嵌入式系統(tǒng)及軟件3課件

1、嵌入式軟件系統(tǒng)1嵌入式系統(tǒng)和軟件3嵌入式軟件系統(tǒng)概述嵌入式軟件和通用計(jì)算機(jī)的軟件一樣，一般分為系統(tǒng)軟件、支撐軟件和應(yīng)用軟件三大類。系統(tǒng)軟件：控制、管理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的資源。如：嵌入式操作系統(tǒng)、嵌入式中間件（CORBA、Java）等支撐軟件：輔助軟件開發(fā)的工具。如：系統(tǒng)分析設(shè)計(jì)工具、仿真開發(fā)工具、交叉開發(fā)工具、測(cè)試工具、配置管理工具、維護(hù)工具等。應(yīng)用軟件：是面向應(yīng)用領(lǐng)域。如：手機(jī)軟件、路由器軟件、交換機(jī)軟件、飛控軟件等2嵌入式系統(tǒng)和軟件3從運(yùn)行平臺(tái)來(lái)分，嵌入式軟件可以分為運(yùn)行在開發(fā)平臺(tái)上的軟件：設(shè)計(jì)、開發(fā)、測(cè)試工具等運(yùn)行在嵌入式系統(tǒng)上的軟件：嵌入式操作系統(tǒng)、應(yīng)用程序、驅(qū)動(dòng)程序。嵌入式軟件系統(tǒng)概述3嵌

2、入式系統(tǒng)和軟件3嵌入式系統(tǒng)的軟件體系結(jié)構(gòu)按嵌入式系統(tǒng)軟件復(fù)雜程度來(lái)分類 循環(huán)輪詢系統(tǒng)有限狀態(tài)機(jī)系統(tǒng)前后臺(tái)系統(tǒng)單處理器多任務(wù)系統(tǒng)多處理器多任務(wù)系統(tǒng)4嵌入式系統(tǒng)和軟件3循環(huán)輪詢系統(tǒng)最簡(jiǎn)單的軟件結(jié)構(gòu)：循環(huán)輪詢；程序依次檢查系統(tǒng)的每一個(gè)輸入條件，一旦條件成績(jī)就進(jìn)行相應(yīng)的處理；適合于慢速和非?？焖俚暮?jiǎn)單系統(tǒng)。5嵌入式系統(tǒng)和軟件3查詢點(diǎn)1查詢點(diǎn)2查詢點(diǎn)3查詢點(diǎn)4查詢點(diǎn)5查詢點(diǎn)6處理段1處理段6處理段5處理段4處理段2處理段31單回路順序程序結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單易編寫，單一處理響應(yīng)快，復(fù)雜處理響應(yīng)遲，適合單一處理者6嵌入式系統(tǒng)和軟件3流程初始化處理1事件1處理2事件2NYYN7嵌入式系統(tǒng)和軟件3程序結(jié)構(gòu)Initiali

3、ze( );While (TRUE) process ( );Initialize( );While ( TRUE) if (condition1) action_1( ); if (condition2) action_2( ); /* etc. */8嵌入式系統(tǒng)和軟件3循環(huán)輪詢系統(tǒng)循環(huán)輪詢系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)：對(duì)于簡(jiǎn)單的系統(tǒng)而言，便于編程和理解沒(méi)有中斷機(jī)制，程序運(yùn)行良好，不會(huì)出現(xiàn)隨機(jī)問(wèn)題循環(huán)輪詢系統(tǒng)缺點(diǎn)：有限的應(yīng)用領(lǐng)域（由于不可確定性）對(duì)于大量的I/O服務(wù)的應(yīng)用，不容易實(shí)現(xiàn)大的程序不便于調(diào)試因此，它適合于慢速和非常快速的簡(jiǎn)單系統(tǒng)。9嵌入式系統(tǒng)和軟件3有限狀態(tài)機(jī)系統(tǒng) 有限狀態(tài)機(jī)是實(shí)時(shí)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中一種重要的

