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1、單擊此處編輯母版標題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,*,嵌入式操作系統(tǒng)基礎,學習目標,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,了解常見嵌入式操作系統(tǒng)的特點,什么是嵌入式操作系統(tǒng),為了使嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)更加方便和快捷，需要有專門負責管理存儲器分配、中斷處理、任務調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：與硬件相關的底層驅動軟件、系統(tǒng)內核、設備驅動接口、通信協(xié)議、圖形界面、標準化瀏覽器。

2、,嵌入式操作系統(tǒng)的特點,嵌入式操作系統(tǒng)具備通用操作系統(tǒng)的基本特點：,能夠有效管理復雜的系統(tǒng)資源,能夠對硬件進行抽象,能夠提供庫函數、驅動程序、開發(fā)工具集等,與通用操作系統(tǒng)相比較，嵌入式操作系統(tǒng)獨特之處：,系統(tǒng)實時性,硬件依賴性,軟件固化性,應用專用性,可裁剪性,嵌入式操作系統(tǒng)發(fā)展的四個階段,無操作系統(tǒng)的嵌入算法階段,以單芯片為核心的可編程控制器形式，同時具有與監(jiān)測、伺服、指示設備相配合的功能。,主要用于一些專業(yè)性極強的工業(yè)控制系統(tǒng)中，一般沒有操作系統(tǒng)的支持，通過匯編語言編程對系統(tǒng)進行直接控制，運行結束后清除內存。,這一階段系統(tǒng)的主要特點：,系統(tǒng)結構和功能都相對單一,處理效率較低，存儲容量較小,

3、幾乎沒有用戶接口,嵌入式操作系統(tǒng)發(fā)展的四個階段,以嵌入式,CPU,為基礎、以簡單操作系統(tǒng)為核心的嵌入式系統(tǒng),這一階段系統(tǒng)的主要特點：,CPU,種類繁多，通用性比較差；,系統(tǒng)開銷小，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展性；應用軟件較專業(yè)，用戶界面不夠友好；系統(tǒng)主要用來控制系統(tǒng)負載以及監(jiān)控應用程序運行。,嵌入式操作系統(tǒng)發(fā)展的四個階段,通用的嵌入式實時操作系統(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：,嵌入式操作系統(tǒng)能運行于各種不同類型的微處理器上，兼容性好；,操作系統(tǒng)內核精小、效率高，并且具有高度的模塊化和擴展性；,具備文件和目錄管理、設備支持、多

4、任務、網絡支持、圖形窗口以及用戶界面等功能；,具有大量的應用程序接口,(API),，開發(fā)應用程序簡單；,嵌入式應用軟件豐富。,嵌入式操作系統(tǒng)發(fā)展的四個階段,以基于,Internet,為標志的嵌入式系統(tǒng)，這是一個正在迅速發(fā)展的階段。,隨著,Internet,的發(fā)展以及,Internet,技術與信息家電、工業(yè)控制技術等結合日益密切，嵌入式設備與,Internet,的結合將代表著嵌入式技術的真正未來。,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；,從只有內核到除了內核外還提供其他功能模塊，如文件系統(tǒng)，TCP/IP網

5、絡系統(tǒng)，窗口圖形系統(tǒng)等。,嵌入式操作系統(tǒng)技術現(xiàn)狀,適應不同的嵌入式硬件平臺，具有可移植、可伸縮能力。,采用的主要技術：,編程語言普遍采用高級語言實現(xiàn)，主要以C語言為主。,體系結構采用分層和模塊化結構或微內核結構。,嵌入式操作系統(tǒng)技術現(xiàn)狀,從分層和模塊化結構，將操作系統(tǒng)分為：,硬件無關層,硬件抽象層,硬件相關層,每層再劃分功能模塊,移植工作集中在硬件相關層，與其余兩層無關,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)技術現(xiàn)狀,功能復雜，具有可剪裁、可配置的能力,采用的主要技術：,可剪裁技術。操作系統(tǒng)以內核為中心，包括很多獨立的功能組件如文件、網絡等。除內核

6、外其他組件的選擇任意搭配，由應用決定。,可配置技術。每個功能組件都可以根據應用的要求進行配置，比如最大任務數、內存地址、堆棧大小、系統(tǒng)任務的優(yōu)先級、緩沖區(qū)大小及文件數等。,嵌入式操作系統(tǒng)技術現(xiàn)狀,良好的實時性。時間確定性是嵌入式實時操作系統(tǒng)必備的特點，特別對于強實時嵌入式系統(tǒng)而言尤為重要。,采用的主要技術：,采用實時調度算法。主要采用靜態(tài)優(yōu)先級的可搶占式調度、比率單調算法等。,采用內存靜態(tài)分配策略和零拷貝技術保證確定性。,內存管理不采用虛存管理機制,采用優(yōu)先級繼承和優(yōu)先級天花板兩種技術解決優(yōu)先級反轉(倒置)問題,嵌入式操作系統(tǒng)技術現(xiàn)狀,可靠性和高可用,采用的主要技術：,利用存儲管理單元(MMU

