嵌入式系統(tǒng)及其軟件開發(fā)演示文稿

嵌入式系統(tǒng)及其軟件開發(fā)演示文稿xlanchen@2007.5.211*當前1頁，總共120頁。主要內容一、嵌入式系統(tǒng)基本概念二、嵌入式硬件的發(fā)展三、嵌入式軟件及其開發(fā)四、嵌入式操作系統(tǒng)及系統(tǒng)開發(fā)五、典型嵌入式操作系統(tǒng)介紹六、嵌入式操作系統(tǒng)選型當前2頁，總共120頁。2EmbeddedOperatingSystems主要內容一、嵌入式系統(tǒng)基本概念二、嵌入式硬件的發(fā)展三、嵌入式軟件及其開發(fā)四、嵌入式操作系統(tǒng)及系統(tǒng)開發(fā)五、典型嵌入式操作系統(tǒng)介紹六、嵌入式操作系統(tǒng)選型當前3頁，總共120頁。3EmbeddedOperatingSystems嵌入式系統(tǒng)無處不在當前4頁，總共120頁。4EmbeddedOperatingSystems嵌入式系統(tǒng)開發(fā)技術嵌入式系統(tǒng)開發(fā)技術

是微處理器、單片機、微處理器等的應用技術，包含硬件系統(tǒng)和操作系統(tǒng)兩大部分。嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)具有系統(tǒng)級應用開發(fā)技術的基本特征。當前5頁，總共120頁。5EmbeddedOperatingSystems什么是嵌入式系統(tǒng)：

來自IEEE的定義 “Embeddedsystemisdevicesusedtocontrol,monitor,orassisttheoperationofequipment,machineryorplants”. ——IEEE上述定義主要從應用上加以定義。

可以看出：嵌入式系統(tǒng)是軟硬件的綜合體，還可以涵蓋機械等附屬裝置。當前6頁，總共120頁。6EmbeddedOperatingSystems什么是嵌入式系統(tǒng)：

廣義上嵌入式系統(tǒng)是一種應用系統(tǒng)，它至少包含一個可編程的計算機（通常是某種形式的微控制器、微處理器或數(shù)字信號處理芯片（DSP））且使用該系統(tǒng)的人一般并未意識到該系統(tǒng)是基于計算機的。當前7頁，總共120頁。7EmbeddedOperatingSystems什么是嵌入式系統(tǒng)：

國內的經典定義嵌入式系統(tǒng)是 “以應用為中心，以計算機技術為基礎，并且軟硬件可裁剪，適用于應用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗有嚴格要求的專用計算機系統(tǒng)”一般由嵌入式微處理器、外圍硬件設備、嵌入式操作系統(tǒng)以及用戶的應用程序等部分組成，用于實現(xiàn)對其他設備的控制、監(jiān)視或管理等功能。當前8頁，總共120頁。8EmbeddedOperatingSystems可以從以下幾個方面來理解國內對嵌入式系統(tǒng)的定義：嵌入式系統(tǒng)是面向用戶、面向產品、面向應用的，它必須與具體應用相結合才會具有生命力、才更具有優(yōu)勢。

即嵌入式系統(tǒng)是與應用緊密結合的，它具有很強的專用性，必須結合實際系統(tǒng)需求進行合理的裁減利用。當前9頁，總共120頁。9EmbeddedOperatingSystems嵌入式系統(tǒng)是將先進的計算機技術、半導體技術和電子技術以及各個行業(yè)的具體應用相結合后的產物。

這就決定了它必然是一個技術密集、資金密集、高度分散、不斷創(chuàng)新的知識集成系統(tǒng)。所以，介入嵌入式系統(tǒng)行業(yè)，必須有一個正確的定位。例如PalmOS之所以在PDA領域占有70％以上的市場，就是因為其立足于個人電子消費品，著重發(fā)展圖形界面和多任務管理；而風河的vxWorks之所以在火星車上得以應用，則是因為其高實時性和高可靠性。當前10頁，總共120頁。10EmbeddedOperatingSystems嵌入式系統(tǒng)必須根據(jù)應用需求可對軟硬件進行裁剪，滿足應用系統(tǒng)的功能、可靠性、成本、體積等要求。所以，如果能建立相對通用的軟硬件基礎，然后在其上開發(fā)出適應各種需要的系統(tǒng)，是一個比較好的發(fā)展模式。目前的嵌入式系統(tǒng)的核心往往是一個只有幾KB到幾十KB的微內核，需要根據(jù)實際的使用進行功能擴展或者裁減，但是由于微內核的存在，使得這種擴展能夠非常順利地進行。當前11頁，總共120頁。11EmbeddedOperatingSystems同時還應該看到，嵌入式系統(tǒng)本身還是一個外延極廣的名詞。凡是與產品結合在一起的具有嵌入式特點的控制系統(tǒng)都可以叫嵌入式系統(tǒng)，而且有時很難給它下一個準確的定義。當前12頁，總共120頁。12EmbeddedOperatingSystems嵌入式系統(tǒng)的體系結構一般而言，嵌入式系統(tǒng)的構架可以分成四個部分：處理器、存儲器、

輸入／輸出(I/O)、

軟件多數(shù)嵌入式設備的應

用軟件和操作系統(tǒng)都

緊密結合，這也是

嵌入式系統(tǒng)和Windows

系統(tǒng)的最大區(qū)別。軟件處理器存儲器輸入輸出當前13頁，總共120頁。13EmbeddedOperatingSystems嵌入式系統(tǒng)特點嵌入式計算機系統(tǒng)同通用型計算機系統(tǒng)相比具有以下特點：1、嵌入式系統(tǒng)通常是面向特定應用的。

