嵌入式操作系统发表评论(0)编辑词条

嵌入式操作系统

嵌入式操作系统EOS（Embedded OperatingSystem）是一种用途广泛的系统软件，过去它主要应用于工业控制和国防系统领域。EOS负责嵌人系统的全部软、硬件资源的分配、调度工作，控制协调并发活动；它必须体现其所在系统的特征，能够通过装卸某些模块来达到系统所要求的功能。目前，已推出一些应用比较成功的EOS产品系列。随着Internet技术的发展、信息家电的普及应用及EOS的微型化和专业化，EOS开始从单一的弱功能向高专业化的强功能方向发展。嵌入式操作系统在系统实时高效性、硬件的相关依赖性、软件固态化以及应用的专用性等方面具有较为突出的特点。

VxWorks在跟踪雷达系统中的应用

一般情况下，嵌入式操作系统可以分为两类，一类是面向控制、通信等领域的实时操作系统，如windriver公司的vxworks、isi的psos、qnx系统软件公司的qnx、ati的nucleus等；另一类是面向消费电子产品的非实时操作系统，这类产品包括个人数字助理（pda）、移动电话、机顶盒、电子书、webphone等。
　　
a. 非实时操作系统
　　
早期的嵌入式系统中没有操作系统的概念，程序员编写嵌入式程序通常直接面对裸机及裸设备。在这种情况下，通常把嵌入式程序分成两部分，即前台程序和后台程序。前台程序通过中段来处理事件，其结构一般为无限循环；后台程序则掌管整个嵌入式系统软、硬件资源的分配、管理以及任务的调度，是一个系统管理调度程序。这就是通常所说的前后台系统。一般情况下，后台程序也叫任务级程序，前台程序也叫事件处理级程序。在程序运行时，后台程序检查每个任务是否具备运行条件，通过一定的调度算法来完成相应的操作。对于实时性要求特别严格的操作通常由中断来完成，仅在中断服务程序中标记事件的发生，不再做任何工作就退出中断，经过后台程序的调度，转由前台程序完成事件的处理，这样就不会造成在中断服务程序中处理费时的事件而影响后续和其他中断。
　　

嵌入式操作系统linux界面

实际上，前后台系统的实时性比预计的要差。这是因为前后台系统认为所有的任务具有相同的优先级别，即是平等的，而且任务的执行又是通过fifo队列排队，因而对那些实时性要求高的任务不可能立刻得到处理。另外，由于前台程序是一个无限循环的结构，一旦在这个循环体中正在处理的任务崩溃，使得整个任务队列中的其他任务得不到机会被处理，从而造成整个系统的崩溃。由于这类系统结构简单，几乎不需要ram/rom的额外开销，因而在简单的嵌入式应用被广泛使用。
　　
b. 实时操作系统
　　
实时系统是指能在确定的时间内执行其功能并对外部的异步事件做出响应的计算机系统。其操作的正确性不仅依赖于逻辑设计的正确程度，而且与这些操作进行的时间有关。“在确定的时间内”是该定义的核心。也就是说，实时系统是对响应时间有严格要求的。
　　

嵌入式实时操作系统uC/OS-II

实时系统对逻辑和时序的要求非常严格，如果逻辑和时序出现偏差将会引起严重后果。实时系统有两种类型：软实时系统和硬实时系统。软实时系统仅要求事件响应是实时的，并不要求限定某一任务必须在多长时间内完成；而在硬实时系统中，不仅要求任务响应要实时，而且要求在规定的时间内完成事件的处理。通常，大多数实时系统是两者的结合。实时应用软件的设计一般比非实时应用软件的设计困难。实时系统的技术关键是如何保证系统的实时性。
　　
实时多任务操作系统是指具有实时性、能支持实时控制系统工作的操作系统。其首要任务是调度一切可利用的资源完成实时控制任务，其次才着眼于提高计算机系统的使用效率，重要特点是要满足对时间的限制和要求。实时操作系统具有如下功能：任务管理（多任务和基于优先级的任务调度）、任务间同步和通信（信号量和邮箱等）、存储器优化管理（含rom的管理）、实时时钟服务、中断管理服务。实时操作系统具有如下特点：规模小，中断被屏蔽的时间很短，中断处理时间短，任务切换很快。
　　
实时操作系统可分为可抢占型和不可抢占型两类。对于基于优先级的系统而言，可抢占型实时操作系统是指内核可以抢占正在运行任务的cpu使用权并将使用权交给进入就绪态的优先级更高的任务，是内核抢了cpu让别的任务运行。不可抢占型实时操作系统使用某种算法并决定让某个任务运行后，就把cpu的控制权完全交给了该任务，直到它主动将cpu控制权还回来。中断由中断服务程序来处理，可以激活一个休眠态的任务，使之进入就绪态；而这个进入就绪态的任务还不能运行，一直要等到当前运行的任务主动交出cpu的控制权。使用这种实时操作系统的实时性比不使用实时操作系统的系统性能好，其实时性取决于最长任务的执行时间。不可抢占型实时操作系统的缺点也恰恰是这一点，如果最长任务的执行时间不能确定，系统的实时性就不能确定。
　　
可抢占型实时操作系统的实时性好，优先级高的任务只要具备了运行的条件，或者说进入了就绪态，就可以立即运行。也就是说，除了优先级最高的任务，其他任务在运行过程中都可能随时被比它优先级高的任务中断，让后者运行。通过这种方式的任务调度保证了系统的实时性，但是，如果任务之间抢占cpu控制权处理不好，会产生系统崩溃、死机等严重后果。

