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1、嵌入式操作系统基础ppt Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望学习目标学习目标了解嵌入式操作系统的发展了解嵌入式操作系统的发展掌握在嵌入式系统中使用操作系统的必要性掌握在嵌入式系统中使用操作系统的必要性熟悉选择嵌入式操作系统遵循的原则熟悉选择嵌入式操作系统遵循的原则了解常见嵌入式操作系统的特点了解常见嵌入式操作系统的特点 什么是嵌入式操作系统什么是嵌入式操作系统为了使嵌入式系统的开发更加方便和快捷，需要有为了使嵌入式系统的开发更加方便和快捷，需要有专门负

2、责管理存储器分配、中断处理、任务调度等专门负责管理存储器分配、中断处理、任务调度等功能的软件模块，这就是嵌入式操作系统。功能的软件模块，这就是嵌入式操作系统。嵌入式操作系统是一种支持嵌入式系统应用的操作嵌入式操作系统是一种支持嵌入式系统应用的操作系统软件，它是嵌入式系统系统软件，它是嵌入式系统(包括硬、软件系统包括硬、软件系统)极为重要的组成部分，通常包括：与硬件相关的底极为重要的组成部分，通常包括：与硬件相关的底层驱动软件、系统内核、设备驱动接口、通信协议、层驱动软件、系统内核、设备驱动接口、通信协议、图形界面、标准化浏览器。图形界面、标准化浏览器。嵌入式操作系统的特点嵌入式操作系统的特点嵌

3、入式操作系统具备通用操作系统的基本特点：嵌入式操作系统具备通用操作系统的基本特点：p能够有效管理复杂的系统资源能够有效管理复杂的系统资源p能够对硬件进行抽象能够对硬件进行抽象p能够提供库函数、驱动程序、开发工具集等能够提供库函数、驱动程序、开发工具集等与通用操作系统相比较，嵌入式操作系统独特之处：与通用操作系统相比较，嵌入式操作系统独特之处：p系统实时性系统实时性p硬件依赖性硬件依赖性p软件固化性软件固化性p应用专用性应用专用性p可裁剪性可裁剪性嵌入式操作系统发展的四个阶段嵌入式操作系统发展的四个阶段1.无操作系统的嵌入算法阶段无操作系统的嵌入算法阶段以单芯片为核心的可编程控制器形式，同时具以

4、单芯片为核心的可编程控制器形式，同时具有与监测、伺服、指示设备相配合的功能。有与监测、伺服、指示设备相配合的功能。主要用于一些专业性极强的工业控制系统中，主要用于一些专业性极强的工业控制系统中，一般没有操作系统的支持，通过汇编语言编程一般没有操作系统的支持，通过汇编语言编程对系统进行直接控制，运行结束后清除内存。对系统进行直接控制，运行结束后清除内存。这一阶段系统的主要特点：这一阶段系统的主要特点：系统结构和功能都相对单一系统结构和功能都相对单一处理效率较低，存储容量较小处理效率较低，存储容量较小几乎没有用户接口几乎没有用户接口嵌入式操作系统发展的四个阶段嵌入式操作系统发展的四个阶段2.以嵌入

5、式以嵌入式 CPU 为基础、以简单操作系统为核心的为基础、以简单操作系统为核心的嵌入式系统嵌入式系统p这一阶段系统的主要特点：这一阶段系统的主要特点：pCPU 种类繁多，通用性比较差；种类繁多，通用性比较差；p系统开销小，系统开销小，效率高；效率高；p一般配备系统仿真器，操作系统具有一定的兼一般配备系统仿真器，操作系统具有一定的兼容性和扩展性；应用软件较专业，用户界面不容性和扩展性；应用软件较专业，用户界面不够友好；系统主要用来控制系统负载以及监控够友好；系统主要用来控制系统负载以及监控应用程序运行。应用程序运行。嵌入式操作系统发展的四个阶段嵌入式操作系统发展的四个阶段3.通用的嵌入式实时操作

