嵌入式系統(tǒng)及其軟件開發(fā)演示文稿

嵌入式系統(tǒng)及其軟件開發(fā)演示文稿xlanchen@2007.5.211*當(dāng)前第1頁\共有120頁\編于星期四\22點(diǎn)主要內(nèi)容一、嵌入式系統(tǒng)基本概念二、嵌入式硬件的發(fā)展三、嵌入式軟件及其開發(fā)四、嵌入式操作系統(tǒng)及系統(tǒng)開發(fā)五、典型嵌入式操作系統(tǒng)介紹六、嵌入式操作系統(tǒng)選型當(dāng)前第2頁\共有120頁\編于星期四\22點(diǎn)2EmbeddedOperatingSystems主要內(nèi)容一、嵌入式系統(tǒng)基本概念二、嵌入式硬件的發(fā)展三、嵌入式軟件及其開發(fā)四、嵌入式操作系統(tǒng)及系統(tǒng)開發(fā)五、典型嵌入式操作系統(tǒng)介紹六、嵌入式操作系統(tǒng)選型當(dāng)前第3頁\共有120頁\編于星期四\22點(diǎn)3EmbeddedOperatingSystems嵌入式系統(tǒng)無處不在當(dāng)前第4頁\共有120頁\編于星期四\22點(diǎn)4EmbeddedOperatingSystems嵌入式系統(tǒng)開發(fā)技術(shù)嵌入式系統(tǒng)開發(fā)技術(shù)

是微處理器、單片機(jī)、微處理器等的應(yīng)用技術(shù)，包含硬件系統(tǒng)和操作系統(tǒng)兩大部分。嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)具有系統(tǒng)級應(yīng)用開發(fā)技術(shù)的基本特征。當(dāng)前第5頁\共有120頁\編于星期四\22點(diǎn)5EmbeddedOperatingSystems什么是嵌入式系統(tǒng)：

來自IEEE的定義 “Embeddedsystemisdevicesusedtocontrol,monitor,orassisttheoperationofequipment,machineryorplants”. ——IEEE上述定義主要從應(yīng)用上加以定義。

可以看出：嵌入式系統(tǒng)是軟硬件的綜合體，還可以涵蓋機(jī)械等附屬裝置。當(dāng)前第6頁\共有120頁\編于星期四\22點(diǎn)6EmbeddedOperatingSystems什么是嵌入式系統(tǒng)：

廣義上嵌入式系統(tǒng)是一種應(yīng)用系統(tǒng)，它至少包含一個(gè)可編程的計(jì)算機(jī)（通常是某種形式的微控制器、微處理器或數(shù)字信號處理芯片（DSP））且使用該系統(tǒng)的人一般并未意識到該系統(tǒng)是基于計(jì)算機(jī)的。當(dāng)前第7頁\共有120頁\編于星期四\22點(diǎn)7EmbeddedOperatingSystems什么是嵌入式系統(tǒng)：

國內(nèi)的經(jīng)典定義嵌入式系統(tǒng)是 “以應(yīng)用為中心，以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，并且軟硬件可裁剪，適用于應(yīng)用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗有嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)”一般由嵌入式微處理器、外圍硬件設(shè)備、嵌入式操作系統(tǒng)以及用戶的應(yīng)用程序等部分組成，用于實(shí)現(xiàn)對其他設(shè)備的控制、監(jiān)視或管理等功能。當(dāng)前第8頁\共有120頁\編于星期四\22點(diǎn)8EmbeddedOperatingSystems可以從以下幾個(gè)方面來理解國內(nèi)對嵌入式系統(tǒng)的定義：嵌入式系統(tǒng)是面向用戶、面向產(chǎn)品、面向應(yīng)用的，它必須與具體應(yīng)用相結(jié)合才會具有生命力、才更具有優(yōu)勢。

即嵌入式系統(tǒng)是與應(yīng)用緊密結(jié)合的，它具有很強(qiáng)的專用性，必須結(jié)合實(shí)際系統(tǒng)需求進(jìn)行合理的裁減利用。當(dāng)前第9頁\共有120頁\編于星期四\22點(diǎn)9EmbeddedOperatingSystems嵌入式系統(tǒng)是將先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)和電子技術(shù)以及各個(gè)行業(yè)的具體應(yīng)用相結(jié)合后的產(chǎn)物。

這就決定了它必然是一個(gè)技術(shù)密集、資金密集、高度分散、不斷創(chuàng)新的知識集成系統(tǒng)。所以，介入嵌入式系統(tǒng)行業(yè)，必須有一個(gè)正確的定位。例如PalmOS之所以在PDA領(lǐng)域占有70％以上的市場，就是因?yàn)槠淞⒆阌趥€(gè)人電子消費(fèi)品，著重發(fā)展圖形界面和多任務(wù)管理；而風(fēng)河的vxWorks之所以在火星車上得以應(yīng)用，則是因?yàn)槠涓邔?shí)時(shí)性和高可靠性。當(dāng)前第10頁\共有120頁\編于星期四\22點(diǎn)10EmbeddedOperatingSystems嵌入式系統(tǒng)必須根據(jù)應(yīng)用需求可對軟硬件進(jìn)行裁剪，滿足應(yīng)用系統(tǒng)的功能、可靠性、成本、體積等要求。所以，如果能建立相對通用的軟硬件基礎(chǔ)，然后在其上開發(fā)出適應(yīng)各種需要的系統(tǒng)，是一個(gè)比較好的發(fā)展模式。目前的嵌入式系統(tǒng)的核心往往是一個(gè)只有幾KB到幾十KB的微內(nèi)核，需要根據(jù)實(shí)際的使用進(jìn)行功能擴(kuò)展或者裁減，但是由于微內(nèi)核的存在，使得這種擴(kuò)展能夠非常順利地進(jìn)行。當(dāng)前第11頁\共有120頁\編于星期四\22點(diǎn)11EmbeddedOperatingSystems同時(shí)還應(yīng)該看到，嵌入式系統(tǒng)本身還是一個(gè)外延極廣的名詞。凡是與產(chǎn)品結(jié)合在一起的具有嵌入式特點(diǎn)的控制系統(tǒng)都可以叫嵌入式系統(tǒng)，而且有時(shí)很難給它下一個(gè)準(zhǔn)確的定義。當(dāng)前第12頁\共有120頁\編于星期四\22點(diǎn)12EmbeddedOperatingSystems嵌入式系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)一般而言，嵌入式系統(tǒng)的構(gòu)架可以分成四個(gè)部分：處理器、存儲器、

輸入／輸出(I/O)、

軟件多數(shù)嵌入式設(shè)備的應(yīng)

用軟件和操作系統(tǒng)都

緊密結(jié)合，這也是

嵌入式系統(tǒng)和Windows

系統(tǒng)的最大區(qū)別。軟件處理器存儲器輸入輸出當(dāng)前第13頁\共有120頁\編于星期四\22點(diǎn)13EmbeddedOperatingSystems嵌入式系統(tǒng)特點(diǎn)嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)同通用型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)相比具有以下特點(diǎn)：1、嵌入式系統(tǒng)通常是面向特定應(yīng)用的。