4种嵌入式操作系统的调度机制

（1）可装卸性。开放性、可伸缩性的体系结构。

（2）强实时性。EOS实时性一般较强，可用于各种设备控制当中。

（3）统一的接口。提供各种设备驱动接日。

（4）操作方便、简单、提供友好的图形GUI，图形界面，追求易学易用。

（5）提供强大的网络功能，支持TCP／IP协议及其它协议，提供TCP／UDP／IP／PPP协议支持及统一的MAC访问层接口，为各种移动计算设备预留接口。

（6）强稳定性，弱交互性。嵌入式系统一旦开始运行就不需要用户过多的干预，这就要负责系统管理的EOS臭有较强的稳定性。嵌入式操作系统的用户接日一般不提供操作命令，它通过系统调用命令向用户程序提供服务。

（7）固化代码。在嵌入系统中，嵌入式操作系统和应用软件被固化在嵌入式系统计算机的ROM中。辅助存储器在嵌入式系统中很少使用，因此，嵌入式操作系统的文件管理功能应该能够很容易地拆卸，而用各种内存文件系统。

（8）更好的硬件适应性，也就是良好的移植性。

国际上用于信息电器的嵌入式操作系统有40种左右。现在，市场上非常流行的EOS产品，包括3Corn公司下属子公司的Palm OS，全球占有份额达50％，MicroS。fi公司的Wind。ws CE不过29％。在美国市场，Palm OS更以80％的占有率远超Windows CE。开放源代码的Linux很适于做信息家电的开发。

比如：中科红旗软件技术有限公司开发的红旗嵌入式Linux和美商网虎公司开发的基于Xlinux的嵌人式操作系统“夸克＂。“夸克”是目前全世界最小的Linux，它有两个很突出的特点，就是体积小和使用GCS编码。

WINDOWS CE

其实，嵌入式系统并不是一个新生的事物，从二十世纪八十年代起，国际上就有一些IT组织、公司，开始进行商用嵌入式系统和专用操作系统的研发。这其中涌现了一些著名的嵌入式系统： 

Windows CE 
Microsoft Windows CE是从整体上为有限资源的平台设计的多线程、完整优先权、多任务的操作系统。它的模块化设计允许它对于从掌上电脑到专用的工业控制器的用户电子设备进行定制。操作系统的基本内核需要至少200K的ROM。 

VxWorks 
VxWorks是目前嵌入式系统领域中使用最广泛、市场占有率最高的系统。它支持多种处理器，如x86、i960、Sun Sparc、Motorola MC68xxx、MIPS RX000、POWER PC等等。大多数的VxWorks API是专有的。采用GNU的编译和调试器。 

主流嵌入式操作系统特点对比

pSOS 
ISI公司已经被WinRiver公司兼并，现在pSOS属于WindRiver公司的产品。这个系统是一个模块化、高性能的实时操作系统，专为嵌入式微处理器设计，提供一个完全多任务环境，在定制的或是商业化的硬件上提供高性能和高可靠性。可以让开发者根据操作系统的功能和内存需求定制成每一个应用所需的系统。开发者可以利用它来实现从简单的单个独立设备到复杂的、网络化的多处理器系统。 

QNX 
QNX是一个实时的、可扩充的操作系统，它部分遵循POSIX相关标准，如：POSIX.1b实时扩展。它提供了一个很小的微内核以及一些可选的配合进程。其内核仅提供4种服务：进程调度、进程间通信、底层网络通信和中断处理，其进程在独立的地址空间运行。所有其它OS服务，都实现为协作的用户进程，因此QNX内核非常小巧（QNX4.x大约为12Kb）而且运行速度极快。这个灵活的结构可以使用户根据实际的需求，将系统配置成微小的嵌入式操作系统或是包括几百个处理器的超级虚拟机操作系统。 