4、、易于建立的、應(yīng)用比較廣泛的、以描述控制特性為主的建模方法，它可以應(yīng)用于從系統(tǒng)分析到設(shè)計(jì)的所有階段。 10嵌入式系統(tǒng)和軟件3有限狀態(tài)機(jī)系統(tǒng)有限狀態(tài)機(jī)組成 一個(gè)有限的狀態(tài)集合Q 一個(gè)有限的輸入集合I 一個(gè)變遷函數(shù)集合：QIQ 有限狀態(tài)機(jī)通常用“狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖”和“狀態(tài)轉(zhuǎn)移表”的方式來(lái)表示11嵌入式系統(tǒng)和軟件3有限狀態(tài)機(jī)系統(tǒng)狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖中的節(jié)點(diǎn)代表狀態(tài)，若在輸入下狀態(tài)由q1轉(zhuǎn)變?yōu)闋顟B(tài)q2，則有一條標(biāo)有輸入的弧線從狀態(tài)q1指向q2。此時(shí)，其變遷函數(shù)(q1,i)=q2。 q1q2i/12嵌入式系統(tǒng)和軟件3有限狀態(tài)機(jī)舉例state0state3state2state1a/f0b/f0b/f1a/f2b/f1b

5、/f2a/f1有限狀態(tài)機(jī)系統(tǒng)13嵌入式系統(tǒng)和軟件3有限狀態(tài)機(jī)系統(tǒng)14嵌入式系統(tǒng)和軟件3有限狀態(tài)機(jī)優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)單易用，狀態(tài)間的關(guān)系能夠直觀看到，便于編程可以快速的執(zhí)行 只是通過(guò)改變輸出功能來(lái)改變機(jī)器的響應(yīng)有限狀態(tài)機(jī)缺點(diǎn)：任何時(shí)刻系統(tǒng)只能有一個(gè)狀態(tài)，無(wú)法表示并發(fā)性，不能描述異步并發(fā)的系統(tǒng) 在系統(tǒng)部件較多時(shí)，狀態(tài)數(shù)隨之增加，導(dǎo)致復(fù)雜性顯著增長(zhǎng) 對(duì)于大的應(yīng)用系統(tǒng)，難于調(diào)試有限狀態(tài)機(jī)系統(tǒng)15嵌入式系統(tǒng)和軟件3后臺(tái)是一個(gè)一直在運(yùn)行的系統(tǒng)。前臺(tái)是由一些中斷處理過(guò)程組成的。當(dāng)有一前臺(tái)事件(外部事件)發(fā)生時(shí)，引起中斷, 于是將中斷后臺(tái)運(yùn)行而進(jìn)行前臺(tái)處理, 處理完成后又回到后臺(tái)(通常又稱主程序)。前后臺(tái)系統(tǒng)16嵌入式

6、系統(tǒng)和軟件3運(yùn)行方式主程序中斷1中斷2中斷1中斷2中斷117嵌入式系統(tǒng)和軟件3流程初始化處理1事件1處理2事件2NYYNISR1ISR2前臺(tái)處理后臺(tái)處理ISR318嵌入式系統(tǒng)和軟件3需要考慮的是中斷的現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)和恢復(fù)，中斷嵌套，中斷處理過(guò)程與主程序的協(xié)調(diào)(共享資源)問(wèn)題。系統(tǒng)的性能主要由中斷延遲時(shí)間(Interrupt latency time), 響應(yīng)時(shí)間(response time)和恢復(fù)時(shí)間(recovery time)來(lái)刻畫。前后臺(tái)系統(tǒng)19嵌入式系統(tǒng)和軟件3對(duì)于一個(gè)復(fù)雜的嵌入式實(shí)時(shí)系統(tǒng)來(lái)說(shuō),當(dāng)采用中斷處理程序加一個(gè)后臺(tái)主程序這種軟件結(jié)構(gòu)難以實(shí)時(shí)的、準(zhǔn)確的、可靠的完成時(shí)存在一些互不相關(guān)的過(guò)

