专题2--嵌入式操作系统(linu.ppt

嵌入式系统概述,本章内容简介,1.嵌入式系统和嵌入式操作系统的概况 2.讲述嵌入式Linux操作系统的一些特征 3.简单介绍了嵌入式Linux的特殊开发环境，并说明了嵌入式Linux系统开发的特点。 通过本章内容的学习，读者应该对嵌入式 Linux 系统有一个整体的认识，并能理解嵌入式Linux开发的要点，对后面内容的学习有一个宏观的思路。,嵌入式操作系统,嵌入式操作系统,从上述嵌入式组成部分可以看出，嵌入式软件的核心是嵌入式实时多任务操作系统，即RTOS (Real Time Operation System)。在嵌入式系统开发中，为什么要采用嵌入式实时多任务操作系统呢？,为什么要采用RTOS?,这是因为，现代信息社会的高效性、协同性客观上要求软件的编写便于多人分工合作、编写的软件具有可重用性，软件日趋复杂等。所有这些迫切需要有一个屏蔽底层硬件的、功能强大的操作系统来支持。 如下实例中数据采集终端要具有：采集、处理、键盘、LCD显示、打印功能。在嵌入式系统开发中的传统编程如图1-2所示，而基于RTOS 的编程如图所示。,采用RTOS后的优势,传统的编程对于多任务的处理是基于顺序执行的。 基于RTOS的编程是由操作系统来管理多任务的优先级并行执行的。 可见对于多任务的处理，传统的编程系统没有基于RTOS 编程系统的系统性能好。,RTOS 是嵌入式应用软件的基础和开发平台。目前在中国大多数嵌入式软件开发还是基于处理器直接编写的，没有采用商品化的 RTOS，不能将系统软件和应用软件分开处理。,RTOS的实质,RTOS 是一段嵌入在目标代码中的软件，用户的其他应用程序都建立在RTOS 之上。 不但如此，RTOS 还是一个可靠性和可信性很高的实时内核，将CPU时间、中断、I/O、定时器等资源都包装起来，留给用户一个标准的API，并根据各个任务的优先级，合理地在不同任务之间分配 CPU 时间。,RTOS的实质,RTOS 最关键的部分是实时多任务内核，它的基本功能包括任务管理、定时器管理、存储器管理、资源管理、事件管理、系统管理、消息管理、队列管理和旗语管理等，这些管理功能是通过内核服务函数形式交给用户调用的，也就是RTOS 的API。,RTOS的可移植性,RTOS 是针对不同处理器优化设计的高效率实时多任务内核，优秀的商品化的RTOS 可以面对几十个系列的嵌入式处理器MPU、MCU、DSP、SOC等提供类同的API接口，这是RTOS 基于设备独立的应用程序开发基础。 因此，基于RTOS 上的C语言程序具有极大的可移植性。据专家测算，优秀的 RTOS 上跨处理器平台的程序移植只需要修改1%5%的内容。,在 RTOS 基础上可以编写出各种硬件驱动程序、专家库函数、行业库函数和产品库函数，它们和通用性的应用程序一起，可以作为产品来销售，因此 RTOS又是一个软件开发平台。,RTOS 的引入，解决了嵌入式软件开发标准化的难题。随着嵌入式系统中软件比重不断上升、应用程序越来越大，对开发人员、应用程序接口、程序档案的组织管理成为一个大的课题。引入 RTOS 相当于引入了一种新的管理模式，对于开发单位和开发人员都是一个提高。基于 RTOS 开发出的程序，具有较高的可移植性，实现 90% 以上设备独立，一些成熟的通用程序可以作为专家库函数产品推向社会。嵌入式软件的函数化、产品化能够促进行业交流以及社会分工专业化，减少重复劳动，提高知识创新的效率。,嵌入式操作系统分类,从嵌入式系统的应用来分类，可以分为面向低端设备的嵌入式操作系统和面向高端设备的嵌入式操作系统。 低端：各种工业控制系统、计算机外设、民用消费品的微波炉、洗衣机、冰箱等， 如cos； 高端：信息化家电、掌上电脑、机顶盒、WAP 手机、路由器等，如VxWorks、QNX、 Windows CE和Linux。,从嵌入式系统的商业模式来分类，可以分为商用型和免费型： 商用型：功能稳定、可靠、有完善的技术支持和售后服务，但价格昂贵。 免费型：价格优势，如Linux和cos。,从实时性的角度来分类，可以分为强实时、弱实时和无实时。 强实时：响应时间在毫秒或微秒级数量级上(如航空/航天控制装配)，如VxWorks。 弱实时：其响应时间在毫秒几秒的数量级上，其实时性的要求比强实时系统要差一些(如电子菜谱的查询)。 无实时：没有实时特点的嵌入式操作系统。,当前主流的嵌入式操作系统,1. Linux 在所有操作系统中，Linux是一个发展最快，应用最为广泛的操作系统，由Linux本身 的特性决定了它成为嵌入式开发中操作系统的首选。 Linux 已经成为全球第二大操作系统，预计在服务器市场上，Linux 在未来几年内将以 每年25%的速度增长，中国的Linux市场将保持40%左右的增长速度。,2. cos cos是一个典型的实时操作系统，目前流行的是第二个版本，即cos-。该操作系统短小精悍，是研究和学习实时操作系统的首选。cos的特点：源代码公开、代码结构清晰、注释详细、组织有条理、可移植性好、可裁减和可固化等。,3. Windows CE Windows CE是微软的产品，现在大部分的高价掌上电脑都采用了Windows CE嵌入式 操作系统。其特点：是弱实时操作系统，非免费。,4. VxWorks WindRiver 公司专门为实时嵌入式系统设计开发的操作系统软件。