7、)、用戶態(tài)和核心態(tài)機制，實現(xiàn)操作系統(tǒng)與應用程序的隔離，以及應用程序和應用程序之間的隔離，以防止應用程序破壞操作系統(tǒng)的代碼、數據。,嵌入式操作系統(tǒng)的發(fā)展趨勢,體系結構向微內核方向發(fā)展,可伸縮、可移植、可剪裁、可配置,行業(yè)的標準：多種操作系統(tǒng)平臺，應用決定操作系統(tǒng),結構緊湊、功能強大,高可用(High Available)、高可靠(High Reliable)、支持多處理器和分布式計算,可動態(tài)加載和升級軟件,與開發(fā)工具有機的結合起來,使用嵌入式操作系統(tǒng)的必要性,嵌人式實時操作系統(tǒng)提高了系統(tǒng)的可靠性。,系統(tǒng)不崩潰，有自愈能力,提高了開發(fā)效率，縮短了開發(fā)周期。,任務分解為多個模塊。每個模塊的調試、修改

8、幾乎不影響其他模塊，支持多任務調試環(huán)境。,嵌入式實時操作系統(tǒng)充分發(fā)揮了32位CPU的多任務潛力。,32位CPU是為運行多用戶、多任務操作系統(tǒng)而設計的，特別適于運行多任務實時系統(tǒng)。32位CPU采用利于提高系統(tǒng)可靠性和穩(wěn)定性的設計，使其更容易做到不崩潰。,嵌入式系統(tǒng)的分類,從應用角度分：,通用型嵌入式操作系統(tǒng),Linux,VxWorks,Windows CE,專用型嵌入式操作系統(tǒng),Smart Phone,Pocket PC,Symbian,嵌入式系統(tǒng)的分類,從實時性分,非實時系統(tǒng)（面對消費類電子產品）,微軟面向手機應用的Smart Phone操作系統(tǒng),實時操作系統(tǒng)（控制、通信領域）,WindRiv

9、er公司的VxWorks,QNX系統(tǒng)軟件公司的QNX,嵌入式操作系統(tǒng)選型原則,產品研發(fā)時間：嵌入式操作系統(tǒng)的選擇與產品研發(fā)時間密切相關。,可移植性：進行嵌入式軟件開發(fā)時，可移植性是要重點考慮的問題之一。好的軟件移植性好，可以在不同平臺、不同系統(tǒng)上運行，跟操作系統(tǒng)無關。,系統(tǒng)定制能力：用戶的需求是千差萬別的，硬件平臺也都不一樣，所以對系統(tǒng)的定制能力要求高。,成本,中文內核支持,C/OS-II簡介,美國嵌入式系統(tǒng)專家Jean J.Labrosse用C語言編寫的一個公開源代碼、結構小巧、搶占式的多任務實時內核。,C/OS-II能管理64個任務，并提供任務調度與管理、內存管理、任務間同步與通信、時間管

10、理和中斷服務等功能，具有執(zhí)行效率高、占用空間小、實時性能優(yōu)良和可擴展性強等特點。,可運行在航天器等對安全級別要求較高的系統(tǒng)上。,Clinux,一種優(yōu)秀的嵌入式Linux版本，全稱為micro-control Linux。同標準的Linux相比，Clinux的內核非常小，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、強大的網絡功能、出色的文件系統(tǒng)支持、標準豐富的API，以及TCP/IP網絡協(xié)議等。因為沒有MMU內存管理單元，所以其多任務的實現(xiàn)需要一定技巧。,VxWorks,美國WindRiver公司于1983年設計開發(fā)的一種嵌入式實時操作系統(tǒng)，是Tornado嵌入式開發(fā)

11、環(huán)境的關鍵組成部分。具有良好的持續(xù)發(fā)展能力、高性能的內核以及友好的用戶開發(fā)環(huán)境，在嵌入式實時操作系統(tǒng)領域占據一席之地。它以其良好的可靠性和卓越的實時性被廣泛地應用在通信、軍事、航空、航天等高精尖技術及實時性要求極高的領域中。在美國的 F16、FA18 戰(zhàn)斗機、B-2 隱形轟炸機和愛國者導彈上,甚至連1997年4月在火星表面登陸的火星探測器上也使用到了VxWorks。,Windows CE,微軟公司嵌入式、移動計算平臺的基礎，是一個開放的、可升級的32位嵌入式操作系統(tǒng)，是基于掌上型電腦類的電子設備操作系統(tǒng)，Windows CE的圖形用戶界面相當出色。,C代表袖珍(Compact)、消費(Cons

