計(jì)算機(jī)嵌入式操作系統(tǒng)研究

郭峰

摘要：隨著嵌入式系統(tǒng)越來(lái)越復(fù)雜，操作系統(tǒng)也顯得越來(lái)越重要，于是就出了嵌入式操作系統(tǒng)。嵌入式操作系統(tǒng)是嵌入式系統(tǒng)的靈魂，它減少了嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的工作量，很大程上提升了嵌入式系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)效率，并使系統(tǒng)開(kāi)發(fā)更具科學(xué)性，為嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展奠定了良好基礎(chǔ)。本文簡(jiǎn)單的介紹嵌入式操作系統(tǒng)的概念、主要特點(diǎn)、分類(lèi)、常見(jiàn)系統(tǒng)，最后探索了嵌入式操作系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)。

關(guān)鍵詞：嵌入式系統(tǒng)；嵌入式操作系統(tǒng)；分類(lèi)；特點(diǎn)；發(fā)展；實(shí)現(xiàn)

嵌入式操作系統(tǒng)EOS（Embedded Operating System）是一種用途廣泛的系統(tǒng)軟件，過(guò)去它主要應(yīng)用于工業(yè)控制和國(guó)防系統(tǒng)領(lǐng)域。EOS負(fù)責(zé)嵌人系統(tǒng)的全部軟、硬件資源的分配、調(diào)度工作，控制協(xié)調(diào)并發(fā)活動(dòng)；它必須體現(xiàn)其所在系統(tǒng)的特征，能夠通過(guò)裝卸某些模塊來(lái)達(dá)到系統(tǒng)所要求的功能。目前，已推出一些應(yīng)用比較成功的EOS產(chǎn)品系列。隨著Internet技術(shù)的發(fā)展、信息家電的普及應(yīng)用及EOS的微型化和專(zhuān)業(yè)化，EOS開(kāi)始從單一的弱功能向高專(zhuān)業(yè)化的強(qiáng)功能方向發(fā)展。一、嵌入式操作系統(tǒng)特點(diǎn)：

嵌人式操作系統(tǒng)在系統(tǒng)實(shí)時(shí)高效性、硬件的相關(guān)依賴(lài)性、軟件固態(tài)化以及應(yīng)用的專(zhuān)用性等方面具有較為突出的特點(diǎn)。EOS是相對(duì)于一般操作系統(tǒng)而言的，它除具備了一般操作系統(tǒng)最基本的功能，如任務(wù)調(diào)度、同步機(jī)制、中斷處理、文件功能等外，還有以下特點(diǎn)：

1、可裝卸性。開(kāi)放性、可伸縮性的體系結(jié)構(gòu)。

2、強(qiáng)實(shí)時(shí)性。EOS實(shí)時(shí)性一般較強(qiáng)，可用于各種設(shè)備控制當(dāng)中。

3、統(tǒng)一的接口。提供各種設(shè)備驅(qū)動(dòng)接日。

4、操作方便、簡(jiǎn)單、提供友好的圖形GUI，圖形界面，追求易學(xué)易用。

5、提供強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)功能，支持TCP門(mén)P協(xié)議及其它協(xié)議，提供TCP／UDP／IP／PPP協(xié)議支持及統(tǒng)一的MAC訪問(wèn)層接口，為各種移動(dòng)計(jì)算設(shè)備預(yù)留接口。

6、強(qiáng)穩(wěn)定性，弱交互性。嵌入式系統(tǒng)一旦開(kāi)始運(yùn)行就不需要用戶(hù)過(guò)多的干預(yù)，這就要負(fù)責(zé)系統(tǒng)管理的EOS臭有較強(qiáng)的穩(wěn)定性。嵌入式操作系統(tǒng)的用戶(hù)接日一般不提供操作命令，它通過(guò)系統(tǒng)調(diào)用命令向用戶(hù)程序提供服務(wù)。

7、固化代碼。在嵌入系統(tǒng)中，嵌入式操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件被固化在嵌入式系統(tǒng)計(jì)算機(jī)的ROM中。輔助存儲(chǔ)器在嵌入式系統(tǒng)中很少使用，因此，嵌入式操作系統(tǒng)的文件管理功能應(yīng)該能夠很容易地拆卸，而用各種內(nèi)存文件系統(tǒng)。

8、更好的硬件適應(yīng)性，也就是良好的移植性。

二、嵌入式操作系統(tǒng)特點(diǎn)及常見(jiàn)嵌入式系統(tǒng)：

從應(yīng)用角度可分為通用型嵌入式操作系統(tǒng)和專(zhuān)用型嵌入式操作系統(tǒng)。常見(jiàn)的通用型嵌入式操作系統(tǒng)有Linux、VxWorks、Windows CE.net等。常用的專(zhuān)用型嵌入式操作系統(tǒng)有Smart Phone、Pocket PC、Symbian等。