嵌入式CPU與通用型的最大不同就是嵌入式CPU大多工作在為特定用戶群設(shè)計(jì)的系統(tǒng)中，它通常都具有低功耗、體積小、集成度高等特點(diǎn)，能夠把通用CPU中許多由板卡完成的任務(wù)集成在芯片內(nèi)部，從而有利于嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)趨于小型化，移動能力大大增強(qiáng)，跟網(wǎng)絡(luò)的耦合也越來越緊密。當(dāng)前第14頁\共有120頁\編于星期四\22點(diǎn)14EmbeddedOperatingSystems2、嵌入式系統(tǒng)的硬件和軟件都必須高效率地設(shè)計(jì)，量體裁衣、去除冗余，力爭在同樣的硅片面積上實(shí)現(xiàn)更高的性能，這樣才能在具體應(yīng)用中對處理器的選擇更具有競爭力3、嵌入式系統(tǒng)和具體應(yīng)用有機(jī)地結(jié)合在一起，它的升級換代也是和具體產(chǎn)品同步進(jìn)行，因此嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)品一旦進(jìn)入市場，具有較長的生命周期。當(dāng)前第15頁\共有120頁\編于星期四\22點(diǎn)15EmbeddedOperatingSystems4、為了提高執(zhí)行速度和系統(tǒng)可靠性，嵌入式系統(tǒng)中的軟件一般都固化在存儲器芯片或單片機(jī)本身中，而不是存貯于磁盤等載體中5、嵌入式系統(tǒng)本身不具備自舉開發(fā)能力，即使設(shè)計(jì)完成以后用戶通常也不能對其中的程序功能進(jìn)行修改，必須有一套開發(fā)工具和環(huán)境才能進(jìn)行開發(fā)。當(dāng)前第16頁\共有120頁\編于星期四\22點(diǎn)16EmbeddedOperatingSystems主要內(nèi)容一、嵌入式系統(tǒng)基本概念：定義;體系結(jié)構(gòu);特點(diǎn)二、嵌入式硬件的發(fā)展三、嵌入式軟件及其開發(fā)四、嵌入式操作系統(tǒng)及系統(tǒng)開發(fā)五、典型嵌入式操作系統(tǒng)介紹六、嵌入式操作系統(tǒng)選型當(dāng)前第17頁\共有120頁\編于星期四\22點(diǎn)17EmbeddedOperatingSystems嵌入式系統(tǒng)硬件從硬件方面來講，各式各樣的嵌入式處理器是嵌入式系統(tǒng)硬件中的最核心的部分。目前，世界上具有嵌入式功能特點(diǎn)的處理器已超過1000種，流行體系結(jié)構(gòu)包括MCU、MPU等30多個(gè)系列。目前嵌入式處理器的

尋址空間：可以從64KB到16MB，

處理速度：最快可以達(dá)到2000MIPS，

封裝：從幾個(gè)引腳到幾百個(gè)引腳不等。當(dāng)前第18頁\共有120頁\編于星期四\22點(diǎn)18EmbeddedOperatingSystems嵌入式系統(tǒng)硬件分類目前來講，嵌入式處理器可以分成這樣一些類型1、嵌入式微處理器（MicroprocessorUnit，MPU）2、嵌入式微控制器（MicrocontrollerUnit，MCU）3、嵌入式DSP（DigitalSignalProcessor）處理器4、嵌入式片上系統(tǒng)（SystemonChip，SoC）當(dāng)前第19頁\共有120頁\編于星期四\22點(diǎn)19EmbeddedOperatingSystems嵌入式系統(tǒng)硬件分類目前來講，嵌入式處理器可以分成這樣一些類型1、嵌入式微處理器（MicroprocessorUnit，MPU）2、嵌入式微控制器（MicrocontrollerUnit，MCU）3、嵌入式DSP（DigitalSignalProcessor）處理器4、嵌入式片上系統(tǒng)（SystemonChip，SoC）當(dāng)前第20頁\共有120頁\編于星期四\22點(diǎn)20EmbeddedOperatingSystems嵌入式微處理MPUMPU（MicroprocessorUnit）≈CPUMPU是由通用計(jì)算機(jī)中的CPU演變而來的，在本質(zhì)上與通用計(jì)算機(jī)的CPU是一樣的，只是在具體的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)和功能上有所不同。裝配在專門設(shè)計(jì)的電路板上，只保留跟嵌入式應(yīng)用緊密相關(guān)的功能部件，去除其他冗余功能部件，從而大幅減小系統(tǒng)的體積和功耗。為了滿足嵌入式應(yīng)用的特殊需求，MPU在工作溫度、抗電磁干擾、可靠性方面一般都做了各種增強(qiáng)，在功能上會失去一些在嵌入式領(lǐng)域不常用的功能單元當(dāng)前第21頁\共有120頁\編于星期四\22點(diǎn)21EmbeddedOperatingSystems和工業(yè)控制計(jì)算機(jī)相比，MPU具有體積小、質(zhì)量輕、成本低、可靠性高的優(yōu)點(diǎn)，但是在電路板上必須包括ROM、RAM、總線接口、各種外設(shè)等器件，從而降低了系統(tǒng)的可靠性，技術(shù)保密性也比較差。由于MPU及其存儲器、總線、外設(shè)等安裝在一塊電路板上，稱為單板計(jì)算機(jī)，如STD-BUS、PC104等。MPU目前主要有：intelx86、IBMPowerPC、motorola68K/coldfire、MIPS、ARM、HitachiSuperH等系列當(dāng)前第22頁\共有120頁\編于星期四\22點(diǎn)22EmbeddedOperatingSystems典型嵌入式微處理器：

ARM系列ARM（AdvancedRISCMachines）

是ARM公司的高性能、廉價(jià)、低功耗的RISC處理器，適用于多種領(lǐng)域如嵌入控制、消費(fèi)/教育類多媒體、DSP和移動式應(yīng)用等。ARM公司將其硬件技術(shù)授權(quán)給世界上許多著名的半導(dǎo)體廠商，包括Intel，IBM，LG，NEC，SONY，Philps這樣的大公司。

關(guān)于軟件系統(tǒng)的合伙人，則包括Microsoft、SUN等一系列著名公司當(dāng)前第23頁\共有120頁\編于星期四\22點(diǎn)23EmbeddedOperatingSystemsARM公司提供一系列CPU內(nèi)核、體系擴(kuò)展、微處理器和系統(tǒng)芯片方案。由于所有產(chǎn)品均采用一個(gè)通用的基本體系結(jié)構(gòu)，所以相同的軟件理論上可在所有產(chǎn)品中運(yùn)行目前，ARM公司常見的處理器系列有：ARM7、ARM9、ARM10、ARM11等當(dāng)前第24頁\共有120頁\編于星期四\22點(diǎn)24EmbeddedOperatingSystems典型嵌入式微處理器：

MIPSMIPS

MicroprocessorwithoutInterlockedPipedStages

“無內(nèi)部互鎖流水線微處理器”也是現(xiàn)在比較流行的一種RISC處理器，其機(jī)制是盡量利用軟件辦法避免流水線中的數(shù)據(jù)相關(guān)問題最早是在20世紀(jì)80年代初由美國斯坦福大學(xué)Hennessy教授領(lǐng)導(dǎo)的研究小組研制出來的在嵌入式方面，僅次于ARM應(yīng)用領(lǐng)域覆蓋游戲機(jī)，移動電話，數(shù)碼相機(jī)，ATM，路由器，打印機(jī)，掌上電腦等等各個(gè)方面，非常廣泛當(dāng)前第25頁\共有120頁\編于星期四\22點(diǎn)25EmbeddedOperatingSystems國內(nèi)的嵌入式微處理器：