7、程需要在一個(gè)計(jì)算機(jī)中同時(shí)處理時(shí), 就需要采用實(shí)時(shí)多任務(wù)系統(tǒng)。單處理器多任務(wù)系統(tǒng)20嵌入式系統(tǒng)和軟件3結(jié)構(gòu)由多個(gè)任務(wù)，多個(gè)中斷處理過(guò)程，實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)組成的有機(jī)的整體。 每個(gè)任務(wù)是順序執(zhí)行的，并行性通過(guò)操作系統(tǒng)來(lái)完成，任務(wù)間的相互通信和同步也需要操作系統(tǒng)的支持。 21嵌入式系統(tǒng)和軟件3流程并發(fā)多任務(wù)：后臺(tái)前臺(tái) ISRsTasks22嵌入式系統(tǒng)和軟件3單處理器多任務(wù)系統(tǒng)主要特點(diǎn)：多個(gè)順序執(zhí)行的程序并行運(yùn)行（任務(wù)）宏觀上看，所有任務(wù)同時(shí)運(yùn)行，每個(gè)任務(wù)運(yùn)行在自己獨(dú)立的CPU上實(shí)際上，不同的任務(wù)是共享同一個(gè)CPU和其它硬件。因此，需要RTOS來(lái)對(duì)這些共享的設(shè)備和數(shù)據(jù)進(jìn)行管理每個(gè)程序都被編制成無(wú)限循環(huán)的程序

8、，等待特定的輸入，執(zhí)行相應(yīng)的任務(wù)這種程序模型將系統(tǒng)分成相對(duì)簡(jiǎn)單的，相互合作的模塊單處理器多任務(wù)系統(tǒng)23嵌入式系統(tǒng)和軟件3單處理器多任務(wù)系統(tǒng)主要優(yōu)點(diǎn)：將復(fù)雜的系統(tǒng)分解為相對(duì)獨(dú)立的多個(gè)線程， 達(dá)到“分而制之”的目的，從而降低系統(tǒng)的復(fù)雜性保證系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性系統(tǒng)的模塊化好，提高系統(tǒng)的可維護(hù)性單處理器多任務(wù)系統(tǒng)24嵌入式系統(tǒng)和軟件3單處理器多任務(wù)系統(tǒng)缺點(diǎn)：需要采用一些新的軟件設(shè)計(jì)方法需要增加功能：線程間的協(xié)調(diào)，同步和通信功能需要對(duì)每一個(gè)共享資源互斥導(dǎo)致線程間的競(jìng)爭(zhēng)需要使用RTOS，RTOS要增加系統(tǒng)的開銷單處理器多任務(wù)系統(tǒng)25嵌入式系統(tǒng)和軟件3實(shí)時(shí)多任務(wù)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)必須有實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)的支持，操作系統(tǒng)主

9、要完成：任務(wù)切換任務(wù)調(diào)度任務(wù)間通信、同步、互斥實(shí)時(shí)時(shí)鐘管理中斷管理單處理器多任務(wù)系統(tǒng)26嵌入式系統(tǒng)和軟件3多任務(wù)可運(yùn)行在多個(gè)處理器上，由操作系統(tǒng)統(tǒng)一調(diào)度和處理。宏觀上看是并發(fā)的，微觀上看也是并發(fā)的。多處理器系統(tǒng)還不成熟。多處理器系統(tǒng)27嵌入式系統(tǒng)和軟件3多處理器系統(tǒng)緊偶合系統(tǒng)多個(gè)微處理器通過(guò)高速總線互連，共享存儲(chǔ)器和I/O設(shè)備，并要求主存劃分為若干個(gè)能獨(dú)立訪問(wèn)的存儲(chǔ)模塊；松偶合系統(tǒng)通過(guò)通道或通信線實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)之間的互連，每個(gè)計(jì)算機(jī)有自己的存儲(chǔ)器和I/O設(shè)備，并配置了OS來(lái)管理本地資源和本地運(yùn)行的進(jìn)程；協(xié)處理器系統(tǒng)由兩個(gè)或多個(gè)CPU并發(fā)執(zhí)行某一指令流。28嵌入式系統(tǒng)和軟件329嵌入式系統(tǒng)和軟件3多

