嵌入式操作系統(tǒng)基礎(chǔ)課件

嵌入式操作系統(tǒng)基礎(chǔ)學(xué)習(xí)目標(biāo)了解嵌入式操作系統(tǒng)的發(fā)展掌握在嵌入式系統(tǒng)中使用操作系統(tǒng)的必要性熟悉選擇嵌入式操作系統(tǒng)遵循的原則了解常見(jiàn)嵌入式操作系統(tǒng)的特點(diǎn)什么是嵌入式操作系統(tǒng)為了使嵌入式系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)更加方便和快捷，需要有專(zhuān)門(mén)負(fù)責(zé)管理存儲(chǔ)器分配、中斷處理、任務(wù)調(diào)度等功能的軟件模塊，這就是嵌入式操作系統(tǒng)。嵌入式操作系統(tǒng)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(dòng)軟件、系統(tǒng)內(nèi)核、設(shè)備驅(qū)動(dòng)接口、通信協(xié)議、圖形界面、標(biāo)準(zhǔn)化瀏覽器。嵌入式操作系統(tǒng)發(fā)展的四個(gè)階段無(wú)操作系統(tǒng)的嵌入算法階段以單芯片為核心的可編程控制器形式，同時(shí)具有與監(jiān)測(cè)、伺服、指示設(shè)備相配合的功能。主要用于一些專(zhuān)業(yè)性極強(qiáng)的工業(yè)控制系統(tǒng)中，一般沒(méi)有操作系統(tǒng)的支持，通過(guò)匯編語(yǔ)言編程對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行直接控制，運(yùn)行結(jié)束后清除內(nèi)存。這一階段系統(tǒng)的主要特點(diǎn)：系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能都相對(duì)單一處理效率較低，存儲(chǔ)容量較小幾乎沒(méi)有用戶接口嵌入式操作系統(tǒng)發(fā)展的四個(gè)階段以嵌入式CPU為基礎(chǔ)、以簡(jiǎn)單操作系統(tǒng)為核心的嵌入式系統(tǒng)這一階段系統(tǒng)的主要特點(diǎn)：CPU種類(lèi)繁多，通用性比較差；系統(tǒng)開(kāi)銷(xiāo)小，效率高；一般配備系統(tǒng)仿真器，操作系統(tǒng)具有一定的兼容性和擴(kuò)展性；應(yīng)用軟件較專(zhuān)業(yè)，用戶界面不夠友好；系統(tǒng)主要用來(lái)控制系統(tǒng)負(fù)載以及監(jiān)控應(yīng)用程序運(yùn)行。嵌入式操作系統(tǒng)發(fā)展的四個(gè)階段通用的嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)階段，是以嵌入式操作系統(tǒng)為核心的嵌入式系統(tǒng)這一階段系統(tǒng)的主要特點(diǎn)：嵌入式操作系統(tǒng)能運(yùn)行于各種不同類(lèi)型的微處理器上，兼容性好；操作系統(tǒng)內(nèi)核精小、效率高，并且具有高度的模塊化和擴(kuò)展性；具備文件和目錄管理、設(shè)備支持、多任務(wù)、網(wǎng)絡(luò)支持、圖形窗口以及用戶界面等功能；具有大量的應(yīng)用程序接口(API)，開(kāi)發(fā)應(yīng)用程序簡(jiǎn)單；嵌入式應(yīng)用軟件豐富。嵌入式操作系統(tǒng)發(fā)展從支持8位微處理器到16位、32位甚至64位微處理器；從支持單一品種的微處理器芯片到支持多品種微處理器芯片；從只有內(nèi)核到除了內(nèi)核外還提供其他功能模塊，如文件系統(tǒng)，TCP/IP網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，窗口圖形系統(tǒng)等。嵌入式操作系統(tǒng)技術(shù)現(xiàn)狀適應(yīng)不同的嵌入式硬件平臺(tái)，具有可移植、可伸縮能力。采用的主要技術(shù)：編程語(yǔ)言普遍采用高級(jí)語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)，主要以C語(yǔ)言為主。