制的嵌入式工业控制器，这对于提高电力推进控制的实时性具有重要意义。本课题以嵌入式系统设计原理和电力推进控制实际应用为核心，从理论上和技术方法上开展了一系列研究。主要工作有：全面系统地概述了嵌入式系统的发展过程和分类，及其在各个
3、领域内的应用，以及嵌入式系统的发展方向：嵌入式控制器硬件平台的设计与调试，着重叙述了硬件平台的整体设计方案，包括各个设计模块的选型与接口电路的设计：嵌入式控制器所采用的操作系统的移植与调试，详细讲叙了实时操作系统在基于的嵌入式控制器硬件平台上的移植过程及注意事项：关键词：舰船推进系统的集中控制；嵌入式系统；堕：鎏三堡銮耋堡土主丝鎏塞，。，一：，喧玺鎏三型銮耄鎏圭主售鲨塞：；哈尔滨工程大学学位论文原创性声明本人郑重声明：本论文的所有工作，是在导师的指导下，由作者本人独立完成的。有关观点、方法、数据和文献等的引用已在文中指出，并与参考文献相对应。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人
4、或集体己公开发表的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者（签字）：日期：年月日；鉴玺鋈三垄垄堡圭耋警望圣；。；。一第章绪论随着社会的日益信息化，计算机和网络已经全面渗透到日常生活的每一个角落。对于我们每个人来说，需要的已 经不再仅仅是那种放在桌上处理文档、进行工作管理和生产控制的计算机“机器”。任何一个普通人都可能拥有从小到大的各种使用嵌入式技术的电子产品，小到、等微型数字化产品，大到网络家电、智能家电、车载电子设备等。目前，各种各样的新型嵌入式系统设备在应用数量上己经远远超过了通用计算机。在工业和服务领域中，使
5、用嵌入式技术的数字机床、智能工具、工业机器人、服务机器人正在逐渐改变着传统的工业生产和服务方式。嵌入式系统简介嵌入式系统“本身是一个相 对模糊的定义。由于目前嵌入式系统己经渗透到日常生活中的各个方面，在工业、服 务业、消 费电子等 领域的应用范围不断扩大，使得难以给出“嵌入式系统”一个明确的定义。举个简单例子：个手持的是否可以称为嵌入式系统呢？答案是肯定的。那么一个的微型工业控制计算机是嵌入式系统吗？当然也是，工业控制是嵌入式系统技术的一个典型应用领域。然而比较两者，会发现除了其中都嵌入有微处理器，二者几乎完全不同。那是否可以说嵌入有微处理器的设备就是嵌入式系统呢？那么到底什么是嵌入式系统昵？
6、。嵌入式系统发展的历史虽然嵌入式系统是近几年才风靡起来的，但是这个概念并非新近才出现。从世纪年代单片机的出现到今天各式各样的嵌入式微处理器、微控制器的大规模应用，嵌入式系统已经有了近年的发展历史。作为一个系统，往往是在硬件和软件双螺旋式交替发展的支撑下逐渐趋哈尔滨工程大学硕士学位论文于稳定和成熟，嵌入式系统也不例外。嵌入式系 统最初的应用是基于单片机的。世纪年代单片机的出现，使得汽 车、家 电、工业机器、通信装置以及成千上万种产品可以通过内嵌电子装置来获得更佳的使用性能，更容易使用，更快、更便宜。这些装置己经初步具备了嵌入式的应用特点，但是这时的应用只是使用位的芯片，执行一些单线程的程序，还谈
7、不上“系统”的概念。从年代早期开始，嵌入式系统的程序员开始用商业级的“操作系统”编写嵌入式应用软件，这使得开发人员可以进一步缩短开发周期，降低开发成本并提高开发效率。年，开发出世界上第个商业嵌入式实时内核（）。这个实时内核包含了许多传统操作系统的特征，包括任务管理、任务问通信、同步与相互排斥、中断支持、内存管理等功能。此后一些公司也纷纷推出了自己的嵌入式操作系统，如（）的和的、公司的等。这些嵌入式操作系统都具有嵌入式的典型特点：它们均采用占先式的调度，响应的时间很短，任务执行的时间可以确定；系统内核很小，具有可裁减性、可扩充性和可移植性，可以移植到各种处理器上；较强的实时性和可靠性，适合嵌入式
