第四章3 运行于MX1上的嵌入式操作系统.ppt

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1、操作系统的概念操作系统的概念l操作系统的层次与操作系统的概念l进程管理l处理器调度l存储器管理lI/O管理l文件管理1I/O管理管理lI/O系统的基本概念lI/O控制方式l缓冲管理l设备分配l设备处理2I/O系统的组成系统的组成lI/O设备l设备控制器lI/O通道l上述设备和相应的总线构成3I/O系统的结构系统的结构l微机I/O系统 总线I/O系统结构l主机I/O系统 不采用单总线结构，而是增加一级I/O通道4I/O设备的分类设备的分类l按传输速率分类：低速、中速、高速；l按信息交换的单位分类：块设备和字符设备；l按设备的共享属性分类：独占、共享和虚拟5设备与控制器之间的接口设备与控制器之间的

2、接口l该接口中有三种类型的信号：数据信号控制信号 设备控制器发送给设备；状态信号 用于指示设备的当前状态6设备控制器设备控制器lCPU与I/O设备之间的接口；l可编址设备；l分为两类：用于控制字符设备的控制器；用于控制块设备的控制器7设备控制器的功能设备控制器的功能l接收和识别命令 识别CPU向控制器发送的命令；l数据交换 实现CPU与控制器之间、控制器与设备之间的数据交换；l设备状态的了解和报告 控制器应记下设备的状态供CPU了解；l地址识别 识别它所控制的设备的地址。8设备控制器的组成设备控制器的组成l设备控制器与处理机的接口 有三类信号线：数据线、地址线和控制线；l设备控制器与设备的接口

3、 存在数据、控制和状态三种类型的信号；lI/O逻辑 通过一组控制线与处理机交互，实现对设备的控制。9I/O通道通道l主要目的：减少CPU的负担；l实质：是一种特殊的处理机；l特殊之处在于：指令类型单一；通道没有自己的内存。10通道类型通道类型根据信息交换方式的不同，可分为以下三种类型：l字节多路通道 连接低速或中速设备；l数组选择通道 连接高速设备，但是信道利用率低；l数组多路通道 数据传输速率高，信道利用率高。11I/O管理管理lI/O系统的基本概念lI/O控制方式l缓冲管理l设备分配l设备处理12I/O控制控制lI/O控制的发展经历的四个阶段：程序I/O方式中断驱动I/O控制方式DMA控制

4、方式I/O通道控制方式lI/O控制的宗旨：尽量减少主机对I/O控制的干预，把主机从繁杂的I/O控制事务中解脱出来，以更多地去完成其数据处理任务。13程序程序I/O方式方式l早期没有中断机构的计算机系统中使用；l也称为忙等待方式；l不断地循环测试忙/闲标志；lCPU极大浪费14中断驱动中断驱动I/O控制方式控制方式l现代计算机系统中使用；l由设备控制器控制；lCPU和I/O设备并行操作；lCPU只需花费极短时间处理中断15DMA控制方式控制方式lDMA(Direct Memory Access)：直接存储器访问l这种方式的特点：数据传输的基本单位是数据块；所传送的数据是从设备直接送入内存的，或者

5、相反；仅在传送一个或多个数据块的开始和结束时，才需CPU干预，整块数据的传送是在控制器的控制下完成的。16I/O通道控制方式通道控制方式l是DMA方式的发展；lCPU的干预减少为对一组数据块的控制和管理；l实现了CPU、通道和I/O设备三者的并行工作；l通过执行通道程序，与设备控制器来共同实现对I/O设备的控制。17I/O管理管理lI/O系统的基本概念lI/O控制方式l缓冲管理l设备分配l设备处理18缓冲的引入缓冲的引入l缓和CPU与I/O设备之间速度不匹配的矛盾；l减少对CPU的中断频率，放宽对中断响应时间的限制；l提高CPU和I/O设备之间的并行性19缓冲的几种形式缓冲的几种形式l单缓冲l

6、双缓冲l循环缓冲l缓冲池20I/O管理管理lI/O系统的基本概念lI/O控制方式l缓冲管理l设备分配l设备处理21设备分配中的数据结构设备分配中的数据结构l设备控制表 记录本设备的情况l控制器控制表 记录本控制器的情况l通道控制表 每个通道都配有一张通道控制表l系统设备表 系统的数据结构，记录系统中全部设备的情况22设备分配时应考虑的若干因素设备分配时应考虑的若干因素l设备的固有属性 独占、共享、虚拟l设备的分配算法 先来先服务、高优先权优先l设备分配的安全性 安全分配和不安全分配方式l设备独立性 23I/O管理管理lI/O系统的基本概念lI/O控制方式l缓冲管理l设备分配l设备处理24设备驱

