完整版通用PC系统与嵌入式系统区别完整版通用PC系统与嵌入式系统区别PAGE/NUMPAGES完整版通用PC系统与嵌入式系统区别通用PC系统与嵌入式系统的差别.txt精神失礼的疯子不能怕,可怕的是精神正常的疯子!一哪些是嵌入式系统嵌入式系一致般指非pc系统,有计算机功能但又不称之为计算机的设备或器材。它是以应用为中心,软硬件可裁汰的,适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗等综合性严格要求的专用计算机系统。简单地说,嵌入式系统集系统的应用软件与硬件于一体,近似于pc中bios的工作方法,拥有软件代码小、高度手动化、响应速率快等特性,非常适宜于要务实时和多任务的系统。嵌入式系统主要由嵌入式代办器、相关支撑硬件、嵌入式操作系统及应用软件系统等组成,它是可独立工作的“器件”。嵌入式系统几乎包括了生活中的所有家电设备,如掌上pda、搬动估算设备、电视机顶盒、手机上网、数字电视、多媒体、汽车、微波炉、数字单反、家庭手动化系统、电梯、空调、安全系统、自动售货机、蜂窝式电话、花销电子设备、工业手动化仪表与医疗仪器等。嵌入式系统的硬件部份,包括代办器/微代办器、储藏器及外设元件和i/o端口、图形控制器等。
嵌入式系统有别于通常的计算机代办系统,它不具备像硬碟那样大容量的储存介质,而大多使用eprom、eeprom或闪存(flashmemory)作为储存介质。软件部发包括操作系统软件(要务实时和多任务操作)和应用程序编程。应用程序控制着系统的运作和行为;而操作系统控制着应用程序编程与硬件的交互作用。二嵌入式代办器嵌入式系统的核心是嵌入式微代办器。嵌入式微代办器通常具备4个特征:(1)对实时和多任务有很强的支持能力,能完成多任务并且有较短的中断响应时间,进而使内部的代码和实时操作系统的执行时间降低到最低限度;(2)拥有功能很强的储存区保护功能,这是因为嵌入式系统的软件结构已模块化,而为了提防在软件模块之间出现错误的交织作用,须要设计强悍的储存区保护功能,同时也有利于软件确诊;(3)可扩充的代办器结构,以能迅速地扩充出满足应用的高性能的嵌入式微代办器;(4)嵌入式微代办器的帧率必将很低,非常是用于便携式的无线及搬移的估算和通讯设备中靠电瓶供电的嵌入式系统更是这样,帧率只能为mw甚至μw级。据不完好统计,当前全世界嵌入式代办器的品种总数早已高出1000种,流行的系统结构有30多个系列。
其中8051系统占多数,生产这类单片机的半导体厂家有20多个,共350多种衍生产品,仅philips就有近100种。如今几乎每位半导体制造商都生产嵌入式代办器,越来越多的公司有自己的代办器设计部门。嵌入式代办器的轮询空间通常从64kb到16mb,处理速率为0.1~2000mips,常用封装8~144个引脚。根据现况,嵌入式计算机可分成下边几类:(1)嵌入式微代办器(embeddedmicroprocessorunit,empu)嵌入式微代办器采用“增强型”通用微代办器。因为嵌入式系统平常应用于环境比较恶劣的环境中,所以嵌入式微代办器在工作体温、电磁兼容性以及可靠性方面的要求较通用的标准微代办器高。并且,嵌入式微代办器在功能方面与标准的微代办器基本上是一样的。根据实际嵌入式应用要求,将嵌入式微代办器装置在特地设计的显卡上,只保留和嵌入式应用相关的显卡功能,这样才能大幅度降低系统的容积和帧率。和工业控制计算机对照,嵌入式微代办器组成的系统拥有容积小、重量轻、成本低、可靠性高的优点,但在其电路板上必将包括rom、ram、总线插口、各种外设等元件,进而增加了系统的可靠性,技术保密性也较差。
由嵌入式微代办器及其储存器、总线、外设等安装在一块电路显卡上组成一个平常所说的单板机系统。嵌入式代办器当前主要有am186/88、386ex、sc-400、powerpc、68000、mips、arm系列等。(2)嵌入式微控制器(microcontrollerunit,mcu)嵌入式微控制器又称单片机,它将整个计算机系统集成到一块芯片中。嵌入式微控制器通常以某种微代办器内核为核心,根据个别典型的应用,在芯片内部集成了rom/eprom、ram、总线、总线逻辑、准时/计数器、看门狗、i/o、串行口、脉宽调制输出、a/d、d/a、flashram、eeprom等各类必要功能部件和外设。为适应不相同的应用需求,对功能的设置和外设的配置进行必要的更正和裁汰订制,致使一个系列的单片机拥有多种衍生产品,每种衍生产品的代办器内核都相同,不相同的是储存器和外设的配置及功能的设置。这样才能使单片机最大限度地和应用需求相相配,因而降低整个系统的帧率和成本。和嵌入式微代办器对照,微控制器的单片化使应用系统的容积大大降低,进而使帧率和成本大幅度增长、可靠性增强。