體系結(jié)構(gòu)采用分層和模塊化結(jié)構(gòu)或微內(nèi)核結(jié)構(gòu)。嵌入式操作系統(tǒng)技術(shù)現(xiàn)狀從分層和模塊化結(jié)構(gòu)，將操作系統(tǒng)分為：硬件無(wú)關(guān)層硬件抽象層硬件相關(guān)層每層再劃分功能模塊移植工作集中在硬件相關(guān)層，與其余兩層無(wú)關(guān)功能的伸縮集中在模塊上，從而確保了系統(tǒng)具有良好的可移植性和可伸縮性。嵌入式操作系統(tǒng)技術(shù)現(xiàn)狀良好的實(shí)時(shí)性。時(shí)間確定性是嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)必備的特點(diǎn)，特別對(duì)于強(qiáng)實(shí)時(shí)嵌入式系統(tǒng)而言尤為重要。采用的主要技術(shù)：采用實(shí)時(shí)調(diào)度算法。主要采用靜態(tài)優(yōu)先級(jí)的可搶占式調(diào)度、比率單調(diào)算法等。采用內(nèi)存靜態(tài)分配策略和零拷貝技術(shù)保證確定性。內(nèi)存管理不采用虛存管理機(jī)制采用優(yōu)先級(jí)繼承和優(yōu)先級(jí)天花板兩種技術(shù)解決優(yōu)先級(jí)反轉(zhuǎn)(倒置)問(wèn)題嵌入式操作系統(tǒng)技術(shù)現(xiàn)狀可靠性和高可用采用的主要技術(shù)：利用存儲(chǔ)管理單元(MMU)、用戶態(tài)和核心態(tài)機(jī)制，實(shí)現(xiàn)操作系統(tǒng)與應(yīng)用程序的隔離，以及應(yīng)用程序和應(yīng)用程序之間的隔離，以防止應(yīng)用程序破壞操作系統(tǒng)的代碼、數(shù)據(jù)。嵌入式操作系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)體系結(jié)構(gòu)向微內(nèi)核方向發(fā)展可伸縮、可移植、可剪裁、可配置行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)：多種操作系統(tǒng)平臺(tái)，應(yīng)用決定操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊、功能強(qiáng)大高可用(HighAvailable)、高可靠(HighReliable)、支持多處理器和分布式計(jì)算可動(dòng)態(tài)加載和升級(jí)軟件與開(kāi)發(fā)工具有機(jī)的結(jié)合起來(lái)嵌入式系統(tǒng)的分類(lèi)從應(yīng)用角度分：通用型嵌入式操作系統(tǒng)LinuxVxWorksWindowsCE專(zhuān)用型嵌入式操作系統(tǒng)SmartPhonePocketPCSymbian嵌入式系統(tǒng)的分類(lèi)從實(shí)時(shí)性分非實(shí)時(shí)系統(tǒng)（面對(duì)消費(fèi)類(lèi)電子產(chǎn)品）微軟面向手機(jī)應(yīng)用的SmartPhone操作系統(tǒng)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)（控制、通信領(lǐng)域）WindRiver公司的VxWorksQNX系統(tǒng)軟件公司的QNX嵌入式操作系統(tǒng)選型原則產(chǎn)品研發(fā)時(shí)間：嵌入式操作系統(tǒng)的選擇與產(chǎn)品研發(fā)時(shí)間密切相關(guān)?？梢浦残裕哼M(jìn)行嵌入式軟件開(kāi)發(fā)時(shí)，可移植性是要重點(diǎn)考慮的問(wèn)題之一。好的軟件移植性好，可以在不同平臺(tái)、不同系統(tǒng)上運(yùn)行，跟操作系統(tǒng)無(wú)關(guān)。系統(tǒng)定制能力：用戶的需求是千差萬(wàn)別的，硬件平臺(tái)也都不一樣，所以對(duì)系統(tǒng)的定制能力要求高。成本中文內(nèi)核支持μClinux一種優(yōu)秀的嵌入式Linux版本，全稱為micro-controlLinux。