6、系统阶段，是以嵌入式操作系通用的嵌入式实时操作系统阶段，是以嵌入式操作系统为核心的嵌入式系统统为核心的嵌入式系统p这一阶段系统的主要特点：这一阶段系统的主要特点：p嵌入式操作系统能运行于各种不同类型的微处理器嵌入式操作系统能运行于各种不同类型的微处理器上，兼容性好；上，兼容性好；p操作系统内核精小、效率高，并且具有高度的模块操作系统内核精小、效率高，并且具有高度的模块化和扩展性；化和扩展性；p具备文件和目录管理、设备支持、多任务、网络支具备文件和目录管理、设备支持、多任务、网络支持、图形窗口以及用户界面等功能；持、图形窗口以及用户界面等功能；p具有大量的应用程序接口具有大量的应用程序接口(AP

7、I)，开发应用程序简，开发应用程序简单；单；p嵌入式应用软件丰富。嵌入式应用软件丰富。嵌入式操作系统发展的四个阶段嵌入式操作系统发展的四个阶段4.以基于以基于 Internet 为标志的嵌入式系统，这是一个正为标志的嵌入式系统，这是一个正在迅速发展的阶段。在迅速发展的阶段。p随着随着 Internet 的发展以及的发展以及 Internet 技术与信息家电、技术与信息家电、工业控制技术等结合日益密切，嵌入式设备与工业控制技术等结合日益密切，嵌入式设备与 Internet 的结合将代表着嵌入式技术的真正未来。的结合将代表着嵌入式技术的真正未来。嵌入式操作系统发展嵌入式操作系统发展从支持从支持8位

8、微处理器到位微处理器到16位、位、32位甚至位甚至64位微处理器；位微处理器；从支持单一品种的微处理器芯片到支持多品种微处从支持单一品种的微处理器芯片到支持多品种微处理器芯片；理器芯片；从只有内核到除了内核外还提供其他功能模块，如从只有内核到除了内核外还提供其他功能模块，如文件系统，文件系统，TCP/IP网络系统，窗口图形系统等。网络系统，窗口图形系统等。嵌入式操作系统技术现状嵌入式操作系统技术现状 适应不同的嵌入式硬件平台，具有可移植、可伸缩适应不同的嵌入式硬件平台，具有可移植、可伸缩能力。能力。采用的主要技术：采用的主要技术：p编程语言普遍采用高级语言实现，主要以编程语言普遍采用高级语言实

9、现，主要以C语言语言为主。为主。p体系结构采用分层和模块化结构或微内核结构。体系结构采用分层和模块化结构或微内核结构。嵌入式操作系统技术现状嵌入式操作系统技术现状从分层和模块化结构，将操作系统分为：从分层和模块化结构，将操作系统分为：硬件无关层硬件无关层硬件抽象层硬件抽象层硬件相关层硬件相关层p每层再划分功能模块每层再划分功能模块p移植工作集中在硬件相关层，与其余两层无关移植工作集中在硬件相关层，与其余两层无关p功能的伸缩集中在模块上，从而确保了系统具有功能的伸缩集中在模块上，从而确保了系统具有良好的可移植性和可伸缩性。良好的可移植性和可伸缩性。嵌入式操作系统技术现状嵌入式操作系统技术现状功能

10、复杂，具有可剪裁、可配置的能力功能复杂，具有可剪裁、可配置的能力 采用的主要技术：采用的主要技术：p可剪裁技术。操作系统以内核为中心，包括很多可剪裁技术。操作系统以内核为中心，包括很多独立的功能组件如文件、网络等。除内核外其他独立的功能组件如文件、网络等。除内核外其他组件的选择任意搭配，由应用决定。组件的选择任意搭配，由应用决定。p可配置技术。每个功能组件都可以根据应用的要可配置技术。每个功能组件都可以根据应用的要求进行配置，比如最大任务数、内存地址、堆栈求进行配置，比如最大任务数、内存地址、堆栈大小、系统任务的优先级、缓冲区大小及文件数大小、系统任务的优先级、缓冲区大小及文件数等。等。嵌入式

