四種常見的嵌入式操作系統(tǒng)方案

1、常見的四種嵌入式操作系統(tǒng)嵌入式操作系統(tǒng)EOS(Embedded Operating System) 又稱實(shí)時(shí)操作系統(tǒng) RTOS（Real Time Operation System）是一種支持嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用的操作系統(tǒng)軟件， 它是嵌入式系統(tǒng) ( 包括硬、軟件系統(tǒng) ) 極為重要的組成部分，通常包括與硬件相關(guān)的底層驅(qū)動軟件、系統(tǒng)核、設(shè)備驅(qū)動接口、通信協(xié)議、圖形界面、標(biāo)準(zhǔn)化瀏覽器Browser 等。嵌入式操作系統(tǒng)具有通用操作系統(tǒng)的基本特點(diǎn)，如能夠有效管理越來越復(fù)雜的系統(tǒng)資源； 能夠把硬件虛擬化， 使得開發(fā)人員從繁忙的驅(qū)動程序移植和維護(hù)中解脫出來；能夠提供庫函數(shù)、驅(qū)動程序、工具集以及應(yīng)用程序。嵌入式操作

2、系統(tǒng)負(fù)責(zé)嵌入式系統(tǒng)的全部軟、硬件資源的分配、調(diào)度、控制、協(xié)調(diào)并發(fā)活動；它必須體現(xiàn)其所在系統(tǒng)的特征，能夠通過裝卸某些模塊來達(dá)到系統(tǒng)所要求的功能。在嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)環(huán)境下開發(fā)實(shí)時(shí)應(yīng)用程序使程序的設(shè)計(jì)和擴(kuò)展變得容易， 不需要大的改動就可以增加新的功能。 通過將應(yīng)用程序分割成若干獨(dú)立的任務(wù)模塊，使應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)過程大為簡化；而且對實(shí)時(shí)性要求苛刻的事件都得到了快速、 可靠的處理。通過有效的系統(tǒng)服務(wù)，嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)使得系統(tǒng)資源得到更好的利用。 但是，使用嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)還需要額外的 ROM/RAM開銷， 25%的CPU額外負(fù)荷。到目前為止，商業(yè)化嵌入式操作系統(tǒng)的發(fā)展主要受到用戶嵌入式系統(tǒng)的功能需求

3、、硬件資源以及嵌入式操作系統(tǒng)自身靈活性的制約。而隨著嵌入式系統(tǒng)的功能越來越復(fù)雜，硬件所提供的條件越來越好，選擇嵌入式操作系統(tǒng)也就越來越有必要了。到了高端產(chǎn)品的階段， 可以說采用商業(yè)化嵌入式操作系統(tǒng)是最經(jīng)濟(jì)可行的方案，而這個階段的應(yīng)用也為嵌入式操作系統(tǒng)的發(fā)展指出了方向現(xiàn)在主流的嵌入式操作系統(tǒng)包括 Linux 、VxWorks、Windows CE、C/OS等。（一）嵌入式 Linux這是嵌入式操作系統(tǒng)的一個新成員，其最大的特點(diǎn)是源代碼公開并且遵循 GPL協(xié)議，在近一年多以來成為研究熱點(diǎn)，據(jù) IDG 預(yù)測嵌入式 Linux 將占未來兩年的嵌入式操作系統(tǒng)份額的 50%。由于其源代碼公開，人們可以任意