8、应用。这些嵌入式实时多任务操作系统的出现，使得应用开发人员从小范围的开发中解放出来，同时也促使嵌入式有了更为广阔的应用空间。年代以后，随着对实时性要求的提高，软件规模不断上升，实时内核逐渐发展为实时多任务操作系统（），并作为一种软件平台逐步成为目前国际嵌入式系统的主流。这时候更多的公司看到了嵌入式系统的广阔发展前景，开始大力发展自己的嵌入式操作系统。除了上面的几家老牌公司以外，还出现了、嵌入式、以及国内的、等嵌入式操作系统。随着嵌入式技术的发展前景日益广阔，相信会有更多的嵌入式操作系统软件出现。今天已经在全球形成了个产业，根据美国（子市场分析报告，年全球市 场产值达亿美元，而相关的整个嵌入式开
9、发工具（包括仿真器、逻辑分析仪、 软件编译器和调试器）则高达 亿美元。进入世纪年代，嵌入式技术全砸展开，目前己成 为通信和消费类产品的共同发展方向。在通信领域，数字技 术正在全面取代模拟技术。在广播电视领域，美国已开始由模拟电视向数字电视转变，欧洲的（数字电视哈尔滨工程大学硕士学位论文广播）技术已在全球大多数国家推广。数字音频广播（）也己进入商品化试播阶段。而软件、集成电路和新型元器件在产业发展中的作用日益重要。所有上述产品中，都离不开嵌入式系统技术。在个人 领域中，嵌入式产品将主要是作为个人移动的数据处理和通信软件。由于嵌入式设备具有自然的人机交互界面，屏幕为中心的多媒体界面给人以很大的亲和
10、力。手写文字输入、语音拨号上网、收发电子邮件以及彩色图形、 图像已取得初步成效。目前一些先进的在 显示屏幕上己 实现汉字写入、短消息语音发布，应用范围也将日益广阔。对于企业专用解决方案，如物流管理、条码扫描、移动信息采集等，这种小型手持嵌入式系统将发挥巨大的作用。自动控制领域，不仅可以用于机、自动售货机、工业控制等专用设备，和移动通信设备、娱乐 相结合，嵌入式系统同样可以发挥巨大的作用。近期长虹推出的产品，就是把网络、控制、信息结合起来。这种智能化、网络化将是家电发展的新趋势。硬件方面，不仅有各大公司的微处理器芯片， 还有用于学习和研发的各种配套开发包。目前低层系统和硬件平台经过若干年的研究，
11、已经相对比较成熟，实现各种功能的芯片应有尽有。而且巨大的市 场需求给我们提供了学习研发的资金和技术力量。从软件方面讲，也有相当多的成熟软件系统。国外商品化的嵌入式实时操作系统，已进入我国市场的有、和等产品。我国自主开发的嵌入式系统软件产品如科银京成（）公司的嵌入式软件开发平台，中科院推出的嵌入式操作系统。由于是研究热点，读者可以在网上找到各种各样的免费资源，从各大厂商的开发文档到各种驱动程序源代码。甚至很多厂商还提供微处理器的样片。这对于从事这方面的研发者，无疑是个资源宝库。 对于软件设计来一说，不管是上手 还是进一步开发，都相对一来说比较容易。 这就使得很多生手能够比较快地进入研究状态，利于
12、发挥大家的积极性和创造性。今天嵌入式系统带来的工业年产值己超过了万亿美元。来自年美国嵌入式系统大会（）的 报告指出，未来年仅基于嵌入式计算机系统的全数字电视产品，就将在美国产生一个每年亿美元的新市场。美国汽车大王福特公司的高级经理也曾宣称，“福特出售的计算能力已超过了”。由此可以想象嵌入式计算机工业的规模和广度。哈尔滨工程大学硕士学位论文年月在美国加州举行的嵌入式系统大会上，基于的成为一个技术新热点。在国内， “维纳斯计划”和“女蜗计划”一度闹得沸沸扬扬，机顶盒、信息家电这两年更成了玎热点，而 实际上 这些都是嵌入式系统在特定环境下的一个特定应用。据调查，目前国 际上己有两百多种嵌入式操作系统