7、动程序设备驱动程序 设备驱动程序的处理过程：l将抽象要求转换为具体要求；l检查I/O请求的合法性；l读出和检查设备的状态；l传送必要的参数；l工作方式的设置；l启动I/O设备。25I/O中断处理程序中断处理程序I/O中断处理程序的工作过程：l检查本次I/O的执行结果；l唤醒被阻塞的相应进程。26操作系统的概念操作系统的概念l操作系统的层次与操作系统的概念l进程管理l处理器调度l存储器管理lI/O管理l文件管理27文件管理文件管理l文件和文件系统l文件逻辑结构l目录管理l文件保护28数据的组成数据的组成l数据项 分为基本数据项和组合数据项l记录 一组相关数据项的集合，用于描述一个对象某方面的属性

8、；l文件 具有文件名的一组相关信息的集合，可分为有结构和无结构两种。29文件系统模型文件系统模型文件系统接口对对象操纵和管理的软件集合逻辑文件系统基本I/O管理程序（文件组织模块）基本文件系统（物理I/O层）I/O控制层（设备驱动程序）对象及其属性说明30文件管理文件管理l文件和文件系统l文件逻辑结构l目录管理l文件保护31文件逻辑结构的类型文件逻辑结构的类型l有结构文件 是指由一个以上的记录构成的文件，又称为记录式文件；l无结构文件 是指由字符流构成的文件，又称为流式文件。32文件管理文件管理l文件和文件系统l文件逻辑结构l目录管理l文件保护33文件控制块文件控制块l用于描述和控制文件的数据

9、结构；l文件管理程序借助它实现对文件的操作；l与文件一一对应；l文件控制块的有序集合称为文件目录；l包含三类信息：基本信息、存取控制信息和使用信息34目录结构的分类目录结构的分类l单级目录结构 最简单的一种目录结构，在整个系统中只建立一张目录表，为每个文件分配一个目录项；l两级目录结构 为每一个用户建立一个单独的用户文件目录，系统中有一个主目录；l树型目录结构 在两级目录结构中，进一步允许用户创建自己的子目录并相应地组织自己的文件形成的多级目录。35文件管理文件管理l文件和文件系统l文件逻辑结构l目录管理l文件保护36影响安全性的因素和采取的措施影响安全性的因素和采取的措施l人为因素 存取控制

10、机制；l系统因素 系统容错技术；l自然因素 后备系统37分级安全管理分级安全管理l系统级管理l用户级管理l目录级管理l文件级管理38本章主要内容本章主要内容 l4.1 操作系统的概念l4.2 Linux操作系统l4.3 Palm 操作系统l4.4 Windows CE操作系统l4.5 Symbian操作系统39LINUX操作系统操作系统lLinux简介lLinux操作系统特点l典型应用l相关资源40Linux简介简介 嵌入式Linux的产品主要分为三类：l专门为Linux的嵌入式方向而做的，其产品开发方向是：让Linux更小，更容易嵌入体积、功能和性能要求很高的硬件中；l专门为Linux的实时

11、特性设计的产品，将Linux开发成实时系统应用于一些关键的控制场合；l将实时性和嵌入式方案结合起来，提供集成化的开发方案。41Linux操作系统的主要特点操作系统的主要特点l开放性l多用户l多任务l良好的用户界面l设备独立性l提供了丰富的网络功能l可靠的系统安全l良好的可移植性42典型应用典型应用lPC/服务器 是Linux的最初应用l嵌入式应用 消费电子产品、工业控制、通信设备等众多类型产品l实时系统 众多公司都在致力于把Linux修改成实时嵌入式操作系统，应用方向包括工业控制、航空航天等领域。43相关资料相关资料lhttp:/ RedHat的官方网站lhttp:/ Monta Vista软

12、件公司的官方网站lhttp:/www.uclinux.org Lineo公司的官方网站lhttp:/ LinuxmLinux是由国内移软科技有限公司推出的基于嵌入式Linux系统的软件平台，主要为手机、掌上电脑等移动终端设备设计。44本章主要内容本章主要内容 l4.1 操作系统的概念l4.2 Linux操作系统l4.3 Palm 操作系统l4.4 Windows CE操作系统l4.5 Symbian操作系统45Palm操作系统操作系统lPalm OS简介lPalm操作系统特点l典型应用l相关资源46Palm OS简介简介lPalm OS是由Palm公司开发、应用在PDA上的操作系统。最早版本1

13、.0在1996年3月随Palm公司的PDA产品Pilot 1000面市。l作为一套极具开放性的系统，开发商向用户免费提供Palm操作系统的开发工具，允许用户利用该工具在Palm操作系统的基础上编写、修改相关软件，使支持Palm的应用程序丰富多彩、应有尽有。47Palm操作系统的主要特点操作系统的主要特点l强大的处理器支持；l良好的兼容性；l安全性；l多媒体；l数据同步；l无线互联；l浏览；l应用程序接口；l软件开发。48典型应用典型应用lPDA Palm OS出发点就在于此，而且至今保持霸主地位。安装Palm OS的PDA被应用在商业、金融、医疗、娱乐等各个行业。l移动电话 手机中装入功能强大