4、修改，以滿足自己的應(yīng)用，并且查錯也很容易。遵從GPL，無須為每例應(yīng)用交納許可證費(fèi)。有大量的應(yīng)用軟件可用。其中大部分都遵從GPL，是開放源代碼和免費(fèi)的。可以稍加修改后應(yīng)用于用戶自己的系統(tǒng)。有大量的免費(fèi)的優(yōu)秀的開發(fā)工具，且都遵從 GPL，是開放源代碼的。有龐大的開發(fā)人員群體。無需專門的人才，只要懂Unix/Linux和 C 語言即可。隨著Linux 在中國的普及，這類人才越來越多。所以軟件的開發(fā)和維護(hù)成本很低。優(yōu)秀的網(wǎng)絡(luò)功能，這在Internet時(shí)代尤其重要。穩(wěn)定這是Linux 本身具備的一個很大優(yōu)點(diǎn)。核精悍，運(yùn)行所需資源少，十分適合嵌入式應(yīng)用。支持的硬件數(shù)量龐大。 嵌入式 Linux 和普通 L

5、inux 并無本質(zhì)區(qū)別， PC 上用到的硬件嵌入式 Linux 幾乎都支持。而且各種硬件的驅(qū)動程序源代碼都可以得到，為用戶編寫自己專有硬件的驅(qū)動程序帶來很大方便。在嵌入式系統(tǒng)上運(yùn)行Linux 的一個缺點(diǎn)是 Linux 體系提供實(shí)時(shí)性能需要添加實(shí)時(shí)軟件模塊。 而這些模塊運(yùn)行的核空間正是操作系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)調(diào)度策略、硬件中斷異常和執(zhí)行程序的部分。由于這些實(shí)時(shí)軟件模塊是在核空間運(yùn)行的，因此代碼錯誤可能會破壞操作系統(tǒng)從而影響整個系統(tǒng)的可靠性，這對于實(shí)時(shí)應(yīng)用將是一個非常嚴(yán)重的弱點(diǎn)。（二） VxWorksVxWorks操作系統(tǒng)是美國WindRiver 公司于 1983 年設(shè)計(jì)開發(fā)的一種嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)（RTOS

6、），是 Tornado 嵌入式開發(fā)環(huán)境的關(guān)鍵組成部分。良好的持續(xù)發(fā)展能力、高性能的核以及友好的用戶開發(fā)環(huán)境，在嵌人式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)領(lǐng)域逐漸占據(jù)一席之地。VxWorks具有可裁剪微核結(jié)構(gòu)； 高效的任務(wù)管理； 靈活的任務(wù)間通訊；微秒級的中斷處理；支持POSIX 10031b 實(shí)時(shí)擴(kuò)展標(biāo)準(zhǔn)；支持多種物理介質(zhì)及標(biāo)準(zhǔn)的、完整的TCP/IP 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議等。然而其價(jià)格昂貴。 由于操作系統(tǒng)本身以及開發(fā)環(huán)境都是專有的，價(jià)格一般都比較高，通常需花費(fèi)10 萬元人民幣以上才能建起一個可用的開發(fā)環(huán)境，對每一個應(yīng)用一般還要另外收取版稅。一般不通供源代碼，只提供二進(jìn)制代碼。 由于它們都是專用操作系統(tǒng)，需要專門的技術(shù)人員掌握開發(fā)

7、技術(shù)和維護(hù)， 所以軟件的開發(fā)和維護(hù)成本都非常高。支持的硬件數(shù)量有限。（三） Windows CEWindows CE與 Windows系列有較好的兼容性，無疑是Windows CE推廣的一大優(yōu)勢。其中WinCE3.0 是一種針對小容量、移動式、智能化、32 位、了解設(shè)備的模塊化實(shí)時(shí)嵌人式操作系統(tǒng)。為建立針對掌上設(shè)備、無線設(shè)備的動態(tài)應(yīng)用程序和服務(wù)提供了一種功能豐富的操作系統(tǒng)平臺，它能在多種處理器體系結(jié)構(gòu)上運(yùn)行， 并且通常適用于那些對存占用空間具有一定限制的設(shè)備。 它是從整體上為有限資源的平臺設(shè)計(jì)的多線程、完整優(yōu)先權(quán)、多任務(wù)的操作系統(tǒng)。它的模塊化設(shè)計(jì)允許它對從掌上電腦到專用的工業(yè)控制器的用戶電子設(shè)