因为嵌入式微控制器当前在产品的品种和数目上是所有种类嵌入式代办器中最多的,并且上述众多优点决定了微控制器是嵌入式系统应用的主流。微控制器的片上外设资源通常比较丰富,适宜于控制,所以称为微控制器。平常,嵌入式微代办器可分为通用和半通用两类,比较有代表性的通用系列包括8051、p5151xa、mcs-251、mcs-96/196/296、c166/167、68300等。而比较有代表性的半通用系列,如支持usb插口的mcu8xc930/931、c540、c541;支持i2c、can总线、lcd等的诸多专用mcu和兼容系列。当前mcu约占嵌入式系统市场份额的70%。(3)嵌入式dsp代办器(embeddeddigitalsignalprocessor,edsp)在数字讯号代办应用中,各类数字讯号代办算法相当复杂,这种算法的复杂度可能是o(nm)的,甚至是np的,通常结构的代办器难以实时的完成这种运算。因为dsp代办器对系统结构和指令进行了非常设计,使其适宜于实时地进行数字讯号代办。在数字混频、fft、谱解析等方面,dsp算法正大批步入嵌入式领域,dsp应用正从在通用单片机中以通常指令实现dsp功能pc 操作系统 嵌入式操作系统对比,过渡到采用嵌入式dsp代办器。
嵌入式dsp代办器有两类:(1)dsp代办器经过单片化、emc整修、增加片上外设成为嵌入式dsp代办器,ti的tms320c2000/c5000等属于此范畴;(2)在通用单片机或soc中降低dsp协代办器,比方intel的mcs-296和infineon(siemens)的tricore。别的,在相关智能方面的应用中,也须要嵌入式dps代办器,比方各类带有智能逻辑的开支类产品,生物信息辨别终端,带有加揭秘算法的按键,adsl接入、实时语音压解系统,虚假现实显示等。这类智能化算法通常都是运算量较大,非常是向量运算、指针线性轮询等好多,而这种正是dsp代办器的优势所在。嵌入式dsp代办器比较有代表性的产品是ti的tms320系列和motorola的dsp56000系列。tms320系列代办器包括用于控制的c2000系列、搬动通讯的c5000系列,以及性能更高的c6000和c8000系列。dsp56000当前早已发展成为dsp56000、dsp56100、dsp56200和dsp56300等几个不相同系列的代办器。
别的,philips公司最近也推出了基于可重置嵌入式dsp结构,采用低成本、低帧率技术制造的r.e.a.ldsp代办器,其特征是具备双harvard结构和双乘/累加单元,应用目标是大批量消费类产品。(4)嵌入式片上系统(systemonchip,soc)随着edi的实行和vlsi设计的普及化,以及半导体工艺的迅速发展,才能在一块晶圆上实现一个更为复杂的系统,这就形成了soc技术。各类通用代办器内核将作为soc设计公司的标准库,和其他很多嵌入式系统外设相同,成为vlsi设计中一种标准的元件,用标准的vhdl、verlog等硬件语言描述,储存在元件库中。用户只要定义出其整个应用系统,仿真通过后就能否将设计图交给半导体鞋厂制做样品。这样除个别未能集成的元件之外,整个嵌入式系统大多数均可集成到一块或几块芯片中去,应用系统电路板将显得很简单,对于减少整个应用系统容积和帧率、提高可靠性非常有利。soc可分为通用和专用两类linux 关机命令,通用soc如infineon(siemens)的tricore、motorola的m-core,以及个别arm系列元件,如echelon和motorola结合研发的neuron芯片等;专用soc通常专用于某个或某类系统中,如philipssmartxa,它将xa单片机内核和支持高出2048位复杂rsa算法的ccu单元制做在一块晶圆上,产生一个可加载java或c语言的专用soc,可用于互联网安全方面。