14、的Palm OS，使得手机具备了基本的PDA功能。这种集成也得益于Palm OS对于GSM/CDMA的通信协议的有力支持。49相关资源相关资源lhttp:/ Palm公司的网站，介绍Palm的产品和行业应用。lhttp:/ Palm OS的拥有者，Palm公司的子公司。该网站对Palm OS做了详尽的介绍，并且提供资料和软件下载。lhttp:/ 一个国内介绍PDA知识和开发经验交流的网站。50本章主要内容本章主要内容 l4.1 操作系统的概念l4.2 Linux操作系统l4.3 Palm 操作系统l4.4 Windows CE操作系统l4.5 Symbian操作系统51Windows CE操作

15、系统操作系统lWindows CE简介lWindows CE操作系统结构及特点l典型应用l相关资源52Windows CE简介简介lWindows CE是Microsoft公司1997年发布的应用在PDA等设备上的嵌入式操作系统。l1998年，装有中文版Windows CE操作系统的手持设备面世。l据统计，在2002年Windows CE占据了世界PDA操作系统市场25.5的份额，并且在最近几年，Windows CE的市场份额不断上升。lWindows CE不同于以往的Windows系列产品。它是一种基于组件的操作系统，各功能模块可方便地裁剪。53Windows CE操作系统的结构操作系统的结

16、构lWindows CE由很多离散的模块、子模块和组件构成。每个模块为操作系统提供完整或部分的功能，根据应用需求的不同可以方便地裁剪。lWindows CE包含了四个最关键的功能模块：内核模块、对象存储模块、图形，窗口和事件子系统模块以及通信模块。lWindows CE还包含一些可选模块，它们可支持的任务有管理可安装设备驱动程序，支持COM等。54Windows CE的功能模块的功能模块l内核模块 是Windows CE的核心模块，提供在所有设备中都出现的基本操作系统的功能。l对象存储模块l图形、窗口和事件子系统模块（GWES）是用户、应用程序和操作系统之间的图形用户接口。l通信模块 提供对通

17、信硬件和数据协议的支持。55Windows CE操作系统的主要特点操作系统的主要特点l广泛的平台支持；l实时性；l支持大容量存储；l多媒体支持；l互操作通信；l通信服务；l安全服务；l互联网服务；l应用程序接口。56典型应用典型应用lPDA：日立、三星等众多厂商在其PDA中使用了Windows CE操作系统。lWeb终端、Internet访问应用设备等电子通信设备。l工业控制器、移动数据获取装置等工业控制设备。57相关资源相关资源lhttp:/ Microsoft Windows CE的官方网站。lhttp:/ 对于PDA知识的介绍，以及开发工具下载。lhttp:/.tw Windows CE

18、介绍和工具下载。58本章主要内容本章主要内容 l4.1 操作系统的概念l4.2 Linux操作系统l4.3 Palm 操作系统l4.4 Windows CE操作系统l4.5 Symbian操作系统59Symbian操作系统操作系统lSymbian简介lSymbian操作系统特点l典型应用l相关资源60Symbian简介简介lSymbian操作系统是由包括Nokia、Ericsson、Motorola、Samsung等多家通信巨头共同投资的、由Symbian公司推出的应用在移动电话和PDA上的嵌入式操作系统。l据统计，Symbian OS在智能手机产品采用的操作系统中占据了70以上的份额，在PD

19、A操作系统中也有1的份额。须指出的是，由于众多大公司的支持，Symbian操作系统已成为事实上的世界上各大手机制造商的操作系统标准。lSymbian操作系统是先进的开放式操作系统，由全球各主要手机制造商提供专利技术。它可以满足2G、2.5G、3G手机的特殊要求。lSymbian操作系统融合了集成应用环境和移动电话技术的优势，成为构建无线通信价值链的中坚力量。61Symbian操作系统的主要特点操作系统的主要特点l支持众多处理器和其他设备；l互联网服务；l信息服务；l多媒体；l数据连接；l网络互联；l通信服务；l安全服务。62典型应用典型应用lPDA：S3公司2000年开始推出基于Symbian OS的PDA产品系列。l移动电话：Nokia，Ericsson等手机制造商都采用Symbian OS作为新型手机的操作系统。63相关资源相关资源lhttp:/ Symbian OS的官方网站。lhttp:/ 提供了Symbian OS在Nokia移动电话上实际应用的信息。lhttp:/www.my- 提供了Symbian OS的新闻、应用程序代码、知识介绍等。64