10、處理器系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?0嵌入式系統(tǒng)和軟件3多處理器系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?1嵌入式系統(tǒng)和軟件3嵌入式操作系統(tǒng)嵌入式操作系統(tǒng)可以統(tǒng)稱為應(yīng)用在嵌入式系統(tǒng)的操作系統(tǒng)，它具有一般操作系統(tǒng)的功能，同時(shí)具有嵌入式軟件的特點(diǎn)，主要有：及時(shí)性可確定性并發(fā)性高可信性可固化 可配置、可剪裁 可擴(kuò)展性 不同的CPU有不同的版本 32嵌入式系統(tǒng)和軟件3嵌入式操作系統(tǒng)近十年來(lái)，嵌入式操作系統(tǒng)得到飛速的發(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)等隨著嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)展

11、，目前嵌入式操作系統(tǒng)的市場(chǎng)在不斷細(xì)分，出現(xiàn)了針對(duì)不同領(lǐng)域的產(chǎn)品，這些產(chǎn)品按領(lǐng)域的要求和標(biāo)準(zhǔn)提供特定的功能。33嵌入式系統(tǒng)和軟件3嵌入式操作系統(tǒng)分類從應(yīng)用領(lǐng)域來(lái)分：面向信息家電的嵌入式操作系統(tǒng)面向智能手機(jī)嵌入式操作系統(tǒng)，如SymbianOS、PalmOS、Smartphone2003、Embedded Linux等面向汽車電子的嵌入式操作系統(tǒng) 面向工業(yè)控制的嵌入式操作系統(tǒng) .34嵌入式系統(tǒng)和軟件3嵌入式操作系統(tǒng)分類從實(shí)時(shí)性的角度來(lái)看，嵌入式操作系統(tǒng)可分為嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)：具有強(qiáng)實(shí)時(shí)特點(diǎn)，如VxWorks、QNX、Nuclear、OSE、DeltaOS、各種ItronOS等。非實(shí)時(shí)嵌入式操作系統(tǒng)

12、：一般只具有弱實(shí)時(shí)特點(diǎn)，如WinCE、版本眾多的嵌入式Linux、PalmOS等。 35嵌入式系統(tǒng)和軟件3IEEE的實(shí)時(shí)UNIX分委會(huì)認(rèn)為實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)應(yīng)具備以下的幾點(diǎn):1.異步的事件響應(yīng) 實(shí)時(shí)系統(tǒng)為能在系統(tǒng)要求的時(shí)間內(nèi)響應(yīng)異步的外部事件，要求有異步I/O和中斷處理能力。2.任務(wù)切換時(shí)間和中斷延遲時(shí)間確定3.優(yōu)先級(jí)調(diào)度 允許用戶定義被調(diào)度任務(wù)優(yōu)先級(jí)。實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)36嵌入式系統(tǒng)和軟件34.搶占式調(diào)度 為保證響應(yīng)時(shí)間，實(shí)時(shí)系統(tǒng)必須允許高優(yōu)先級(jí)任務(wù)一旦準(zhǔn)備好運(yùn)行，就馬上搶占低優(yōu)先級(jí)任務(wù)的執(zhí)行。5.內(nèi)存鎖定 內(nèi)存鎖定是一種保證某進(jìn)程駐留在內(nèi)存而不需換頁(yè)的方法。在實(shí)時(shí)環(huán)境中，系統(tǒng)應(yīng)保證將某進(jìn)程鎖定在內(nèi)存中

13、，以減少數(shù)據(jù)訪問(wèn)、指令讀取、進(jìn)程間緩沖區(qū)切換等等引起的延遲。將一個(gè)進(jìn)程的地址空間鎖定在內(nèi)存中，就為應(yīng)用的響應(yīng)時(shí)間滿足實(shí)時(shí)需要提供了保障。一般來(lái)說(shuō)，對(duì)時(shí)間要求苛刻的進(jìn)程應(yīng)鎖定在內(nèi)存中。實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)37嵌入式系統(tǒng)和軟件36.連續(xù)文件 應(yīng)提供存取盤上數(shù)據(jù)的優(yōu)化方法，使得存取數(shù)據(jù)時(shí)查找時(shí)間最少。通常要求把數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在連續(xù)文件上。7.同步 提供同步執(zhí)行的手段。 總之，實(shí)時(shí)系統(tǒng)是事件驅(qū)動(dòng)的，能對(duì)來(lái)自外界的作用和信號(hào)在限定的時(shí)間范圍內(nèi)作出響應(yīng)，強(qiáng)調(diào)實(shí)時(shí)性、可靠性、靈活性。實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)38嵌入式系統(tǒng)和軟件3 嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)：嵌入式和實(shí)時(shí)性相結(jié)合的產(chǎn)物。由于其優(yōu)良的特性，廣泛應(yīng)用于制造工業(yè)、通信、航空航天、軍