嵌入式CPU與通用型的最大不同就是嵌入式CPU大多工作在為特定用戶群設計的系統(tǒng)中，它通常都具有低功耗、體積小、集成度高等特點，能夠把通用CPU中許多由板卡完成的任務集成在芯片內部，從而有利于嵌入式系統(tǒng)設計趨于小型化，移動能力大大增強，跟網絡的耦合也越來越緊密。當前14頁，總共120頁。14EmbeddedOperatingSystems2、嵌入式系統(tǒng)的硬件和軟件都必須高效率地設計，量體裁衣、去除冗余，力爭在同樣的硅片面積上實現(xiàn)更高的性能，這樣才能在具體應用中對處理器的選擇更具有競爭力3、嵌入式系統(tǒng)和具體應用有機地結合在一起，它的升級換代也是和具體產品同步進行，因此嵌入式系統(tǒng)產品一旦進入市場，具有較長的生命周期。當前15頁，總共120頁。15EmbeddedOperatingSystems4、為了提高執(zhí)行速度和系統(tǒng)可靠性，嵌入式系統(tǒng)中的軟件一般都固化在存儲器芯片或單片機本身中，而不是存貯于磁盤等載體中5、嵌入式系統(tǒng)本身不具備自舉開發(fā)能力，即使設計完成以后用戶通常也不能對其中的程序功能進行修改，必須有一套開發(fā)工具和環(huán)境才能進行開發(fā)。當前16頁，總共120頁。16EmbeddedOperatingSystems主要內容一、嵌入式系統(tǒng)基本概念：定義;體系結構;特點二、嵌入式硬件的發(fā)展三、嵌入式軟件及其開發(fā)四、嵌入式操作系統(tǒng)及系統(tǒng)開發(fā)五、典型嵌入式操作系統(tǒng)介紹六、嵌入式操作系統(tǒng)選型當前17頁，總共120頁。17EmbeddedOperatingSystems嵌入式系統(tǒng)硬件從硬件方面來講，各式各樣的嵌入式處理器是嵌入式系統(tǒng)硬件中的最核心的部分。目前，世界上具有嵌入式功能特點的處理器已超過1000種，流行體系結構包括MCU、MPU等30多個系列。目前嵌入式處理器的

尋址空間：可以從64KB到16MB，

處理速度：最快可以達到2000MIPS，

封裝：從幾個引腳到幾百個引腳不等。當前18頁，總共120頁。18EmbeddedOperatingSystems嵌入式系統(tǒng)硬件分類目前來講，嵌入式處理器可以分成這樣一些類型1、嵌入式微處理器（MicroprocessorUnit，MPU）2、嵌入式微控制器（MicrocontrollerUnit，MCU）3、嵌入式DSP（DigitalSignalProcessor）處理器4、嵌入式片上系統(tǒng)（SystemonChip，SoC）當前19頁，總共120頁。19EmbeddedOperatingSystems嵌入式系統(tǒng)硬件分類目前來講，嵌入式處理器可以分成這樣一些類型1、嵌入式微處理器（MicroprocessorUnit，MPU）2、嵌入式微控制器（MicrocontrollerUnit，MCU）3、嵌入式DSP（DigitalSignalProcessor）處理器4、嵌入式片上系統(tǒng)（SystemonChip，SoC）當前20頁，總共120頁。20EmbeddedOperatingSystems嵌入式微處理MPUMPU（MicroprocessorUnit）≈CPUMPU是由通用計算機中的CPU演變而來的，在本質上與通用計算機的CPU是一樣的，只是在具體的實現(xiàn)細節(jié)和功能上有所不同。裝配在專門設計的電路板上，只保留跟嵌入式應用緊密相關的功能部件，去除其他冗余功能部件，從而大幅減小系統(tǒng)的體積和功耗。為了滿足嵌入式應用的特殊需求，MPU在工作溫度、抗電磁干擾、可靠性方面一般都做了各種增強，在功能上會失去一些在嵌入式領域不常用的功能單元當前21頁，總共120頁。21EmbeddedOperatingSystems和工業(yè)控制計算機相比，MPU具有體積小、質量輕、成本低、可靠性高的優(yōu)點，但是在電路板上必須包括ROM、RAM、總線接口、各種外設等器件，從而降低了系統(tǒng)的可靠性，技術保密性也比較差。由于MPU及其存儲器、總線、外設等安裝在一塊電路板上，稱為單板計算機，如STD-BUS、PC104等。MPU目前主要有：intelx86、IBMPowerPC、motorola68K/coldfire、MIPS、ARM、HitachiSuperH等系列當前22頁，總共120頁。22EmbeddedOperatingSystems典型嵌入式微處理器：

ARM系列ARM（AdvancedRISCMachines）

是ARM公司的高性能、廉價、低功耗的RISC處理器，適用于多種領域如嵌入控制、消費/教育類多媒體、DSP和移動式應用等。ARM公司將其硬件技術授權給世界上許多著名的半導體廠商，包括Intel，IBM，LG，NEC，SONY，Philps這樣的大公司。

關于軟件系統(tǒng)的合伙人，則包括Microsoft、SUN等一系列著名公司當前23頁，總共120頁。23EmbeddedOperatingSystemsARM公司提供一系列CPU內核、體系擴展、微處理器和系統(tǒng)芯片方案。由于所有產品均采用一個通用的基本體系結構，所以相同的軟件理論上可在所有產品中運行目前，ARM公司常見的處理器系列有：ARM7、ARM9、ARM10、ARM11等當前24頁，總共120頁。24EmbeddedOperatingSystems典型嵌入式微處理器：

