1、3,C H A P T E R,嵌入式软件系统,主要内容,1,3,2,嵌入式软件系统概述,嵌入式操作系统,嵌入式软件开发工具,软件系统,软件(software)是计算机系统中与硬件(hardware)相互依存的另一部分，它包括程序(program)、相关数据(data)及其说明文档(document)。 其中： 程序是按照事先设计的功能和性能要求执行的指令序列； 数据是程序能正常操纵信息的数据结构； 文档是与程序开发维护和使用有关的各种图文资料。,软件系统,软件是一种逻辑实体，具有抽象性。这个特点使它与其它工程对象有着明显的差异。人们可以把它记录在纸上、内存、和磁盘、光盘上，但却无法看到软件本
2、身的形态，必须通过观察、分析、思考、判断，才能了解它的功能、性能等特性。,软件产品的特性,软件没有明显的制造过程。一旦研制开发成功，就可以大量拷贝同一内容的副本。所以对软件的质量控制，必须着重在软件开发方面下工夫。,软件在使用过程中，没有磨损、老化的问题。软件在生存周期后期不会因为磨损而老化，但会为了适应硬件、环境以及需求的变化而进行修改，而这些修改有不可避免的引入错误，导致软件失效率升高，从而使的软件退化。当修改的成本变得难以接受时，软件就被抛弃。,软件对硬件和环境有着不同程度的依赖性。这导致了软件移植的问题。,软件的开发至今尚未完全摆脱手工作坊式的开发方式，生产效率低。,软件是复杂的，而且
3、以后会更加复杂。软件是人类有史以来生产的复杂度最高的工业产品。软件涉及人类社会的各行各业、方方面面，软件开发常常涉及其它领域的专门知识，这对软件工程师提出了很高的要求。,软件的成本相当昂贵。软件开发需要投入大量、高强度的脑力劳动，成本非常高，风险也大。现在软件的开销已大大超过了硬件的开销。,软件工作牵涉到很多社会因素。 许多软件的开发和运行涉及机构、体制和管理方式等问题，还会涉及到人们的观念和心理。这些人的因素，常常成为软件开发的困难所在，直接影响到项目的成败。,嵌入式软件系统的分类,嵌入式软件,系统软件,支撑软件,应用软件,控制、管理计算机系统的资源,嵌入式操作系统 嵌入式中间件（CORBA
4、、Java）等等,辅助软件开发的工具,系统分析设计工具 仿真开发工具 交叉开发工具 测试工具 配置管理工具 维护工具等,面向应用领域,手机软件 路由器软件 交换机软件 飞控软件等,嵌入式软件系统的分类,从运行平台来分，嵌入式软件可以分为 运行在开发平台上的软件：设计、开发、测试工具等。 运行在嵌入式系统上的软件：嵌入式操作系统、应用程序、驱动程序及部分开发工具。,嵌入式软件系统的体系结构,硬件,应用层,驱动层,操作系统层,中间件层,8,驱动程序,9,操作系统,10,系统任务及消息队列,11,API函数（应用程序编程接口）,12,用户应用程序,嵌入式软件运行流程,上电复位,系统升级,引导/升级系
5、统,系统初始化,应用初始化,多任务应用,板级初始化,远程升级,本地升级,基于多任务操作系统的嵌入式软件的主要运行流程 该运行流程主要分为5个阶段,上电复位、板级初始化阶段,系统引导/升级阶段,系统初始化阶段,应用初始化阶段,多任务应用运行阶段,主要内容,1,3,2,嵌入式软件系统概述,嵌入式操作系统,嵌入式软件开发工具,概述,嵌入式操作系统可以统称为应用在嵌入式系统的操作系统，它具有一般操作系统的功能，同时具有嵌入式软件的特点，主要有： 可固化 可配置、可剪裁 独立的板级支持包，可修改 不同的CPU有不同的版本 应用的开发需要有集成的交叉开发工具,嵌入式操作系统的演变,*Percent of