11、操作系统技术现状嵌入式操作系统技术现状良好的实时性。时间确定性是嵌入式实时操作系统良好的实时性。时间确定性是嵌入式实时操作系统必备的特点，特别对于强实时嵌入式系统而言尤为必备的特点，特别对于强实时嵌入式系统而言尤为重要。重要。采用的主要技术：采用的主要技术：p采用实时调度算法。主要采用静态优先级的可抢采用实时调度算法。主要采用静态优先级的可抢占式调度、比率单调算法等。占式调度、比率单调算法等。p采用内存静态分配策略和零拷贝技术保证确定性。采用内存静态分配策略和零拷贝技术保证确定性。p内存管理不采用虚存管理机制内存管理不采用虚存管理机制p采用优先级继承和优先级天花板两种技术解决优采用优先级继承和

12、优先级天花板两种技术解决优先级反转先级反转(倒置倒置)问题问题 嵌入式操作系统技术现状嵌入式操作系统技术现状可靠性和高可用可靠性和高可用 采用的主要技术：采用的主要技术：p利用存储管理单元利用存储管理单元(MMU)、用户态和核心态机制，、用户态和核心态机制，实现操作系统与应用程序的隔离，以及应用程序实现操作系统与应用程序的隔离，以及应用程序和应用程序之间的隔离，以防止应用程序破坏操和应用程序之间的隔离，以防止应用程序破坏操作系统的代码、数据。作系统的代码、数据。嵌入式操作系统的发展趋势嵌入式操作系统的发展趋势体系结构向微内核方向发展体系结构向微内核方向发展p可伸缩、可移植、可剪裁、可配置可伸缩

13、、可移植、可剪裁、可配置行业的标准：多种操作系统平台，应用决定操作系行业的标准：多种操作系统平台，应用决定操作系统统结构紧凑、功能强大结构紧凑、功能强大高可用高可用(High Available)、高可靠、高可靠(High Reliable)、支、支持多处理器和分布式计算持多处理器和分布式计算可动态加载和升级软件可动态加载和升级软件与开发工具有机的结合起来与开发工具有机的结合起来使用嵌入式操作系统的必要性使用嵌入式操作系统的必要性嵌人式实时操作系统提高了系统的可靠性。嵌人式实时操作系统提高了系统的可靠性。p系统不崩溃，有自愈能力系统不崩溃，有自愈能力提高了开发效率，缩短了开发周期。提高了开发效

14、率，缩短了开发周期。p任务分解为多个模块。每个模块的调试、修改几任务分解为多个模块。每个模块的调试、修改几乎不影响其他模块，支持多任务调试环境。乎不影响其他模块，支持多任务调试环境。嵌入式实时操作系统充分发挥了嵌入式实时操作系统充分发挥了32位位CPU的多任务的多任务潜力。潜力。p32位位CPU是为运行多用户、多任务操作系统而设是为运行多用户、多任务操作系统而设计的，特别适于运行多任务实时系统。计的，特别适于运行多任务实时系统。32位位CPU采用利于提高系统可靠性和稳定性的设计，使其采用利于提高系统可靠性和稳定性的设计，使其更容易做到不崩溃。更容易做到不崩溃。嵌入式系统的分类嵌入式系统的分类从

15、应用角度分：从应用角度分：p通用型嵌入式操作系统通用型嵌入式操作系统LinuxVxWorksWindows CEp专用型嵌入式操作系统专用型嵌入式操作系统Smart PhonePocket PCSymbian嵌入式系统的分类嵌入式系统的分类从实时性分从实时性分p非实时系统（面对消费类电子产品）非实时系统（面对消费类电子产品）微软面向手机应用的微软面向手机应用的Smart Phone操作系统操作系统p实时操作系统（控制、通信领域）实时操作系统（控制、通信领域）WindRiver公司的公司的VxWorksQNX系统软件公司的系统软件公司的QNX嵌入式操作系统选型原则嵌入式操作系统选型原则产品研发时

