嵌入式操作系统介绍

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1、在通信领域，数字技术正在全面取代模拟技术。在广播电视领域，很多国家已开始由模拟电视向数字电视转变，欧洲的DVB（数字电视广播）技术已在全球大多数国家推广。 北京数字电视，凤凰数字卫视，高清晰、互动点播、机顶盒。 尤其是在最近几年，嵌入式设备不断地进入到新的应用领域，比如PDA、手持设备、AutoPC、智能电话和机顶盒（STB）等。 针对如此巨大的市场，嵌入式系统的研发和生产也给我国信息产业实现跨越式发展提供了良好的机遇。,嵌入式技术正在形成一种产业,嵌入式系统设计是一门综合性的课程，涉及电子、计算机、自动控制等诸多专业知识，综合性强，包括微机原理、单片机设计、操作系统等课程内容。嵌入式系统是软

2、件、硬件设计的完美结合。 通过嵌入式系统课程学习，可提升嵌入式系统设计的专业知识和实际设计能力。 知识的积累是与精力和时间的付出成正比的，要成为高手和专家，就需要不断的努力。,对提高专业知识和实践能力大有帮助,本节提要,1,4,2,6,5,为什么要学习嵌入式系统,嵌入式系统的定义、特点及架构,嵌入式系统的发展趋势,嵌入式系统与单片机、PC的区别,嵌入式系统的应用领域,7,嵌入式系统的开发方法,3,嵌入式处理器及分类,根据IEEE（国际电气和电子工程师协会）的定义 嵌入式系统是“用于控制、监视或者辅助操作机器和设备的装置”（原文为devices used to control, monitor,

3、 or assist the operation of equipment, machinery or plants）。,二、嵌入式系统的定义、特点与体系结构,一般定义,“以应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬件可裁剪、功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。” 一般由嵌入式微处理器、外围硬件设备、嵌入式操作系统以及用户应用程序等四个部分组成，用于实现对其他设备的控制、监视或管理等功能。,嵌入式系统发展的历史,1.无操作系统阶段 70年代, 基于单片机，使用8位的CPU芯片来执行一些单线程的程序，通过汇编语言对系统进行直接控制，使用简便、价格低廉，因而在工业控制领域中得到了非

4、常广泛的应用。,嵌入式系统发展的历史,2.简单操作系统阶段 80年代，随着微电子工艺水平的提高，嵌入式应用中所需要的微处理器、I/O接口、以及RAM、ROM等部件集成到一片VLSI中。一些简单的具有了一定的兼容性和扩展性，内核精巧且效率高，主要用来控制系统负载以及监控应用程序的运行的“操作系统”出现了。在操作系统上开发嵌入式应用软件，大大提高了开发效率。,嵌入式系统发展的历史与现状,3.实时操作系统阶段 90年代，随着硬件实时性要求的提高，嵌入式系统的软件规模也不断增强，逐渐形成了实时多任务操作系统（RTOS），并开始成为嵌入式系统的主流。具有高度的模块化和扩展性，且已经具备了文件和目录管理、

5、设备管理、多任务、图形用户界面（GUI）等功能，并提供了大量的应用程序接口（API），从而使得应用软件的开发变得更加简单。,4.面向Internet阶段 21世纪随着Internet技术与信息家电、工业控制技术等的结合日益紧密，嵌入式设备与Internet的结合已成为大势所趋。通用计算机上使用的新技术逐步移植到嵌入式系统中。,嵌入式系统发展的历史与现状,嵌入式系统的几个重要特征,（1）系统内核小 由于嵌入式系统一般是应用于小型电子装置的，系统资源相对有限，所以内核较之传统的操作系统要小得多。 比如ENEA公司的OSE分布式系统，内核只有5K，而Windows的内核则要大得多。,（）专用性强 嵌

