嵌入式操作系统软件平台

1、嵌入式操作系统软件平台1、嵌入式系统嵌入式系统的定义是以应用为中心，以计算机技术为基础，软硬件可裁剪、 适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。 其在工业制造、过程控制、通讯、仪器、仪表、汽车、船舶、航空、航天、军事 装备、消费类电子产品等方面具有广泛的应用。其组成结构如下图所示：用软件N嵌入式操作系统软件平台微处理器（控制器）硬件平台图1-1嵌入式系统2、嵌入式软件的分类嵌入式操作系统：嵌入式操作系统 EOS（ Embedded Operating System是 一种用途广泛的系统软件，过去它主要用丁工业控制和国防系统领域。EOS负责嵌入式系统的全部软、硬件资

2、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来达到 系统所要求的功能。目前国际上著名的嵌入式操作系统有Windows CEPalm OS Linux、VxWorks pSOS QNX、OS-3 LynxxOS等。我国嵌入 式操作系统起步较晚，国内类似产品主要是基丁自主版权的 Linux操作 系统，其中以中软Linux、红旗Linux、东方Linux为代表。嵌入式支撑软件：支撑软件是帮助和支持软件开发的软件，通常包括数 据库和开发工具，期中以数据库最为重要。嵌入式移动数据库（简称移 动数据库EMDBS是支持移动计算或某种特定计算模式的数据库管理系 统，数

3、据库系统与操作系统、具体应用集成在一起，运行在各种智能性 嵌入设备或移动设备上。国际上主要的嵌入式移动数据库系统有 SybaseOracle等。我国嵌入式移动数据库系统以东软集团研究开发出的嵌入式数据库系统OpenBASE Mini为代表。嵌入式应用软件：嵌入式应用软件是针对特定应用领域，基于某一固定 的硬件平台，用来达到用户预期目标的计算机软件。由于用户任务可能 有时间和精度上的要求，因此有些嵌入式应用软件需要特定的嵌入式操 作系统的支持。嵌入式应用软件和普通应用软件有一定的区别，它不仅 要求其准确性、安全性和稳定性等方面能够满足实际应用需要，而且要 尽可能的进行优化，以减少对系统资源的消耗

4、，降低硬件成本。目前我 国市场上出现了格式各样的嵌入式应用软件，包括浏览器、Email软件、文字处理软件、通讯软件、多媒体软件、个人信息处理软件、智能人机 交互软件、各种行业应用软件等。本文中主要针对嵌入式操作系统。3、嵌入式操作系统的特征嵌入式操作系统复杂嵌入式系统的全部软、硬件资源的分配、调度工作，控 制协调并发，因此它必须体现所在系统的特征，能够通过装卸某些模块来达到系 统所要求的功能。嵌入式操作系统具有如下一些特征：小巧：嵌入式系统所能提供的资源有限，所以嵌入式操作系统必须做到 小巧以满足嵌入式系统硬件的限制。实时性：大多数嵌入式系统工作在实时性要求较高的环境中，因此嵌入 式操作系统必

5、须将实时性作为一个重要指标来考虑。可装卸：由于嵌入式系统需要根据应用的要求进行装卸，所以iqianrushi操作系统也必须能够跟用应用的要求进行装卸，去掉多余的部分或简化相应模块。固话代码：在嵌入式系统中，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。弱交互性：大多数嵌入式系统的工作过程不需要人的十预。嵌入式操作系统的用户接口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。强稳定性：嵌入式系统一旦开始运行，就不需要过多的十预。在这种条 件下，要求负责系统管理的嵌入式操作系统具有较高的稳定性。统一的接口：随着各种各样嵌入式操作系统的出现，人们有必要为嵌入 式系统提供的

6、接口进行约定，为嵌入式应用软件的设计者提供统一的服 务接口，为嵌入式应用软件的运行提供平台的无关性。4、几种常见的嵌入式操作系统在本文中将只对目前应用较多的 Linux、Windows CE、VxWorks进行介绍。4.1 Linux嵌入式Linux是将Linux操作系统进行裁剪修改，使之能在嵌入式计算机系 统上运行的一种操作系统。嵌入式 Linux既继承了 Internet上无限的开放源代码 资源，乂具有嵌入式操作系统的特性。嵌入式Linux的特点是版权费免费、性能优异、软件移植容易、代码开放、有许多应用软件支持、产品开发周期短等特性。嵌入式Linux的应用领域广泛，其主要应用领域有信息家电