13、。而各种各样的开发工具、 应用于嵌入式开发的仪器设备更是不可胜数。在国内，虽然嵌入式应 用、开发很广，但该领域却几乎还是空白，只有两三家公司和极少数人员在从事这方面工作。嵌入式系统的分类及特点由于嵌入式系统由硬件和软件两大部分组成，所以其分类也可以从硬件和软件进行划分。（）嵌入式系统 的硬件从硬件方面来讲，各式各样的嵌入式处理器是嵌入式系统硬件中的最核心的部分。目前，世界上具有嵌入式功能特点的处理器己经超过种，流行体系结构包括、等多个系列。鉴于嵌入式系统广阔的发展前景，很多半导体制造商都开始大规模生产嵌入式处理器，并且公司自主设计处理器也己经成了未来嵌入式领域的一大趋势，其中从单片机、到，品种
14、越来越多，速度越来越快，性能越来越强，价格也越来越低。目前嵌入式处理器的寻址空间可以从到，处理速度最快可以达到，封装从几个引脚到几百个弓脚不等。根据其现状，嵌入式处理器可以分成下面几类：嵌入式微处理器”嵌入式微处理器的基础是通用计算机中的，它一般装配在专门设计的电路板上，只保留与嵌入式应用有关的母板功能，但是电路板上必须包括、总线接口、各种外设等器件。嵌入式 处理器目前主要有、系列等嵌入式微控制器（，）嵌入式微控制器的典型代表是单片机。从世纪年代末单片机出现到今天，虽然已经经过了多年的历史，但 这种位的电子器件目前在嵌入堕玺鋈三堡奎耋堡圭堂皇垒塞式设备中仍然有着极其广泛的应用。嵌入式微控制器一
15、般以某种微处理器为核心，芯片内部集成、总线、总线逻辑 、定时计数器、看门狗、，、串行口、脉宽调 制输出、等各种必要功能和外设。和嵌入式微处理器相比，微控制器的最大特点是单片化，体积大大减小，从而使功耗和成本下降、可靠性提高。微控制器是目前嵌入式系统工业的主流。微控制器的片上外设资源一般比较丰富，适合于控制，因此称为微控制器。比较具有代表性的通用系列有、一、等。嵌入式处理器，）处理器是专门用于信号处理方面的处理器，其在系统结构和指令算法方面进行了特殊设计，具有很高的编译效率和指令执行速度。在数字滤波、频谱分析等各种仪器上获得了大规模的应用。的理论算法在世纪年代就已经出现，但是由于专门的处理器还未
16、出现，所以这种理论算法只能通过等由分立元件实现。较低的处理速度无法满足的算法要求，其应用领域仅仅局限于一些尖端的高科技领域。随着大规模集成电路技术的发展，年世界上诞生了首枚芯片。其运算速度比快了几十倍，在语音合成和编码解码器中得到了广泛应用。至年代中期，随着技术的进步与发展，第二代基于工艺的芯片应运而生，其存储容量和运算速度都得到了成倍提高，成为语音处理、图像硬件处理技术的基础。到年代后期，的运算速度进一步提高，应用领域也从上述范围扩大到了通信和计算机一面。年代后，发展到了第五代产品，集成度更高，使用范 围也更加广阔。目前最为广泛应用的是的系列，另外如的和的也有各自的应用范围。嵌入式片上系统”
17、（，片上系统是追求产品系统最大包容的集成器件，是目前嵌入式应用领域的热门话题之一。最大的特点是成功实现了软硬件无缝结合，赢接在处理器片内嵌入操作系统的代码模块。而且具有极高的综合性，在一个硅片内部运用等硬件描述语言，实现一个复杂的系统。用户不需要再像传统的系统设计一样，绘制庞大复杂的电路板，一点点地连接焊制，只哈尔溟工程大学硕士学位论文需要使用精确的语，综合时 序设计直接在器件库中调用各种通用处理器的标准，然后通过仿真之后就可以直接交付芯片厂商进行生产。出于绝大部分系统构件都是在系统内部，整个系统就特别简洁，不 仅减小了系统的体积和功耗，而且提高了系统的可靠性，提高了设计生产效率。由于往往是专
18、用的，所以大部分都不为用户所知，比较典型的产品的。少数通用系列如的、的、某些系列器件、和联合研制的芯片等。预计不久的将来，一些大的芯片公司将通 过推出成熟的、能占领多数市场的芯片，一举击退竞 争者。芯片也将在声音、图像、影视、网络及系统逻辑等应用领域中发挥重要作用。（）嵌入式系统 的软件软件方面，主要可以依据操作系统的类型划分。目前嵌入式系统的软件主要有两大类：实时系统和分时系统。其中实时系统又分为两类：硬实时系统和软实时系统。如图所示。图嵌入式系统分类实时嵌入式系统嗍是为执行特定功能而设计的，可以严格地按时序执行功能。其最大的特征就是程序的执行具有确定性。在 实时系统中，如果系 统在指定的时
