华北水利水电大学

North China University of Water Resources and Electric Power

嵌入式操作系统课程报告

题目 嵌入式系统课程综和论述

学 院 物理与电子学院

专 业 电子信息工程

姓 名 李天泽

学 号 201816516

组 员

完成时间 2020.12.22

目 录

一、嵌入式系统的介绍

（1）、嵌入式系统的概念……………………………………3

（2）、嵌入式系统的特点……………………………………4

二、嵌入式系统的发展和应用……………………………5

三、总结和心得……………………………………………7

参考文献……………………………………………7

附录…………………………………………………8

摘要：

如今，嵌入式系统经过半个多实际的发展和革新，在各个产业都可以看见它的身影。在电子消费领域，它已经广泛应用于手机、VCD、数字电视和路由器等常见家用电器和电子产品，或许在你的家里有着几十甚至几百个微型嵌入式计算机无时无刻地不在为你服务。

在工业控制方面，一辆豪华轿车的控制系统就包含着至少50个嵌入式微处理器，它们分布于火花塞、传动轴和安全气囊等等。而一架先进的飞机，一台人造卫星就可能包含着几十套嵌入式系统和上百台微型嵌入式计算机，没有这些装载，飞机和卫星的控制系统就不能有效地工作，它们的导航系统就不能满足严格的要求。

在通信领域也有着数不胜数的嵌入式系统的应用，由于带宽网络的发展，交换机、路由器和各种传输设备等都逐渐需要更多的嵌入式系统来满足它们互联的需求，而这些基于32位的嵌入式系统品种多样，绝大多数都价格低廉，能够为企业和家庭的网络选择提供更加廉价而多样的方案。

一、嵌入式系统的介绍

1、嵌入式系统的概念：

上世纪的40年代人类社会诞生了当时最伟大的发明之一——计算机。1946年宾夕法尼亚大学研制出了世界上第一台计算机“ENIAC”，吹响了人类向信息时代进发的号角。如今半个多世纪过去了，总体来看，计算机已经经历了两个大的发展阶段:大型计算机阶段和个人中小型计算机阶段。而今后，计算机技术将迈入下一个充满机遇和挑战的新阶段—— “无处不在的计算机”阶段，即“后PC发展阶段”。“无处不在的计算机”是指在数以千计乃至万计的计算机之间彼此相互关联，其与使用者的比例高达100%，这些计算机中包括有传统的通用式计算机和嵌入式计算机，而后者占绝大多数，可以达到95%的比例。

施乐公司研究中心的主任Mark Weiser 认为:“以长远的发展来看,PC和计算机工作站将逐渐衰落，因为计算机将会变得无处不在，它们会在墙上,在手腕上，在口袋里等等，计算机将会像手写纸一样,随用随取，伸手可得。”

目前全世界范围的计算机研究者都在逐步形成一种共识，那就是在计算机将来的发展中，它必然不会成为像科幻电影中的那种会背叛人类，伤害人类的机械怪物，恰恰相反它们将变得小巧玲珑而且无处不在。它们会出现在任何你能看的见、听得到、摸得着的地方,功能强大而且随处可用，这就是“无处不在的计算机”。

嵌入式计算机系统就是所谓的“看不见的计算机”，一般情况下它只是运行平台，并不能作为独立的开发平台来使用。而且它不能够被用户编程,对用户的I/O接口是专用的。所以不严谨地说：任意包含可编程计算机的设备而且这种设备不是作为通用计算机而设计的都可以称作嵌入式系统。

时至今日嵌入式系统已经逐渐渗透到人们的日常生活中，但因为其不同的应用形式和相异的名称，目前对嵌入式系统还没有一个统一的定义。但一般认为，它有以下概念：

（1）嵌入式系统的中心是应用功能，基础是计算机技术，其软件和硬件可以裁剪，对应用系统的功能、可靠性、成本、体积大小和功率损耗都有十分严格的要求和指标。

（2）国际电气和电子工程师协会认为嵌入式系统的定义是“Device used to control, monitor, or assist the operation of equipment , machinery or plants.”

（3）嵌入式系统是计算机技术、半导体技术、电子技术等与各个行业的具体应用相结合后的产物，是一个技术集中、资源集中、应用高度分散、技术不断革新的集成系统。

2、嵌入式系统的特点：

1）嵌入式系统通常都是多样的有特定应用功能的软硬件综合体，用于特定的任务,其硬件和软件设计都是高效而简洁的。其中嵌入式软件的应用程序和操作程序是一体化的，不同于传统的通用计算机操作系统和应用程序有着分明的界限。

2）嵌入式系统能够受到多个处理器和体系结构的支持，不同于通用的计算机只能够使用少数的处理器类型和体系结构。目前已经生产有上千种嵌人式微处理器和几十种微处理器的体系结构，其中比较主流常见的有ARM,MIPS, PowerPC,X86和SuperH等。

4）嵌入式系统有实时性和可靠性的特点，其主要表现在：目前绝大多数实时操作系统都是嵌人式系统；嵌人式系统都有实时性的要求，其软件通常都是固化或直接加载到内存中运行的，启动十分快速

另外，嵌人式系统通常都有处错能力和自动复位的功能,目前在绝大多数嵌式系统中都包含着用于保证系统运行可靠性的软硬件处理机制，比如看门狗定时器和内存保护重启机制等。

5）嵌入式系统通常都使用可以适应多种类型处理器、可裁剪量轻、实时性和可靠性高以及可以固化的。同嵌入式微处理器，嵌入式的操作系统也是多种多样的，不仅可以支持多种处理器，还可以进行裁剪量轻来匹配应用的功能，而且规模较小，能够节省资源等等。