三嵌入式操作系统嵌入式操作系统是一种支持嵌入式系统应用的操作系统软件,它是嵌入式系统(包括硬、软件系统)极为重要的组成部份,平常包括与硬件相关的基层驱动软件、系统内核、设备驱动插口、通信合同、图形界面、标准化阅读器等browser。嵌入式操作系统拥有通用操作系统的基本特性,如才能有效管理越来越复杂的系统资源;才能把硬件虚假化,致使开发人员从忙碌的驱动程序移植和保护中解脱下来;才能供应库函数、驱动程序、工具集以及应用程序。与通用操作系统对照较,嵌入式操作系统在系统实时高效性、硬件的相关依赖性、软件固态化以及应用的专用性等方面具有较为突出的特征。嵌入式操作系统的种类通常情况下,嵌入式操作系统才能分为两类,一类是面向控制、通信等领域的实时操作系统,如windriver公司的vxworks、isi的psos、qnx系统软件公司的qnx、ati的nucleus等;另一类是面向花费电子产品的非实时操作系统,这类产品包括个人数字助理(pda)、搬动电话、机顶盒、电子书、webphone等。非实时操作系统初期的嵌入式系统中没有操作系统的想法,程序员编撰嵌入式程序平常直接面对裸机及裸设备。
在这类情况下,平常把嵌入式程序分成两部份,即前台程序和后台程序。前台程序经过中段来申领风波,其结构通常为无量循环;后台程序则执掌整个嵌入式系统软、硬件资源的分配、管理以及任务的调换,是一个系统管理调换程序。这就是平常所说的前后台系统。通常情况下linux标准教程,后台程序也叫任务级程序,前台程序也叫风波代办级程序。在程序运行时,后台程序检测每位任务能否具备运行条件,经过必然的调换算法来完成相应的操作。对于实时性要求非常严格的操作平常由中断来完成,仅在中断服务程序中标志风波的发生,不再做任何工作就退出中断,经过后台程序的调换,转由前台程序完成风波的代办,这样就不会导致在中断服务程序中代办费时的风波而影响后续和其他中断。本质上,前后台系统的实时性比预计的要差。这是因为前后台系统觉得所有的任务拥有相同的优先级别,即是相同的,但是任务的执行又是经过fifo队列排队,所以对这些实时性要求高的任务不能能立即获取代办。别的,因为前台程序是一个无量循环的结构,一旦在这个循环体中正在代办的任务崩溃,致使整个任务队列中的其他任务得不到机遇被代办,因而导致整个系统的崩溃。因为这类系统结构简单,几乎不须要ram/rom的额外开支,所以在简单的嵌入式应用被笼统使用。
b.实时操作系统实时系统是指能在确定的时间内执行其功能并对外面的异步风波作出响应的计算机系统。其操作的正确性不但依赖于逻辑设计的正确程度,并且与那些操作进行的时间相关。“在确定的时间内”是该定义的核心。也就是说,实时系统是对响应时间有严格要求的。实时系统对逻辑和时序的要求非常严格,若是逻辑和时序出现误差将会导致严重结果。实时系统有两各类类:软实时系统和硬实时系统。软实时系统仅要求风波响应是实时的,虽然不要求限制某一任务必将在多长时间内完成;而在硬实时系统中,不但要求任务响应要实时,并且要求在规定的时间内完成风波的代办。平常,大多数实时系统是二者的结合。实时应用软件的设计通常比非实时应用软件的设计困难。实时系统的技术要点是怎样保证系统的实时性。实时多任务操作系统是指拥有实时性、能支持实时控制系统工作的操作系统。其首要任务是调换一切可借助的资源完成实时控制任务,其次才着眼于增强计算机系统的使用效率,重要特征是要满足对时间的限制和要求。实时操作系统拥有以下功能:任务管理(多任务和基于优先级的任务调换)、任务间同步和通讯(讯号量和邮箱等)、储藏器优化管理(含rom的管理)、实时时钟服务、中断管理服务。
实时操作系统拥有以下特性:规模小,中断被障蔽的时间很短,中断代办时间短,任务切换很快。实时操作系统可分为可占领型和不能占领型两类。对于基于优先级的系统而言,可占领型实时操作系统是指内核能否占领正在运行任务的cpu使用权并将使用权交给步入就绪态的优先级更高的任务,是内核抢了cpu让其他任务运行。不能占领型实时操作系统使用某种算法并决定让某个任务运行后,就把cpu的控制权完好交给了该任务,直至它主动将cpu控制权还回去。中断由中断服务程序来申领,才能激活一个休眠态的任务,使之步入就绪态;而这个步入就绪态的任务还不能否运行,素来要等到当前运行的任务主动交出cpu的控制权。使用这类实时操作系统的实时性比不使用实时操作系统的系统性能好,其实时性取决于最长任务的执行时间。不能占领型实时操作系统的缺点也刚好是这一点,若是最长任务的执行时间不能确定,系统的实时性就不能否确定。可占领型实时操作系统的实时性好,优先级高的任务只要具备了运行的条件,显然说步入了就绪态,就可以立即运行。也就是说,不仅优先级最高的任务,其他任务在运行过程中都可能随时被比它优先级高的任务中断,让前者运行。