12、umer)、通信能力(Connectivit)和伴侶(Companion)；E代表電子產品(Electronics)。Windows CE是所有源代碼全部由微軟自行開發(fā)的嵌入式新型操作系統(tǒng)，具有模塊化、結構化和基于Win32應用程序接口和與處理器無關等特點。,Windows CE并非是專為單一裝置設計的，所以微軟為旗下采用Windows CE作業(yè)系統(tǒng)的產品大致分為三條產品線，Pocket PC(掌上電腦)、Handheld PC(手持設備)及Auto PC。,SymbianOS,由摩托羅拉、西門子、諾基亞等幾家大型移動通訊設備制造商共同出資組建的一個合資公司，專門研發(fā)手機操作系統(tǒng)。,Symbi

13、an操作系統(tǒng)在智能移動終端上擁有強大的應用程序及通信處理能力，這都要歸功于它有一個非常健全的核心：強大的對象導向系統(tǒng)、企業(yè)用標準通信傳輸協(xié)議，以及完美的SUN Java語言支持。,Symbian操作系統(tǒng)提供了靈活的應用界面(UI)框架，小但使開發(fā)者得以快速掌握必要的技術，同時還使手機制造商能夠推出不同界面的產品。,Android,指“機器人”，是Google開發(fā)的基于Linux平臺的開源手機操作系統(tǒng)，該平臺由操作系統(tǒng)、中間件、用戶界面和應用軟件組成，號稱是首個為移動終端打造的真正開放和完整的移動軟件。Android采用WebKit瀏覽器引擎，具備觸摸屏、高級圖形顯示和上網功能，最震撼人心之處在

14、于Android手機系統(tǒng)的開放性和服務免費。,Android是一個對第三方軟件完全開放的平臺，開發(fā)者在為其開發(fā)程序時擁有更大的自由度。與Windows Mobile、Symbian等廠商不同，Android操作系統(tǒng)免費向開發(fā)人員提供，可節(jié)省近三成成本。Android應用開發(fā)是基于java的，底層是linux的。,iPhone OS,蘋果公司為iPhone開發(fā)的操作系統(tǒng)。主要是給iPhone和iPod touch使用。就像其基于的Mac OS X操作系統(tǒng)一樣，也是以Darwin為基礎的。,iPhone OS的系統(tǒng)架構分為四個層次：核心操作系統(tǒng)層(the Core OS layer)，核心服務層(

15、the Core Services layer)，媒體層(the Media layer)，可輕觸層(the Cocoa Touch layer)。系統(tǒng)操作占用大概512MB的存儲空間。,總結反思,當今流行的嵌入式操作系統(tǒng)有哪些？,在嵌入式系統(tǒng)中為什么要用操作系統(tǒng)？,如何選擇嵌入式操作系統(tǒng)？,操作系統(tǒng)的內核,學習目標,掌握內核的組成,了解Linux內核結構,了解單內核操作系與微內核操作系統(tǒng)的特點,什么是內核,內核(kernel)是操作系統(tǒng)最基本的部分，是一個操作系統(tǒng)的核心。負責管理系統(tǒng)的進程、內存、設備驅動程序、文件和網絡系統(tǒng)，決定著系統(tǒng)的性能和穩(wěn)定性。,內核由操作系統(tǒng)中用于管理存儲器、文件、

16、外圍設備和系統(tǒng)資源的部分組成，指的是一個提供硬件抽象層、磁盤及文件系統(tǒng)控制、多任務等功能的系統(tǒng)軟件。,什么是內核,內核為眾多應用程序提供對計算機硬件的安全訪問的一部分軟件，這種訪問是有限的，并且內核決定一個程序在什么時候對某部分硬件操作多長時間。直接對硬件操作是非常復雜的，所以內核通常提供一種硬件抽象的方法來完成這些操作。硬件抽象隱藏了復雜性，為應用軟件和硬件提供了一套簡潔，統(tǒng)一的接口，使程序設計更為簡單。,內核,嚴格地說，內核并不是計算機系統(tǒng)中必要的組成部分。程序可以直接地被調入計算機中執(zhí)行，這樣的設計說明了設計者不希望提供任何硬件抽象和操作系統(tǒng)的支持，它常見于早期計算機系統(tǒng)的設計中。最終，一些輔助性程序，例如程序加載器和調試器，被設計到機器核心當中，或者固化在只讀存儲器里。這些變化發(fā)生時，操作系統(tǒng)內核的概念就漸漸明晰起來了。,一個內核不是一套完整的操作系統(tǒng)。一套基于Linux內核的完整操作系統(tǒng)叫作Linux操作系統(tǒng)，或是GNU/Linux。,Linux內核結構框圖,Linux內核組成,進程調度程序,(SCHED),負責控制進程訪問,CPU,。保證進程能夠公平地訪問,CPU,，同時保