19、间内未能实现某个确定的任务，会导致系统的全面失败，则系统被称为硬实时系统。而在软实时系统中， 虽然响应时间同样重要，但是超 时却不会导致致命错误。一个硬实时系统往往在硬件上需要添加专门用于时间哈尔滨工程大学硕士学位论文和优先级管理的控制芯片，而软实时系统则主要在软件方面通过编程实现时限的管理。比如就是一个多任务分时系统，而则是典型的实时操作系统。当然，除了上述分类之外，还有许多其他分类方法，比如从应用方面分为工业应用和消费电子等，在这里就不一一赘述了。从前厦对嵌入式系统所作的定义可以看出嵌入式系统的几个重要特征：系统 内核小。由于嵌入式系统一般是应用于小型电子装置，系统资源相对有限，所以内核较
20、之传统的操作系统要小得多。比如公司的分布式系统，内核只有，而的内核则要大得多。专 用性 强。嵌入式系统的个性化很强，其中的 软件系 统和硬件的结合非常紧密，一般要针对硬件进行系统的移植，即使在同一品牌、同一系列的产品中也需要根据系统硬件的变化和增减不断进行修改。同时针对不同的任务，往往需要对系统进行较大更改，程序的 编译下载要和系统相结合， 这种修改和通用软件的“升级”是完全不同的概念。系统 精简。嵌入式系统一般没有系统软件和应用软件的明显区分，不要求其功能设计及实现上过于复杂，这样一方面利于控制系统成本，同时也利于实现系统安全。高实时 性的操作系 统软件是嵌入式软件的基本要求。而且软件要求固
21、化存储，以提高速度。软件代 码要求高质量和高可靠性。嵌入式软件开 发要想走向标准化，就必须使用多任务的操作系统。嵌入式系统的应用程序可以没有操作系统丽直接在芯片上运行；但是为了合理地调度多任务，利用系统资源、系 统函数以及专家库函数接口，用户必须自行选配（）开 发平台，这样才能保证程序执行的实时性、可靠性，并减少开 发时间，保障软件质量。嵌入式系统 开发需要专门的开发工具和环境。由于嵌入式系统本身不具备自主开发能力，即使设计完成以后用户通常也不能对其中的程序功能进行修改，必须有一套开发工具和环境才能进行开发， 这些工具和环境般是基于通用计算机上的软硬件设备以及各种逻辑分析仪、混合信号示波器等。
22、开发时往往有主机和目标机的概念，主机用于程序的开发，目标机作为最后的执行机，开 发时需要交替结合进行哈尔滨工程大学硕士学位论文系统开发背景及主要工作舰船中最重要的部分之一就是舰船的推进系统。没有推进系统，舰船将无法航行。推进系统的优劣往往决定着舰船动力性能，而推进系统的集中控制决定着是否能够有效、快速、 稳定安全地来控制推进系统。随着舰船技术的不断发展，尤其是舰船推进系统的快速发展， 对舰船推进系统的集中控制的性能要求越来越高。尤其是不久的将来，舰船将全面采用全电力推进方式，对推进系统的集中控制的要求越来越高。在舰船的推进系统中，对集中控制的要求很高。对于进行这方面的研究不仅对舰船的推进系统的
23、集中控制发展有益，而且对将来的全电力舰船的推进系统和集中控制及仿真是十分有意义的。在推进系统的集中控制中，包括数据采集、数据传输、 总控计算机接口、计算机总控软件等部分。重要的组成部分之一就是数据传输部分。数据传输部分对于控制系统的性能往往影响较大。系统要求电机信息和控制信息的数据能够快速、实时、可靠地进行传输。为了提高集中控制系 统的性能，一般在提高数据采集和传输的速率、稳定性等方面及总控计算机软件进行改进。目前，在舰船的推进系统的集中控制中的数据传输使用的一般是通过一、一等串行接口来实现的， 虽然可以满足现在的数据通讯要求，但存在着传输速率低、可靠性差、可 扩展性差、实时性差等缺点，无法满
