嵌入式系統(tǒng)說白了，就是針對某個(gè)應(yīng)用的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)!進(jìn)一步說，嵌入式系統(tǒng)是針對某個(gè)應(yīng)用，軟硬件可裁減的，對體積、功耗等有嚴(yán)格要求的一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。為增進(jìn)大家對嵌入式的認(rèn)識，本文將對嵌入式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)以及運(yùn)行方式予以介紹。如果你對嵌入式具有興趣，不妨繼續(xù)往下閱讀哦。

嵌入式系統(tǒng)通常包括構(gòu)成軟件的基本運(yùn)行環(huán)境的硬件和操作系統(tǒng)兩部分。嵌入式系統(tǒng)的運(yùn)行環(huán)境和應(yīng)用場合決定了嵌入式系統(tǒng)具有區(qū)別于其它操作系統(tǒng)的一些特點(diǎn)。

(1)嵌入式處理器

嵌入式處理器可以分為三類：嵌入式微處理器、嵌入式微控制器、嵌入式DSP(Digital Signal Processor)。嵌入式微處理器就是和通用計(jì)算機(jī)的微處理器對應(yīng)的CPU。在應(yīng)用中，一般是將微處理器裝配在專門設(shè)計(jì)的電路板上，在母板上只保留和嵌入式相關(guān)的功能即可，這樣可以滿足嵌入式系統(tǒng)體積小和功耗低的要求。目前的嵌入式處理器主要包括：PowerPC、Motorola 68000、ARM系列等等。

嵌入式微控制器又稱為單片機(jī)，它將CPU、存儲器(少量的RAM、ROM或兩者都有)和其它外設(shè)封裝在同一片集成電路里。常見的有8051。

嵌入式DSP專門用來對離散時(shí)間信號進(jìn)行極快的處理計(jì)算，提高編譯效率和執(zhí)行速度。在數(shù)字濾波、FFT、譜分析、圖像處理的分析等領(lǐng)域，DSP正在大量進(jìn)入嵌入式市場。

(2)微內(nèi)核結(jié)構(gòu)

大多數(shù)操作系統(tǒng)至少被劃分為內(nèi)核層和應(yīng)用層兩個(gè)層次。內(nèi)核只提供基本的功能，如建立和管理進(jìn)程、提供文件系統(tǒng)、管理設(shè)備等，這些功能以系統(tǒng)調(diào)用方式提供給用戶。一些桌面操作系統(tǒng)，如Windows、Linux等，將許多功能引入內(nèi)核，操作系統(tǒng)的內(nèi)核變得越來越大。內(nèi)核變大使得占用的資源增多，剪裁起來很麻煩。

大多數(shù)嵌入式操作系統(tǒng)采用了微內(nèi)核結(jié)構(gòu)，內(nèi)核只提供基本的功能，比如：任務(wù)的調(diào)度、任務(wù)之間的通信與同步、內(nèi)存管理、時(shí)鐘管理等。其它的應(yīng)用組件，比如網(wǎng)絡(luò)功能、文件系統(tǒng)、GUI系統(tǒng)等均工作在用戶態(tài)，以系統(tǒng)進(jìn)程或函數(shù)調(diào)用的方式工作。因而系統(tǒng)都是可裁減的，用戶可以根據(jù)自己的需要選用相應(yīng)的組件。

(3)任務(wù)調(diào)度

在嵌入式系統(tǒng)中，任務(wù)即線程。大多數(shù)的嵌入式操作系統(tǒng)支持多任務(wù)。多任務(wù)運(yùn)行的實(shí)現(xiàn)實(shí)際是靠CPU在多個(gè)任務(wù)之間切換、調(diào)度。每個(gè)任務(wù)都有其優(yōu)先級，不同的任務(wù)優(yōu)先級可能相同也可能不同。任務(wù)的調(diào)度有三種方式：可搶占式調(diào)度、不可搶占式調(diào)度和時(shí)間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度。不可搶占式調(diào)度是指，一個(gè)任務(wù)一旦獲得CPU就獨(dú)占CPU運(yùn)行，除非由于某種原因，它決定放棄CPU的使用權(quán);可搶占式調(diào)度是基于任務(wù)優(yōu)先級的，當(dāng)前正在運(yùn)行的任務(wù)可以隨時(shí)讓位給優(yōu)先級更高的處于就緒態(tài)的其它任務(wù);當(dāng)兩個(gè)或兩個(gè)以上任務(wù)有同樣的優(yōu)先級，不同任務(wù)輪轉(zhuǎn)地使用CPU，直到系統(tǒng)分配的CPU時(shí)間片用完，這就是時(shí)間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度。