6、入式系统的个性化很强，其中的软件系统和硬件的结合非常紧密，一般要针对硬件进行系统的移植。 即使在同一品牌、同一系列的产品中也需要根据系统硬件的变化和增减不断进行修改。 同时针对不同的任务，往往需要对系统进行较大更改，程序的编译下载要和系统相结合。,嵌入式系统的几个重要特征,（）系统精简 嵌入式系统一般没有系统软件和应用软件的明显区分，不要求其功能设计及实现上过于复杂，这样一方面利于控制系统成本，同时也利于实现系统安全。,嵌入式系统的几个重要特征,（）高实时性OS 这是嵌入式软件的基本要求，而且软件要求固态存储，以提高速度。软件代码要求高质量和高可靠性、实时性。,嵌入式系统的几个重要特征,（5）

7、嵌入式软件开发走向标准化 嵌入式系统的应用程序可以没有操作系统直接在芯片上运行。 为了合理地调度多任务、利用系统资源、系统函数以及和专家库函数接口，用户必须自行选配RTOS（RealTime Operating System）开发平台，这样才能保证程序执行的实时性、可靠性，并减少开发时间，保障软件质量。,嵌入式系统的几个重要特征,（6）嵌入式系统需要开发工具和环境 由于其本身不具备自主开发能力，即使设计完成以后，用户通常也是不能对其中的程序功能进行修改，必须有一套开发工具和环境才能进行开发。 这些工具和环境一般是基于通用计算机上的软硬件设备以及各种逻辑分析仪、混合信号示波器等。 开发时往往有主

8、机和目标机的概念，主机用于程序的开发，目标机作为最后的执行机，开发时需要交替结合进行。,嵌入式系统的几个重要特征,嵌入式系统的组成,软件硬件基本要素,硬件 嵌入式处理器 各种类型存储器 模拟电路及电源 接口控制器及接插件,软件 实时操作系统（RTOS） 板级支持包（BSP） 设备驱动（Device Driver） 协议栈（Protocol Stack） 应用程序（Application）,常见的嵌入式操作系统,实时嵌入式操作系统的种类繁多，大体上可分为两种，商用型和免费型。 商用型的实时操作系统功能稳定、可靠，有完善的技术支持和售后服务，但往往价格昂贵。 免费型的实时操作系统在价格方面具有优势

9、，目前主要有Linux和C/OS，稳定性与服务性存在挑战。,VxWorks,VxWorks操作系统是美国WinDriver公司于1983年设计开发的一种嵌入式实时操作系统（RTOS），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领域牢牢占据着一席之地。 VxWorks所具有的显著特点是： 可靠性、实时性和可裁减性。 它支持多种处理器，如x86、i960、Sun Sparc、Motorola MC68xxx、MIPS 、POWER PC等等。,Windows Embedded,Windows CE 6.0：一种针对小容量、移动式、智能化、32位、连接设备的模块

10、化实时嵌入式操作系统。 针对掌上设备、无线设备的动态应用程序和服务提供了一种功能丰富的操作系统平台， WindowsCE嵌入但不够实时，属于软实时操作系统， 由于其Windows背景，界面比较统一认可。 操作系统的基本内核需要至少200K的ROM。,Palm OS,Palm OS是著名的网络设备制造商3COM旗下的Palm Computing掌上电脑公司的产品。 Palm OS在PDA市场上占有很大的市场份额， Palm OS的市场份额占到将近90%，最近下降70，目前主要与WIN CE进行激烈竞争。,QNX,加拿大QNX公司的产品。 QNX是在X86体系上面开发出来的，这和别的RTOS不一样

11、，别的好多RTOS都是从68K的CPU上面开发成熟，然后再移植到X86体系上面来的。 QNX是一个实时的、可扩充的操作系统，由于QNX具有强大的图形界面功能，因此很适合作为机顶盒、手持设备（手掌电脑、手机）、GPS设备的实时操作系统使用。,嵌入式Linux,嵌入式系统越来越追求数字化、网络化和智能化。因此原来在某些设备或领域中占主导地位的软件系统越来越难以为继，整个系统必须是开放的、提供标准的API，并且能够方便地与众多第三方的软硬件沟通。 Linux是开放源码的，不存在黑箱技术，遍布全球的众多Linux爱好者又是Linux开发的强大技术后盾。 Linux的内核小、功能强大、运行稳定、系统健壮