按實(shí)時(shí)性可分為兩類(lèi)：實(shí)時(shí)嵌入式操作系統(tǒng)和非實(shí)時(shí)嵌入式操作系統(tǒng)。實(shí)時(shí)嵌入式操作系統(tǒng)主要面向控制、通信等領(lǐng)域。如Wind River公司的VxWorks、ISI的pSOS、QNX系統(tǒng)軟件公司的QNX、ATI的Nucleus等。非實(shí)時(shí)嵌入式操作系統(tǒng)主要面向消費(fèi)類(lèi)電子產(chǎn)品。這類(lèi)產(chǎn)品包括PDA、移動(dòng)電話、機(jī)頂盒、電子書(shū)、WebPhone等。如微軟面向手機(jī)應(yīng)用的Smart Phone操作系統(tǒng)。

國(guó)際上用于信息電器的嵌入式操作系統(tǒng)有40種左右。現(xiàn)在，市場(chǎng)上非常流行的EOS產(chǎn)品，包括3Corn公司下屬子公司的Palm OS，全球占有份額達(dá)50％，MicroS。fi公司的Wind。ws CE不過(guò)29％。在美國(guó)市場(chǎng)，Palm OS更以80％的占有率遠(yuǎn)超Windows CE。開(kāi)放源代碼的Linux很適于做信息家電的開(kāi)發(fā).

比如：中科紅旗軟件技術(shù)有限公司開(kāi)發(fā)的紅旗嵌入式Linux和美商網(wǎng)虎公司開(kāi)發(fā)的基于Xlinux的嵌人式操作系統(tǒng)“夸克”。“夸克”是目前全世界最小的Linux，它有兩個(gè)很突出的特點(diǎn)，就是體積小和使用GCS編碼。

常見(jiàn)的嵌入式系統(tǒng)有:Linux、uClinux、WinCE、PalmOS、Symbian、eCos、uCOS-II、VxWorks、pSOS、Nucleus、ThreadX、Rtems、QNX、INTEGRITY、OSE、C Executive。

三、嵌入式操作系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)：

眾所周知，凹凸于嵌入式開(kāi)發(fā)的工具的欠缺并且難以掌控，從而增加了嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的難度。而主機(jī)、目標(biāo)機(jī)關(guān)體系結(jié)構(gòu)是將開(kāi)發(fā)工具放在主機(jī)上，目標(biāo)機(jī)上則放操作系統(tǒng)的核心模塊，操作系統(tǒng)則支持跟蹤調(diào)式。如此，設(shè)計(jì)者便可在目標(biāo)機(jī)上對(duì)操作系統(tǒng)及應(yīng)用軟件進(jìn)行運(yùn)行，而開(kāi)發(fā)、調(diào)試就通過(guò)主機(jī)，使開(kāi)發(fā)的過(guò)程變得相對(duì)簡(jiǎn)單。

嵌入式系統(tǒng)在許多領(lǐng)域都有應(yīng)用，就不同的應(yīng)用目的擁有不同的功能、結(jié)構(gòu)，從而導(dǎo)致了用于不同的嵌入式系統(tǒng)的嵌入式操作系統(tǒng)的不同。因此，在設(shè)計(jì)嵌入式操作系統(tǒng)時(shí)應(yīng)充分的考慮到系統(tǒng)的功能與結(jié)構(gòu)的劃分，從而增加嵌入式系統(tǒng)操作的適用性及靈活性。當(dāng)前，增強(qiáng)操作系統(tǒng)的模塊性是嵌入式操作系統(tǒng)發(fā)展的一個(gè)總趨勢(shì)。其具體的實(shí)現(xiàn)方法就是將操作系統(tǒng)一些核心的功能獨(dú)立出來(lái)，做單獨(dú)立的方便拆卸的模塊。

雖然當(dāng)今軟件技術(shù)已高度發(fā)達(dá)，但從頭設(shè)計(jì)一個(gè)操作系統(tǒng)也需要較長(zhǎng)的時(shí)間，因此為減少操作系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的工作量可充分利用現(xiàn)有的資源進(jìn)行設(shè)計(jì)。

為實(shí)現(xiàn)嵌入式操作系統(tǒng)的透明性以及無(wú)關(guān)性，方便用戶(hù)的使用，就需要給用戶(hù)提供標(biāo)準(zhǔn)以及實(shí)用的應(yīng)用程序接口(API)。通過(guò)以上方式便可實(shí)現(xiàn)嵌入式操作系統(tǒng)，另在設(shè)計(jì)嵌入式操作系統(tǒng)時(shí)還需遵循以下原則：充分利用相關(guān)的計(jì)算機(jī)技術(shù)使得所設(shè)計(jì)的操作系統(tǒng)具有較高的性?xún)r(jià)比；要考慮到操作系統(tǒng)與嵌入式系統(tǒng)的匹配性；在滿足嵌入系統(tǒng)功能的同時(shí)要盡可能簡(jiǎn)單，從而節(jié)約系統(tǒng)開(kāi)銷(xiāo)費(fèi)用。

四、結(jié)束語(yǔ)

嵌入式操作系統(tǒng)雖然發(fā)展較迅速，有其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，但發(fā)展尚未成熟，因此在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，還需對(duì)設(shè)計(jì)思路進(jìn)行總結(jié)創(chuàng)新，對(duì)實(shí)現(xiàn)方法進(jìn)行完善。

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