24、足现代推进系统控制的发展要求。对于舰船推进系统的集中控制的发展是不利的。因此需要一种新的数据通讯系统来替代现有的系统。现场总线技术是在年代后期发展起来的一种先进的现场工业控制技术，它集数字通讯、智能仪表、 计算机技术、网络技术于一身，从根本上突破了传统的“点对点”式的模拟信号或数字一模拟信号控制的局限性，可实现分散式控制、集中式管理，它具有现场通讯功能、现场设备互连、良好的互操作性、分散的功能模块、开放式互连网络等特点。若在舰船中采用该技术，不仅可以充分保证推进系统的集中控制通讯的要求，而且可与舰船中其他控制系统相联系。（）”。即控制器局域网络。由于其高性能、高可靠性、独特的设计， 总线 越来
25、越受到人们的重视。国外已有 许多大公啥尔滨二程大学硕士学位论文司的产品采用了这一技术。最初是由德国的奔驰公司为汽车监测、控制系统而设计的。现代汽车越来越地采用电子装置控制，如发动机的定时、注油控制，加速、刹车控制（）及复杂的抗锁定刹车系统（）等。由于这些控制需检测及交换大量数据，采用硬接信号线的方式不但烦琐、昂贵，而且难以解决问题，采用总线上述问题便得到很好地解决。由于总线本身的特点，其应用范围目前已不再局限于汽车行业，而向过程工业、机械工业、纺织机械、农用机械、机器人、数控机床、医疗器械及传感器等领域发展。总线已经形成国际标准，成 为公认的最有前途的现场总线之一。从以上可以看到，总线以它的性
26、能、可靠性等特点，在 舰船的集中控制中应用是十分适合的。目前，在 舰船的集中控制系统中应用总线的还很少。因此，在潜器的推进系 统的集中控制中，研究和使用总线是十分必要和重要的。对推进系统实现计算机控制，必须将控制器和计算机连接起来。这就需要通过计算机接口实现总线与计算机的连接与通讯。在目前的计算机接口中，并行的有、并口，串行的、通用串口等。由于其传输性能差，已经淘汰；并口无法满足总线的传输要求：和是新近发展起来的高速串行 总线，能 够满足总线的 传输速度要求，使用也非常方便，虽然传输速率很高，但它的成本很高，所以目前只用于一些专用系统和打印机扫描 仪等数据传输速度要求较高的设备”“具有速度高成
27、本低功耗低支持即插即用和使用维护方便等优点在协议成熟以后迅速地占领了计算机外部设备市场。因此在总线与计算机的接口就采用串行总线。课题的工作可分为 总线与嵌入式控制器的接口软硬件的设计和基于系统驱动程序开发两大部分。喧玺鎏王垄盔兰堡土兰垡笙塞第章嵌入式控制器的整体设计本章介绍了嵌入式系统设计的具体方法。并从硬件和软件两个角度分别叙述了嵌入式工业控制器的整体设计方案。嵌入式系统设计的具体方法嵌入式系统设计的传统方法通常在单片机系统的开发应用中，是按照瀑布式开发流程进行的。其工作模式简单，任务的划分协调及人员安排、物 质材料的分配管理都比较容易。如图所示，开 发过程为 从硬件到软件的流水线式进行。图
28、瀑布式开发过程传统的嵌入式系统设计方法又不同于瀑布式开发过程，它是将开发任务分为硬件和软件两个独立的部分，由硬件工程师和软件工程师按照拟定的设计流程分别完成。其开发过程为一种并行的工作方式，我们称之为模式开发过程，如图所示。传统的嵌入式系统开发采用的是软件开发与硬件开发分离的方式。虽然也可改进硬件软件性能，但由于这种改进是各自独立进行的，不一定使系统哈尔滨工程大学硕士学位论文；一综合性能达到最佳。虽然在系统设计的初始阶段考虑了软硬件的接口问题，但由于软、硬件分别开发，各自部分的修改和缺陷很容易导致系统集成出现错误。由于设计方法的限制，这些错误不但难于定位，而且更重要的是，对它们的修改往往会涉及