7、、P、机顶盒、数 字电话(Digital Telephone)、 录首电话(Answering Machine)、荧屏电话(Screen Machine)、数据网络、路由器、桥接器、ATM、远程通信、医疗电子、交通运输 计算机外设、航空航天领域等。Linux做嵌入式具有如下优势：Linux是开放源代码的，不存在黑箱技术，遍布全球的众多Linux爱好者乂是Linux开发者的强大技术支持；Linux的内核小，效率高，内核的更新速度快，Linux是可以制定的，其内核大小只有约134KB;Linux是免费的操作系统，在价格上极具竞争力。Linux还有着嵌入式操作系统是一个跨平台的系统，它可以支持二三十

8、种CPU而且性能稳定， 裁剪性好，开发和使用都很容易。同时，Linux内核的结构在网络方面非 常完整，Linux对网络中最常用的TCP/IP协议具有完备的支持，提供了 包括十兆、白兆、千兆的以太网络，以及无线网络。Linux也很适于做信 息家电的开发。4.2 Window CEWindows CE (Windows Embedded Compact)是微软公司嵌入式、移动计算 机平台的基础，它是一个开放的、可升级的32位嵌入式操作系统，是基于掌上 型电脑类的电子设备操作系统。 Windows CE中的C代表袖珍(Compact)、消费 (Consume。、通信能力(Connectivity)和

9、伴侣(Companion)； E代表电子产品 (Electronics)。Windows CE的操作界面来源丁 Windows 9398,是基丁 WIN32 API 从新开发、新型的信息设备平台，它具有模块化，结构化和基丁 Win32应用程 序接口和与处理器无关等特点。Windows CE是有优先级的多任务操作系统，它允许多重功能、进程，在相 同时间系统中运行，Windows CE支持最大的32为同步进程。一个进程包含一个 或多个线程，每个线程代表进程的一个独立部分，一个线程被指定为进程的基本 线程，进程也能创造一个未定数目的额外线程，额外线程实际数目可利用系统资源限定。Windows CE利

10、用基丁优先级的时间片演算法以安排线程的执行， Windows CE支持八个不同的优先级，由 0到7,0代表最高级，它在头文件 windows.h 中定义。Windows CE主要应用丁医疗设备、机器人、手持终端、手机、导航仪、网 络连接设备和各类消费类电子产品中。Windows CE与Linux相比，其各自特点如下：Linux是开放源代码，遍布全球的 Linux爱好者都是Linux开发者强大的 技术支持者；Windows CE内核全部开放，GUI不开放；Linux内核小，效率高； Windows CE与之相比占用过多的 RAM;Linux是开放源码的操作系统，在价格上极具竞争力，适合中国国情；

11、Windows CE需要版权费；Linux不仅支持x86芯片，还是一个跨平台的系统，更换CPU时不会遇到 更换平台的困扰；Linux内核的结构在网络方面是非常完整的，它提供了对包括十兆位、白 兆位及千兆位的以太网络，还有无线网络、 Token ring (令牌环)和光纤 甚至卫星的支持，Windows CE的网络功能也比较强大；Linux开发难度较高，需要很高的技术实力， WINCE开发相对较容易，开 发周期短，内核完善，主要是应用层开发；Linux核心调试工具不全，调试不太方便，尚没有很好的用户图形界面,Windows CE的GUI丰富，开发工具强大；Linux系统维护难度大。Linux在使

12、用较完整的GUI时一般会占用较大的 内存，可以去掉部分无用的功能来减小使用的内存，但是如果不仔细， 将引起新的问题。4.3 VxWorksVxWorks操作系统是美国 WindRiver公司丁 1983年设计开发的一种嵌入 式实时操作系统（RTOS ），是嵌入式开发环境的关键组成部分。良好的持续发 展能力、高性能的内核以及友好的用户开发环境， 在嵌入式实时操作系统领域占 据一席之地。它以其良好的可靠性和卓越的实时性被广泛地应用在通信、军事、 航空、航天等高精尖技术及实时性要求极高的领域中。VxWorks几乎支持所有 现在市场上的 CPU,包括 x86 系列、MIPS、Power PC、Inte

13、l i960、SPARC、 SH-4、ARM、Strong ARM 以及 xScale CPU。VxWorks操作系统由任务的管理与调度、任务的同步与通信、动态内存的管 理、时钟的管理、I/O管理、文件系统等几个部分组成，其具有如下特点： 高性能的操作系统内核Wind,具有实时性和可裁剪性； 友好的开发调试环境，其Tornad。是主机的集成开发环境； 较好的兼容性； 支持多种开发和运行环境。VxWorks系统的主要应用领域为以下几个方面：数据网络：如以太网交换机、路由器、远程接入服务器等； 远程通讯：如电信的专用分组交换机和自动呼叫分配器等； 医疗设备：如放射理疗设备； 消费电子：如个人数字助

