目前國內對嵌入式系統一個普遍被認同的定義是：以應用為中心、以計算機技術為基礎、軟件硬件可裁剪、適應應用系統對功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴格要求的專用計算機系統。

　　嵌入式系統是電腦軟件與硬件的綜合體，它是以應用為中心，以計算機技術為基礎，軟硬件可裁剪，從而能夠適應實際應用中對功能、可靠性、成本、體積、功耗等嚴格要求的專用計算機系統。一臺通用計算機的外部設備中就包含了5~10個嵌入式微處理器，鍵盤、鼠標、軟驅、硬盤、顯示卡、顯示器、Modem、網卡、聲卡、打印機、掃描儀、數碼相機、USB集線器等均是由嵌入式處理器進行控制的。在制造工業、過程控制、通信、儀器、儀表、汽車、船舶、航空、航天、軍事裝備、消費類產品等方面，嵌入式計算機都有用武之地。本文將介紹一種獨特的嵌入式平臺核心處理器--匯聚式處理器Blackfin以及其主流的配套操作系統及相關資源。

　　基于Blackfin構建獨特的嵌入式平臺

　　匯聚式處理器Blackfin 基于由 ADI 和 Intel 公司聯合開發的微信號架構(MSA)，它將一個 32 位 RISC 型指令集和雙 16 位乘法累加(MAC)信號處理功能與通用型微控制器所具有的易用性組合在一起。這種匯聚式處理能力的組合使得Blackfin處理器能夠在信號處理和控制處理應用中均發揮極佳的作用 -- 在許多應用中免除了增設單獨的異構處理器的必要，極大地簡化了硬件和軟件設計。Blackfin處理器非常適合于滿足會聚能力起關鍵作用的嵌入式音頻、視頻和通信應用的計算要求和功耗約束條件，包括多格式音頻、視頻、語言和圖像處理，多模式基帶和分組處理，控制處理和實時安全性。正是這種獨特的系統架構、所具有的設計靈活性和可擴展性為Blackfin處理器贏得了廣泛的適應性，例如數字家庭娛樂、網絡和流媒體、汽車遠程信息處理和信息娛樂、數字無線電，以及移動電視終端。

　　目前，Blackfin 處理器在單內核產品中可提供高達 756MHz 的性能，還提供了低至 0.8V 的業界領先的功耗性能，對于滿足當今及未來的信號處理應用而言，這種高性能與低功耗的組合特征是必不可少的。Blackfin 處理器都為嵌入式系統設計提供了十分重要的特性及性能優勢，包括：同時實現各種應用的高性能信號處理和高效控制處理能力;可確保產品開發時間最小化的易用型混合 16/32 位指令集架構和開發工具套件;豐富的嵌入式系統設計的軟件模塊資源和內置硬件資源(存儲器、PWM單元、廣泛的接口等);實現器件功耗模式與終端系統要求相適應的動態電源管理能力。所有的 Blackfin 處理器均具有多個獨立的 DMA 控制器，這些控制器支持自動數據傳輸，而所需的處理器內核開銷極少。此外，Blackfin處理器具有豐富的存儲器配置，可以極大地方便嵌入式系統的應用開發。以ADSP-BF51x系列為例，該處理器同時具有NOR閃存、NAND閃存、鐵電存儲(FRAM)、SDRAM,還提供了支持Lockbox安全技術的一次性可編程存儲器。

　　ADI公司推出的Blackfin處理器是一類專為滿足當今嵌入式音頻、視頻和通信應用的計算要求和功耗約束條件而設計的新型 16~32 位嵌入式處理器。Blackfin 處理器基于由 ADI 和 Intel 公司聯合開發的微信號架構(MSA)，它將一個 32 位 RISC 型指令集和雙 16 位乘法累加(MAC)信號處理功能與通用型微控制器所具有的易用性組合在了一起。 這種處理特征的組合使得 Blackfin 處理器能夠在信號處理和控制處理應用中均發揮上佳的作用 -- 在許多場合中免除了增設單獨的異類處理器的需要。該能力極大地簡化了 硬件和軟件設計實現任務。

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　　操作系統在Blackfin上的組織結構

　　廣泛優化的操作系統資源

　　除了硬件平臺之外，嵌入式操作系統的選擇對于正在從事新的嵌入式開發項目的工程師來說同樣重要。對于Blackfin處理器來說，除了處理器本身的獨特性能特性優勢外，強大的嵌入式操作系統資源是該處理器獲得廣泛應用的另一個關鍵因素。Blackfin處理器支持包括VisualDSP自帶的操作系統內核(VDK)、ThreadX、uCLinux和Nucleas等獲得業界廣泛應用的操作系統，避免了工程師在從其它處理器平臺移植到Blackfin平臺時因更改操作系統而延長終端產品開發周期。這些操作系統各自具有不同的特性和功能以及具有不同的價格、版權費用條款。從特性上看，有代碼非常緊湊、復雜度低的操作系統(VDK)，有復雜、具有豐富特性的操作系統(如uClinux)，具有極高可靠性的INTEGRITY,專注于汽車市場需求的RTA-OSEK,等等 .下面將對以下幾類操作系統進行簡要介紹。