6、total software supplied by RTOS vendor in a typical embedded device,Application,Application,Application,Application,嵌入式操作系统体系结构,体系结构是操作系统的基础，它定义了硬件与软件的界限、内核与操作系统其它组件（文件、网络、GUI等）的组织关系、系统与应用的接口。 体系结构是确保系统的性能、可靠性、灵活性、可移植性、可扩展性的关键，就好比房子的梁架，只有梁架搭牢固了才提得上房子的质量，再做一些锦上添花的工作才有意义。 目前操作系统的体系结构可分为：单块结构、层次结构和客户/服
7、务器（微内核）结构。,嵌入式操作系统体系结构,硬 件,系统服务,用户态,核心态,应用程序,应用程序,单块结构,嵌入式操作系统体系结构,层次结构,嵌入式操作系统体系结构,硬 件,进程服务,用户态,核心态,应用程序客户,内存服务,微内核,文件服务,网络服务,显示服务,发送,应答,客户/服务器结构（微内核结构）,嵌入式操作系统体系结构,微内核结构的优点 提供一致的接口 可扩展性：扩展对新的软件/硬件支持 灵活性：可伸缩 可移植性 分布式系统支持 适用于面向对象操作系统环境 性能问题： 通过微内核构造和发送信息、接受应答并解码所花费的时间比进行一次系统调用的时间多 很大程度取决于微内核的大小和功能,嵌
8、入式操作系统体系结构,应用程序,任务管理,硬 件,用户扩展处理,调度管理,硬件抽象层,应用编程接口,内存管理,中断管理,时钟/定时器管理,I/O管理,出错处理,同步、通信管理（消息队列，信号量，事件，异步信号)）,DeltaCORE的体系结构：层次模块结构,分层次,模块化,嵌入式操作系统体系结构,用户模式,应用,应用,应用,网络管理器,图形管理器,设备管理器,文件系统管理器,网络驱动,图形驱动,设备驱动,文件系统驱动,硬 件,内核模式 内核（微内核）,QNX4.25的体系结构：客户/服务器结构,嵌入式操作系统的组成,嵌入式内核,内核是嵌入式操作系统的基础，也是必备的部分。 内核还提供特定的应用
9、编程接口，但目前没有统一的标准。,任务管理,内存管理,通信同步与互斥机制,中断管理,时间管理,任务扩展, ,嵌入式TCP/IP,TCP/IP协议已经广泛地应用于嵌入式系统中 嵌入式TCP/IP网络系统提供符合TCP/IP协议标准的协议栈，提供Socket编程接口。 可剪裁 “零拷贝” 技术 采用静态分配技术,Socket 接 口,物 理 设 备,应用程序/应用协议,嵌入式文件系统,通用操作系统的文件系统通常具有以下功能： 提供用户对文件操作的命令 提供用户共享文件的机制 管理文件的存储介质 提供文件的存取控制机制，保障文件及文件系统的安全性 提供文件及文件系统的备份和恢复功能 提供对文件的加密
10、和解密功能,嵌入式实时操作系统C/OS-II简介,C/OS-II是一个抢占式实时多任务内核。它是用ANSI的C语言编写的，包含一小部分汇编语言代码，使之可以提供给不同架构的微处理器使用。 至今，从8位到64位，C/OS-II已经在40多种不同架构的微处理器上使用。 使用C/OS的领域包括：照相机行业、航空业、医疗器械、网络设备、自动提款机以及工业机器人等。,嵌入式实时操作系统C/OS-II简介,C/OS-II全部以源代码的方式提供，大约有5500行。 CPU相关的部分使用的是针对Intel80x86微处理器的代码。 C/OS-II可以很容易地移植到不同架构的嵌入式微处理器上。,嵌入式实时操作系
11、统C/OS-II简介,C/OS-II的特点： 源代码 可移植 可固化 可裁减 可抢占性 支持多任务,可确定性 任务栈 系统服务 中断管理 稳定性和可靠性,嵌入式实时操作系统C/OS-II简介,C/OS-II不是自由软件， 用于商业目的时须取得许可证,主要内容,1,3,2,嵌入式软件系统概述,嵌入式操作系统,嵌入式软件开发方法,33,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,嵌入式软件开发需要交叉编译,
