《嵌入式系统课件》课件.ppt

*************************************消息队列和邮箱消息队列消息队列是RTOS中用于任务间传递数据的机制，允许多个数据项按FIFO或优先级顺序排队。发送任务将消息放入队列；接收任务从队列中取出消息。主要特点：支持多生产者多消费者模型队列满时发送任务可选择等待或放弃队列空时接收任务可选择等待或放弃可设置消息大小和队列长度消息可按FIFO或优先级排序支持超时机制避免无限等待适用场景：异步数据传输、生产者-消费者模型、事件驱动处理邮箱邮箱是一种特殊的消息传递机制，通常用于存储单个消息。新消息会覆盖旧消息，适合需要最新状态信息的场景。主要特点：通常只存储一条消息（单元素队列）新消息覆盖旧消息（某些RTOS实现）支持多生产者单消费者模型通常更简单、开销更小适用场景：状态更新、配置信息传递、只关心最新数据的应用注：不同RTOS对邮箱的定义和实现可能有所不同。有些RTOS将邮箱实现为固定大小的消息队列；有些则区分为独立的对象类型。嵌入式Linux简介应用程序用户空间应用、系统服务、图形界面等库与中间件C库、系统库、GUI库、多媒体框架等Linux内核进程管理、内存管理、文件系统、设备驱动、网络协议栈等硬件平台处理器、存储器、外设和接口电路嵌入式Linux是针对资源受限的嵌入式系统裁剪优化的Linux操作系统。它保留了标准Linux的核心功能和优势，同时通过配置和定制，使其适合在嵌入式设备上运行。相比专用RTOS，嵌入式Linux提供更丰富的功能和更好的生态系统支持，但实时性通常较弱。嵌入式Linux的主要优势包括：开源免费，降低开发成本；强大的网络功能和协议支持；丰富的文件系统选择；完善的驱动模型和设备支持；大量现成的中间件和应用软件；活跃的社区和广泛的技术资料。嵌入式Linux主要应用于资源相对丰富的嵌入式系统，如网络设备、多媒体设备、工业控制系统、智能家电等。对于实时性要求极高或资源极其受限的场景，RTOS可能是更合适的选择。嵌入式Linux的系统架构应用层用户空间程序，包括系统应用（如系统服务、守护进程）和用户应用（如GUI程序、控制程序）。应用程序通过系统调用接口与内核交互，使用各种库提供的功能。中间件与库系统库（如glibc、uClibc或musl）提供C语言标准库功能；通用库提供常用功能如XML解析、加密等；图形库如Qt、GTK提供GUI支持；多媒体框架如GStreamer处理音视频；各种中间件支持特定功能如数据库、Web服务等。Linux内核系统核心，负责进程调度、内存管理、文件系统、设备驱动、网络协议等。嵌入式系统通常使用裁剪优化的内核配置，仅包含必要功能。可选择实时性补丁（PREEMPT_RT）增强实时性能。板级支持包(BSP)连接内核与实际硬件的适配层，包含特定硬件平台的启动代码、设备树、驱动程序等。BSP由硬件厂商或开源社区提供，是嵌入式Linux移植的关键环节。嵌入式Linux的启动过程硬件初始化与引导加载上电后，处理器执行固化在ROM中的代码；初始化基本硬件；加载并执行Bootloader（如U-Boot）；Bootloader初始化关键硬件，准备内核启动环境。内核加载与初始化Bootloader加载内核镜像到内存；内核解压并开始执行；初始化内核子系统：内存管理、中断控制、设备驱动等；解析设备树或内核参数，识别硬件配置。根文件系统挂载内核挂载根文件系统（可位于Flash、SD卡、网络等）；可能使用临时内存文件系统(initramfs)辅助启动过程；检查文件系统完整性，必要时执行修复。用户空间初始化执行第一个用户空间程序init（通常是systemd、SysVinit或BusyBoxinit）；init进程启动系统服务、守护进程；执行系统初始化脚本；最终启动应用程序，系统进入正常工作状态。嵌入式Linux的文件系统文件系统类型ext2/3/4：标准Linux文件系统，功能全面但开销较大JFFS2/UBIFS：专为Flash设计，支持磨损均衡和掉电保护SquashFS：只读压缩文件系统，节省空间CRAMFS：压缩只读文件系统，适合小型系统NFS：网络文件系统，便于开发调试tmpfs：内存文件系统，速度快但易失YAFFS：为NANDFlash优化的文件系统文件系统层次结构/bin：基本命令/sbin：系统管理命令/etc：配置文件/lib：基本共享库/usr：应用程序和数据/var：变量数据/proc：内核信息接口/sys：系统和设备信息/dev：设备文件文件系统设计考虑