MIPSMIPS

MicroprocessorwithoutInterlockedPipedStages

“無內部互鎖流水線微處理器”也是現(xiàn)在比較流行的一種RISC處理器，其機制是盡量利用軟件辦法避免流水線中的數(shù)據(jù)相關問題最早是在20世紀80年代初由美國斯坦福大學Hennessy教授領導的研究小組研制出來的在嵌入式方面，僅次于ARM應用領域覆蓋游戲機，移動電話，數(shù)碼相機，ATM，路由器，打印機，掌上電腦等等各個方面，非常廣泛當前25頁，總共120頁。25EmbeddedOperatingSystems國內的嵌入式微處理器：

龍芯中國科學院計算所研制具有自主知識產權龍芯1號：32位MIPS處理器龍芯2號龍芯3號龍芯+Linux/？？當前26頁，總共120頁。26EmbeddedOperatingSystems手機的大概組成當前27頁，總共120頁。27EmbeddedOperatingSystems嵌入式系統(tǒng)硬件分類目前來講，嵌入式處理器可以分成這樣一些類型1、嵌入式微處理器（MicroprocessorUnit，MPU）2、嵌入式微控制器（MicrocontrollerUnit，MCU）3、嵌入式DSP（DigitalSignalProcessor）處理器4、嵌入式片上系統(tǒng)（SystemonChip，SoC）當前28頁，總共120頁。28EmbeddedOperatingSystems嵌入式微控制器MCU（1）MCU=MicrocontrollerUnit

一般又稱為單片機，即將整個計算機系統(tǒng)集成到一塊芯片中MCU一般以某種微處理器內核為核心，芯片內部集成ROM/EPROM，總線，總線邏輯，定時器，I/O單元，串口，A/D,D/A，flash等各種必要功能和外設為適應不同的應用需求，一般一個系列的單片機具有多種衍生產品，每種衍生產品的處理器內核基本都是一樣的，不同的是存儲器和外設的配置及封裝當前29頁，總共120頁。29EmbeddedOperatingSystems嵌入式微控制器MCU（2）與MPU相比，MCU的特點是