16、间：嵌入式操作系统的选择与产品研发产品研发时间：嵌入式操作系统的选择与产品研发时间密切相关。时间密切相关。可移植性：进行嵌入式软件开发时，可移植性是要可移植性：进行嵌入式软件开发时，可移植性是要重点考虑的问题之一。好的软件移植性好，可以在重点考虑的问题之一。好的软件移植性好，可以在不同平台、不同系统上运行，跟操作系统无关。不同平台、不同系统上运行，跟操作系统无关。系统定制能力：用户的需求是千差万别的，硬件平系统定制能力：用户的需求是千差万别的，硬件平台也都不一样，所以对系统的定制能力要求高。台也都不一样，所以对系统的定制能力要求高。成本成本 中文内核支持中文内核支持C/OS-II简介简介美国嵌

17、入式系统专家美国嵌入式系统专家Jean J.Labrosse用用C语言编写的语言编写的一个公开源代码、结构小巧、抢占式的多任务实时一个公开源代码、结构小巧、抢占式的多任务实时内核。内核。C/OS-II能管理能管理64个任务，并提供任务调度与管理、个任务，并提供任务调度与管理、内存管理、任务间同步与通信、时间管理和中断服内存管理、任务间同步与通信、时间管理和中断服务等功能，具有执行效率高、占用空间小、实时性务等功能，具有执行效率高、占用空间小、实时性能优良和可扩展性强等特点。能优良和可扩展性强等特点。可运行在航天器等对安全级别要求较高的系统上。可运行在航天器等对安全级别要求较高的系统上。Clin

18、ux一种优秀的嵌入式一种优秀的嵌入式Linux版本，全称为版本，全称为micro-control Linux。同标准的。同标准的Linux相比，相比，Clinux的内核非常小，的内核非常小，但是它仍然继承了但是它仍然继承了Linux操作系统的主要特性，包括操作系统的主要特性，包括良好的稳定性和移植性、强大的网络功能、出色的良好的稳定性和移植性、强大的网络功能、出色的文件系统支持、标准丰富的文件系统支持、标准丰富的API，以及，以及TCP/IP网络协网络协议等。因为没有议等。因为没有MMU内存管理单元，所以其多任务内存管理单元，所以其多任务的实现需要一定技巧。的实现需要一定技巧。VxWorks美

19、国美国WindRiver公司于公司于1983年设计开发的一种嵌入式年设计开发的一种嵌入式实时操作系统，是实时操作系统，是Tornado嵌入式开发环境的关键组嵌入式开发环境的关键组成部分。具有良好的持续发展能力、高性能的内核成部分。具有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。在美国的高精尖技术及实时性要求极高

20、的领域中。在美国的 F16、FA18 战斗机、战斗机、B-2 隐形轰炸机和爱国者导弹上隐形轰炸机和爱国者导弹上,甚至连甚至连1997年年4月在火星表面登陆的火星探测器上也月在火星表面登陆的火星探测器上也使用到了使用到了VxWorks。Windows CE微软公司嵌入式、移动计算平台的基础，是一个开放的、微软公司嵌入式、移动计算平台的基础，是一个开放的、可升级的可升级的32位嵌入式操作系统，是基于掌上型电脑类的位嵌入式操作系统，是基于掌上型电脑类的电子设备操作系统，电子设备操作系统，Windows CE的图形用户界面相当出的图形用户界面相当出色。色。C代表袖珍代表袖珍(Compact)、消费、消

