嵌入式系统的应用

虚拟机（Virtual Machine）指通过软件模拟的具有完整硬件系统功能的、运行在一个完全隔离环境中的完整计算机系统。

虚拟计算平台——Vmware. VMware 可以使你在一台机器上同时运行二个或更多Windows、DOS、LINUX系统。与“多启动”系统相比，VMWare采用了完全不同的概念。

嵌入式系统：

以应用为中心，以计算机技术为基础，软件硬件可剪裁，适应应用系统对功能，可靠性，成本，体积，功耗严格要求的专用计算机系统。

嵌入式系统软件的特征：

（1） 软件要求固态化存储

（2） 软件大拿高质量，搞可靠性

（3） 系统软件的高实时性是基本要求

（4） 系统多任务

嵌入式系统开发的环境和工具：

对于嵌入式系统而言，应用程序可以没有操作系统直接在芯片上运行，但是为了合理的调度多任务，利用系统资源，系统函数以及和专家库函数接口，用户必须自行选配RTOS开发平台。以保证程序执行的实时性，可靠性，并减少开发时间，保障软件质量。

嵌入式系统引导程序设计：

引导程序主要工作是对嵌入式系统中的CPU，NAND Flash，SRAM,系统Cache等硬件进行初始化。

比较有代表性的是U-Boot程序。它包括四个子目录部分：CPU子目录，Board目录，Drivers目录，Li-barm

硬件初始化：

（1） 建立中断向量表，当程序出现异常后可跳转到相应子程序执行。

（2） 屏蔽所有的中断。

（3） 设置CPU的速度和时钟频率。

（4） RAM初始化

（5） 初始化LED

Bootloader运用于系统的RAM（stage2）时，通常依次执行以下主要步骤：

（1） 进入stage2的入口程序

（2） 初始化本阶段要使用到的硬件设备

（3） 检测系统的内存映射（内存映射是只在整个4GB物理空间中有哪些地址范围被分配用来殉职系统的RAM单元）

（4） 加载内核映象和根文件系统映象并从Flash上拷贝，规划内存占用的布局

1. 内核映象所占用的内存范围

2. 根文件系统所占用的内存范围

（5） 设置内核的启动参数

（6） 调用内核

Linux内核配置方法有三种：

命令行方式

菜单方式（简单明了，受条件限制小，用的多）

在Linux主机上执行命令make xconfig

嵌入式Linux的内核编译大致相似，其步骤如下：

（1） 执行#make clean命令，删除过时文件

（2） 执行#make dep命令，进行一来性编译

（3） 执行#make 命令，生成可执行内核印象文件

嵌入式Linux系统应用程序的开发，是以PC+桌面Linux操作系统（如Red
Hat 9.0）平台为基础，应用程序的编辑，通过交叉编译和连接生存目标平台上可以运行的二进制代码格式，再下载到特定的嵌入式系统中运行。

设备驱动程序是操作系统内核和机器硬件之间的接口。为应用程序屏蔽了硬件细节。应用程序可以把硬件设备当作普通文件看待，并进行操作。

设备驱动功能：

对设备进行初始化；

使设备投入运行和推出服务；

把数据从内核传送给设备和从设备接受数据；

检测和处理设备出现的错误。

USB摄像头驱动编写：

（1） 注册和注销驱动设备

（2） 实现USB摄像头的文件操作调用

硬件的可靠性设计

造成对系统不能正常工作的干扰形成需要具备三个条件：干扰源；传播途径；对干扰敏感的接受电路

干扰源：电压变化率du/dt（主要来自自然界和系统周边的电气设备）,电流变化率di/dt（由装置内部的各种元器件引起）大的地方就是干扰源，通常可分为外部和内部干扰。

抑制干扰源：其实就是尽可能的减小干扰源du/dt，di/dt。抗干扰设计中最优先考虑的最重要的原则，也最有效。

减小du/dt：在干扰源两端并联电容

减小di/dt：在干扰源回路串联电感或电阻以及增加续流二极管来实现。

切断干扰传播途径：

（1） 充分考虑电源的影响（MCU等处理芯片对电源噪声很敏感，可以给这些芯片的电源家滤波电路或者稳压器）

（2） MCU和I/O输出控制应加隔离。

（3） 注意晶振布线。（晶振应与MCU引脚尽量靠近，并用地线把时钟区隔离开，最好将晶振外壳接地固定）

（4） 电路板合理分区

（5） 合理利用地线

（6） 单独接地

（7） 采用抗干扰元件

提高敏感器件的抗干扰性

（1） 对于闲置端的处理，MCU闲置的I/O接口不要悬空，要接地或者接电源。

（2） 布线时尽量减少回路环的面积，以降低感应噪声

（3） IC尽量直接焊在电路板上，少用IC座

（4） 布线时，电源线和地线要尽量粗

（5） 在速度能满足要求的前提下，尽量降低MCU的晶振和选用低速数字电路

（6） 在有通信线时，讲Data线，CLK线，INH线常态设置为高，其抗干扰性要比设置低好

（7） 对MCU使用电源监控以及看门狗电路

总体来说，硬件抗干扰设计通过提高硬件的性能和功能来增强抗干扰能力，具有稳定快捷等优点，但会使成本增加

软件可靠性设计

1. 数据冗余设计

在一些对程序流向起决定作用的指令之前插入两条NOP指令，以保证弹飞的程序迅速纳入正轨。为了增强程序的可靠性，可尽可能多的采用单字节指令，少用多字节指令。

采用冗余技术使程序自动恢复正常状态的条件有两个：

（1） 被感染爱的程序设计计数器PC须指向程序运行区

（2） 弹飞的程序没有陷入死循环，且能执行到冗余指令

2. 软件陷阱与软件拦截技术

3. （1）未使用的中断向量区

（3） 未使用的FlashROM区

（4） 程序区

（5） 表格区