14、事武器裝備等實(shí)時(shí)性要求高的實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)中。應(yīng)用程序的開發(fā)過(guò)程是通過(guò)交叉開發(fā)來(lái)完成的，即開發(fā)環(huán)境與運(yùn)行環(huán)境是不一致的。具有規(guī)模小(一般在幾十K內(nèi))、可固化使用、實(shí)時(shí)性強(qiáng)(在毫秒或微秒數(shù)量級(jí)上)的特點(diǎn)。嵌入式操作系統(tǒng)39嵌入式系統(tǒng)和軟件3 從嵌入式系統(tǒng)的商業(yè)模式來(lái)分類，可以分為商用型和開源型。 商用型：功能穩(wěn)定、可靠，有完善的技術(shù)支持和售后服務(wù)，開發(fā)費(fèi)用+版稅。 開源型：開放源碼，只有服務(wù)費(fèi)，沒(méi)有版稅。 如Embedded linux。嵌入式操作系統(tǒng)分類40嵌入式系統(tǒng)和軟件3嵌入式操作系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu) 體系結(jié)構(gòu)是操作系統(tǒng)的基礎(chǔ)，它定義了硬件與軟件的界限、內(nèi)核與操作系統(tǒng)其它組件（文件、網(wǎng)絡(luò)、GUI等）

15、的組織關(guān)系、系統(tǒng)與應(yīng)用的接口。體系結(jié)構(gòu)是確保系統(tǒng)的性能、可靠性、靈活性、可移植性、可擴(kuò)展性的關(guān)鍵，就好比房子的梁架，只有梁架搭牢固了才提得上房子的質(zhì)量，再做一些錦上添花的工作才有意義。 目前操作系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)可分為：整體結(jié)構(gòu)（即無(wú)序模塊結(jié)構(gòu)）、層次結(jié)構(gòu)和客戶/服務(wù)器（微內(nèi)核）結(jié)構(gòu)。41嵌入式系統(tǒng)和軟件3整體結(jié)構(gòu)概述： 操作系統(tǒng)是一個(gè)整塊結(jié)構(gòu)，內(nèi)部分為若干模塊，每個(gè)模塊可以是一個(gè)子程序。模塊之間直接相互調(diào)用，不分層次，形成網(wǎng)狀調(diào)用模式。 這類操作系統(tǒng)與具體機(jī)器硬件特性緊密相關(guān)，一般用低級(jí)語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)。很顯然，這種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，運(yùn)行效率高，但各部分之間聯(lián)系復(fù)雜，安全性難以保證，很難進(jìn)行擴(kuò)充或修改。這一

16、代操作系統(tǒng)始于20世紀(jì)60年代初。 嵌入式操作系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu) 42嵌入式系統(tǒng)和軟件3整體結(jié)構(gòu) 43嵌入式系統(tǒng)和軟件3層次結(jié)構(gòu)概述： 所謂層次結(jié)構(gòu)，就是把系統(tǒng)程序按照功能分成若干基本模塊，再根據(jù)其作用和相互關(guān)聯(lián)分別劃歸不同的層次。各模塊之間的組織結(jié)構(gòu)和依賴關(guān)系清晰明了，這不僅增加了系統(tǒng)的可靠性和可適應(yīng)性，而且提高了系統(tǒng)的可移植性。這一代操作系統(tǒng)始于60年代末70年代初。嵌入式操作系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu) 44嵌入式系統(tǒng)和軟件3層次結(jié)構(gòu) 45嵌入式系統(tǒng)和軟件3客戶/服務(wù)器（微內(nèi)核）結(jié)構(gòu)概述：微內(nèi)核概念：操作系統(tǒng)的小核心，它將各種操作系統(tǒng)共同需要的核心功能（進(jìn)程調(diào)度、進(jìn)程間通信、存儲(chǔ)管理、處理IO設(shè)備）提煉出

