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1、嵌入式操作系统课程设计论文嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，并且软硬件可裁剪，适 用于应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格要求的专用计算机系统。 它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的应用程序 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。作为嵌入式 系统的重要组成部分，嵌入式操作系统EOS(Embedded Operating System)是随 着嵌入式系统的发展而出现的，是嵌入式系统发展到一定阶段的产物。嵌入式操 作系统的出现，大大提高了嵌入式系统的开发效率，同时也促进了嵌入式的发展。嵌入式操作系统并不是简单嵌入的操作系统，它除
2、了具有通用操作系统的基 本特点外，在小巧、实时性、可装卸、可固化代码、强稳定性、弱交互性、具备 统一接口等方面有突出的特点。2三种典型EOS分析作为在嵌入式操作系统市 场通用的三种系统，Linux、VxWorks、Windows CE在实时性、内核大小、调 度算法、通信能力和开发环境等方面都有自己的特点，下面就对这几种系统的特 点做一分析。嵌入式实时操作系统(RTOS)是嵌入式系统的基础运行平台，是嵌入式系统 稳定、可靠工作的基础，其功能和性能的好坏将直接影响嵌入式系统的功能和性 能。嵌入式时实操作系统目前应用的范围越来越广，逐渐成为今后操作系统开发 和发展的主要方向。其应用领域大到工业控制，
3、小到个人消费用品如数码相机,手 机,PDA等无处不在，通信系统也大量的使用嵌入式实时操作系统作为操作系统 平台.嵌入式操作系统有哪些？下面介绍国外和国内常用的实时操作系统。1.国外著名的实时操作系统国外实时操作系统已经从简单走向成熟，有代表性的产品主要有VxWorks， QNX，Palm OS，Windows CE等，占据了机顶盒、PDA等的绝大部分市场。其 实，实时操作系统并不是一个新生的事物，从20世纪80年代起，国际上就有 一些IT组织、公司开始进行商用嵌入式系统和专用操作系统的研发。(1) VxWorksVxWorks操作系统是美国WindRiver公司于1983年设计开发的一种实时操
4、 作系统。VxWorks拥有良好的持续发展能力、高性能的内核以及良好的用户开发 环境，在实时操作系统领域内占据一席之地。它以其良好的可靠性和卓越的实时 性被广泛地应用在通信、军事、航空、航天等高精尖技术及实时性要求极高的领 域中，如卫星通信、军事演习、导弹制导、飞机导航等。在美国的F-16、FA-18 战斗机，B-2隐形轰炸机和爱国者导弹上，甚至连1997年4月在火星表面登陆 的火星探测器上也使用了 VxWorks。它是目前嵌入式系统领域中使用最广泛、市 场占有率最高的系统。它支持多种处理器，如x86，i960，Sun Sparc，Moto-rola MC68xxx，MIPS RX000，Po
5、wer PC， ARM， StrongARM 等。大多数的 VxW-orksAPI 是专有的。(2) QNXQNX是一个实时的、可扩充的操作系统；它部分遵循POSIX相关标准，如 POSIX.1b实时扩展；它提供了一个很小的微内核以及一些可选的配合进程。其 内核仅提供4种服务：进程调度、进程间通信、底层网络通信和中断处理，其 进程在独立的地址空间中运行。所有其他操作系统服务都实现为协作的用户进 程，因此QNX内核非常小巧(QNX4. x大约为12KB)，而且运行速度极快。这 个灵活的结构可以使用户根据实际的需求，将系统配置成微小的嵌入式操作系统 或包括几百个处理器的超级虚拟机操作系统。POSI
6、X 表示可移植操作系统接口 (Portable Operating SystemInterface,缩写为 POSIX是为了读音更像UNIX)电气和电子工程师协会(IEEE)最初开发POSIX 标准，是为了提高UNIX环境下应用程序的可移植性。然而,POSIX并不局限于 UNIX.许多其它的操作系统，例如DEC OpenVMS和 Windows NT ,都支持POSIX 标准,尤其是 IEEE Std.1003.1-1990(1995 年修订)或 POSIX.1, POSIX.1 提供了源 代码级别的C语言应用编程接口(人?【)给操作系统的服务程序，例如读写文 件.POSIX.1已经被国际标准
7、化组织(ISO)所接受，被命名为ISO/IEC 9945-1:1990 标准。POSIX现在已经发展成为一个非常庞大的标准族，某些部分正处在开发 过程中。POSIX与IEEE 1003和2003家族的标准是可互换的(3) Palm OS3Com公司的Palm OS在掌上电脑和PDA市场上占有很大的市场份额。它 有开放的操作系统应用程序接口 (API)，开发商可以根据需要自行开发所需的应 用程序。目前共有3500多个应用程序可以运行在Palm Pilot上。其中大部分应 用程序均为其他厂商和个人所开发，使Palm Pilot的功能得以不断增多。这些软 件包括计算器、各种游戏、电子宠物、地理信息等