龍芯中國科學(xué)院計(jì)算所研制具有自主知識產(chǎn)權(quán)龍芯1號：32位MIPS處理器龍芯2號龍芯3號龍芯+Linux/？？當(dāng)前第26頁\共有120頁\編于星期四\22點(diǎn)26EmbeddedOperatingSystems手機(jī)的大概組成當(dāng)前第27頁\共有120頁\編于星期四\22點(diǎn)27EmbeddedOperatingSystems嵌入式系統(tǒng)硬件分類目前來講，嵌入式處理器可以分成這樣一些類型1、嵌入式微處理器（MicroprocessorUnit，MPU）2、嵌入式微控制器（MicrocontrollerUnit，MCU）3、嵌入式DSP（DigitalSignalProcessor）處理器4、嵌入式片上系統(tǒng)（SystemonChip，SoC）當(dāng)前第28頁\共有120頁\編于星期四\22點(diǎn)28EmbeddedOperatingSystems嵌入式微控制器MCU（1）MCU=MicrocontrollerUnit

一般又稱為單片機(jī)，即將整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)集成到一塊芯片中MCU一般以某種微處理器內(nèi)核為核心，芯片內(nèi)部集成ROM/EPROM，總線，總線邏輯，定時(shí)器，I/O單元，串口，A/D,D/A，flash等各種必要功能和外設(shè)為適應(yīng)不同的應(yīng)用需求，一般一個(gè)系列的單片機(jī)具有多種衍生產(chǎn)品，每種衍生產(chǎn)品的處理器內(nèi)核基本都是一樣的，不同的是存儲器和外設(shè)的配置及封裝當(dāng)前第29頁\共有120頁\編于星期四\22點(diǎn)29EmbeddedOperatingSystems嵌入式微控制器MCU（2）與MPU相比，MCU的特點(diǎn)是

單片化，體積大大減小，成本和功耗下降，可靠性提高微控制器的片上資源一般比較豐富，適合于比較簡單的控制過程（得名的來由）當(dāng)前第30頁\共有120頁\編于星期四\22點(diǎn)30EmbeddedOperatingSystems嵌入式微控制器MCU（3）代表性的通用系列intel8051，P51XA，MCS系列，motorola68300等等半通用系列支持USB接口的MCU8XC930/932、C540、C541支持I2C、CAN-bus、LCD的MCU等等當(dāng)前第31頁\共有120頁\編于星期四\22點(diǎn)31EmbeddedOperatingSystems嵌入式系統(tǒng)硬件分類目前來講，嵌入式處理器可以分成這樣一些類型1、嵌入式微處理器（MicroprocessorUnit，MPU）2、嵌入式微控制器（MicrocontrollerUnit，MCU）3、嵌入式DSP（DigitalSignalProcessor）處理器4、嵌入式片上系統(tǒng)（SystemonChip，SoC）當(dāng)前第32頁\共有120頁\編于星期四\22點(diǎn)32EmbeddedOperatingSystems嵌入式DSP處理器EDSPEDSP=EmbeddedDigitalSignalProcessorDSP在運(yùn)算量較大（特別是向量運(yùn)算、指針線性尋址很多）的場合發(fā)揮重要作用對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和指令進(jìn)行了特殊設(shè)計(jì)，使其適合與執(zhí)行DSP算法，編譯效率較高，指令執(zhí)行速度也較高除了數(shù)字濾波，F(xiàn)FT等之外，DSP處理器在各種帶有智能邏輯的產(chǎn)品，生物信息識別終端，實(shí)時(shí)語音編碼解碼系統(tǒng)中都得到了廣泛的應(yīng)用代表性的產(chǎn)品是TexasInstruments公司的TMS320系列和Motorola的DSP56000系列當(dāng)前第33頁\共有120頁\編于星期四\22點(diǎn)33EmbeddedOperatingSystems嵌入式系統(tǒng)硬件分類目前來講，嵌入式處理器可以分成這樣一些類型1、嵌入式微處理器（MicroprocessorUnit，MPU）2、嵌入式微控制器（MicrocontrollerUnit，MCU）3、嵌入式DSP（DigitalSignalProcessor）處理器4、嵌入式片上系統(tǒng)（SystemonChip，SoC）當(dāng)前第34頁\共有120頁\編于星期四\22點(diǎn)34EmbeddedOperatingSystems嵌入式片上系統(tǒng)SOC（1）SOC=SystemonChip隨著VLSI技術(shù)的發(fā)展，在一個(gè)硅片上可以包括CPU、各種外設(shè)控制器（如網(wǎng)絡(luò)控制器、LCD控制器等）等多個(gè)功能單元，構(gòu)成一個(gè)完整的復(fù)雜硬件系統(tǒng)，這就是嵌入式片上系統(tǒng)嵌入式處理器內(nèi)核可以作為SoC的一種標(biāo)準(zhǔn)庫，與其他嵌入式系統(tǒng)外設(shè)一樣，成為VLSI設(shè)計(jì)中的一種標(biāo)準(zhǔn)器件，用VHDL等語言描述，存儲在器件庫中用戶只需定義出其整個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)，仿真通過后，就可以將設(shè)計(jì)圖交給半導(dǎo)體工廠制作VeryLargeScaledIntegration超大規(guī)模集成VHSICHardwareDescriptionLanguage硬件描述語言VeryHighSpeedIntegratedCircuit超高速集成電路當(dāng)前第35頁\共有120頁\編于星期四\22點(diǎn)35EmbeddedOperatingSystems嵌入式片上系統(tǒng)SOC（2）這樣，整個(gè)嵌入式系統(tǒng)大部分都可以集成到一塊或幾塊芯片中去，系統(tǒng)電路板將變得很簡潔，對減小體積和功耗，提高可靠性非常有利SoC可以分為通用和專用兩類，市場份額比較小當(dāng)前第36頁\共有120頁\編于星期四\22點(diǎn)36EmbeddedOperatingSystems主要內(nèi)容一、嵌入式系統(tǒng)基本概念二、嵌入式硬件的發(fā)展三、嵌入式軟件及其開發(fā)四、嵌入式操作系統(tǒng)及系統(tǒng)開發(fā)五、典型嵌入式操作系統(tǒng)介紹六、嵌入式操作系統(tǒng)選型當(dāng)前第37頁\共有120頁\編于星期四\22點(diǎn)37EmbeddedOperatingSystems嵌入式系統(tǒng)的軟件簡單的嵌入式應(yīng)用若嵌入式系統(tǒng)的功能需求比較簡單，如電動玩具、空調(diào)、冰箱等，則嵌入式系統(tǒng)軟件只需完成較簡單的功能，就不需要嵌入式操作系統(tǒng)的支持。如：基于8051的應(yīng)用兒童玩具、汽車系統(tǒng)等等復(fù)雜的嵌入式應(yīng)用若功能比較復(fù)雜，需要網(wǎng)絡(luò)功能、存儲器管理、進(jìn)程/線程管理等，則通過嵌入式操作系統(tǒng)的幫助，可以加快嵌入式系統(tǒng)軟件的開發(fā)進(jìn)度和可靠性。當(dāng)前第38頁\共有120頁\編于星期四\22點(diǎn)38EmbeddedOperatingSystems簡單的嵌入式應(yīng)用簡單的嵌入式應(yīng)用不需要使用操作系統(tǒng)當(dāng)系統(tǒng)上電后，main函數(shù)將被調(diào)用，首先初始化，然后進(jìn)入循環(huán)直到系統(tǒng)停電或者出現(xiàn)重大錯(cuò)誤。超級循環(huán)voidmain(void){ //prepareforfunctionX X_init(); While(1)X();}當(dāng)前第39頁\共有120頁\編于星期四\22點(diǎn)39EmbeddedOperatingSystems簡單的嵌入式應(yīng)用的開發(fā)過程簡單的嵌入式應(yīng)用的開發(fā)過程在個(gè)人電腦上配置交叉開發(fā)環(huán)境、安裝仿真器，編寫程序，交叉編譯，在仿真器上運(yùn)行測試并修改直到軟件滿足需求；利用面包板開發(fā)和調(diào)試軟、硬件利用編程器將軟件燒到開發(fā)好的系統(tǒng)中進(jìn)行現(xiàn)場運(yùn)行測試當(dāng)前第40頁\共有120頁\編于星期四\22點(diǎn)40EmbeddedOperatingSystems主要內(nèi)容一、嵌入式系統(tǒng)基本概念二、嵌入式硬件的發(fā)展三、嵌入式軟件及其開發(fā)四、嵌入式操作系統(tǒng)及系統(tǒng)開發(fā)五、典型嵌入式操作系統(tǒng)介紹六、嵌入式操作系統(tǒng)選型當(dāng)前第41頁\共有120頁\編于星期四\22點(diǎn)41EmbeddedOperatingSystems嵌入式操作系統(tǒng)簡單的說，嵌入式操作系統(tǒng)就是支持嵌入式系統(tǒng)工作的操作系統(tǒng)。在本質(zhì)上與通用的操作系統(tǒng)沒有太大的區(qū)別，一般用于比較復(fù)雜的嵌入式系統(tǒng)中，例如手機(jī)、PDA等電子類消費(fèi)產(chǎn)品機(jī)頂盒、路由器等對嵌入式系統(tǒng)的硬件有較高的要求當(dāng)前第42頁\共有120頁\編于星期四\22點(diǎn)42EmbeddedOperatingSystems基于嵌入式操作系統(tǒng)的嵌入式應(yīng)用開發(fā)確定需求根據(jù)需求選擇合適的硬件硬實(shí)時(shí)/軟實(shí)時(shí)系統(tǒng)？什么處理器？哪些輔助硬件？選擇嵌入式操作系統(tǒng)選擇開發(fā)平臺編程語言、軟件開發(fā)工具實(shí)際的開發(fā)平臺包括硬件開發(fā)平臺、操作系統(tǒng)、編程語言以及軟件開發(fā)工具當(dāng)前第43頁\共有120頁\編于星期四\22點(diǎn)43EmbeddedOperatingSystems編寫并優(yōu)化代碼一般在主機(jī)系統(tǒng)上進(jìn)行開發(fā)和優(yōu)化工作。代碼優(yōu)化主要在軟件執(zhí)行速度和軟件尺寸之間取得平衡，滿足嵌入式系統(tǒng)對速度和存儲空間的限制。在嵌入式開發(fā)中，一般需要避免使用大型的軟件庫，避免使用遞歸編程，減少堆棧的消耗。在模擬器或者開發(fā)板上調(diào)試當(dāng)前第44頁\共有120頁\編于星期四\22點(diǎn)44EmbeddedOperatingSystems嵌入式軟件系統(tǒng)的指標(biāo)尺寸滿足硬件限制實(shí)時(shí)性硬實(shí)時(shí)，軟實(shí)時(shí)和非實(shí)時(shí)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)能力人機(jī)交互能力當(dāng)前第45頁\共有120頁\編于星期四\22點(diǎn)45EmbeddedOperatingSystems嵌入式系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性嵌入式系統(tǒng)一般具有實(shí)時(shí)的特點(diǎn)。