單片化，體積大大減小，成本和功耗下降，可靠性提高微控制器的片上資源一般比較豐富，適合于比較簡單的控制過程（得名的來由）當前30頁，總共120頁。30EmbeddedOperatingSystems嵌入式微控制器MCU（3）代表性的通用系列intel8051，P51XA，MCS系列，motorola68300等等半通用系列支持USB接口的MCU8XC930/932、C540、C541支持I2C、CAN-bus、LCD的MCU等等當前31頁，總共120頁。31EmbeddedOperatingSystems嵌入式系統(tǒng)硬件分類目前來講，嵌入式處理器可以分成這樣一些類型1、嵌入式微處理器（MicroprocessorUnit，MPU）2、嵌入式微控制器（MicrocontrollerUnit，MCU）3、嵌入式DSP（DigitalSignalProcessor）處理器4、嵌入式片上系統(tǒng)（SystemonChip，SoC）當前32頁，總共120頁。32EmbeddedOperatingSystems嵌入式DSP處理器EDSPEDSP=EmbeddedDigitalSignalProcessorDSP在運算量較大（特別是向量運算、指針線性尋址很多）的場合發(fā)揮重要作用對系統(tǒng)結構和指令進行了特殊設計，使其適合與執(zhí)行DSP算法，編譯效率較高，指令執(zhí)行速度也較高除了數(shù)字濾波，F(xiàn)FT等之外，DSP處理器在各種帶有智能邏輯的產品，生物信息識別終端，實時語音編碼解碼系統(tǒng)中都得到了廣泛的應用代表性的產品是TexasInstruments公司的TMS320系列和Motorola的DSP56000系列當前33頁，總共120頁。33EmbeddedOperatingSystems嵌入式系統(tǒng)硬件分類目前來講，嵌入式處理器可以分成這樣一些類型1、嵌入式微處理器（MicroprocessorUnit，MPU）2、嵌入式微控制器（MicrocontrollerUnit，MCU）3、嵌入式DSP（DigitalSignalProcessor）處理器4、嵌入式片上系統(tǒng)（SystemonChip，SoC）當前34頁，總共120頁。34EmbeddedOperatingSystems嵌入式片上系統(tǒng)SOC（1）SOC=SystemonChip隨著VLSI技術的發(fā)展，在一個硅片上可以包括CPU、各種外設控制器（如網絡控制器、LCD控制器等）等多個功能單元，構成一個完整的復雜硬件系統(tǒng)，這就是嵌入式片上系統(tǒng)嵌入式處理器內核可以作為SoC的一種標準庫，與其他嵌入式系統(tǒng)外設一樣，成為VLSI設計中的一種標準器件，用VHDL等語言描述，存儲在器件庫中用戶只需定義出其整個應用系統(tǒng)，仿真通過后，就可以將設計圖交給半導體工廠制作VeryLargeScaledIntegration超大規(guī)模集成VHSICHardwareDescriptionLanguage硬件描述語言VeryHighSpeedIntegratedCircuit超高速集成電路當前35頁，總共120頁。35EmbeddedOperatingSystems嵌入式片上系統(tǒng)SOC（2）這樣，整個嵌入式系統(tǒng)大部分都可以集成到一塊或幾塊芯片中去，系統(tǒng)電路板將變得很簡潔，對減小體積和功耗，提高可靠性非常有利SoC可以分為通用和專用兩類，市場份額比較小當前36頁，總共120頁。36EmbeddedOperatingSystems主要內容一、嵌入式系統(tǒng)基本概念二、嵌入式硬件的發(fā)展三、嵌入式軟件及其開發(fā)四、嵌入式操作系統(tǒng)及系統(tǒng)開發(fā)五、典型嵌入式操作系統(tǒng)介紹六、嵌入式操作系統(tǒng)選型當前37頁，總共120頁。37EmbeddedOperatingSystems嵌入式系統(tǒng)的軟件簡單的嵌入式應用若嵌入式系統(tǒng)的功能需求比較簡單，如電動玩具、空調、冰箱等，則嵌入式系統(tǒng)軟件只需完成較簡單的功能，就不需要嵌入式操作系統(tǒng)的支持。如：基于8051的應用兒童玩具、汽車系統(tǒng)等等復雜的嵌入式應用若功能比較復雜，需要網絡功能、存儲器管理、進程/線程管理等，則通過嵌入式操作系統(tǒng)的幫助，可以加快嵌入式系統(tǒng)軟件的開發(fā)進度和可靠性。當前38頁，總共120頁。38EmbeddedOperatingSystems簡單的嵌入式應用簡單的嵌入式應用不需要使用操作系統(tǒng)當系統(tǒng)上電后，main函數(shù)將被調用，首先初始化，然后進入循環(huán)直到系統(tǒng)停電或者出現(xiàn)重大錯誤。超級循環(huán)voidmain(void){ //prepareforfunctionX X_init(); While(1)X();}當前39頁，總共120頁。39EmbeddedOperatingSystems簡單的嵌入式應用的開發(fā)過程簡單的嵌入式應用的開發(fā)過程在個人電腦上配置交叉開發(fā)環(huán)境、安裝仿真器，編寫程序，交叉編譯，在仿真器上運行測試并修改直到軟件滿足需求；利用面包板開發(fā)和調試軟、硬件利用編程器將軟件燒到開發(fā)好的系統(tǒng)中進行現(xiàn)場運行測試當前40頁，總共120頁。40EmbeddedOperatingSystems主要內容一、嵌入式系統(tǒng)基本概念二、嵌入式硬件的發(fā)展三、嵌入式軟件及其開發(fā)四、嵌入式操作系統(tǒng)及系統(tǒng)開發(fā)五、典型嵌入式操作系統(tǒng)介紹六、嵌入式操作系統(tǒng)選型當前41頁，總共120頁。41EmbeddedOperatingSystems嵌入式操作系統(tǒng)簡單的說，嵌入式操作系統(tǒng)就是支持嵌入式系統(tǒng)工作的操作系統(tǒng)。在本質上與通用的操作系統(tǒng)沒有太大的區(qū)別，一般用于比較復雜的嵌入式系統(tǒng)中，例如手機、PDA等電子類消費產品機頂盒、路由器等對嵌入式系統(tǒng)的硬件有較高的要求當前42頁，總共120頁。42EmbeddedOperatingSystems基于嵌入式操作系統(tǒng)的嵌入式應用開發(fā)確定需求根據(jù)需求選擇合適的硬件硬實時/軟實時系統(tǒng)？什么處理器？哪些輔助硬件？選擇嵌入式操作系統(tǒng)選擇開發(fā)平臺編程語言、軟件開發(fā)工具實際的開發(fā)平臺包括硬件開發(fā)平臺、操作系統(tǒng)、編程語言以及軟件開發(fā)工具當前43頁，總共120頁。43EmbeddedOperatingSystems編寫并優(yōu)化代碼一般在主機系統(tǒng)上進行開發(fā)和優(yōu)化工作。代碼優(yōu)化主要在軟件執(zhí)行速度和軟件尺寸之間取得平衡，滿足嵌入式系統(tǒng)對速度和存儲空間的限制。在嵌入式開發(fā)中，一般需要避免使用大型的軟件庫，避免使用遞歸編程，減少堆棧的消耗。在模擬器或者開發(fā)板上調試當前44頁，總共120頁。44EmbeddedOperatingSystems嵌入式軟件系統(tǒng)的指標尺寸滿足硬件限制實時性硬實時，軟實時和非實時系統(tǒng)網絡能力人機交互能力當前45頁，總共120頁。45EmbeddedOperatingSystems嵌入式系統(tǒng)的實時性嵌入式系統(tǒng)一般具有實時的特點。

