嵌入式系统架构

这是一篇关于嵌入式系统架构的思维导图，主要内容包括：概念，硬件体系结构，软件架构，操作系统，嵌入式数据库，嵌入式中间件，开发环境。

嵌入式系统架构

• 概念
  • Embedded System
    • 为特定应用而专门构建的计算机系统
  • 发展阶段
    • 单片机微型计算机（SCM）
    • 微控制器（MCU）
    • 片上系统（Soc）
    • 以 Internet 为基础的嵌入式系统
    • 以智能化、云技术推动下的嵌入式系统
• 硬件体系结构
  • 硬件组成
    • 嵌入式微处理器
    • 存储器
    • 内/外总线逻辑
    • 定时/计数器
    • 看门狗电路
    • I/O 接口
    • 外部设备
    • 图示
• 软件架构
  • 例：
    • GOA 架构
      • 通用的开放式架构
        • Generic Open Architecture
      • 一种架构框架
        • 层次化架构风格
        • 采用抽象方法，规定软硬件接口
      • 4 种直接接口
        • 上下层次间程序的功能引用可以 直接调用
      • 4 种逻辑接口
        • 同层间的功能引用可以 基于消息方式
      • 主要特点
        • 可移植性
        • 可互操作性
        • 可剪裁性
        • 易获得性
  • 典型架构模式
    • 层次化模式架构
      • 将系统划分为多个层级，每一层负责特定的功能，并通过明确的接口与上下层通信
    • 递归模式架构
      • 采用​​自相似（Self-Similar）​​的设计方式，即系统由多个相同或相似的结构组成，每个子结构可以递归地包含更小的相同结构
      • 例：
        • 树形结构、状态机、微内核架构​​等
• 操作系统
  • 嵌入式操作系统
    • Embedded Operating System，EOS
    • 用于嵌入式系统的操作系统
  • 分类
    • 嵌入式实时操作系统
      • 面向控制、通信领域等
      • 例：
        • VxWorks、Nucleus
    • 嵌入式非实时操作系统
      • 移动电话、机顶盒、电子书等
      • 例：
        • Android、iOS、WinCE
  • 组成
    • 硬件驱动程序
      • ASP
        • 结构支持包
        • 与处理器硬件相关
      • BSP
        • 板级支持包
        • 与处理器外围芯片相关
    • 调试代理
    • 操作系统内核
      • 功能
        • 任务管理
        • 内存管理
        • 任务间通信管理
        • 时钟管理
        • 中断管理
    • 文件系统
    • 可配置组件
      • 功能
        • 是操作系统功能的延伸
        • 为应用程序提供更加丰富的服务
      • 可配置、可裁剪
      • 包括
        • 运行时库
        • 设备管理
        • 人机接口
        • 图形图像
        • API 扩展
    • API
  • 体系架构
    • 整体结构
      • 别称
        • 模块结构、无序结构
      • 图示
    • 层次结构
    • 客户/服务器结构
    • 面向对象结构
  • 内核
    • 是连接应用程序和硬件的一座桥梁，是直接运行在硬件上的最基础的软件实体
    • 架构
      • 宏内核（Monolithic Kernel）
        • 将操作系统核心功能（如进程管理、内存管理、文件系统、设备驱动等）全部运行在内核空间，形成一个庞大的单一模块
        • 内核代码高度集成，功能调用通过函数跳转实现
        • 性能高（系统调用直接在内核完成，无IPC开销）
        • 稳定性差（驱动/服务崩溃可能导致内核崩溃）
        • 图示
      • 微内核（Micro Kernel）
        • 别称
          • 插件架构模式
        • 仅将最核心的功能（如进程调度、IPC通信、基本内存管理）放在内核空间，其他服务（如文件系统、设备驱动）作为用户态进程运行
        • 内核极小（可能仅几千行代码），通过进程间通信（IPC）调用外部服务
        • 性能低（频繁IPC导致上下文切换开销）
        • 稳定性高（服务运行在用户态，崩溃不影响内核）
        • 图示
• 嵌入式数据库
  • 对象分类
    • 软件嵌入数据库
    • 设备嵌入数据库
    • 内存数据库
  • 系统结构分类
    • 嵌入式数据库
    • 移动数据库
    • 小型 C/S 结构数据库
  • 存储位置分类
    • 内存方式
    • 文件方式
    • 网络方式
• 嵌入式中间件
  • Middleware
    • 属于可复用软件的范畴
    • 处于 操作系统软件 与 用户的应用软件 的中间
    • 是一种独立的系统软件或服务程序，分布式应用软件借助这种软件在不同的技术之间共享资源
  • Embedded Middleware
    • 嵌入式中间件
    • 主要作用
      • 屏蔽底层操作系统的异构性
    • 主要功能
      • 网络通信
      • 存储管理
      • 数据处理
  • 分类
    • 经典分类
      • 终端仿真/屏幕转换中间件
      • 数据访问中间件
      • 远程过程调用中间件
      • 消息中间件
      • 交易中间件
      • 对象中间件
    • 现代分类
      • 企业服务总线中间件
      • 事物处理监控器
      • 分布式计算环境
      • 远程过程调用
      • 对象请求代理
      • 数据库访问中间件
      • 消息传递
      • 基于 XML 的中间件
  • 一般架构
    • 消息中间件
      • 是消息传输过程中，保存消息的一种容器
      • 队列
        • 提供路由并保证消息的传递
      • 特点
        • 异步处理
        • 松耦合
      • 消息传递模型
        • 点对点模型
          • 生产者将消息发送到 某个名字标识的特定消费者
        • 发布 - 订阅模型
          • 向一个特定的消息主题生产消息
    • 分布式对象中间件
      • 处理分布式对象之间通信
        • 基于组件思想
        • 由一组对象来提供系统服务
        • 对象之间能够跨平台通信
• 开发环境
  • 是可帮助用户开发嵌入式软件的一组工具的集合
  • 交叉平台开发方法
    • Cross Platform Development，CPD
    • 嵌入式软件在一个通用的平台上开发（成为宿主机），而在另一个嵌入式目标平台上运行（成为目标机）