8、備進(jìn)行定制。 操作系統(tǒng)的基本核需要至少 200KB的 ROM。由于嵌入式產(chǎn)品的體積、成本等方面有較嚴(yán)格的要求， 所以處理器部分占用空間應(yīng)盡可能的小。 系統(tǒng)的可用存和外存數(shù)量也要受限制， 而嵌入式操作系統(tǒng)就運(yùn)行在有限的存（一般在 ROM或快閃存儲器）中，因此就對操作系統(tǒng)的規(guī)模、效率等提出了較高的要求。從技術(shù)角度上講， Windows CE 作為嵌入式操作系統(tǒng)有很多的缺陷： 沒有開放源代碼， 使應(yīng)用開發(fā)人員很難實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的定制；在效率、功耗方面的表現(xiàn)并不出色，而且和 Windows一樣占用過的系統(tǒng)存，運(yùn)用程序龐大；許可費(fèi)也是廠商不得不考慮的因素。（四） C/OS一 C/OS 一是著名的源代碼公開的實(shí)

9、時(shí)核，是專為嵌入式應(yīng)用設(shè)計(jì)的，可用于 8 位， 16 位和 32 位單片機(jī)或數(shù)字信號處理器（ DSP）。它是在原版本 C/OS 的基礎(chǔ)上做了重大改進(jìn)與升級，并有了近十年的使用實(shí)踐，有許多成功應(yīng)用該實(shí)時(shí)核的實(shí)例。它的主要特點(diǎn)如下：公開源代碼，容易就能把操作系統(tǒng)移植到各個不同的硬件平臺上；可移植性，絕大部分源代碼是用C語言寫的，便于移植到其他微處理器上；可固化；可裁剪性，有選擇的使用需要的系統(tǒng)服務(wù)， 以減少斗所需的存儲空間；占先式，完全是占先式的實(shí)時(shí)核， 即總是運(yùn)行就緒條件下優(yōu)先級最高的任務(wù)；多任務(wù)，可管理 64 個任務(wù)，任務(wù)的優(yōu)先級必須是不同的，不支持時(shí)間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度法；可確定性，函數(shù)調(diào)用與服務(wù)的

10、執(zhí)行時(shí)間具有其可確定性， 不依賴于任務(wù)的多少；實(shí)用性和可靠性， 成功應(yīng)用該實(shí)時(shí)核的實(shí)例， 是其實(shí)用性和可靠性的最好證據(jù)。由于 C/OS一僅是一個實(shí)時(shí)核，這就意味著它不像其他實(shí)時(shí)存在系統(tǒng)那樣提供給用戶的只是一些API 函數(shù)接口，還有很多工作需要用戶自己去完成。完成開發(fā)原代碼，可免費(fèi)用于學(xué)校用于教學(xué)。但如果用于商用，則需要付費(fèi)。補(bǔ)充：1) NucleusNucleus實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)是Accelerater Technology公司開發(fā)的嵌入式 RTOS，產(chǎn)品只需一次性購買Licenses就可以獲得操作系統(tǒng)的源碼，并且免產(chǎn)品版稅。 Nucleus 的另一大好處是程序員不用寫板級支持軟件包 BSP， 因

11、為操作系統(tǒng)已經(jīng)開放給程序員，不同的目標(biāo)板在操作系統(tǒng) BOOT時(shí)可以通過修改源碼進(jìn)行不同的配置。 Nucleus 對CPU的支持能力比較強(qiáng)， 支持當(dāng)前流行的大多數(shù) RISC、CISC、DSP 處理器，比如 80x86 實(shí)時(shí)保護(hù)模式 68xxx ，PowerPC ，i960 ，MIPS，SH，ARM，ColdFire 等幾百種 CPU。Nucleus 核非常小巧，只有 4K20K 之間，穩(wěn)定性高。Nucleus 核采用了軟件組件的方法， 每個組件具有單一而明確的目的， 通常由幾個 C 及匯編語言模塊構(gòu)成，提供清晰的外部接口，對組件的引用就是通過這些接口完成。 除了少數(shù)一些特殊情況外， 不允許從外部