目前，大多數(shù)嵌入式操作系統(tǒng)對不同優(yōu)先級的任務(wù)采用基于優(yōu)先級的搶占式調(diào)度法，對相同優(yōu)先級的任務(wù)則采用時(shí)間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度法。

(4)硬實(shí)時(shí)和軟實(shí)時(shí)

有些嵌入式系統(tǒng)對時(shí)間的要求較高，稱之為實(shí)時(shí)系統(tǒng)。有兩種類型的實(shí)時(shí)系統(tǒng)：硬實(shí)時(shí)系統(tǒng)和軟實(shí)時(shí)系統(tǒng)。軟實(shí)時(shí)系統(tǒng)并不要求限定某一任務(wù)必須在一定的時(shí)間內(nèi)完成，只要求各任務(wù)運(yùn)行得越快越好;硬實(shí)時(shí)系統(tǒng)對系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間有嚴(yán)格要求，一旦系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間不能滿足，就可能會(huì)引起系統(tǒng)崩潰或致命的錯(cuò)誤，一般在工業(yè)控制中應(yīng)用較多。

(5)內(nèi)存管理

針對有內(nèi)存管理單元(MMU)的處理器設(shè)計(jì)的一些桌面操作系統(tǒng)，如Windows、Linux，使用了虛擬存儲器的概念。虛擬內(nèi)存地址被送到MMU。在這里，虛擬地址被映射為物理地址，實(shí)際存儲器被分割為相同大小的頁面，采用分頁的方式載入進(jìn)程。一個(gè)程序在運(yùn)行之前，沒有必要全部裝入內(nèi)存，而是僅將那些當(dāng)前要運(yùn)行的部分頁面裝入內(nèi)存運(yùn)行。

大多數(shù)嵌入式系統(tǒng)針對沒有MMU的處理器設(shè)計(jì)，不能使用處理器的虛擬內(nèi)存管理技術(shù)，采用的是實(shí)存儲器管理策略。因而對于內(nèi)存的訪問是直接的，它對地址的訪問不需要經(jīng)過MMU，而是直接送到地址線上輸出，所有程序中訪問的地址都是實(shí)際的物理地址;而且，大多數(shù)嵌入式操作系統(tǒng)對內(nèi)存空間沒有保護(hù)，各個(gè)進(jìn)程實(shí)際上共享一個(gè)運(yùn)行空間。一個(gè)進(jìn)程在執(zhí)行前，系統(tǒng)必須為它分配足夠的連續(xù)地址空間，然后全部載入主存儲器的連續(xù)空間。

由此可見，嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)人員不得不參與系統(tǒng)的內(nèi)存管理。從編譯內(nèi)核開始，開發(fā)人員必須告訴系統(tǒng)這塊開發(fā)板到底擁有多少內(nèi)存;在開發(fā)應(yīng)用程序時(shí)，必須考慮內(nèi)存的分配情況并關(guān)注應(yīng)用程序需要運(yùn)行空間的大小。另外，由于采用實(shí)存儲器管理策略，用戶程

序同內(nèi)核以及其它用戶程序在一個(gè)地址空間，程序開發(fā)時(shí)要保證不侵犯其它程序的地址空間，以使得程序不至于破壞系統(tǒng)的正常工作，或?qū)е缕渌绦虻倪\(yùn)行異常;因而，嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)人員對軟件中的一些內(nèi)存操作要格外小心。

(6)內(nèi)核加載方式

嵌入式操作系統(tǒng)內(nèi)核可以在Flash上直接運(yùn)行，也可以加載到內(nèi)存中運(yùn)行。Flash的運(yùn)行方式，是把內(nèi)核的可執(zhí)行映像燒寫到Flash上，系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)從Flash的某個(gè)地址開始執(zhí)行。這種方法實(shí)際上是很多嵌入式系統(tǒng)所采用的方法。內(nèi)核加載方式是把內(nèi)核的壓縮文件存放在Flash上，系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)讀取壓縮文件在內(nèi)存里解壓，然后開始執(zhí)行。這種方式相對復(fù)雜一些，但是運(yùn)行速度可能更快，因?yàn)镽AM的存取速率要比Flash高。

由于嵌入式系統(tǒng)的內(nèi)存管理機(jī)制，嵌入式操作系統(tǒng)對用戶程序采用靜態(tài)鏈接的形式。在嵌入式系統(tǒng)中，應(yīng)用程序和操作系統(tǒng)內(nèi)核代碼編譯、鏈接生成一個(gè)二進(jìn)制影像文件來運(yùn)行。

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