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：图1-1 嵌入式系统2、嵌入式软件的分类Ø 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，过去它主要用于工业控制和国防系统领域。EOS负责嵌入式系统的全部软、硬件资源的分配、调度工作，控制协调并发活动，它必须体现其

2、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 CE、Palm OS、Linux、VxWorks、pSOS、QNX、OS-9、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于自主版权的Linux操作系统，其中以中软Linux、红旗Linux、东方Linux为代表。Ø 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，数据库系统与操作系统、具体应用集成在一起，运行在各

3、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Sybase、Oracle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。Ø 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，降低硬件成本。目前我国市场上出现了格式各样的

4、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：Ø 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。Ø 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须将实时性作为一个重要指标来考

5、虑。Ø 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。Ø 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。Ø 弱交互性：大多数嵌入式系统的工作过程不需要人的干预。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。Ø 强稳定性：嵌入式系统一旦开始运行，就不需要过多的干预。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。Ø 统一的接口：随着各种各样嵌入式操作系统的出

6、现，人们有必要为嵌入式系统提供的接口进行约定，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，又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

7、主要应用领域有信息家电、P、机顶盒、数字电话（Digital Telephone）、录音电话（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：Ø Linux是开放源代码的，不存在黑箱技术，遍布全球的众多Linux爱好者又是Linux开发者的强大技术支持；Ø 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；Ø Linux是免费的操作系统，在价格上极具竞争力。Linu

8、x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、百兆、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

9、r）、通信能力（Connectivity）和伴侣（Companion）；E代表电子产品（Electronics）。Windows CE的操作界面来源于Windows 95/98，是基于WIN32 API从新开发、新型的信息设备平台，它具有模块化，结构化和基于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

10、定。Windows CE利用基于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主要应用于医疗设备、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：Ø 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；Ø Linux内核小，效率高；Windows CE与之相比占用过多的RAM；Ø Linux是开放

11、源码的操作系统，在价格上极具竞争力，适合中国国情；Windows CE需要版权费；Ø 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；Ø 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、百兆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；Ø 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；Ø 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

12、面，Windows CE的GUI丰富，开发工具强大；Ø Linux系统维护难度大。Linux在使用较完整的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公司于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

13、支持所有现在市场上的CPU，包括x86系列、MIPS、Power PC、Intel 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：Ø 高性能的操作系统内核Wind，具有实时性和可裁剪性；Ø 友好的开发调试环境，其Tornado是主机的集成开发环境；Ø 较好的兼容性；Ø 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：Ø 数据网络：如以太网交换机

14、、路由器、远程接入服务器等；Ø 远程通讯：如电信的专用分组交换机和自动呼叫分配器等；Ø 医疗设备：如放射理疗设备；Ø 消费电子：如个人数字助理；Ø 交通运输：如导航系统、高速火车控制系统等；Ø 工业：如机器人等；Ø 航空航天：如卫星跟踪系统等；Ø 多媒体：如电视会议等；Ø 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、进程间通信和同步功能。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

15、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示是不同的，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，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

16、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

17、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) VxWorksVxWorks操作系统具有可裁剪微内核结构、高效的任务管理、灵活的任务间通信、微妙级中断处理、支持POSIX 1003.1b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

18、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

19、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) µC/OS-µC/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位和32位单片机或数字信号处理器（DSP）。它的主要特点如下：Ø 公开