17、來(lái)，形成微內(nèi)核的基本功能。微內(nèi)核直接與硬件打交道，運(yùn)行于核心態(tài)。操作系統(tǒng)的其他功能由各服務(wù)器實(shí)現(xiàn)，服務(wù)器處于微內(nèi)核之上，在用戶態(tài)下工作。 由于微內(nèi)核只有操作系統(tǒng)最基本的功能，因此規(guī)模非常小。例如QNX微內(nèi)核，只占8k內(nèi)存，只有14條系統(tǒng)調(diào)用。嵌入式操作系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu) 46嵌入式系統(tǒng)和軟件3微內(nèi)核由以下兩部分組成： （1）在核心態(tài)下運(yùn)行的內(nèi)核，通常采用層次結(jié)構(gòu)并構(gòu)成了基本操作系統(tǒng)。 （2）在用戶態(tài)下運(yùn)行的并以客戶/服務(wù)器方式活動(dòng)的進(jìn)程層，將內(nèi)核以外操作系統(tǒng)的其他部分都被分成若干個(gè)相對(duì)獨(dú)立的進(jìn)程，每個(gè)進(jìn)程完成一組服務(wù)，稱為服務(wù)器進(jìn)程，簡(jiǎn)稱服務(wù)器。而客戶可以是一個(gè)用戶，一個(gè)應(yīng)用程序。 這些外層模塊通

18、過(guò)消息傳遞手段與微內(nèi)核聯(lián)系；這些模塊相互間也通過(guò)消息傳遞方式相互通信。47嵌入式系統(tǒng)和軟件3客戶/服務(wù)器（微內(nèi)核）結(jié)構(gòu) 硬 件進(jìn)程服務(wù)用戶態(tài)核心態(tài)應(yīng)用程序客戶內(nèi)存服務(wù)微內(nèi)核文件服務(wù)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)顯示服務(wù)發(fā)送應(yīng)答消息消息消息消息嵌入式操作系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu) 48嵌入式系統(tǒng)和軟件3微內(nèi)核優(yōu)點(diǎn)：（1）精簡(jiǎn)核心的功能，提供了一種簡(jiǎn)單的高速模塊化的體系結(jié)構(gòu)，提高了系統(tǒng)設(shè)計(jì)及使用的靈活性。同一個(gè)微內(nèi)核可以同時(shí)支持一個(gè)或多個(gè)不同界面的操作系統(tǒng)的運(yùn)行，從而方便用戶軟件的繼承。（2）可移植性好。所有與具體機(jī)器特征相關(guān)的代碼，全部隔離在微內(nèi)核中。如果操作系統(tǒng)要移植到不同的硬件平臺(tái)上，只需修改微內(nèi)核中少而集中的代碼即可。嵌入

19、式操作系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu) 49嵌入式系統(tǒng)和軟件3（3）可伸縮性好。這是現(xiàn)代操作系統(tǒng)的主要性能之一。操作系統(tǒng)應(yīng)能方便地進(jìn)行定制，擴(kuò)充或縮減，以適應(yīng)硬件的快速更新和應(yīng)用需求的不斷變化。微內(nèi)核可以保證系統(tǒng)有序地增長(zhǎng)和演變。另外，隨著應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大，并非所有的用戶都需要有相同的系統(tǒng)功能和使用環(huán)境。重要的是將這些可變動(dòng)的部分做成可選構(gòu)件，以利于系統(tǒng)規(guī)模的擴(kuò)大或縮小。（4）實(shí)時(shí)性好。微內(nèi)核可以方便地支持實(shí)時(shí)處理。嵌入式操作系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu) 50嵌入式系統(tǒng)和軟件3（5）提供多線程機(jī)制，支持多處理器的體系結(jié)構(gòu)和分布式系統(tǒng)及計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。（6）系統(tǒng)安全性好。傳統(tǒng)的操作系統(tǒng)將安全性功能建立在內(nèi)核之外，因而它并不是很安全的