14、理；交通运输：如导航系统、高速火车控制系统等；工业：如机器人等；航空航天：如卫星跟踪系统等； 多媒体：如电视会议等；计算机外围设备：如x终端、I/O系统等。总之，VxWorks的系统结构是一个相当小的微内核的层次结构。内核仅提供多任务环境、进程问通信和同步功能。模块足够支持VxWorks在较高层次所提供的丰富的性能的要求。5、操作系统的选型及常见操作系统的比较5.1操作系统的选型1）市场进入时间制定产品时间表与选择操作系统有关系，实际产品和一般的演小是不同的， Windows CE人力资源丰富，现成资源非常多，能使产品很快进入市场，因为 WinCE+x86做产品实际是做减法，即去掉不需要的功能

15、，因此能很快出产品，但 伴随的可能是成本高，核心竞争力差。而某些高效的操作系统可能由于编程人员 缺乏，或着技术积累不够，影响开发速度。2）可移植性，操作系统相关性进行嵌入式软件开发时，可移植性是要重点考虑的问题，良好的软件可移植 性应可以在不同的平台、不同的系统上运行，与操作系统无关。但软件的通用性 和软件的性能通常是矛盾的，通用性是以损失某些特定情况下的优化性能为代价 的。3）可利用资源产品开发不同于学术课题研究，它是以快速、低成本、高质量的推出适合用 户需要的产品为目的的。Linux和WinCE都有大量的资源可以利用，这是它们得 以广泛被应用的关键因素之一，加之越来越多的嵌入式系统要求提供

16、完全功能的 Web浏览器，而这需要高性能、高可靠的 GUI的支持，使得 WinCE在这方面更 加突出。4）系统定制能力信息时代,用户的需求是千差万别的，硬件平台也是不一样的，所以对系统 的定制能力提出了要求。要分析产品是否对系统底层有改动的需求，这种盖顶是 否伴随着产品特色。Linux由于其源代码开放的天生魅力，在制定能力方面具有 优势。随着WinCE3.0源码的开放，其制定能力也有所提升。5）成本成本是所有产品开发中需要重点考虑的因素之一。选择某一系统会对它一系 列的因素产生影响，如对硬件设备的选型、人员投入、公司管理及和其它合作伙 伴共同开发之间的沟通等。5.2几种操作系统的比较1) Vx

17、WorksVxWorks操作系统具有可裁剪微内核结构、高效的任务管理、灵活的任务问通信、微妙级中断处理、支持 POSIX1003.1b实时扩展标准、支持多种物理介质 及标准、完整的TCP/IP协议等。但是其价格昂贵，操作系统本身和开发环境都 是专有的，搭建一个开发环境需要约10万元人民币，一般不提供源代码，只提 供二进制代码，并且需要专门的技术人员掌握开发技术和维护，因此软件开发和维护成本偏高。如果一次购买大量的授权，需求量大的话，则使用VxWorks的成 本还是比较划算的。2) Windows CEWindows CE3.0是一种针对小容量、移动式、智能化、32位、了解设备模块 化实时嵌入式

18、操作系统。为建立针对掌上设备、无线设备的动态应用程序和服务 提供了一种功能丰富的操作系统平台，它在处理器体系结构上运行，并且通常适 用于那些对内存占用空间具有一定限制的设备。它是从整体上为有限资源的平台 设计的多线程、完整优先权、多任务操作系统，并允许对从掌上电脑到专业的工 业控制器的用户电子设备的制定。 其强大的用户图形界面也是一大优势。 从技术 角度上来看，Windows CE作为嵌入式操作系统也存在许多缺陷：没有完全开放 源代码，是应用开发人员很难实现产品的定制； 在效率、功耗等方面表现不出色， 占用过多的系统内存，运行程序庞大；收取版权许可费等。3) 嵌入式Linux嵌入式Linux最大特点就是源代码公开并且遵循 GPL协。它拥有大量的应用 软件和大量的免费的优秀开发工具、庞大的开发人员群体、软件的开发和维护成 本比较低、系统运行稳定、内核精悍、支持的硬件数量庞大等特点。在嵌入式系 统上运行Linux的缺点是Linux体系提供实时性能需要添加实时软件模块，这些 模块运行的内核空间正式操作系统实现调度策略、硬件中断异常和执行程序部 分。由于这些实时软件模块是在内核空间运行的，因此代码错误可能会破坏操作系统从而影响系统的可靠性。4) 小 C/OS-K C/OS-是著名的源代码公开的实时内核，是专为嵌入式应用设计的，可用 于8位，16位