所謂實時系統(tǒng)是指在這種系統(tǒng)中，一個優(yōu)先級高的任務能夠得到立即的、沒有延遲的服務，不需要等待任何其他優(yōu)先級低的任務，一旦它得到CPU的使用權，將一直執(zhí)行直到工作結束或者出現(xiàn)更高級別的進程。為了滿足這樣的需求，嵌入式操作系統(tǒng)必須具有高效的中斷處理能力和高效的IO能力當前46頁，總共120頁。46EmbeddedOperatingSystems嵌入式操作系統(tǒng)分類硬實時系統(tǒng)確保系統(tǒng)中的關鍵任務在確定的時間得到響應，不能有失敗的情況，否則會出現(xiàn)嚴重后果軟實時系統(tǒng)設計的時候是有響應時間要求的，但是偶爾某些任務的響應時間超過這個限制也不會有嚴重的后果非實時系統(tǒng)無響應時間的要求當前47頁，總共120頁。47EmbeddedOperatingSystems實時系統(tǒng)的幾個指標預測反應時間可調度性強負載下的穩(wěn)定性當前48頁，總共120頁。48EmbeddedOperatingSystems1、預測反應時間在工業(yè)控制系統(tǒng)中，實時可定義為系統(tǒng)對某事件響應時間的可預測性。一個事件發(fā)生后，系統(tǒng)須在一個可準確預見的時間范圍內作出反應。當前49頁，總共120頁。49EmbeddedOperatingSystems2、可調度性實時任務具有時限要求，調度實時任務時，需要判斷是否每個任務的執(zhí)行都能夠在其截止期限內完成。如果每個任務的執(zhí)行都能夠在其截止期限內完成，則稱該調度是可行的可調度性判定(或稱調度可行性判定)就是判定給定的n個實時任務在應用某種調度算法的前提下能否產生一個可行的調度。調度算法的設計要盡可能滿足任務可調度性的要求當前50頁，總共120頁。50EmbeddedOperatingSystems3、強負載下的穩(wěn)定性實時穩(wěn)定性隨著系統(tǒng)的負載有所不同當系統(tǒng)的負載變得很大時，如果系統(tǒng)不能保證所有任務的時間要求，應當能使其中一部分關鍵任務始終滿足時限要求當前51頁，總共120頁。51EmbeddedOperatingSystems主要內容一、嵌入式系統(tǒng)基本概念二、嵌入式硬件的發(fā)展三、嵌入式軟件及其開發(fā)四、嵌入式操作系統(tǒng)及系統(tǒng)開發(fā)五、典型嵌入式操作系統(tǒng)介紹六、嵌入式操作系統(tǒng)選型當前52頁，總共120頁。52EmbeddedOperatingSystems嵌入式操作系統(tǒng)一覽當前53頁，總共120頁。53EmbeddedOperatingSystems常見嵌入式實時操作系統(tǒng)RTlinux及其他嵌入式實時LinuxuC/OSIIwindriversystems公司的VxworksQNXsoftwaresystems公司的QNX。pSOSOS/9VRTXeCOS當前54頁，總共120頁。54EmbeddedOperatingSystems常見嵌入式非實時操作系統(tǒng)Microsoft公司的windowsCE、EmbeddedwindowsxpPalm公司的PalmOSsymbian公司的EPOC一些嵌入式linux系統(tǒng)當前55頁，總共120頁。55EmbeddedOperatingSystems介紹幾款典型的嵌入式操作系統(tǒng)uC/OSIIThreadXWindows系列的嵌入式操作系統(tǒng)VxWorks嵌入式Linux當前56頁，總共120頁。56EmbeddedOperatingSystems1、uC/OSII免費的公開源碼實時操作系統(tǒng)內核提供任務調度和管理、時鐘管理、任務間同步與通信、內存管理和中斷服務等功能最多支持64個任務，分別對應優(yōu)先級0～63，其中0為最高優(yōu)先級可剝奪實時多任務內核調度工作的內容分為兩部分：最高優(yōu)先級任務的尋找和任務切換當前57頁，總共120頁。57EmbeddedOperatingSystems內核是針對實時系統(tǒng)的要求來設計實現(xiàn)的，相對比較簡單，可以滿足較高的實時性要求

但是沒有網絡功能和文件系統(tǒng)，對于像媒體播放、需要網絡和圖形界面支持的應用就比較差當前58頁，總共120頁。58EmbeddedOperatingSystems2、ThreadX操作系統(tǒng)只需要很小的存儲器容量（最低5k）硬實時的處理能力有功能強大的專門的開發(fā)調試支持工具支持了市場上絕大部分的CPU同樣也是商業(yè)化的操作系統(tǒng)當前59頁，總共120頁。59EmbeddedOperatingSystems更強的功能筆記本PC復雜的文檔編輯和讀寫桌面鍵盤輸入鍵盤和鼠標輸入法完整的.NETframework支持WindowsXP/XPE平板電腦復雜的文檔編輯和讀寫桌面鍵盤輸入支持數(shù)字墨水可以支持鍵盤，也可以把鍵盤拿走鍵盤、鼠標、數(shù)字墨水和語音輸入完整的.NETframework支持提供筆，數(shù)字墨水，手寫和語音識別APIWindowsCE小型個人產品單向網絡信息消費WindowsMobileSmartphone信息消費基本數(shù)據(jù)瀏覽把PDA融入電話可以與Exchange交互.NETCompactFrameworkASP.NET移動控件PocketPC信息消費瀏覽和輸入數(shù)據(jù)把電話融入PDA可以與Office,Exchange和SQLServer交互.NETCompactFrameworkASP.NET移動控件3、微軟的移動平臺

當前60頁，總共120頁。60EmbeddedOperatingSystemsWindowsEmbedded家族當前61頁，總共120頁。61EmbeddedOperatingSystemsWindowsCE主要用于PDA，smartphone等個人手持終端上支持多線程支持多種軟硬件最大的特點就是能提供與pc機類似的圖形界面和主要的應用程序地道的商業(yè)操作系統(tǒng)當前62頁，總共120頁。62EmbeddedOperatingSystemsWindowsCE（2）主要模塊內核模塊：支持進程和線程處理及內存管理等基本服務內核系統(tǒng)調用接口模塊：運行應用程序訪問操作系統(tǒng)提供的服務文件系統(tǒng)模塊：支持dos，fat等格式的文件系統(tǒng)圖形窗口和事件子系統(tǒng)模塊：控制圖形顯示，并提供windowsGUI界面通信模塊：運行同其他設備進行信息交換當前63頁，總共120頁。63EmbeddedOperatingSystems4、VxWorks嵌入式實時操作系統(tǒng)VxWorks是風河（WindRiver）公司開發(fā)的一款商用硬實時操作系統(tǒng)支持主流的32位CPU，包括x86、68K、PowerPC、MIPS、ARM等基于微內核結構，由400多個相對獨立的，短小精悍的目標模塊組成，可裁剪性和可配置性相當出色當前64頁，總共120頁。64EmbeddedOperatingSystemsVxWorks主要思想：