所謂實(shí)時(shí)系統(tǒng)是指在這種系統(tǒng)中，一個(gè)優(yōu)先級高的任務(wù)能夠得到立即的、沒有延遲的服務(wù)，不需要等待任何其他優(yōu)先級低的任務(wù)，一旦它得到CPU的使用權(quán)，將一直執(zhí)行直到工作結(jié)束或者出現(xiàn)更高級別的進(jìn)程。為了滿足這樣的需求，嵌入式操作系統(tǒng)必須具有高效的中斷處理能力和高效的IO能力當(dāng)前第46頁\共有120頁\編于星期四\22點(diǎn)46EmbeddedOperatingSystems嵌入式操作系統(tǒng)分類硬實(shí)時(shí)系統(tǒng)確保系統(tǒng)中的關(guān)鍵任務(wù)在確定的時(shí)間得到響應(yīng)，不能有失敗的情況，否則會出現(xiàn)嚴(yán)重后果軟實(shí)時(shí)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的時(shí)候是有響應(yīng)時(shí)間要求的，但是偶爾某些任務(wù)的響應(yīng)時(shí)間超過這個(gè)限制也不會有嚴(yán)重的后果非實(shí)時(shí)系統(tǒng)無響應(yīng)時(shí)間的要求當(dāng)前第47頁\共有120頁\編于星期四\22點(diǎn)47EmbeddedOperatingSystems實(shí)時(shí)系統(tǒng)的幾個(gè)指標(biāo)預(yù)測反應(yīng)時(shí)間可調(diào)度性強(qiáng)負(fù)載下的穩(wěn)定性當(dāng)前第48頁\共有120頁\編于星期四\22點(diǎn)48EmbeddedOperatingSystems1、預(yù)測反應(yīng)時(shí)間在工業(yè)控制系統(tǒng)中，實(shí)時(shí)可定義為系統(tǒng)對某事件響應(yīng)時(shí)間的可預(yù)測性。一個(gè)事件發(fā)生后，系統(tǒng)須在一個(gè)可準(zhǔn)確預(yù)見的時(shí)間范圍內(nèi)作出反應(yīng)。當(dāng)前第49頁\共有120頁\編于星期四\22點(diǎn)49EmbeddedOperatingSystems2、可調(diào)度性實(shí)時(shí)任務(wù)具有時(shí)限要求，調(diào)度實(shí)時(shí)任務(wù)時(shí)，需要判斷是否每個(gè)任務(wù)的執(zhí)行都能夠在其截止期限內(nèi)完成。如果每個(gè)任務(wù)的執(zhí)行都能夠在其截止期限內(nèi)完成，則稱該調(diào)度是可行的可調(diào)度性判定(或稱調(diào)度可行性判定)就是判定給定的n個(gè)實(shí)時(shí)任務(wù)在應(yīng)用某種調(diào)度算法的前提下能否產(chǎn)生一個(gè)可行的調(diào)度。調(diào)度算法的設(shè)計(jì)要盡可能滿足任務(wù)可調(diào)度性的要求當(dāng)前第50頁\共有120頁\編于星期四\22點(diǎn)50EmbeddedOperatingSystems3、強(qiáng)負(fù)載下的穩(wěn)定性實(shí)時(shí)穩(wěn)定性隨著系統(tǒng)的負(fù)載有所不同當(dāng)系統(tǒng)的負(fù)載變得很大時(shí)，如果系統(tǒng)不能保證所有任務(wù)的時(shí)間要求，應(yīng)當(dāng)能使其中一部分關(guān)鍵任務(wù)始終滿足時(shí)限要求當(dāng)前第51頁\共有120頁\編于星期四\22點(diǎn)51EmbeddedOperatingSystems主要內(nèi)容一、嵌入式系統(tǒng)基本概念二、嵌入式硬件的發(fā)展三、嵌入式軟件及其開發(fā)四、嵌入式操作系統(tǒng)及系統(tǒng)開發(fā)五、典型嵌入式操作系統(tǒng)介紹六、嵌入式操作系統(tǒng)選型當(dāng)前第52頁\共有120頁\編于星期四\22點(diǎn)52EmbeddedOperatingSystems嵌入式操作系統(tǒng)一覽當(dāng)前第53頁\共有120頁\編于星期四\22點(diǎn)53EmbeddedOperatingSystems常見嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)RTlinux及其他嵌入式實(shí)時(shí)LinuxuC/OSIIwindriversystems公司的VxworksQNXsoftwaresystems公司的QNX。pSOSOS/9VRTXeCOS當(dāng)前第54頁\共有120頁\編于星期四\22點(diǎn)54EmbeddedOperatingSystems常見嵌入式非實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)Microsoft公司的windowsCE、EmbeddedwindowsxpPalm公司的PalmOSsymbian公司的EPOC一些嵌入式linux系統(tǒng)當(dāng)前第55頁\共有120頁\編于星期四\22點(diǎn)55EmbeddedOperatingSystems介紹幾款典型的嵌入式操作系統(tǒng)uC/OSIIThreadXWindows系列的嵌入式操作系統(tǒng)VxWorks嵌入式Linux當(dāng)前第56頁\共有120頁\編于星期四\22點(diǎn)56EmbeddedOperatingSystems1、uC/OSII免費(fèi)的公開源碼實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)內(nèi)核提供任務(wù)調(diào)度和管理、時(shí)鐘管理、任務(wù)間同步與通信、內(nèi)存管理和中斷服務(wù)等功能最多支持64個(gè)任務(wù)，分別對應(yīng)優(yōu)先級0～63，其中0為最高優(yōu)先級可剝奪實(shí)時(shí)多任務(wù)內(nèi)核調(diào)度工作的內(nèi)容分為兩部分：最高優(yōu)先級任務(wù)的尋找和任務(wù)切換當(dāng)前第57頁\共有120頁\編于星期四\22點(diǎn)57EmbeddedOperatingSystems內(nèi)核是針對實(shí)時(shí)系統(tǒng)的要求來設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的，相對比較簡單，可以滿足較高的實(shí)時(shí)性要求