29、整个软件结构或硬件配置的改动。显然，这是灾难性的。图传统的嵌入式系统的设计方法这种设计方法只能改善硬件软件各自的性能，而有限的设计空间不可能对系统做出较好的性能综合优化。世纪年代初。国外有些学者提出“这种传统的设计方法，只是早期计算机技术落后的产物，它不能适合于某个专用系统的最佳计算机应用系统的解”。因为，从理论上来说，每一个 应用系统，都存在一个适合于该系统的硬件、 软件功能的最佳组合，如何从 应用系统需求出发，依据一定的指导原则和分配算法对硬件软件功能进行分析及合理的划分，从而使系统的整体性能、运行时间、能量 损 耗、存储能量达到最佳状态，已成 为硬件软件协同设计的一个重要研究内容之一。哈
30、尔滨丁程大学硕士学位论文嵌入式系统协同设计技术为避免上述问题，一种新的开发方式应运而生一软硬件协同设计方法。一个典型的硬件软件协同设计过程如图所示。首先，应用独立于任何硬件和软件的功能性规格方法对系统进行描述，采用的方法包括有限自动机（）、统一化的 规格语言（、）或其他基于图形的表示工具，其作用是对硬件软件统一表示，便于功能的划分和综合：然后，在此基础上对硬件软件进行划分，即对硬件软件的功能模块进行分配。但是，这种功能分配不说随意的，而是从系统功能要求和限制条件出发，依据算法进行的。完成硬件软件功能划分之后，需要对划分结果做出评估。方法之一是性能评估，另一种方法是对硬件、 软件综合之后的系统依
31、据指令级评价参数做出评估。如果评估结构不满足要求，说明划分方案选择不合理，需要重新划分硬件软件模块：以上重复知道系统获得一个满意的硬件软件实现为止。这种方法的特点在协同设计、协同测试和协同验证上，充分考虑了软硬件的关系，并在设计的每个层次上给以测试验证，使得尽早发现和解决问题，避免灾难性图嵌入式系统的硬件软件协同设计方法堕玺鎏苫堡盔堂鎏圭堂垡笙苎系统协同设计与传统设计相比有两个显著的区别：描述硬件和软件使用统一的表示形式：硬件软件划分可以 选择多种方案，直到满足要求。显然，这种设计方法对于具体的应用系统，容易 获得满足综合性能指标的最佳解决方案。基于的嵌入式工业控制器方案嵌入式控制器由软件硬件
32、两大部分组成，前者是整个系统的物理基础，它提供软件平台和通讯（包括人机交互）接：后者实际控制系统的运行。整个系统的体系结构如图所示。 二亟丑图嵌入式系统体系结构嵌入式工业控制器硬件平台的选择嵌入式开发的硬件平台的选择主要是嵌入式处理器的选择。在一个系统中使用什么样的嵌入式处理器内核主要取决于应用的领域、用户的需求、成本问题、开发的难易程度等因素。困困困哈尔滨工程大学硕士学位论文、嵌入式处理器内核的 选择嵌入式微处理器有许多种流行的处理器核，芯片生产厂家一般都基于这些处理器核生产不同型号的芯片。表中列出了集中常见的嵌入式处理器内核的特性。处理器类型处理器价格主要性能及应用低功耗低，适用于个人便携
33、式设备低速度低，主要应用于通讯、网络等设备：单位附加值高，高市场 小特别是对性能有 较高要求时，应用于高端嵌入式系统中表常见的嵌入式处理器根据工业控制应用的需求和成本估算，我们决定采用核处理器，微处理器目前有六个系列：是低功耗的位核，最适应应用于对功耗敏感的产品。又有应用于实时环境的、，以及适用于开放平台的和适用于运营及支持的。为此，适用于我们的开 发方案。“”是适用于低端的处理器内核，目前应用最广的位高性能嵌入式处理器，它可以提供三 级流水线及冯诺依曼结构。它的名字有有着下列的含义：代表位压缩指令集。代表在片调试支持，允许处 理器响应调试请求暂停。表示增强型乘法器，可进行两个位数相乘而直接产
34、生位结果。表示嵌入式硬件提供片上断点和调试点支持。世界上有许多厂商根据的规范，生 产出各式各 样的芯片。如公司的系列产 品，公司的 ￥、￥、￥系列，公司的系列等等。、嵌入式处理器的 选择确定了使用哪种嵌入式处理器的内核以后，接下来就是结合实际情况，根据系统外围设备的需求情况，选择一款合适的处理器。下面列出了通常考虑哈尔滨工程大学硕十学位论文；系统外围设备的思路：总线的需求是否有通用串行接口（）是否需要总线是否有接口系统内部是否需要总线，总线外设接口系统是否需要控制接口另外，还需要考虑处理器的寻址空间，有没有片上的存储器， 处理器是否容易调试，仿真调试工具的成本和易用性等相关的信息。在实际过程中