20、。而微內(nèi)核則將安全性作為系統(tǒng)內(nèi)特性來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)。用戶級(jí)的任務(wù)是通過(guò)高度安全的通信通道調(diào)用的接口傳遞信息來(lái)訪問(wèn)諸如虛擬內(nèi)存空間，文件及處理器之類的系統(tǒng)資源對(duì)象。嵌入式操作系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu) 51嵌入式系統(tǒng)和軟件3微內(nèi)核性能問(wèn)題：通過(guò)微內(nèi)核構(gòu)造和發(fā)送信息、接受應(yīng)答并解碼所花費(fèi)的時(shí)間比進(jìn)行一次系統(tǒng)調(diào)用的時(shí)間多很大程度取決于微內(nèi)核的大小和功能嵌入式操作系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu) 52嵌入式系統(tǒng)和軟件3目前嵌入式操作系統(tǒng)主要采用分層和模塊化相結(jié)合的結(jié)構(gòu)或微內(nèi)核結(jié)構(gòu)分層和模塊化結(jié)合的結(jié)構(gòu)將操作系統(tǒng)分為硬件無(wú)關(guān)層、硬件抽象層和硬件相關(guān)層，每層再劃分功能模塊。這樣移植工作便集中在硬件相關(guān)層，與其余兩層無(wú)關(guān)，功能的伸縮則集中在模

21、塊上，從而確保其具有良好的可移植性和可伸縮性。而采用微內(nèi)核結(jié)構(gòu)，則可利用其可伸縮的特點(diǎn)適應(yīng)硬件的發(fā)展，便于擴(kuò)展。 嵌入式操作系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu) 53嵌入式系統(tǒng)和軟件3（1）DeltaCORE的體系結(jié)構(gòu)：層次模塊結(jié)構(gòu) 應(yīng)用程序任務(wù)管理硬 件用戶擴(kuò)展處理調(diào)度管理硬件抽象層應(yīng)用編程接口內(nèi)存管理中斷管理時(shí)鐘/定時(shí)器管理I/O管理出錯(cuò)處理同步、通信管理（消息隊(duì)列，信號(hào)量，事件，異步信號(hào)）嵌入式操作系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu) 54嵌入式系統(tǒng)和軟件3（2）QNX4.25的體系結(jié)構(gòu)：客戶/服務(wù)器結(jié)構(gòu) 用戶模式應(yīng)用應(yīng)用應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)管理器圖形管理器設(shè)備管理器文件系統(tǒng)管理器網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)圖形驅(qū)動(dòng)設(shè)備驅(qū)動(dòng)文件系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)硬件內(nèi)核模式 內(nèi)核（微內(nèi)核

22、）嵌入式操作系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu) 55嵌入式系統(tǒng)和軟件3嵌入式操作系統(tǒng)一般由內(nèi)核、嵌入式TCP/IP網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、嵌入式文件系統(tǒng)等組成。內(nèi)核 內(nèi)核是嵌入式操作系統(tǒng)的基礎(chǔ)，也是必備的部分。它提供任務(wù)管理、內(nèi)存管理、通信、同步與互斥機(jī)制、中斷管理、時(shí)間管理及任務(wù)擴(kuò)展等功能。內(nèi)核還提供特定的應(yīng)用編程接口，但目前沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。 嵌入式操作系統(tǒng)組成56嵌入式系統(tǒng)和軟件3嵌入式圖形用戶界面GUI嵌入式GUI的特點(diǎn)：輕型、占用資源少高性能高可靠性可配置常用的嵌入式GUI有：MicroWindowsMiniGUIQT/EmbeddedOpenGL57嵌入式系統(tǒng)和軟件3嵌入式TCP/IPTCP/IP協(xié)議已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)中嵌入式TCP/IP網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)提供符合TCP/IP協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)議棧，提供Socket編程接口。嵌入式網(wǎng)絡(luò) Socket 接 口 UDP協(xié)議 TCP協(xié)議 IP 協(xié)議 ICMP/IGMP協(xié)