21、费(Consumer)、通信能力、通信能力(Connectivit)和伴侣和伴侣(Companion)；E代表电子产品代表电子产品(Electronics)。Windows CE是所有源代码全部由微软是所有源代码全部由微软自行开发的嵌入式新型操作系统，具有模块化、结构化自行开发的嵌入式新型操作系统，具有模块化、结构化和基于和基于Win32应用程序接口和与处理器无关等特点。应用程序接口和与处理器无关等特点。Windows CE并非是专为单一装置设计的，所以微软为旗并非是专为单一装置设计的，所以微软为旗下采用下采用Windows CE作业系统的产品大致分为三条产品线，作业系统的产品大致分为三条产品

22、线，Pocket PC(掌上电脑掌上电脑)、Handheld PC(手持设备手持设备)及及Auto PC。SymbianOS 由摩托罗拉、西门子、诺基亚等几家大型移动通讯由摩托罗拉、西门子、诺基亚等几家大型移动通讯设备制造商共同出资组建的一个合资公司，专门研设备制造商共同出资组建的一个合资公司，专门研发手机操作系统。发手机操作系统。Symbian操作系统在智能移动终端上拥有强大的应用操作系统在智能移动终端上拥有强大的应用程序及通信处理能力，这都要归功于它有一个非常程序及通信处理能力，这都要归功于它有一个非常健全的核心：强大的对象导向系统、企业用标准通健全的核心：强大的对象导向系统、企业用标准通

23、信传输协议，以及完美的信传输协议，以及完美的SUN Java语言支持。语言支持。Symbian操作系统提供了灵活的应用界面操作系统提供了灵活的应用界面(UI)框架，框架，小但使开发者得以快速掌握必要的技术，同时还使小但使开发者得以快速掌握必要的技术，同时还使手机制造商能够推出不同界面的产品。手机制造商能够推出不同界面的产品。Android指指“机器人机器人”，是，是Google开发的基于开发的基于Linux平台的开源手机操平台的开源手机操作系统，该平台由操作系统、中间件、用户界面和应用软件作系统，该平台由操作系统、中间件、用户界面和应用软件组成，号称是首个为移动终端打造的真正开放和完整的移动组

24、成，号称是首个为移动终端打造的真正开放和完整的移动软件。软件。Android采用采用WebKit浏览器引擎，具备触摸屏、高级图浏览器引擎，具备触摸屏、高级图形显示和上网功能，最震撼人心之处在于形显示和上网功能，最震撼人心之处在于Android手机系统的手机系统的开放性和服务免费。开放性和服务免费。Android是一个对第三方软件完全开放的平台，开发者在为其是一个对第三方软件完全开放的平台，开发者在为其开发程序时拥有更大的自由度。与开发程序时拥有更大的自由度。与Windows Mobile、Symbian等厂商不同，等厂商不同，Android操作系统免费向开发人员提供，可节省操作系统免费向开发人

25、员提供，可节省近三成成本。近三成成本。Android应用开发是基于应用开发是基于java的，底层是的，底层是linux的。的。iPhone OS苹果公司为苹果公司为iPhone开发的操作系统。主要是给开发的操作系统。主要是给iPhone和和iPod touch使用。就像其基于的使用。就像其基于的Mac OS X操作系统操作系统一样，也是以一样，也是以Darwin为基础的。为基础的。iPhone OS的系统架构分为四个层次：核心操作系统的系统架构分为四个层次：核心操作系统层层(the Core OS layer)，核心服务层，核心服务层(the Core Services layer)，媒体层，媒体层(the Media layer)，可轻触层，可轻触层(the Cocoa Touch layer)。系统操作占用大概。系统操作占用大概512MB的的存储空间。存储空间。总结反思总结反思当今流行的嵌入式操作系统有哪些？当今流行的嵌入式操作系统有哪些？在嵌入式系统中为什么要用操作系统？在嵌入式系统中为什么要用操作系统？如何选择嵌入式操作系统？如何选择嵌入式操作系统？