嵌入式系統(tǒng)發(fā)展應用的新特點
隨著半導體工藝的發(fā)展和系統(tǒng)設計水平的進步,的性能大幅度地提高,因而應用的領域更加廣闊。而由于網(wǎng)絡和通信的迅速發(fā)展,近年來嵌入式系統(tǒng)在硬件和軟件上都出現(xiàn)了許多新的特點。
1嵌入式操作系統(tǒng)
在嵌入式操作系統(tǒng)方面,也有一些新變化。近來嵌入式系統(tǒng)出現(xiàn)了許多新的特點,特別是嵌入式DSP技術和嵌入式技術的出現(xiàn),使得這些成熟的表現(xiàn)出了一定程度的不適應性。由于無處不在的數(shù)字化和無處不在的通信,嵌入式系統(tǒng)開發(fā)迫切需要面向應用的、可裁剪的嵌入式實時操作系統(tǒng)(即特定應用的嵌入式實時操作系統(tǒng))。
特定應用的嵌入式實時操作系統(tǒng)ASOS(Application Specific Operating s)是指面向應用的、專用特制的嵌入式實時操作系統(tǒng)。它除具有基本的處理多任務、文件及設備驅(qū)動的操作系統(tǒng)功能外,還應具有如下系統(tǒng)特性:
(1)面向特定應用的簡化型系統(tǒng)調(diào)用接口,專門支持一種或一類嵌入式應用。
(2)最小內(nèi)核處理集,系統(tǒng)開銷小,運行效率高,并可用于各種非計算機設備。
(3)可伸縮性、可裁剪的系統(tǒng)體系結構,提供多層次的系統(tǒng)體系結構。
(4)具有各種即插即用的設備驅(qū)動接口。
(5)具有網(wǎng)絡如或無線接入功能,提供TCP/UDP/IP/PPP協(xié)議支持及統(tǒng)一的MAC訪問層接口,為各種移動計算設備預留接口。
ASOS與通用型相比較,有以下差別:
(1)ASOS更強調(diào)面向應用的功能專用性,如面向某一(組)應用的高可靠性的部分功能集,而并不像的系統(tǒng)通用性與系統(tǒng)資源可配置性。
(2)ASOS更強調(diào)面向應用的實時高性能,而RTOS強調(diào)系統(tǒng)的整體效率。
(3)ASOS更強調(diào)系統(tǒng)結構的可伸縮性和可裁剪性,其極典型的例子是傳真機操作系統(tǒng)OS for FAX 。
(4)ASOS更強調(diào)與的連接,特別是無線接入接口。
面向應用的嵌入式操作系統(tǒng)ASOS已經(jīng)引起許多相關行業(yè)的重視,出現(xiàn)了一些專門的研制開發(fā)公司,隨著對應用高性能、低成本的不斷追求,ASOS將成為許多產(chǎn)品的核心。本文介紹兩種ASOS類產(chǎn)品:一個針對TI TMSC62x DSP,一個針對嵌入式Internet的。它們都是各自公司與器件配套開發(fā)的產(chǎn)品,具有強大的主機開發(fā)支持工具,靈活的可配置、可裁剪性。不過在名稱上,它們都沒有直接被稱作“RTOS”。
2嵌入式處理器
嵌入式系統(tǒng)的核心處理器已經(jīng)向兩個方向分化:一個是8 bit/16 bit的處理器經(jīng)過擴展實現(xiàn)嵌入式Internet;另一個是32 bit的處理器用在如交換機、路由器一類的通信領域。
公司(前稱為Scenix,提供SX系列高速8 bit和虛擬外設技術)新一代的8 bit互聯(lián)網(wǎng)處理器可以作為前一類處理器的代表。新一代的高速具有100 MHz的工作頻率,實現(xiàn)了確定性的指令執(zhí)行和中斷響應時間,特別適合于8 bit嵌入式Internet系統(tǒng)應用[1]。
32 bit的嵌入式處理器目前有影響力的系列包括、和ARM三類處理器。
系列處理器的內(nèi)核由IBM、和三家公司聯(lián)合開發(fā),當時的目標是替代的80x86,但是目前也推出了許多嵌入式產(chǎn)品,如用得較多的 860和PowerPC 8260等。
內(nèi)核目前在日本應用較多,如日立半導體公司產(chǎn)品,內(nèi)核處理器中最著名的是用于PS2的核心處理器,稱為情感處理器(Emotion Engine)。該處理器含有MIPS核心和128 bit的矩陣處理機。這種把核與DSP等結合起來的產(chǎn)品SoC(System on )是未來的一種趨勢,即嵌入式系統(tǒng)的應用人員應該關心SoC而不是核。
ARM處理器也是內(nèi)核類應用,因為幾乎沒有使用ARM“芯片”。ARM的開發(fā)公司在英國,稱為增強的RISC機器( RISC )。大約十幾年前,ARM內(nèi)核曾經(jīng)是業(yè)界的驕傲,因為它使用了大約十萬門器件實現(xiàn)了當時最快的處理器的性能。但RISC的主要困難在于C語言編譯程序,單獨使用其外圍芯片比較麻煩。所以一般ARM以發(fā)售使用許可證的方式授權各相關芯片開發(fā)商來研制各自的微處理器。目前,ARM系列處理器在通信終端產(chǎn)品(特別是手持設備,如手機)中有著廣泛的應用。如TI公司的采用了DSPC549和內(nèi)核封裝在一個芯片中,還包含有的網(wǎng)絡處理機。
(1)公司的IpModules
IpModules是公司為其新一代的8 bit互聯(lián)網(wǎng)處理器IP2022開發(fā)的系統(tǒng)軟件模塊集。IpModules利用預先構建好的軟件模塊實現(xiàn)各種傳統(tǒng)硬件功能,可以靈活、高效地實現(xiàn)10 baseT以太網(wǎng)和USB接口,包括核心操作系統(tǒng)服務()、IP協(xié)議棧(ipStack)、虛擬外設(ip)以及的IO服務(ipIO)。此外,還有一個/1.1(超文本傳輸協(xié)議v1.1)和Web服務器(ipWeb)。這些特點使得IP2022特別適合于8 bit單片機嵌入式Internet系統(tǒng)應用。
(2)TI公司的DSP/
DSP/可運行于和TMS320C6x系列DSP器件上,整個系統(tǒng)由實時庫和應用程序接口、主機配置工具以及插件(PlugIns)三大部分組成。實時庫和應用程序接口提供應用程序直接調(diào)用的接口函數(shù),RTOS的基本功能由這一部分實現(xiàn)。主機配置工具用來靜態(tài)定義應用系統(tǒng)組成,用戶可以使用這個工具描述系統(tǒng)功能,實現(xiàn)操作系統(tǒng)的伸縮和裁剪。插件用來支持調(diào)試、主機數(shù)據(jù)傳遞和軟件儀器等諸多功能。DSP芯片上的JTAG邊界掃描接口實現(xiàn)目標系統(tǒng)和PC主機的數(shù)據(jù)交換。為了降低CPU的開銷和減少系統(tǒng)存儲器的占用,DSP/同樣采用了一些新的思想。通過這些措施,DSP/BIOS實現(xiàn)了高效、簡潔的結構[2]。
Internet與網(wǎng)絡的迅速普及應用,并向家庭領域不斷擴展,使消費電子、計算機、通信(3C)一體化趨勢日趨明顯,嵌入式系統(tǒng)再度成為研究與應用的熱點。嵌入式系統(tǒng)應用的特點也將發(fā)生新的變化。