Palm OS 
3Com公司的Palm OS在PDA市场上占有很大的市场份额，它有开放的操作系统应用程序接口（API），开发商可以根据需要自行开发所需要的应用程序。 

OS-9 

嵌入式操作系统OS-9操作界面

Microwave的OS-9是为微处理器的关键实时任务而设计的操作系统，广泛应用于高科技产品中，包括消费电子产品、工业自动化、无线通讯产品、医疗仪器、数字电视/多媒体设备。它提供了很好的安全性和容错性。与其他的嵌入式系统相比，它的灵活性和可升级性非常突出。 

LynxOS 
Lynx Real-time Systems的LynxOS是一个分布式、嵌入式、可规模扩展的实时操作系统，它遵循POSIX.1a、POSIX.1b和POSIX.1c标准。LynxOS支持线程概念，提供256个全局用户线程优先级；提供一些传统的、非实时系统的服务特征；包括基于调用需求的虚拟内存，一个基于Motif的用户图形界面，与工业标准兼容的网络系统以及应用开发工具。 

目前，世面上有很多商业性嵌入式系统都在努力地为自己争取着嵌入式市场的份额。但是，这些专用操作系统均属于商业化产品，价格昂贵；而且，由于它们各自的源代码不公开，使得每个系统上的应用软件与其它系统都无法兼容。并且，由于这种封闭性还导致了商业嵌入式系统在对各种设备的支持方面存在很大的问题，使得对它们的软件移植变得很困难。在嵌入式这个IT产业的新的关键领域，Linux操作系统适时地出现在了国家和国内各嵌入式厂商面前，由于Linux自身诸多优势，吸引了许多开发商的目光，成为嵌入式操作系统的新宠。它的出现无疑为国家发展嵌入式操作系统事业提供了一个极有吸引力的机会。

嵌入式操作系统

嵌入式操作系统是掌上电脑的灵魂，广泛应用于个人数字助理、便携式电话及各种手持设备、公用电话亭、游戏控制板、数据式制造设备、机顶盒等消费类家电信息产品。1998年，全球智能手持设备销售总量达820万台，预计2001年，达到2000万台，而中国的掌上信息产品产量1999年突破350万台，2000年已接近500万台，这预示着掌上电脑产业将进入高速发展时期，掌上电脑超过台式电脑时代即将来临。

掌上电脑市场的迅猛发展，为嵌入式操作系统带来了广阔的市场前景。深圳桑夏高科技股份有限公司是国家863项目研发基地。在国家863计划的大力支持下，他们经过多年潜心研究，投入了大量人力物力，终于开发出拥有自主知识产权的全中文嵌入式操作系统-桑夏2000，目前该系统已成功地集成于各类掌上电脑，打破了微软的垄断局面，在嵌入式操作系统市场开拓出自己的一片天地。

桑夏2000

随着互联网的发展，无线及有线上网成为掌上电脑的发展趋势，对此桑夏2000设计了丰富的图形界面工具接口及灵活有效的文件及数据管理机制，而且可随意选配有线及无线通讯接口，以适合不同用户的应用需求。桑夏2000还采用非常精简的内核设计，极大地节省了内存资源，降低了成本。另外桑夏2000还支持硬件的可扩充设计和内存配置的自动识别，使用户有更多的系统配置的空间，对硬件的要求较低。而微软的windows CE系统过于臃肿，模块化不强，在版本控制上又不能实现量体载衣的设计，对硬件的基本配置要求较高，而且装有windows CE的掌上电脑成本较高。目前在国内市场上还不能形成很大的优势。

记事是掌上电脑最常用的功能，但字段的长短很难事先知道。为充分利用每一单位内存，桑夏2000设计了一套不定长字段数据库管理系统，这给应用程序的数据库管理带来了很大的灵活性，同时桑夏2000还提供对标准数据库管理系统的支持，基本数据库操作如建立、编辑、查询、统计等与台式电脑完全兼容。

行业应用是掌上电脑的一大市场，操作系统厂商不可能对所有行业的应用软件-开发。因此，桑夏2000采用全开放的设计方式，研制了一套应用软件开发调试环境，适应于不同行业的应用程序，具有极强的二次开发的能力，从而为嵌入式操作系统的应用带来了广阔的空间。目前，桑夏2000已成功应用于商务、教育、金融、保险、法律、航空、石油、企业管理等领域。

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（1）http://www.avrw.com/article/art_109_2959.htm
（2）http://blog.21ic.com/user1/349/archives/2007/36754.html
（3）http://most.gov.cn/kxjspj/gzkp/200702/t20070201_40736.htm