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　　Blackfin處理器支持的主要操作系統及第三方供應商列表。

　　1. ThreadX

　　ThreadX是優秀的硬實時操作系統(RTOS)，適用于深嵌入式應用中，具有規模小、實時性強、可靠性高、無產品版權費、易于使用等特點，并且支持大量的處理器和SoC,包括ARM、PowerPC、SH 4、MIPS、ADI DSP、TI DPS、Nios II等，因此廣泛應用于消費電子、汽車電子、工業自動化、網絡解決方案、軍事與航空航天等領域中。ThreadX已被廣泛的用戶接納，并且目前在超過4億5千萬電子產品中得到廣泛應用。ThreadX配有Express LogicTCP/IP協議棧NetX、文件系統FileX、USB協議棧USBX以及GUI開發包PEGX，所有這些都支持Tensilica最新的Diamond Standard 106Micro產品。

　　Express Logic公司與ADI公司建立了深入的合作關系，針對ADSP-BF534、ADSP-BF536和ADSP-BF537處理器提供了優化的實時操作系統，針對Blackfin雙內核處理器ADSP-BF561開發了增強版的ThreadX實時操作系統(ThreadX SMP RTOS)，該產品大大簡化了開發商管理在雙內核SMP嵌入式處理器上的編程任務，為Blackfin處理器的雙內核提供負載平衡，縮短了雙內核平臺的開發過程(ThreadX SMP版本是消費電子應用中第一個真正的多處理器開發環境)。ThreadX實時操作系統可為Blackfin用戶提供實時、多線程應用，Express Logic的picokernel結構使該產品具有很高的性能和極小的代碼規模，最小采用4KB的獨立文件構建所有系統服務。針對Blackfin處理器優化的ThreadX還與ADI公司的VisualDSP++集成開發環境(IDE)的無縫集成，進一步優化了嵌入式系統開發環境。

　　2. uClinux

　　Linux是一種很受歡迎的操作系統，它與UNIX系統兼容，開放源代碼。它原本被設計為桌面系統，現在廣泛應用于服務器領域。而更大的影響在于它正逐漸的應用于嵌入式設備。uClinux正是在這種氛圍下產生的。在uClinux這個英文單詞中u表示Micro,小的意思，C表示Control,控制的意思，所以uClinux就是Micro-Control-Linux,字面上的理解就是"針對微控制領域而設計的Linux系統".uCLinux是一種優秀的嵌入式Linux版本，是micro-Conrol-Linux的縮寫。它秉承了標準Linux的優良特性， 經過各方面的小型化改造，形成了一個高度優化的、代碼緊湊的嵌入式Linux.雖然它的體積很小，卻仍然保留了Linux的大多數的優點：穩定、良好的移植性、優秀的網絡功能、對各種文件系統完備的支持和標準豐富的API.它專為嵌入式系統做了許多小型化的工作，目前已支持多款CPU. 其編譯后目標文件可控制在幾百KB數量級，并已經被成功地移植到很多平臺上。

　　uClinux操作系統可直接運行于Blackfin處理器，對于很多嵌入式應用來說，在與Blackfin處理器同等價位的方案中很少有能支持Linux的。然而，在面向特定的嵌入式應用時，例如內存空間有限或需要實時確定性以及高安全性能的應用，Linux仍存在許多挑戰。工具鏈的改善、不斷演變的標準化努力等，都有助于提升Linux對于所有嵌入式應用的價值。為此，ADI公司在uClinux里集成了大量硬件驅動和應用例程，包括無線局域網驅動、音/視頻編解碼器驅動等，從而將幫助客戶非常方便地從原來的系統移植到Blackfin平臺上來。此外，ADI還與全球領先企業建立了廣泛的合作關系，為基于Linux的Blackfin嵌入式系統應用開發提供了大量的優化的操作系統應用資源。ADI與公認的uClinux先驅Arcturus Networks公司聯合推出的新型uCBF54x啟動開發工具套件和系統模塊就是這樣的一個范例。該開發套件可以加快具有多通道語音、mini PBX或IP視頻能力的嵌入式媒體設備的開發過程，提供的軟件包括開源uClinux BSP(板級支持包)以及Arcturus語音與管理中間件，包括完整的SIP和RTP堆棧。經過多年積累，Blackfin Linux已經成為嵌入式系統領域最為穩定的嵌入式Linux發行包之一。

　　3. μC/OSII

　　μC/OSII作為一個源碼公開的嵌入式實時操作系統，可以支持64個任務，同時支持信號量、消息隊列、郵箱等多種常用的進程間通信方式。該操作系統程序可讀性強、移植性好、可裁剪，并已在通信、電子、自動化等領域的嵌入式設備中獲得了大量的應用。μC/OSII是Blackfin所支持的RTOS之一，在高速的Blackfin處理器上有很強的硬實時性能，操作系統中斷響應時間約為110周期(600MHz下約0.18us)，同樣針對Blackfin處理器的主要目標應用集成了大量硬件驅動模塊和各種庫資源。

