對計算機嵌入式實時操作系統的研究及分析

摘要：作為嵌入式系統能夠穩定運行的基礎，嵌入式實時操作系統性能的優劣將直接影響到嵌入式系統的功能，隨著當今社會中嵌入式系統在各種領域的廣泛應用，對嵌入式實時操作系統的研究工作也顯得更加重要。本文對嵌入式實時操作系統的體系結構和評價指標做了分析，并且對當前較為常見的集中嵌入式實時操作系統做了簡要的分析和評價。

關鍵詞：計算機技術；嵌入式；操作系統；嵌入式實時操作系統

中圖分類號：U665.261 文獻標識碼：A

在當下，信息產業已經逐漸成為了社會中新的經濟增長中心，通過和通信產業、計算機技術的結合，信息產業已經逐漸發展成了龐大的學科領域。在這一學科中，計算機嵌入式實時操作系統是重要的課題之一，必須得到深入的分析和研究。

1嵌入式實時操作系統簡介

隨著信息技術的飛速發展，嵌入式系統已經在生活中得到了廣泛的應用，在學術界、軍事領域和人們的日常生活中發揮著巨大的作用。所謂的嵌入式系統，指的是為了實現制定的功能，把硬件和軟件結合在一起的計算機系統。目前嵌入式系統的開發已經成為技術開發的熱點，其硬件處理能力和對數據庫的要求也越來越高。

嵌入式實時操作系統是作為一種嵌入式操作系統，能夠及時地對外部事件給予相應。實時嵌入式操作系統對外部的響應分為外部事件的識別、處理和結果的輸出三個步驟，實時系統能夠分為軟實時系統和硬實時系統兩種，軟實時系統的宗旨是任務運行的速度越快越好，其對響應時間因素的界定有著一定的靈活性，而硬實時系統要求任務應該做到無誤和準時，任務不能在規定的時間之內完成的話，就可能導致嚴重的后果。

2嵌入式實時操作系統性能的重要指標

評價嵌入式實時操作系統性能的指標主要有系統的成熟度、穩定性、可靠性、安全性、開放性和實時性等。

系統的成熟度是對一個操作系統的可靠性、穩定性等性能做出綜合評價的重要指標，操作系統從開始研發到能夠可靠和穩定的運行，其中需要一個較長的開發、評測、升級維護的過程，只有經過廣泛的實際應用，才能逐步走向成熟。穩定性指的是實時嵌入式操作系統能否在長時間的運行中保持穩定，不會出現異常的狀況的性能，是保證系統能夠穩定工作的重要指標。可靠性反映的是嵌入式實時操作系統在外界因素影響下保證正常運行的能力，對系統可靠性的衡量一般是以系統連續且穩定運行的時間長短為標準。安全性指的是嵌入式實時操作系統對外部攻擊和軟件自身權限的抵御能力。開放性反映的是操作系統是否符合國際的設計標準、能否得到各種功能軟件、開發工具、驅動程序等第三方軟件的支持的能力。系統的實時性是反映系統對外部事件進行響應的能力，其衡量因素包括了系統的調用時間、中斷和延遲的時間、任務切換的時間、數據包的吞吐率等等。

3嵌入式實時操作系統的體系結構

在操作系統的體系結構中最基本的是層次結構和模塊結構，其中模塊結構是最簡單常見的結構化設計。嵌入式實時操作系統的模塊結構能夠分為處理器管理模塊、存儲器管理模塊、設備管理模塊和文件管理模塊等，分別對應著計算機硬件系統的CPU、內存、計算機中各種需要驅動程序來管理的硬件和不同容量的存儲設備。其中只有文件管理模塊是建立在存儲器設備之上的模塊，因此可以說嵌入式實時操作系統就是計算機硬件的直接邏輯映射，是將計算機硬件組合模型用軟件來表達的方式。層次結構是建立在系統的模塊分類之上的、以模塊的集合作為層的結構。按照模塊間的調用方式的不同，操作系統還能夠分為微核和單內核兩類。

4常用的嵌入式實時操作系統介紹

4.1VxWorks

VxWorks是目前市場占有率較高、應用最為廣泛的嵌入式實時操作系統。VxWorks系統是由400多個短小而相對獨立的目標模塊組成的，用戶在使用的時候能夠根據自己的需要來進行模塊的選擇和搭配，配置出適合自己需要的系統。VxWorks系統能夠提供基于優先級的任務調度、中斷處理、任務間的同步與通信、內存管理、定時器等多種功能的服務，并且內建了多處理器控制程序和符合POSIX規范的內存管理程序，其用戶接口具有簡明易懂的特點。

4.2μClinux

作為嵌入式Linux的版本之一，μClinux同標準的Linux比起來具有更小的內核。但是μClinux仍然具備了Linux操作系統的優點，比如良好的移植性和穩定性、出色的網絡功能、強大的文件系統、豐富標準的API以及對TCP/IP協議的支持等。然而由于缺少MMU內存管理單元，因此μClinux中多任務的運行需要一定的技巧才能實現。

4.3μC/OS-II

μC/OS-II是基于μC-OS系統而發展起來的，是以C語言為基礎來編寫的多任務實時操作系統內核。μC/OS-II能夠同時對64個任務進行管理，并且能夠提供任務的管理調度、內存管理、任務間通信與同步、中斷服務、時間管理等功能。具有著結構小巧、執行效率很高、實時性能較為優良、占用空間小、可擴展性較強的優點。

4.4 eCos

eCos是一種可移植、可配置、面向深度的嵌入式應用的，源代碼開放的實時操作系統。其特點是采用模塊化的設計，配置非常靈活，核心部件由內核、底層運行包、C語言庫等小組件來組成。eCos的每個組件都能夠提供大量配置選項，因此使用eCos本身提供的配置工具能夠很方便地進行系統的配置，通過不同方案的配置能夠使eCos滿足不同的應用要求。

結語

目前，嵌入式實時操作系統的應用范圍為已經越來越廣，對嵌入式實時操作系統的開發將成為操作系統發展的主要方向。嵌入式實時操作系統的進步，能夠帶來巨大的社會效益，對于信息交流的加強和社會的進步有著重要的作用。同時，嵌入式系統也在潛移默化中影響著人們的生活。

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