35、，挑选最好的硬件是一项很复杂的工作，充 满着各种顾忌和干扰，包括其它工程的影响以及缺乏完整和准确的信息等。根据工业控制应用的实际需求，最后确定选用公司出品的。嵌入式工业控制器实时操作系统的选择在嵌入式系统的开发中，嵌入式软件是实现各种系统功能的关键，也是计算机技术最活跃的研究方向之一。在进行软件开发之前，必须走好实时操作系统选型这关键的一步。、实时操作系统的选型原则不同应用对嵌入式软件系统有不同的要求，并且随着计算机技术的发展，这些要求也在不断的变化。通常， 应用系统对嵌入式软件的基本要求是体积小、执行速度快、具有较好的可裁剪性和可移植性。嵌入式系统覆盖面很广，从很简单到复杂度很高的系统都有，
36、这主要是由具体应用要求决定的。简单的嵌入式系统根本没有操作系统，而只是一个控制循环。但是，当系统变得越来越复 杂时，就需要一个嵌入式操作系统来支持，否则，应用软件就会变得过于复杂，使开 发难度过大，安全性和可靠性都难于保证。实时多任务操作系统（）可以 简单地认为是功能强大的主控程序，它嵌入到目标代码中，系统复位后首先执行，它 负责在硬件基础之上， 为应用软件建立一个功能更为强大的运行环境，用户的其他应用程序都建立在哈尔滨工程大学硕士学位论文上。从这个意义上而言，操作系统的作用是为用户提供一台等价的扩展计算机，可以认为是一个虚拟机，它比底层硬件更容易编程。不仅如此， 还是一个标准的内核，将时间、
37、中断、定时等资源都包装起来，留给用户一个标准的，并根据各个任务的优先级，合理地在不同任务之间分配对间，从这个意义而言操作系 统的作用是资源管理器。目前，嵌入式操作系统有多种，如何选择一款既能满足应用要求，性能价格比又能达到最佳的实时操作系统是开发中的关键一步。嵌入式操作系统的选择主要从以下几个方面考虑：可移植性即操作系统相关性。当进行嵌入式软件开发时，可移植性是要重点考虑的问题。因为具有良好可移植性的软件可以在不同平台、不同系统上运行，跟操作系统无关。 软件的通用性和 软件的性能通常时矛盾的。很难设想开发一个嵌入式软件而仅能在某特定环境下应用，如果换了一个环境或处理器平台，整个 软件就要重新设
38、计，这往往是设计者不能接受的。开发工具的支持程度一个工程师选择实时操作系统时必须要考虑与之相关的开发工具。在线仿真器（）、 编译器、 汇编器、连接器等都不同程度影响着操作系统。有些在线仿真器供应商提供其与实时操作系统接口的软件。检查一下在线仿真器是否能与实施操作系统协同工作，这在调试那些最隐蔽的小错误时是很有用的。应用对性能的要求有的实时操作系统的代码尺寸只有几，这样可以大大节省系统的内存空间，对于成本敏感的嵌入式应用，这是非常重要的。但是选用小尺寸的操作系统的前提条件是一定要满足系统的应用需求。所以在了解一个内核要求的最小存储空间时，很重要的一点就是要了解这个内核中包括了什么。最小的内核经常
39、是仅仅支持很少的特性，而典型的配置可能产生大得多的内核。考虑了上述各种因素之后，通常我们都可以找到一个适合自己的嵌入式实时操作系统。但是现在市场上的商用型实时系统的费用都比较高，考虑到成本问题，我们最后决定借助网上的免费资料在上自建一个操作系统。、町的特征哈尔滨工程大学硕士学位论文（）（）（）（）的特点可以概括为以下几个方面：最主要的优点是有源代码，且源代码中有清晰的注释。除有逐行的注释外，在每个函数的开头都有对整个函数的解释，源代码的可读性很好。有范例。硬件相关部分代码的范例以机的为例给出的，在下运行或在的窗口内运行。初学者可以在机上试着编译、运行一下这个内核，然后带入书中的范例，取得一些对的初步体会。源代码的以上用语言写成，可移植性好。与硬件