但是沒有網(wǎng)絡(luò)功能和文件系統(tǒng)，對于像媒體播放、需要網(wǎng)絡(luò)和圖形界面支持的應(yīng)用就比較差當(dāng)前第58頁\共有120頁\編于星期四\22點(diǎn)58EmbeddedOperatingSystems2、ThreadX操作系統(tǒng)只需要很小的存儲器容量（最低5k）硬實(shí)時(shí)的處理能力有功能強(qiáng)大的專門的開發(fā)調(diào)試支持工具支持了市場上絕大部分的CPU同樣也是商業(yè)化的操作系統(tǒng)當(dāng)前第59頁\共有120頁\編于星期四\22點(diǎn)59EmbeddedOperatingSystems更強(qiáng)的功能筆記本PC復(fù)雜的文檔編輯和讀寫桌面鍵盤輸入鍵盤和鼠標(biāo)輸入法完整的.NETframework支持WindowsXP/XPE平板電腦復(fù)雜的文檔編輯和讀寫桌面鍵盤輸入支持?jǐn)?shù)字墨水可以支持鍵盤，也可以把鍵盤拿走鍵盤、鼠標(biāo)、數(shù)字墨水和語音輸入完整的.NETframework支持提供筆，數(shù)字墨水，手寫和語音識別APIWindowsCE小型個(gè)人產(chǎn)品單向網(wǎng)絡(luò)信息消費(fèi)WindowsMobileSmartphone信息消費(fèi)基本數(shù)據(jù)瀏覽把PDA融入電話可以與Exchange交互.NETCompactFrameworkASP.NET移動控件PocketPC信息消費(fèi)瀏覽和輸入數(shù)據(jù)把電話融入PDA可以與Office,Exchange和SQLServer交互.NETCompactFrameworkASP.NET移動控件3、微軟的移動平臺

當(dāng)前第60頁\共有120頁\編于星期四\22點(diǎn)60EmbeddedOperatingSystemsWindowsEmbedded家族當(dāng)前第61頁\共有120頁\編于星期四\22點(diǎn)61EmbeddedOperatingSystemsWindowsCE主要用于PDA，smartphone等個(gè)人手持終端上支持多線程支持多種軟硬件最大的特點(diǎn)就是能提供與pc機(jī)類似的圖形界面和主要的應(yīng)用程序地道的商業(yè)操作系統(tǒng)當(dāng)前第62頁\共有120頁\編于星期四\22點(diǎn)62EmbeddedOperatingSystemsWindowsCE（2）主要模塊內(nèi)核模塊：支持進(jìn)程和線程處理及內(nèi)存管理等基本服務(wù)內(nèi)核系統(tǒng)調(diào)用接口模塊：運(yùn)行應(yīng)用程序訪問操作系統(tǒng)提供的服務(wù)文件系統(tǒng)模塊：支持dos，fat等格式的文件系統(tǒng)圖形窗口和事件子系統(tǒng)模塊：控制圖形顯示，并提供windowsGUI界面通信模塊：運(yùn)行同其他設(shè)備進(jìn)行信息交換當(dāng)前第63頁\共有120頁\編于星期四\22點(diǎn)63EmbeddedOperatingSystems4、VxWorks嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)VxWorks是風(fēng)河（WindRiver）公司開發(fā)的一款商用硬實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)支持主流的32位CPU，包括x86、68K、PowerPC、MIPS、ARM等基于微內(nèi)核結(jié)構(gòu)，由400多個(gè)相對獨(dú)立的，短小精悍的目標(biāo)模塊組成，可裁剪性和可配置性相當(dāng)出色當(dāng)前第64頁\共有120頁\編于星期四\22點(diǎn)64EmbeddedOperatingSystemsVxWorks主要思想：

在嵌入式系統(tǒng)中最大限度地實(shí)現(xiàn)內(nèi)核的時(shí)間可預(yù)測性，根據(jù)用戶定義的任務(wù)優(yōu)先級對任務(wù)實(shí)現(xiàn)調(diào)度。給用戶最大的控制權(quán)當(dāng)前第65頁\共有120頁\編于星期四\22點(diǎn)65EmbeddedOperatingSystemsVxWorksVxworks的基本構(gòu)成模塊包括以下部分：高效實(shí)時(shí)微內(nèi)核wind：

Vxworks實(shí)時(shí)微內(nèi)核wind以靈活性和可配置性為設(shè)計(jì)目標(biāo)，它主要包括基于優(yōu)先級的任務(wù)調(diào)度任務(wù)同步和通信中斷處理定時(shí)器內(nèi)存管理兼容POSIX實(shí)時(shí)系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)前第66頁\共有120頁\編于星期四\22點(diǎn)66EmbeddedOperatingSystemsI/O處理系統(tǒng)：