在嵌入式系統(tǒng)中最大限度地實現(xiàn)內核的時間可預測性，根據(jù)用戶定義的任務優(yōu)先級對任務實現(xiàn)調度。給用戶最大的控制權當前65頁，總共120頁。65EmbeddedOperatingSystemsVxWorksVxworks的基本構成模塊包括以下部分：高效實時微內核wind：

Vxworks實時微內核wind以靈活性和可配置性為設計目標，它主要包括基于優(yōu)先級的任務調度任務同步和通信中斷處理定時器內存管理兼容POSIX實時系統(tǒng)標準當前66頁，總共120頁。66EmbeddedOperatingSystemsI/O處理系統(tǒng)：

Vxworks提供與ANSIC兼容的I/O處理系統(tǒng)，主要包括UNIX緩沖I/O處理系統(tǒng)，和面向實時的異步I/O處理系統(tǒng)本機文件系統(tǒng)網絡處理模塊：

Vxworks網絡處理模塊能與許多運行其他協(xié)議的網絡進行通信，如TCP/IP、NFS、UDP、SNMP、FTP等當前67頁，總共120頁。67EmbeddedOperatingSystems

虛擬內存模塊VxVMI：

VxVMI主要用于對指定內存區(qū)的保護，如內存塊只讀等共享內存模塊VxMP：

主要用于多處理器行運行任務之間的共享信號量、消息隊列、內存塊管理板級支持包BSP：

提供各種硬件的初始化、中斷的建立、定時器、內存映象當前68頁，總共120頁。68EmbeddedOperatingSystemsVxWorks的評價Vxworks是一款非常出色的嵌入式實時操作系統(tǒng)，但是它是不公開源碼的商業(yè)化操作系統(tǒng)，價格比較高為追求系統(tǒng)的實時性而設計的，并不是以通用OS為設計目標。去掉了一些OS模塊，因為這些模塊在某種程度上會影響系統(tǒng)的實時性（如在內存管理中沒有采用頁面管理模式，采用的是平板式內存）。當前69頁，總共120頁。69EmbeddedOperatingSystems任務調度采用的是基于優(yōu)先級的搶占式任務調度模式，優(yōu)先級分256級(0-255)用戶可以動態(tài)的改變優(yōu)先級，但是這種做法不提倡用戶可以鎖定一個任務使它不被更高的任務或中斷搶占允許使用固定優(yōu)先級響應時間來檢查任務調度的性能當前70頁，總共120頁。70EmbeddedOperatingSystems資源共享和優(yōu)先級繼承機制采用最優(yōu)化的上下文切換和中斷返回機制.內核從不禁止非屏蔽中斷NMI(non-maskableinterrupts)當前71頁，總共120頁。71EmbeddedOperatingSystemsVxWorks缺點缺少某些OS特性保證時限要求是設計者自己的任務(系統(tǒng)的靈活性帶來的弊端)不支持很多應用和APIs(只支持部分POSIX標準的函數(shù)集)盡管采用了平板式內存管理，但是由于內存的動態(tài)分配，仍然存在內存段，這樣仍然存在時間上的不可預測性當前72頁，總共120頁。72EmbeddedOperatingSystems應用領域主要局限在對實時性要求較嚴格的硬實時系統(tǒng)中帶給用戶最大的控制權的同時，用戶對系統(tǒng)的實時性調度責任也更大當前73頁，總共120頁。73EmbeddedOperatingSystemsTornado——集成開發(fā)環(huán)境當前74頁，總共120頁。74EmbeddedOperatingSystemsGDB——調試工具當前75頁，總共120頁。75EmbeddedOperatingSystemsWindView

——多任務跟蹤和觀察工具當前76頁，總共120頁。76EmbeddedOperatingSystems5、嵌入式Linux★Linux簡介嵌入式Linux簡介當前77頁，總共120頁。77EmbeddedOperatingSystems將Linux嵌入到各種設備中:NASA個人助理當前78頁，總共120頁。78EmbeddedOperatingSystems開發(fā)過程Linux操作系統(tǒng)選擇操作系統(tǒng)的移植與改進DriverandApplicationsoftwaredevelopment從系統(tǒng)設計測試

Rehat,bluecat,RTLinux,MontaVistaLinux,RTAI,……Tekram,HP,Intel,…當前79頁，總共120頁。79EmbeddedOperatingSystemsLinux簡介什么是LinuxLinux發(fā)展簡史Linux系統(tǒng)的好處Linux系統(tǒng)組成Linux版本當前80頁，總共120頁。80EmbeddedOperatingSystems什么是Linux？Linux是一個類Unix（Unix-like）的操作系統(tǒng)，在1991年發(fā)行了它的第一個版本在不同的語境下，“Linux”具有不同的內涵，例如：Linux內核、Linux系統(tǒng)或Linux開發(fā)套件等術語。嚴格來說，Linux指的是LinuxTorvalds維護的（及通過主要和鏡像網站發(fā)布的）內核。GNU/LinuxGNU/Linux的擁護者們認為，Linux僅僅是指Linux內核，而整個Linux系統(tǒng)的大部分都建立在GNU軟件之上。當前81頁，總共120頁。81EmbeddedOperatingSystemsLinux發(fā)展簡史1991年11月，芬蘭赫爾辛基大學的學生LinusTorvalds寫了個小程序，取名為Linux，放在互聯(lián)網上。他表達了一個愿望，希望借此搞出一個操作系統(tǒng)的“內核”來，這完全是一個偶然事件1993，在一批高水平黑客的參與下，誕生了Linux1.0版1994年，Linux的第一個商業(yè)發(fā)行版Slackware問世當前82頁，總共120頁。82EmbeddedOperatingSystems