经过这类方法的任务调换保证了系统的实时性,而且,若是任务之间占领cpu控制权代办不好,会形成系统崩溃、死机等严重结果。嵌入式操作系统的发展嵌入式操作系统随同着嵌入式系统的发展经历了4个比较显著的阶段。第一阶段是无操作系统的嵌入算法阶段,是以单芯片为核心的可编程控制器方式的系统,同时拥有与检测、伺服、指示设备相当合的功能。这类系统大多数应用于一些专业性极强的工业控制系统中pc 操作系统 嵌入式操作系统对比,通常没有操作系统的支持,经过汇编语言编程对系统进行直接控制,运行结束后去除显存。这一阶段系统的主要特征是:系统结构和功能都相对单一,代办效率较低,储存容量较小,几乎没适用户插口。因为这类嵌入式系统使用详尽、价格很低,曾经在国外工业领域应用较为笼统,而且早已远远不能否适应高效的、需要大容量储存介质的现代化工业控制和新兴的信息电器等领域的需求。第二阶段是以嵌入式cpu为基础、以简单操作系统为核心的嵌入式系统。这一阶段系统的主要特点是:cpu种类诸多,通用性比较差;系统开支小,效率高;通常武器系统仿真器,操作系统拥有必然的兼容性和扩充性;应用软件较专业,用户界面不够友好;系统主要拿来控制系统负载以及监控应用程序运行。
第三阶段是通用的嵌入式实时操作系统阶段,是以嵌入式操作系统为核心的嵌入式系统。这一阶段系统的主要特征是:嵌入式操作系统能运行于各类不相同种类的微代办器上,兼容性好;操作系统内核精小、效率高,但是拥有高度的模块化和扩充性;具备文件和目录管理、设备支持、多任务、网络支持、图形窗口以及用户界面等功能;拥有大批的应用程序插口(api),开发应用程序简单;嵌入式应用软件丰富。第四阶段是以基于internet为标志的嵌入式系统,这是一个正在迅速发展的阶段。当前大多数嵌入式系统还孤立于internet之外,但随着internet的发展以及internet技术与信息电器、工业控制技术等结合日渐亲近,嵌入式设备与internet的结合将代表着嵌入式技术的深切未来。使用实时操作系统的必要性嵌入式实时操作系统在当前的嵌入式应用中用得越来越艰深,非常在功能复杂、系统弘大的应用中变得越来越重要。第一,嵌入式实时操作系统提升了系统的可靠性。在控制系统中,出于安全方面的考虑,要求系统最少不能否崩溃,并且还要有自愈能力。不但要求在硬件设计方面提升系统的可靠性和抗扰乱性,但是也应在软件设计方面提升系统的抗扰乱性,尽可能地降低安全漏洞和不能靠的隐患。
长远以来的前后台系统软件设计在碰到强击溃时,致使运行的程序形成异常、出错、跑飞,甚至死循环,导致了系统的崩溃。而实时操作系统管理的系统,这类击溃可能而且导致若干进度中的一个被破坏,才能经过系统运行的系统监控进度对其进行修补。平常情况下,这个系统监察进度拿来监察各进度运行情况,遇见异常情况时采用一些利于系统牢靠可靠的举措,如把有问题的任务除去除。其次,增强了开发效率,减短了开发周期。在嵌入式实时操作系统环境下,开发一个复杂的应用程序,平常才能根据软件工程中的前馈原则将整个程序分解为多个任务模块。每位任务模块的调试、更正几乎不影响其他模块。商业软件通常都供应了优异的多任务调试环境。再度,嵌入式实时操作系统充分发挥了32位cpu的多任务潜力。32位cpu比8、16位cpu快,别的它原本是为运行多用户、多任务操作系统而设计的,非常易于运行多任务实时系统。32位cpu采用利于提升系统可靠性和牢靠性的设计,使其更简单做到不崩溃。比方,cpu运行状态分为系统态和用户态。将系统货仓和用户货仓分开,以及实时地给出cpu的运行状态等,赞成用户在系统设计中从硬件和软件两方面对实时内核的运行实行保护。
若是还是采用先前的前后台形式,则难以发挥32位cpu的优势。从某种意义上说,没有操作系统的计算机(裸机)是没适用的。在嵌入式应用中,只有把cpu嵌入到系统中,同时又把操作系统嵌入进去,才是深切的计算机嵌入式应用。4.实时操作系统的异同点在嵌入式实时操作系统环境下开发实时应用程序使程序的设计和扩充显得简单,不须要大的改动就才能降低新的功能。经过将应用程序切割成若干独立的任务模块,使应用程序的设计过程大为简化;并且对实时性要求严苛的风波都获取了迅速、可靠的代办。经过有效的系统服务,嵌入式实时操作系统促使系统资源获取更好的借助。并且,使用嵌入式实时操作系统还须要额外的rom/ram开支,2~5%的cpu额外负荷,以及内核的花费。