Vxworks提供與ANSIC兼容的I/O處理系統(tǒng)，主要包括UNIX緩沖I/O處理系統(tǒng)，和面向?qū)崟r(shí)的異步I/O處理系統(tǒng)本機(jī)文件系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)處理模塊：

Vxworks網(wǎng)絡(luò)處理模塊能與許多運(yùn)行其他協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信，如TCP/IP、NFS、UDP、SNMP、FTP等當(dāng)前第67頁\共有120頁\編于星期四\22點(diǎn)67EmbeddedOperatingSystems

虛擬內(nèi)存模塊VxVMI：

VxVMI主要用于對指定內(nèi)存區(qū)的保護(hù)，如內(nèi)存塊只讀等共享內(nèi)存模塊VxMP：

主要用于多處理器行運(yùn)行任務(wù)之間的共享信號量、消息隊(duì)列、內(nèi)存塊管理板級支持包BSP：

提供各種硬件的初始化、中斷的建立、定時(shí)器、內(nèi)存映象當(dāng)前第68頁\共有120頁\編于星期四\22點(diǎn)68EmbeddedOperatingSystemsVxWorks的評價(jià)Vxworks是一款非常出色的嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，但是它是不公開源碼的商業(yè)化操作系統(tǒng)，價(jià)格比較高為追求系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性而設(shè)計(jì)的，并不是以通用OS為設(shè)計(jì)目標(biāo)。去掉了一些OS模塊，因?yàn)檫@些模塊在某種程度上會影響系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性（如在內(nèi)存管理中沒有采用頁面管理模式，采用的是平板式內(nèi)存）。當(dāng)前第69頁\共有120頁\編于星期四\22點(diǎn)69EmbeddedOperatingSystems任務(wù)調(diào)度采用的是基于優(yōu)先級的搶占式任務(wù)調(diào)度模式，優(yōu)先級分256級(0-255)用戶可以動態(tài)的改變優(yōu)先級，但是這種做法不提倡用戶可以鎖定一個(gè)任務(wù)使它不被更高的任務(wù)或中斷搶占允許使用固定優(yōu)先級響應(yīng)時(shí)間來檢查任務(wù)調(diào)度的性能當(dāng)前第70頁\共有120頁\編于星期四\22點(diǎn)70EmbeddedOperatingSystems資源共享和優(yōu)先級繼承機(jī)制采用最優(yōu)化的上下文切換和中斷返回機(jī)制.內(nèi)核從不禁止非屏蔽中斷NMI(non-maskableinterrupts)當(dāng)前第71頁\共有120頁\編于星期四\22點(diǎn)71EmbeddedOperatingSystemsVxWorks缺點(diǎn)缺少某些OS特性保證時(shí)限要求是設(shè)計(jì)者自己的任務(wù)(系統(tǒng)的靈活性帶來的弊端)不支持很多應(yīng)用和APIs(只支持部分POSIX標(biāo)準(zhǔn)的函數(shù)集)盡管采用了平板式內(nèi)存管理，但是由于內(nèi)存的動態(tài)分配，仍然存在內(nèi)存段，這樣仍然存在時(shí)間上的不可預(yù)測性當(dāng)前第72頁\共有120頁\編于星期四\22點(diǎn)72EmbeddedOperatingSystems應(yīng)用領(lǐng)域主要局限在對實(shí)時(shí)性要求較嚴(yán)格的硬實(shí)時(shí)系統(tǒng)中帶給用戶最大的控制權(quán)的同時(shí)，用戶對系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性調(diào)度責(zé)任也更大當(dāng)前第73頁\共有120頁\編于星期四\22點(diǎn)73EmbeddedOperatingSystemsTornado——集成開發(fā)環(huán)境當(dāng)前第74頁\共有120頁\編于星期四\22點(diǎn)74EmbeddedOperatingSystemsGDB——調(diào)試工具當(dāng)前第75頁\共有120頁\編于星期四\22點(diǎn)75EmbeddedOperatingSystemsWindView

——多任務(wù)跟蹤和觀察工具當(dāng)前第76頁\共有120頁\編于星期四\22點(diǎn)76EmbeddedOperatingSystems5、嵌入式Linux★L(fēng)inux簡介嵌入式Linux簡介當(dāng)前第77頁\共有120頁\編于星期四\22點(diǎn)77EmbeddedOperatingSystems將Linux嵌入到各種設(shè)備中:NASA個(gè)人助理當(dāng)前第78頁\共有120頁\編于星期四\22點(diǎn)78EmbeddedOperatingSystems開發(fā)過程Linux操作系統(tǒng)選擇操作系統(tǒng)的移植與改進(jìn)DriverandApplicationsoftwaredevelopment從系統(tǒng)設(shè)計(jì)測試

Rehat,bluecat,RTLinux,MontaVistaLinux,RTAI,……Tekram,HP,Intel,…當(dāng)前第79頁\共有120頁\編于星期四\22點(diǎn)79EmbeddedOperatingSystemsLinux簡介什么是LinuxLinux發(fā)展簡史Linux系統(tǒng)的好處Linux系統(tǒng)組成Linux版本當(dāng)前第80頁\共有120頁\編于星期四\22點(diǎn)80EmbeddedOperatingSystems什么是Linux？Linux是一個(gè)類Unix（Unix-like）的操作系統(tǒng)，在1991年發(fā)行了它的第一個(gè)版本在不同的語境下，“Linux”具有不同的內(nèi)涵，例如：Linux內(nèi)核、Linux系統(tǒng)或Linux開發(fā)套件等術(shù)語。嚴(yán)格來說，Linux指的是LinuxTorvalds維護(hù)的（及通過主要和鏡像網(wǎng)站發(fā)布的）內(nèi)核。GNU/LinuxGNU/Linux的擁護(hù)者們認(rèn)為，Linux僅僅是指Linux內(nèi)核，而整個(gè)Linux系統(tǒng)的大部分都建立在GNU軟件之上。當(dāng)前第81頁\共有120頁\編于星期四\22點(diǎn)81EmbeddedOperatingSystemsLinux發(fā)展簡史1991年11月，芬蘭赫爾辛基大學(xué)的學(xué)生LinusTorvalds寫了個(gè)小程序，取名為Linux，放在互聯(lián)網(wǎng)上。他表達(dá)了一個(gè)愿望，希望借此搞出一個(gè)操作系統(tǒng)的“內(nèi)核”來，這完全是一個(gè)偶然事件1993，在一批高水平黑客的參與下，誕生了Linux1.0版1994年，Linux的第一個(gè)商業(yè)發(fā)行版Slackware問世當(dāng)前第82頁\共有120頁\編于星期四\22點(diǎn)82EmbeddedOperatingSystems

1996年，美國國家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)局的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室確認(rèn)Linux版本1.2.13（由OpenLinux公司打包）符合POSIX標(biāo)準(zhǔn)2001年，Linux2.4版內(nèi)核發(fā)布2003年，Linux2.6版內(nèi)核發(fā)布……PortableOperatingSystemInterfaceStandard

可移植操作系統(tǒng)接口標(biāo)準(zhǔn)