12、、效率高，易于定制剪裁，在价格上极具竞争力。 Linux不仅支持x86 CPU，还可以支持其他数十种CPU芯片。,嵌入式Linux(Embedded Linux)是指对Linux经过小型化裁剪后，能够固化在容量只有几百K字节或几兆字节的存储器芯片或单片机中，应用于特定嵌入式场合的专用Linux操作系统。嵌入式Linux的开发和研究是目前操作系统领域的一个热点。主要有RTLinux和CLinux。,嵌入式Linux,Linux在嵌入式领域应用越来越多，越来越多的用户决定开始使用Linux作为嵌入式操作系统的开发原型。,嵌入式Linux,什么是 Android？,Android一词的本义指“机器人

13、” Android是Google在2007年11月5日公布的基于Linux平台的开源智能手机操作系统名称。该平台由操作系统、中间件、用户界面和应用软件组成，首个为移动终端打造的真正开放和完整的移动软件。,让互联网尽在你的掌握,Android 主要特点,Android 主要特点良好的开放性平台,Android手机系统最震撼人心之处在于它的开放性和服务免费。Android是一个对第三方软件完全开放的平台，开发者在为其开发程序时拥有更大的自由度，突破了iPhone等只能添加为数不多的固定软件的枷锁；同时与Windows Mobile、Symbian等厂商不同，Android操作系统免费向开发人员提供

14、。,Android 主要特点良好的开放性平台,网站下载： 安卓网、机峰网、91助理等，支持所有.apk文件 登陆附件中心下载拷入SD卡安装,手机下载： 登陆附件中心下载安装,最开放的海量应用市场,Android 主要特点实现个性化应用设定,Android系统对所有应用程序一视同仁，不会区分手机的核心应用程序和第三方应用程序。它们可以平等的享有手机性能，向用户提供广泛的应用和服务。用户可以随心所欲的设定、替换手机屏幕上的各种应用程序、小插件等，打造出完全符合自己使用需求的个性化手机。,Android 主要特点实现个性化应用设定,个性化界面设置,轻松添加，得心应手 您可以随意重新排列主页屏幕项目,

15、多种插件、快捷方式和文件夹，打造个性化的主页屏幕以适合您的个性,Android 主要特点与Google应用的无缝结合,由于Android系统是由Google主导研发，因此Android操作系统手机将无缝结合这些优秀的Google互联网服务，如大家熟知的Google Map、Google Search、Gmail等，在手机上同样可以方便的使用,支持谷歌全方位移动服务，丰富最新网络体验,Android 主要特点与Google应用的无缝结合,本节提要,1,4,2,6,5,为什么要学习嵌入式系统,嵌入式系统的定义、特点及架构,嵌入式系统的发展趋势,嵌入式系统与单片机、PC的区别,嵌入式系统的应用领域,

16、7,嵌入式系统的开发方法,3,嵌入式处理器及分类,嵌入式系统的核心是嵌入式微处理器。嵌入式微处理器一般就具备以下4个特点： 对实时多任务有很强的支持能力，能完成多任务并且有较短的中断响应时间，从而使内部的代码和实时内核的执行时间减少到最低限度。,嵌入式处理器,具有功能很强的存储区保护功能。这是由于嵌入式系统的软件结构已模块化，而为了避免在软件模块之间出现错误的交叉作用，需要设计强大的存储区保护功能，同时也有利于软件诊断。 可扩展的处理器结构，以能最迅速地开发出满足应用的最高性能的嵌入式微处理器。 嵌入式微处理器必须功耗很低，尤其是用于便携式的无线及移动的计算和通信设备中靠电池供电的嵌入式系统更是如此，如需要功耗只有mW甚至W级。,嵌入式处理器,嵌入式微处理器分类,（1）嵌入式微控制器,嵌入式微控制器的典型代表是单片机，这种位的电子器件目前在嵌入式设备中仍然有着极其广泛的应用。 单片机芯片内部集成ROM/EPROM、RAM、总线、总线逻辑、定时/计数器、看门狗、I/O、串行口、脉宽调制输出、A/D、D/A、Flash R