同標(biāo)準(zhǔn)的Linux相比，μClinux的內(nèi)核非常小，但是它仍然繼承了Linux操作系統(tǒng)的主要特性，包括良好的穩(wěn)定性和移植性、強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)功能、出色的文件系統(tǒng)支持、標(biāo)準(zhǔn)豐富的API，以及TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議等。因?yàn)闆](méi)有MMU內(nèi)存管理單元，所以其多任務(wù)的實(shí)現(xiàn)需要一定技巧。VxWorks美國(guó)WindRiver公司于1983年設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的一種嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，是Tornado嵌入式開(kāi)發(fā)環(huán)境的關(guān)鍵組成部分。具有良好的持續(xù)發(fā)展能力、高性能的內(nèi)核以及友好的用戶開(kāi)發(fā)環(huán)境，在嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)領(lǐng)域占據(jù)一席之地。它以其良好的可靠性和卓越的實(shí)時(shí)性被廣泛地應(yīng)用在通信、軍事、航空、航天等高精尖技術(shù)及實(shí)時(shí)性要求極高的領(lǐng)域中。在美國(guó)的F16、FA18戰(zhàn)斗機(jī)、B-2隱形轟炸機(jī)和愛(ài)國(guó)者導(dǎo)彈上,甚至連1997年4月在火星表面登陸的火星探測(cè)器上也使用到了VxWorks。WindowsCE微軟公司嵌入式、移動(dòng)計(jì)算平臺(tái)的基礎(chǔ)，是一個(gè)開(kāi)放的、可升級(jí)的32位嵌入式操作系統(tǒng)，是基于掌上型電腦類(lèi)的電子設(shè)備操作系統(tǒng)，WindowsCE的圖形用戶界面相當(dāng)出色。C代表袖珍(Compact)、消費(fèi)(Consumer)、通信能力(Connectivit)和伴侶(Companion)；E代表電子產(chǎn)品(Electronics)。WindowsCE是所有源代碼全部由微軟自行開(kāi)發(fā)的嵌入式新型操作系統(tǒng)，具有模塊化、結(jié)構(gòu)化和基于Win32應(yīng)用程序接口和與處理器無(wú)關(guān)等特點(diǎn)。WindowsCE并非是專(zhuān)為單一裝置設(shè)計(jì)的，所以微軟為旗下采用WindowsCE作業(yè)系統(tǒng)的產(chǎn)品大致分為三條產(chǎn)品線，PocketPC(掌上電腦)、HandheldPC(手持設(shè)備)及AutoPC。Android指“機(jī)器人”，是Google開(kāi)發(fā)的基于Linux平臺(tái)的開(kāi)源手機(jī)操作系統(tǒng)，該平臺(tái)由操作系統(tǒng)、中間件、用戶界面和應(yīng)用軟件組成，號(hào)稱是首個(gè)為移動(dòng)終端打造的真正開(kāi)放和完整的移動(dòng)軟件。Android采用WebKit瀏覽器引擎，具備觸摸屏、高級(jí)圖形顯示和上網(wǎng)功能，最震撼人心之處在于Android手機(jī)系統(tǒng)的開(kāi)放性和服務(wù)免費(fèi)。Android是一個(gè)對(duì)第三方軟件完全開(kāi)放的平臺(tái)，開(kāi)發(fā)者在為其開(kāi)發(fā)程序時(shí)擁有更大的自由度。與WindowsMobile、Symbian等廠商不同，Android操作系統(tǒng)免費(fèi)向開(kāi)發(fā)人員提供，可節(jié)省近三成成本。Android應(yīng)用開(kāi)發(fā)是基于java的，底層是linux的。iPhoneOS蘋(píng)果公司為iPhone開(kāi)發(fā)的操作系統(tǒng)。主要是給iPhone和iPodtouch使用。就像其基于的MacOSX操作系統(tǒng)一樣，也是以