由IEEE制訂，并由ISO接受為國際標(biāo)準(zhǔn)。InstituteforElectricalandElectronicEngineers

電氣電子工程師學(xué)會[美]InternationalOrganizationforStandardization

國際標(biāo)準(zhǔn)化組織

制定各行各業(yè)各種產(chǎn)品和服務(wù)的技術(shù)規(guī)范（國際標(biāo)準(zhǔn)）當(dāng)前第83頁\共有120頁\編于星期四\22點(diǎn)83EmbeddedOperatingSystemsLinux操作系統(tǒng)的主要內(nèi)容Linux是免費(fèi)的、源代碼開放的、符合POSIX標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的操作系統(tǒng)擁有現(xiàn)代操作系統(tǒng)具有的所有內(nèi)容，例如搶占式多任務(wù)處理，支持多用戶內(nèi)存保護(hù)，支持SMP，支持TCP/IP，支持絕大多數(shù)的32位和64位CPU等還有一些其他操作系統(tǒng)沒有的特色，比如NFS，VFS，高效的EXT系列文件系統(tǒng)等當(dāng)前第84頁\共有120頁\編于星期四\22點(diǎn)84EmbeddedOperatingSystemsLinux版本Linux的內(nèi)核版本幾種流行的Linux發(fā)行版本當(dāng)前第85頁\共有120頁\編于星期四\22點(diǎn)85EmbeddedOperatingSystemsLinux的內(nèi)核版本Linux內(nèi)核版本是由LinusTorvalds作為總體協(xié)調(diào)人的Linux開發(fā)小組（分布在各個(gè)國家的近百位高手）開發(fā)出的系統(tǒng)內(nèi)核的版本號Linux內(nèi)核采用的是雙樹系統(tǒng)一棵是穩(wěn)定樹，主要用于發(fā)行另一棵是非穩(wěn)定樹或稱為開發(fā)樹，用于產(chǎn)品開發(fā)和改進(jìn)Linux內(nèi)核版本號由3位數(shù)字組成第1位數(shù)字r為主版本號第2位數(shù)字x為說明版本類型的次版本號，如果x為偶數(shù)，則表示為產(chǎn)品化版本，為奇數(shù)時(shí)表示為實(shí)驗(yàn)版本第3位數(shù)字y為修改號，表示錯(cuò)誤修補(bǔ)的次數(shù)當(dāng)前第86頁\共有120頁\編于星期四\22點(diǎn)86EmbeddedOperatingSystems幾種流行的Linux發(fā)行版本當(dāng)前第87頁\共有120頁\編于星期四\22點(diǎn)87EmbeddedOperatingSystemsLinux系統(tǒng)的好處支持多種CPUX86,ARM,MIPS,SH,i960,PPC,etc.開放源代碼（Opensource）強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)功能可移植性使用GNUtools當(dāng)前第88頁\共有120頁\編于星期四\22點(diǎn)88EmbeddedOperatingSystems一個(gè)新潮，非常穩(wěn)定，多用戶，多任務(wù)的環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)的平臺無法超越的計(jì)算能力，可移動性和適應(yīng)性先進(jìn)的圖形用戶界面幾十個(gè)異常出色而且免費(fèi)的桌面應(yīng)用程序成千上萬個(gè)免費(fèi)的工具和應(yīng)用小程序幾百上千個(gè)專業(yè)程序由全世界的無數(shù)研究人員編制，覆蓋了天文，信息技術(shù)，化學(xué)，物理，工程，語言，生物等各個(gè)學(xué)科領(lǐng)域當(dāng)前第89頁\共有120頁\編于星期四\22點(diǎn)89EmbeddedOperatingSystems一個(gè)真正杰出的學(xué)習(xí)系統(tǒng)很多頂級的系統(tǒng)開發(fā)平臺，友好的編程語言及編程工具都免費(fèi)包含在操作系統(tǒng)里面病毒入侵，計(jì)算機(jī)的“后門”，軟件提供商的“特別要求”，強(qiáng)迫性的軟件升級，專有的文件格式，軟件使用許可證和市場策略，產(chǎn)品注冊登記，高得驚人的軟件價(jià)格，等等-------Linux都沒有Linux操作系統(tǒng)平臺保證它的“永久性”一個(gè)技術(shù)快速更新的平臺當(dāng)前第90頁\共有120頁\編于星期四\22點(diǎn)90EmbeddedOperatingSystems嵌入式Linux介紹什么是嵌入式Linux嵌入式linux的典型應(yīng)用嵌入式linux的分類常見的嵌入式Linux當(dāng)前第91頁\共有120頁\編于星期四\22點(diǎn)91EmbeddedOperatingSystems什么是嵌入式Linux嵌入式Linux內(nèi)核為特殊的硬件配置、或?yàn)榱酥С痔貏e的應(yīng)用而經(jīng)過特別的裁剪的修改過的Linux內(nèi)核通常具有不同于工作站與服務(wù)器的內(nèi)核配置嵌入式Linux系統(tǒng)基于Linux內(nèi)核的嵌入式系統(tǒng)嵌入式Linux發(fā)行套件開發(fā)嵌入式Linux系統(tǒng)的平臺各種為了在嵌入式系統(tǒng)中使用而剪裁過的應(yīng)用軟件當(dāng)前第92頁\共有120頁\編于星期四\22點(diǎn)92EmbeddedOperatingSystems嵌入式Linux的典型應(yīng)用當(dāng)前第93頁\共有120頁\編于星期四\22點(diǎn)93EmbeddedOperatingSystems嵌入式Linux的分類分類依據(jù)包括：應(yīng)用的市場嵌入式系統(tǒng)的規(guī)模時(shí)限（即實(shí)時(shí)）要求網(wǎng)絡(luò)能力與用戶交互能力等當(dāng)前第94頁\共有120頁\編于星期四\22點(diǎn)94EmbeddedOperatingSystems嵌入式Linux的分類1

市場根據(jù)應(yīng)用的市場來劃分航空航天、汽車系統(tǒng)、消費(fèi)性電子產(chǎn)品、電信等無法為所指的系統(tǒng)提供額外的信息當(dāng)前第95頁\共有120頁\編于星期四\22點(diǎn)95EmbeddedOperatingSystems嵌入式Linux的分類2

規(guī)模嵌入式系統(tǒng)的規(guī)模由一些不同的因素來決定，首先實(shí)際的尺寸大小有些系統(tǒng)的尺寸可能相當(dāng)大，例如那些用來構(gòu)建集群的產(chǎn)品有些卻非常小，例如IBM制造的Linux手表最重要的是，嵌入式系統(tǒng)的規(guī)模與系統(tǒng)中各個(gè)電子原件的屬性有關(guān)，如CPU的運(yùn)算速度、RAM容量、永久性存儲器的容量當(dāng)前第96頁\共有120頁\編于星期四\22點(diǎn)96EmbeddedOperatingSystems嵌入式Linux的分類2

電子元件的規(guī)模根據(jù)嵌入式系統(tǒng)的電子元件的規(guī)模分類，包括小型、中型、大型小型系統(tǒng)的特性是：低運(yùn)算能力的CPU，并且可以使用至少2MB的ROM和4MB的RAM。

對于更小的系統(tǒng)，你會發(fā)現(xiàn)也許不用操作系統(tǒng)或者使用其他的操作系統(tǒng)更加合適，因?yàn)閷inux嵌入到這樣的系統(tǒng)中比較費(fèi)功夫當(dāng)前第97頁\共有120頁\編于星期四\22點(diǎn)97EmbeddedOperatingSystems嵌入式Linux的分類2