主要应用在单板机、 数据网络(以太网交换机、路由器)和通信方面等多方面。其特点：可靠、实时、可裁减，支持多种CPU，非免费，价格昂贵。,5. QNX QNX 是一款实时操作系统，由加拿大 QNX 软件系统有限公司开发。主要应用于自动 化、控制、机器人科学、电信、数据通信、航空航天、计算机网络系统、医疗仪器设备、交通运输、安全防卫系统、POS 机、零售机等任务关键型应用领域。其特点：用户可以把应用程序代码和QNX 内核直接编译在一起，具有非常好的可移植性。,嵌入式Linux操作系统,1. 什么是Linux Linux最初是专门为基于Intel处理器的个人计算机而设计的。 Linux 指的是源码开放，包含内核和系 统工具、完整的开发环境和应用的类Unix操作系统。同时，Linux遵循GNU(GNUs Not Unix)的通用公共许可证GPL(General Public License)，是自由软件家族中的一员。,Linux得以广泛推广的原因,Linux之所以受到广大计算机爱好者的喜爱，主要原因有以下两点：一是它属于自由软件，用户不用支付任何费用就可以获得它和它的源代码，并且可以根据自己的需要对它进行必要的修改和无约束地继续传播；二是它具有 Unix 的全部功能，任何使用 Unix 操作系统或想要学习Unix操作系统的人都可以从Linux中获益。,2. Linux的主要特点 开放性：是指系统遵循世界标准规范，特别是遵循开放系统互连(OSI)国际标准。 多用户：是指系统资源可以被不同用户使用，每个用户对自己的资源(例如：文件、 设备)有特定的权限，互不影响。, 多任务：是指计算机同时执行多个程序，而且各个程序的运行互相独立。 良好的用户界面：Linux向用户提供了用户界面和系统调用两种界面。Linux还为用 户提供了图形用户界面。它利用鼠标、菜单、窗口、滚动条等设施，给用户呈现一个直观、易操作、交互性强的友好的图形化界面。, 设备独立性：是指操作系统把所有外部设备统一当成文件来看待，只要安装它们的 驱动程序，任何用户都可以像使用普通文件一样，操纵、使用这些设备，而不必知道它们的具体存在形式。Linux是具有设备独立性的操作系统，它的内核具有高度适应能力。, 丰富的网络功能：完善的内置网络是Linux一大特点。 可靠的安全系统：Linux 采取了许多安全技术措施，包括对读、写控制、带保护的 子系统、审计跟踪、核心授权等，这为网络多用户环境中的用户提供了必要的安全保障。, 良好的可移植性：是指将操作系统从一个平台转移到另一个平台使它仍然能按其自 身的方式运行的能力。Linux是一种可移植的操作系统，能够在从微型计算机到大型计算机的任何环境中和任何平台上运行。,3. Linux的组成 Linux 的内核：内核是系统的核心，是运行程序和管理像磁盘和打印机等硬件设备的核心程序。 Linux Shell：Shell是系统的用户界面，它是一个命令解释器，它解释用户输入的命令，并且把它们送到内核。Shell提供了用户与内核进行交互操作的一种接口。 Linux文件系统：Linux文件系统是文件存放在磁盘等存储设备上的组织方法。Linux能支持多种文件系统，如EXT2、EXT3、FAT、VFAT、ISO9660、NFS以及SMB等。, Linux 应用系统：标准的 Linux 系统都有一整套称为应用程序的程序集，包括文本 编辑器、编程语言、X Window、办公套件、Internet工具以及数据库等。,嵌入式linux,嵌入式Linux是按照嵌入式操作系统的要求而设计的一种小型操作系统。 嵌入式Linux由一个内核及一些根据需要进行定制的系统模块组成。 其 kernel 很小，一般只有几百千字节左右。即使加上其它必须的模块和应用程序，所需的存储空间也很小。它有多任务、多进程的系统特征，有些还具有实时性。它有多任务、多进程的系统特征，有些还具有实时性。,嵌入式linux的组成,把Linux用于嵌入式系统，一般都不是原 封不动地照搬，而是充分考虑各种具体嵌入式系统的特点，有针对性地对Linux内核加以裁减、修改和补充。 一个小型的嵌入式Linux系统只需要引导程序、Linux微内核(由内存管理、进程管理和事务处理构成)、初始化进程三个基本元素。,如果要让它有更多的功能且继续保持小型化，可以加上文件系统(支持十多种文件系统类型，如ext2、ext3、NFS，cramfs等)、TCP/IP网络支持、存储更多数据用的磁盘、提供设计精简的应用程序。,嵌入式linux的特点,嵌入式 Linux 的最主要特点是精简标准 Linux 的内核，适应于多种 CPU 和多种硬件平台，性能稳定，裁剪性很好，开发和使用都很容易，并且可以使用Unix或Linux上的应用程序。,嵌入式Linux操作系统的优势,(1) 支持多种体系结构。 目前，Linux 能够支持 x86、ARM、MIPS、APARC 等多种 CPU 的体系机构，已被移植到数十种硬件平台上。 (2) 多任务，内核稳定，可定制，源代码开放。 (3) 强大的网络支持功能。 支持 TCP/IP 协议及其上的高层协议，如 ftp、Telnet、http 等。同时支持 Socket 网络 编程。,(4) 支持多文件系统。 Linux支持FAT32、EXT2、EXT3等多种文件系统，支持