12、對組件的全局進(jìn)行訪問。 由于采用了軟件組件的方法， Nucleus 各個組件非常易于替換和復(fù)用。 Nucleus 除提供功能強(qiáng)大的核外， 還提供種類豐富的功能模塊， 例如用于通訊系統(tǒng)的局域和廣域網(wǎng)絡(luò)模塊， 支持圖形應(yīng)用的實(shí)時(shí)化 Windows 模塊，支持 Internet 網(wǎng)的 WEB產(chǎn)品模塊，工控機(jī)實(shí)時(shí) BIOS 模塊，圖形化用戶接口以及應(yīng)用軟件性能分析模塊等，用戶可以根據(jù)自己的應(yīng)用來選擇不同的應(yīng)用模塊。另外 Nucleus 得到許多第三方工具廠商和方案提供商的支持， 如 ARM，Lauterbach ， TI ，Infineon ，高通， IAR，Tasking 等。目前 Nucleus

13、在國得到廣泛的應(yīng)用，如終端設(shè)備、工控、醫(yī)療、汽車電子、導(dǎo)航、通信等領(lǐng)域。特別是在手機(jī)制造行業(yè)，幾乎所有的手機(jī)廠商都采用了 Nucleus 解決方案。2）OSEOSE 主要是由 ENEA Data AB 下屬的 ENEA OSE Systems AB負(fù)責(zé)開發(fā)和技術(shù)服務(wù)的。 它是新生代實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)， 中國于 2000 年引進(jìn)。OSE集中了最先進(jìn)的 RTOS設(shè)計(jì)理念， OSE相對其它傳統(tǒng)的操作系統(tǒng)具有顯著不同的特點(diǎn)：高處理能力核中實(shí)時(shí)性嚴(yán)格的部分都由優(yōu)化的匯編來實(shí)現(xiàn)， 特點(diǎn)是使用信號量指針，使數(shù)據(jù)處理非常迅速、快捷。真正適合開發(fā)復(fù)雜的分布式系統(tǒng)OSE 支持多種 CPU 和 DSP，為開發(fā)商開發(fā)不同種

14、處理器組成的分布式系統(tǒng)提供了最快捷的方式。傳統(tǒng)的 RTOS是基于單 CPU，它雖然可以改進(jìn)成分布式系統(tǒng)，但用戶需要在應(yīng)用程序中做很多工作。而 OSE 不同于傳統(tǒng)的 RTOS，首先是因?yàn)樗慕Y(jié)構(gòu)體系有了很大改變， 它以消息傳遞作為主要手段完成 CPU 間的通信，還把傳統(tǒng)的 RTOS必須在應(yīng)用程序中完成的工作，做到了核心系統(tǒng)中。 對于復(fù)雜的并行系統(tǒng)來說， OSE 提供了一種簡單的通信方式，簡化了多 CPU 的處理。強(qiáng)大的容錯功能系統(tǒng)支持不中斷實(shí)時(shí)系統(tǒng)，允許從硬件或軟件錯誤中恢復(fù)。OSE是適用于有容錯要求，非間斷，以及有安全性要求的分布式系統(tǒng)。例如在實(shí)時(shí)的情況下完成設(shè)備的硬件的安裝和軟件的配置， 系統(tǒng)錯誤的恢復(fù)等等。OSE獲得了廣泛的認(rèn)證如：IEC 61508, SIL3 認(rèn)證；DO-178B(levelsA-D) ；EN60601-4等。它的客戶深入到電信，數(shù)據(jù)，工控，航空等領(lǐng)域，尤其在電信方面，被諸如愛立信，諾基亞，西門子等知名公司廣泛的采用。3）QNXQNX是一個實(shí)時(shí)的、