二、嵌入式系统的发展和应用

第一代电子计算机体积大，耗电快，而且可靠性和实时性都无法满足嵌入式计算的要求。到了20世纪60年代，由晶体管、磁芯存储制造的第二代计算机开始用于航海航空等领域，它的CPU能够处理从电子系统传来的信号，具有了数据总线的一些基本特性。而与此同时，嵌人式计算机也逐步应用于工业和制造等方面。

至60年代末，采用集成电路的第三代计算机问世，1965年发射Gemini3号是人们第一次使用机载数字计算机。而后的阿波罗探测飞船则使用了嵌人式计算机系统来提供和保障人机的交互功能来用于引导飞行。1963年DEC公司推广了第一台商用小型机，它具有嵌入式系统的结构，具备单总线结构、高速寄存器和实时性、可靠性强的中断系统以及交叉存取功能，标志着嵌入式系统的兴起。

1971 年,英特尔公司成功推出了世界上第一片微处理器Intel 4004。它的体积小、质量轻、价格实惠、使用方便，在当时销量很好，Intel公司将它进一步改进后推出了4位的微处理器4040和8位的8008。

1973-1977 年短短四年之间全球许多厂家推出了各种各样的8位微处理器，其中比较流行的有英特尔公司的8080/ 8085系列，摩托罗拉公司的6800/6802系列，齐洛格公司的Z80和罗克韦尔公司的6502等。这些微处理器的广泛应用为嵌入式系统开辟了广阔的市场，促成了嵌入式系统的快速发展。计算机厂商开始以插件的形式为用户提供所需的OEM产品，并构成符合用户要求的微型控制计算机，嵌入到系统设备中。

嵌入式系统的大发展还要归功于20世纪80年代软件技术的进步。最初的嵌入式计算机的软件都是十分专用的，其程序也只能用汇编语言来编写，因此嵌入式系统的开发周期过长，效率太低，不利于广泛地推广和应用。得益于微电子技术的进步，嵌入式计算机的软件开发不再局限于汇编语言，可以使用C或PL等高级语言，是编程更加多样和简洁化，加快了嵌入式系统的开发效率。时间步入20世纪90年代，当时对分布控制、柔性制造和数字通信电等技术有着巨大需求，而这种需求也刺激着嵌人式系统的软硬技术的革新和发展，促进了嵌入式系统的应用扩大化。

如今，嵌入式系统经过半个多实际的发展和革新，在各个产业都可以看见它的身影。在电子消费领域，它已经广泛应用于手机、VCD、数字电视和路由器等常见家用电器和电子产品，或许在你的家里有着几十甚至几百个微型嵌入式计算机无时无刻地不在为你服务。

在工业控制方面，一辆豪华轿车的控制系统就包含着至少50个嵌入式微处理器，它们分布于火花塞、传动轴和安全气囊等等。而一架先进的飞机，一台人造卫星就可能包含着几十套嵌入式系统和上百台微型嵌入式计算机，没有这些装载，飞机和卫星的控制系统就不能有效地工作，它们的导航系统就不能满足严格的要求。

在通信领域也有着数不胜数的嵌入式系统的应用，由于带宽网络的发展，交换机、路由器和各种传输设备等都逐渐需要更多的嵌入式系统来满足它们互联的需求，而这些基于32位的嵌入式系统品种多样，绝大多数都价格低廉，能够为企业和家庭的网络选择提供更加廉价而多样的方案。

时至今日，嵌入式系统的应用已经从微至著，广泛分布。但它还在不断地更新发展，其构成的计算机也会变得更小巧，更灵敏，更高效，更智能，相信在未来的某一天，会如Mark Weiser所说的那样：“它们会在墙上,在手腕上，在口袋里，就像手写纸一样,随用随取，伸手可得。”

三、总结和心得

嵌入式系统作为一门计算机开发的学科，有着不同于传统通用计算机系统的特点和概念，具有独特长处。同时它的应用遍布于电子消费、通信工程、工业控制和军事国防等多种领域，其发展前景是非常广阔的，是一门十分值得深入学习和研究的学科。

通过一个学期的学习，我了解了许多嵌入式实时操作系统的应用知识，比如“任务的管理和调度”、“同步、互斥与通信”以及“中断和时间管理”等全新的理论知识，同时也通过多次的实验操作理解了对嵌入式系统软硬件工作方式和应用。所谓温故而知新，通过撰写课程报告，我对嵌入式系统的各个方面有了新的了解，大大提高了对这门学科的兴趣，在今后的学习中，我也会更加深入地去学习这门课程的相关内容，丰富自己的知识领域，开阔眼界，掌握更多的技能，为自己将来的发展做好铺垫。

参考文献：

甄鹏------《嵌入式实时Linux的移植及应用技术的研究》2008，（02）

郭军------《基于Petri网的嵌入式系统高层级设计方法与技术研究》2007,(04)

吴敏------《基于嵌入式的家庭网关控制平台的研究与设计》2007,(05)

刘青云;焦铬-------《嵌入式Web Service模型实现及应用》2019,(01)

田婧---------《嵌入式μCOSⅡ在DSP中的移植与应用研究》2007,(04)

附录

附查重报告：