電子元件的規(guī)模中型系統(tǒng)的特性是：

中等運(yùn)算能力的CPU，并且可以使用大約32MB的ROM和64MB的RAM。大多數(shù)以Linux構(gòu)建的消費(fèi)性產(chǎn)品皆屬此類，包括PDA、MP3播放器，娛樂系統(tǒng)以及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。有些產(chǎn)品可能會包含如下形式的輔助存儲器：

固態(tài)硬盤（以RAM芯片制成的硬盤）、快閃存儲卡甚至是傳統(tǒng)的硬盤。當(dāng)前第98頁\共有120頁\編于星期四\22點(diǎn)98EmbeddedOperatingSystems嵌入式Linux的分類2

電子元件的規(guī)模大型系統(tǒng)的特性是：

使用運(yùn)算能力強(qiáng)大的CPU，或是使用多個(gè)CPU并且可以使用大量的RAM和永久性存儲器

通常，這類系統(tǒng)需要進(jìn)行大量計(jì)算來完成特定的任務(wù)。例如大型的電信交換機(jī)以及飛行仿真器。當(dāng)前第99頁\共有120頁\編于星期四\22點(diǎn)99EmbeddedOperatingSystems嵌入式Linux的分類3

實(shí)時(shí)要求根據(jù)嵌入式系統(tǒng)的時(shí)限要求，可以分為嚴(yán)格時(shí)限的要求：系統(tǒng)必須在預(yù)定的時(shí)間之內(nèi)作出反應(yīng)，否則會發(fā)生災(zāi)難事件。即硬實(shí)時(shí)系統(tǒng)軟實(shí)時(shí)系統(tǒng)

像音頻、視頻流系統(tǒng)往往是軟實(shí)時(shí)系統(tǒng)，因?yàn)樵撓到y(tǒng)一時(shí)的失誤并不會造成無法彌補(bǔ)的災(zāi)難。但仍然應(yīng)當(dāng)被設(shè)計(jì)為具備嚴(yán)格的時(shí)間要求寬松的時(shí)限的要求比較泛，不過他們一般會被應(yīng)用在需要及時(shí)（或適時(shí)）作出響應(yīng)但不必立即完成的系統(tǒng)上。這樣的系統(tǒng)雖然比較慢，但是不會影響最后結(jié)果當(dāng)前第100頁\共有120頁\編于星期四\22點(diǎn)100EmbeddedOperatingSystems基于Linux的嵌入式操作系統(tǒng)uCLinuxARMLinuxRT-Linux/RTAIEmbedixBlueCatLinuxHardHatLinux等等當(dāng)前第101頁\共有120頁\編于星期四\22點(diǎn)101EmbeddedOperatingSystems1）μClinuxμClinux是應(yīng)用于嵌入式設(shè)備的最著名、應(yīng)用最廣泛一個(gè)Linux發(fā)行版本，它也是一個(gè)開放源碼的項(xiàng)目，μClinux的源代碼和開發(fā)工具可以免費(fèi)從上下載得到。μClinux的含義：

Micro-Control-Linux：專門針對微控制器領(lǐng)域而設(shè)計(jì)的嵌入式Linux系統(tǒng)μClinux同標(biāo)準(zhǔn)Linux的最大區(qū)別就在于內(nèi)存管理1、標(biāo)準(zhǔn)Linux使用的虛擬存儲器技術(shù)2、μClinux針對NOMMU當(dāng)前第102頁\共有120頁\編于星期四\22點(diǎn)102EmbeddedOperatingSystems2）ARMLinuxLinux標(biāo)準(zhǔn)發(fā)行內(nèi)核中的一個(gè)分支ARMLinux主要是由RussellKing和其他人的共同努力，將Linux作業(yè)系統(tǒng)成功的移植在以ARM處理器為核心的機(jī)器上。與uClinux不同，支持帶有MMU的ARM系列CPU如ARM610、ARM710、ARM720T、ARM920T、IntelStrongARM、Xscale等當(dāng)前第103頁\共有120頁\編于星期四\22點(diǎn)103EmbeddedOperatingSystems3）支持硬實(shí)時(shí)的Linux：

RT-Linux/RTAIRT-Linux

是新墨西哥科技大學(xué)的研究成果（1996）其目標(biāo)是在Linux環(huán)境下提供確定的響應(yīng)時(shí)間其基本思想是：

為了在Linux系統(tǒng)中提供對于硬實(shí)時(shí)的支持，它實(shí)現(xiàn)了一個(gè)微內(nèi)核的小的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)（RT-Linux），而將普通Linux系統(tǒng)作為一個(gè)該操作系統(tǒng)中的一個(gè)低優(yōu)先級的任務(wù)來運(yùn)行，由RT-Linux提供的一個(gè)實(shí)時(shí)調(diào)度器對其進(jìn)行調(diào)度。其他的實(shí)時(shí)任務(wù)作為一個(gè)RT-Linux的可加載內(nèi)核模塊，其優(yōu)先級比普通Linux系統(tǒng)要高當(dāng)前第104頁\共有120頁\編于星期四\22點(diǎn)104EmbeddedOperatingSystemsRT-Linux的框架當(dāng)前第105頁\共有120頁\編于星期四\22點(diǎn)105EmbeddedOperatingSystems意大利的RTAI

Real-TimeApplicationInterface，實(shí)時(shí)應(yīng)用接口

源于RT-Linux，它在設(shè)計(jì)思想上和RT-Linux完全相同。它當(dāng)初設(shè)計(jì)目的是為了解決RT-Linux難于在不同Linux版本之間難于移植的問題RTAI在Linux上定義了一個(gè)實(shí)時(shí)硬件抽象層（RTHAL，RealTimeHardwareAbstractionLayer），實(shí)時(shí)任務(wù)通過這個(gè)抽象層提供的接口和Linux系統(tǒng)進(jìn)行交互，這樣在給Linux內(nèi)核中增加實(shí)時(shí)支持時(shí)可以盡可能少地修改Linux的內(nèi)核源代碼。當(dāng)前第106頁\共有120頁\編于星期四\22點(diǎn)106EmbeddedOperatingSystems4）EmbedixEmbedix和基于Embedix的一整套嵌入式Linux開發(fā)環(huán)境是由Lineo公司開發(fā)的基于PowerPC和x86平臺開發(fā)使用模塊化設(shè)計(jì)方案，方便剪彩通過使用Embedix可以進(jìn)行個(gè)性化內(nèi)核開發(fā)……當(dāng)前第107頁\共有120頁\編于星期四\22點(diǎn)107EmbeddedOperatingSystems主要內(nèi)容一、嵌入式系統(tǒng)基本概念二、嵌入式硬件的發(fā)展三、嵌入式軟件及其開發(fā)四、嵌入式操作系統(tǒng)及系統(tǒng)開發(fā)五、典型嵌入式操作系統(tǒng)介紹六、嵌入式操作系統(tǒng)選型當(dāng)前第108頁\共有120頁\編于星期四\22點(diǎn)108EmbeddedOperatingSystems嵌入式系統(tǒng)選型一般而言，在選擇嵌入式操作系統(tǒng)時(shí)，可