嵌入式系统设计与实时调度解析

本文主要介绍了嵌入式系统的设计与组成，包括硬件层、中间层、系统软件层和应用软件层的细节，以及嵌入式系统的定义和发展阶段，并提及了实时系统的调度策略。 在嵌入式系统的组成部分，硬件层包含了嵌入式微处理器、存储器、通用设备接口和I/O接口。其中，嵌入式核心模块由微处理器、电源电路、时钟电路和存储器构成，而Cache用于加速处理器的运算，通过存储常用的数据和指令减少访问主存的延迟。中间层，即硬件抽象层（HAL）或板级支持包（BSP），提供了与硬件无关的接口，使得上层软件开发更加便捷。BSP的初始化过程包括片级、板级和系统级三个层次，分别针对硬件、软硬件结合以及操作系统层面进行设置。此外，BSP还需要设计相应的设备驱动程序以驱动硬件设备。 系统软件层主要包括实时操作系统（RTOS）、文件系统、图形用户界面（GUI）、网络系统和通用组件模块。RTOS是嵌入式系统的核心，为应用软件提供运行平台。应用软件层则是根据实际需求开发的各类应用程序。 关于嵌入式系统的定义，它是一种专用于特定应用领域的计算机系统，强调功能、可靠性、成本、体积和功耗的优化。嵌入式系统的发展经历了从无操作系统到实时操作系统，再到互联网阶段的过程。IP核是集成电路设计中的重要组成部分，它可以是行为、结构或物理级别的设计，分为软核、固核和硬核三种类型，常用于系统芯片（SOC）的构建。 实时系统的调度是确保任务在规定时间内执行的关键。抢占式调度允许高优先级任务打断低优先级任务的执行，以保证实时性，但会增加上下文切换的开销。非抢占式调度则按照时间片分配执行，避免了频繁的上下文切换，但可能无法满足严格的时间约束。 总结来说，嵌入式系统设计涵盖了硬件、软件和系统集成的多个层面，涉及到了从基础硬件组件到操作系统、应用软件的完整链条，以及为了满足实时性需求的调度策略。对于软考嵌入式系统设计师来说，理解和掌握这些知识点是至关重要的。