　　如果上述的操作系統都不能滿足您的目標應用需求，那么您可以采用隨VisualDSP自帶的操作系統內核(VDK)。VDK是一個小而健壯的內核，支持當前所有的Blackfin處理器以及未來可能出現的新Blackfin處理器產品，基于VDK的嵌入式系統開發能滿足在不同Blackfin處理器之間的API兼容性。更重要的是，使用VDK不需要支付任何額外的成本，無須支付許可證費用或使用費，它是作為VisualDSP 的一部分提供的，會隨著VisualDSP 的升級而升級。VDK很好地整合到了VisualDSP中，在項目的靜態設置(如線程創建和信號量)管理非常方便，提供了很多的便利功能，包括線程、優先級、信號量、消息傳遞、關鍵域和禁止調度域等

　　完善的軟件開發工具環境

　　隨著嵌入式處理應用越來越復雜、投放市場的時間越來越急迫，完善的開發環境變得越來越重要。除了上述全系列優化的嵌入式操作系統外，具有完整的開發環境是其受廣泛歡迎的重要原因之一。ADI提供業界一流的工具、初學套件與支持，包括熟知的、能夠支持其他Blackfin處理器的ADI CROSSCORE軟件與硬件工具，這些工具包括獲獎的VisualDSP++集成開發與調試環境、仿真器，以及EZ-KIT Lite評估版硬件。

　　此外，ADI還為嵌入式系統開發提供了大量的系統服務程序，即為嵌入式系統提供各種常見功能的軟件庫，這些服務程序實際上是可用于任何系統的公用程序，既可在未安裝RTOS的獨立式環境下運行，又可用于VDK環境。利用這些系統服務程序，用戶可以便捷、高效地接入Blackfin處理器的硬件子系統，具體而言包括鎖相環路、直接內存存取、中斷控制器、標志控制器和定時器等等。所有Blackfin處理器均采用一套通用的API,各種應用和設備驅動程序均可使用這些系統服務程序。系統服務程序中包含的軟件都經過反復測試、穩定可靠的，用戶可以輕松直接使用這些程序。利用服務程序，用戶可以輕松整合這些模塊化軟件。服務程序將負責管理硬件資源，因此，將不同開發人員編寫的兩個程序塊整合起來變得輕而易舉。這些服務程序都與VisualDSP++集成開發環境一起提供。

　　為改進應用開發環境，美國國家儀器有限公司(NI)與ADI聯合推出了專用于ADI Blackfin處理器的LabVIEW嵌入式模塊，將LabVIEW圖形化數據流的開發環境擴展到高性能、低功耗的Blackfin處理器，通過無縫地集成到ADI VisualDSP++開發和調試環境，極大地方便進行快速的嵌入式系統開發。使用NI LabVIEW嵌入式技術可以一步到位完成系統建模的硬件在環測試和原型設計，幫助沒有嵌入式編程經驗的工程師克服嵌入式開發過程中遇到的傳統挑戰，可以花更少的時間在細節的了解和傳統低層工具的語法上，從而可以把更多的時間用于設計優化。這一圖形化的軟件包括140多種Blackfin特有的、經過優化的數學、分析和信號處理函數，如音頻和視頻DAC、ADC和編解碼器等集成I/O.

　　盡管有優化的操作系統可供選擇以及提供無縫集成的完善開發工具環境，但即使對于一個經驗豐富的設計工程師來說，嵌入式系統設計依然是一個極具挑戰性的工作。為幫助企業更快地利用Blackfin處理器完成優化的產品設計，加快產品面市時間并降低設計成本，ADI還與眾多本地技術提供商建立了緊密的合作關系，通過他們為企業提供更具針對性、貼身的技術支持。這些第三方機構除了提供針對特定應用的完整參考設計外，還提供相應的仿真器、集成開發環境，以及嵌入式開發培訓等服務。這些機構包括：嵌入式開發工具和培訓提供商深圳英蓓特(提供ADSP開發工具 Embest EmLink仿真器 Embest BDT集成開發環境);針對多種應用的嵌入式Linux開發平臺及OEM板級硬件方案的華恒科技(HHBF531-StartKit,uCLinux下全套開發工具集硬件驅動、協議棧等);提供嵌入式數字媒體開發工具的上海德景(DUITEK_BF_DEMO評估板);等等。

　　應用案例--數碼相框設計

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　　數碼相框方案結構圖

　　上圖是上海世勤電子科技有限公司基于Blackfin處理器BF52x系列開發的數碼相框產品方案結構圖，該產品具有互聯網WiFi無線連接、電子郵件發送、RSS新聞閱讀、即時照片分享、全觸摸操作等領先的性能特性。該方案采用了uClinux嵌入式操作系統。作為一款典型的消費電子產品，滿足產品高性能要求的低成本實現方案是選擇的關鍵，Blackfin可以直接運行于uClinux使得方案有效地降低了整體實現成本，而且極大地方便了將公司以往的設計軟件移植到新的系統中。事實上，在與BF52x處理器相近價格的同類解決方案中，很少有支持Linux的處理器。