1996年，美國國家標準技術局的計算機系統(tǒng)實驗室確認Linux版本1.2.13（由OpenLinux公司打包）符合POSIX標準2001年，Linux2.4版內核發(fā)布2003年，Linux2.6版內核發(fā)布……PortableOperatingSystemInterfaceStandard

可移植操作系統(tǒng)接口標準

由IEEE制訂，并由ISO接受為國際標準。InstituteforElectricalandElectronicEngineers

電氣電子工程師學會[美]InternationalOrganizationforStandardization

國際標準化組織

制定各行各業(yè)各種產品和服務的技術規(guī)范（國際標準）當前83頁，總共120頁。83EmbeddedOperatingSystemsLinux操作系統(tǒng)的主要內容Linux是免費的、源代碼開放的、符合POSIX標準規(guī)范的操作系統(tǒng)擁有現(xiàn)代操作系統(tǒng)具有的所有內容，例如搶占式多任務處理，支持多用戶內存保護，支持SMP，支持TCP/IP，支持絕大多數(shù)的32位和64位CPU等還有一些其他操作系統(tǒng)沒有的特色，比如NFS，VFS，高效的EXT系列文件系統(tǒng)等當前84頁，總共120頁。84EmbeddedOperatingSystemsLinux版本Linux的內核版本幾種流行的Linux發(fā)行版本當前85頁，總共120頁。85EmbeddedOperatingSystemsLinux的內核版本Linux內核版本是由LinusTorvalds作為總體協(xié)調人的Linux開發(fā)小組（分布在各個國家的近百位高手）開發(fā)出的系統(tǒng)內核的版本號Linux內核采用的是雙樹系統(tǒng)一棵是穩(wěn)定樹，主要用于發(fā)行另一棵是非穩(wěn)定樹或稱為開發(fā)樹，用于產品開發(fā)和改進Linux內核版本號由3位數(shù)字組成第1位數(shù)字r為主版本號第2位數(shù)字x為說明版本類型的次版本號，如果x為偶數(shù)，則表示為產品化版本，為奇數(shù)時表示為實驗版本第3位數(shù)字y為修改號，表示錯誤修補的次數(shù)當前86頁，總共120頁。86EmbeddedOperatingSystems幾種流行的Linux發(fā)行版本當前87頁，總共120頁。87EmbeddedOperatingSystemsLinux系統(tǒng)的好處支持多種CPUX86,ARM,MIPS,SH,i960,PPC,etc.開放源代碼（Opensource）強大的網絡功能可移植性使用GNUtools當前88頁，總共120頁。88EmbeddedOperatingSystems一個新潮，非常穩(wěn)定，多用戶，多任務的環(huán)境標準的平臺無法超越的計算能力，可移動性和適應性先進的圖形用戶界面幾十個異常出色而且免費的桌面應用程序成千上萬個免費的工具和應用小程序幾百上千個專業(yè)程序由全世界的無數(shù)研究人員編制，覆蓋了天文，信息技術，化學，物理，工程，語言，生物等各個學科領域當前89頁，總共120頁。89EmbeddedOperatingSystems一個真正杰出的學習系統(tǒng)很多頂級的系統(tǒng)開發(fā)平臺，友好的編程語言及編程工具都免費包含在操作系統(tǒng)里面病毒入侵，計算機的“后門”，軟件提供商的“特別要求”，強迫性的軟件升級，專有的文件格式，軟件使用許可證和市場策略，產品注冊登記，高得驚人的軟件價格，等等-------Linux都沒有Linux操作系統(tǒng)平臺保證它的“永久性”一個技術快速更新的平臺當前90頁，總共120頁。90EmbeddedOperatingSystems嵌入式Linux介紹什么是嵌入式Linux嵌入式linux的典型應用嵌入式linux的分類常見的嵌入式Linux當前91頁，總共120頁。91EmbeddedOperatingSystems什么是嵌入式Linux嵌入式Linux內核為特殊的硬件配置、或為了支持特別的應用而經過特別的裁剪的修改過的Linux內核通常具有不同于工作站與服務器的內核配置嵌入式Linux系統(tǒng)基于Linux內核的嵌入式系統(tǒng)嵌入式Linux發(fā)行套件開發(fā)嵌入式Linux系統(tǒng)的平臺各種為了在嵌入式系統(tǒng)中使用而剪裁過的應用軟件當前92頁，總共120頁。92EmbeddedOperatingSystems嵌入式Linux的典型應用當前93頁，總共120頁。93EmbeddedOperatingSystems嵌入式Linux的分類分類依據(jù)包括：應用的市場嵌入式系統(tǒng)的規(guī)模時限（即實時）要求網絡能力與用戶交互能力等當前94頁，總共120頁。94EmbeddedOperatingSystems嵌入式Linux的分類1

市場根據(jù)應用的市場來劃分航空航天、汽車系統(tǒng)、消費性電子產品、電信等無法為所指的系統(tǒng)提供額外的信息當前95頁，總共120頁。95EmbeddedOperatingSystems嵌入式Linux的分類2

規(guī)模嵌入式系統(tǒng)的規(guī)模由一些不同的因素來決定，首先實際的尺寸大小有些系統(tǒng)的尺寸可能相當大，例如那些用來構建集群的產品有些卻非常小，例如IBM制造的Linux手表最重要的是，嵌入式系統(tǒng)的規(guī)模與系統(tǒng)中各個電子原件的屬性有關，如CPU的運算速度、RAM容量、永久性存儲器的容量當前96頁，總共120頁。96EmbeddedOperatingSystems嵌入式Linux的分類2

電子元件的規(guī)模根據(jù)嵌入式系統(tǒng)的電子元件的規(guī)模分類，包括小型、中型、大型小型系統(tǒng)的特性是：低運算能力的CPU，并且可以使用至少2MB的ROM和4MB的RAM。

對于更小的系統(tǒng)，你會發(fā)現(xiàn)也許不用操作系統(tǒng)或者使用其他的操作系統(tǒng)更加合適，因為將Linux嵌入到這樣的系統(tǒng)中比較費功夫當前97頁，總共120頁。97EmbeddedOperatingSystems嵌入式Linux的分類2

電子元件的規(guī)模中型系統(tǒng)的特性是：

中等運算能力的CPU，并且可以使用大約32MB的ROM和64MB的RAM。大多數(shù)以Linux構建的消費性產品皆屬此類，包括PDA、MP3播放器，娛樂系統(tǒng)以及網絡設備。有些產品可能會包含如下形式的輔助存儲器：

固態(tài)硬盤（以RAM芯片制成的硬盤）、快閃存儲卡甚至是傳統(tǒng)的硬盤。當前98頁，總共120頁。98EmbeddedOperatingSystems嵌入式Linux的分類2

電子元件的規(guī)模大型系統(tǒng)的特性是：

使用運算能力強大的CPU，或是使用多個CPU并且可以使用大量的RAM和永久性存儲器

通常，這類系統(tǒng)需要進行大量計算來完成特定的任務。例如大型的電信交換機以及飛行仿真器。當前99頁，總共120頁。99EmbeddedOperatingSystems嵌入式Linux的分類3

實時要求根據(jù)嵌入式系統(tǒng)的時限要求，可以分為嚴格時限的要求：系統(tǒng)必須在預定的時間之內作出反應，否則會發(fā)生災難事件。即硬實時系統(tǒng)軟實時系統(tǒng)

像音頻、視頻流系統(tǒng)往往是軟實時系統(tǒng)，因為該系統(tǒng)一時的失誤并不會造成無法彌補的災難。但仍然應當被設計為具備嚴格的時間要求寬松的時限的要求比較泛，不過他們一般會被應用在需要及時（或適時）作出響應但不必立即完成的系統(tǒng)上。這樣的系統(tǒng)雖然比較慢，但是不會影響最后結果當前100頁，總共120頁。100EmbeddedOperatingSystems基于Linux的嵌入式操作系統(tǒng)uCLinuxARMLinuxRT-Linux/RTAIEmbedixBlueCatLinuxHardHatLinux等等當前101頁，總共120頁。101EmbeddedOperatingSystems1）μClinuxμClinux是應用于嵌入式設備的最著名、應用最廣泛一個Linux發(fā)行版本，它也是一個開放源碼的項目，μClinux的源代碼和開發(fā)工具可以免費從上下載得到。μClinux的含義：

Micro-Control-Linux：專門針對微控制器領域而設計的嵌入式Linux系統(tǒng)μClinux同標準Linux的最大區(qū)別就在于內存管理1、標準Linux使用的虛擬存儲器技術2、μClinux針對NOMMU當前102頁，總共120頁。102EmbeddedOperatingSystems2）ARMLinuxLinux標準發(fā)行內核中的一個分支ARMLinux主要是由RussellKing和其他人的共同努力，將Linux作業(yè)系統(tǒng)成功的移植在以ARM處理器為核心的機器上。與uClinux不同，支持帶有MMU的ARM系列CPU如ARM610、ARM710、ARM720T、ARM920T、IntelStrongARM、Xscale等當前103頁，總共120頁。103EmbeddedOperatingSystems3）支持硬實時的Linux：

RT-Linux/RTAIRT-Linux

是新墨西哥科技大學的研究成果（1996）其目標是在Linux環(huán)境下提供確定的響應時間其基本思想是：

為了在Linux系統(tǒng)中提供對于硬實時的支持，它實現(xiàn)了一個微內核的小的實時操作系統(tǒng)（RT-Linux），而將普通Linux系統(tǒng)作為一個該操作系統(tǒng)中的一個低優(yōu)先級的任務來運行，由RT-Linux提供的一個實時調度器對其進行調度。其他的實時任務作為一個RT-Linux的可加載內核模塊，其優(yōu)先級比普通Linux系統(tǒng)要高當前104頁，總共120頁。104EmbeddedOperatingSystemsRT-Linux的框架當前105頁，總共120頁。105EmbeddedOperatingSystems意大利的RTAI

Real-TimeApplicationInterface，實時應用接口

源于RT-Linux，它在設計思想上和RT-Linux完全相同。它當初設計目的是為了解決RT-Linux難于在不同Linux版本之間難于移植的問題RTAI在Linux上定義了一個實時硬件抽象層（RTHAL，RealTimeHardwareAbstractionLayer），實時任務通過這個抽象層提供的接口和Linux系統(tǒng)進行交互，這樣在給Linux內核中增加實時支持時可以盡可能少地修改Linux的內核源代碼。當前106頁，總共120頁。106EmbeddedOperatingSystems4）EmbedixEmbedix和基于Embedix的一整套嵌入式Linux開發(fā)環(huán)境是由Lineo公司開發(fā)的基于PowerPC和x86平臺開發(fā)使用模塊化設計方案，方便剪彩通過使用Embedix可以進行個性化內核開發(fā)……當前107頁，總共120頁。107EmbeddedOperatingSystems主要內容一、嵌入式系統(tǒng)基本概念二、嵌入式硬件的發(fā)展三、嵌入式軟件及其開發(fā)四、嵌入式操作系統(tǒng)及系統(tǒng)開發(fā)五、典型嵌入式操作系統(tǒng)介紹六、嵌入式操作系統(tǒng)選型當前108頁，總共120頁。108EmbeddedOperatingSystems嵌入式系統(tǒng)選型一般而言，在選擇嵌入式操作系統(tǒng)時，可