8、。在开发环境方面，可以在 Windows 95/98/NT 以及 Macintosh 下安装 PalmPilot Desktopo Palm Pilot 可以与 流行的PC平台上的应用程序(如Word，Excel等)进行数据交换。(4) Windows CEMicrosoft Windows CE是从整体上为有限资源的平台设计的多线程、完整优 先权、多任务的操作系统。它的模块化设计允许它对从掌上电脑到专用的工业控 制器的用户电子设备进行定制。操作系统的基本内核至少需要200KB的ROM。(5) LynxOSLynx Real-time Systems的LynxOS是一个分布式、嵌入式、可规模扩
9、展的实 时操作系统，它遵循POSIX.1a，POSIX.1b和POSIX.1c标准。LynxOS支持线程 概念，提供256个全局用户线程优先级；提供一些传统的、非实时系统的服务 特征，包括基于调用需求的虚拟内存，一个基于Motif的用户图形界面，与工 业标准兼容的网络系统以及应用开发工具Motif是开放软件基金(OSF)于1989 年推出的一个图形用户界面系统。由于它融合了多种图形用户界面产品中的优 点，因此得到了 OSF的所有成员及广大第三方厂商的广泛支持。目前 Motif 已作为软件产品在 OS/2、Unix、Sys V、OSF/1、VMS、Macintosh OS、Ultrix等48中操
10、作系统平台上实现，并可在PC、工作站、小型机和大型 机等各种计算机系统上运行。为了讲清楚Motif是什么概念.先讲一下图形用户 界面系统的层次结构(详细的知识大家查阅)，一般的图形用户界面系统由六个 层次构成：桌面管理系统、用户模型、窗口模型、显示模型、操作系统、硬件平 台.Motif位于用户模型层.它建立在X Window系统之上，也就是说它以 X Window系统做显示模型的窗口模型。Motif由工具箱(Motif Toolkit)、用户界 面语言(UI-L)、窗口管理程序(MWM)、风格指南文档(Style Guide)等四部 分组成：Motif Toolkit 是一个具体的 X Too
11、lkit 产品，它包括 Xt Intrinsics、Motif 对象 元类集合和操纵这个对象元类集合的简便函数等三个部分。利用Motif开发的应 用程序通常可分为两个部分：一部分是有关应用程序界面的代码；另一部分是关 于应用程序具体功能的代码。一般来说，应用程序中这两个部分是不会相互干扰 的。比如说菜单项位置的变动、标图的更换就都不会影响应用程序的功能。基于 上述事实，Motif引入了用户界面语言来解决用户界面的描述问题。3. 象其他窗口管理程序一样，Motif的窗口管理程序提供了 一个对屏幕上的窗 口进行管理的手段，同时它页强化了用户界面视感的一致性.MWM支持Motif 风格指南所描述的各
12、种窗口操作及显示窗口时的各种约定。4. Motif的风格指南以文档的形式说明了在Motif环境下开发应用程序时应 遵守的规范。（6）嵌入式Linux随着Linux的迅速发展，嵌入式Linux现在已经有许多的版本，包括强实时 的嵌入式Linux（如新墨西哥工学院的RT-Linux和堪萨斯大学的KURT-Linux和 一般的嵌入式Linux版本（如uClinux和Pocket Linux等）。其中，RT-Linux通 过把通常的Linux任务优先级设为最低，而所有的实时任务的优先级都高于它， 以达到既兼容通常的Linux任务又保证强实时性能的目的。另一种常用的嵌入式Linux是uClinux，它是
13、针对没有MMU的处理器而设 计的。它不能使用处理器的虚拟内存管理技术，它对内存的访问是直接的，所有 程序中访问的地址都是实际的物理地址。它专为嵌入式系统做了许多小型化的工 作。由于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，因为要达到上述要求，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。一、嵌入式和实时系统介绍嵌入式系统在我们的生活中已经无处不在，如火星探测器，汽车上的电动 装置，可视电话，PDA，嵌入式燮交换系统等等。嵌入式系统在我们的生活中 发挥着巨大的作用，嵌入式系统是为实现特定功能，并
14、且软硬件紧密结合在一起 的计算机系统。实时嵌入式系统是嵌入式系统的一种，它能够对外部事件给予及时响应。对 外部事件的响应有三个步骤：对外部事件的识别，必要的处理，以及结果的输出。 实时系统又分为硬实时和软实时两种。在软实时系统中，系统的宗旨是使各个任 务运行得越快越好，对响应时间的介定有一定的灵活性；在硬实时系统中，各任 务不仅要执行无误而且要做到准时，一旦不能在确定的时间内完成，有可能导致 灾难性后果。实时操作系统（RTOS）以及时的方式进行任务调度、系统资源的 管理以及为应用开发提供一个稳固的平台。RTOS可以是一个小而简单的系统， 也可以是一个大而全的系统，具体要视实际应用而定.目前流行
15、的许多RTOS都 是用户可裁剪定制的，如vxworks和pSOS等。二、嵌入式操作系统实时性的几个重要性能指标成熟度一个操作系统从研发成功到能稳定、可靠运行的过程是需要较长时 间的，只有经过广泛使用才能逐步走向成熟，成熟度是综合评价操作系统稳定性 和可靠性的重要指标。稳定性稳定性是反映嵌入式实时操作系统在长时间运行过程中不会出现异常 情况，保证应用系统能够稳定、可靠地工作的指标。可靠性可靠性是反映嵌入式实时操作系统能够保持正常运行而不受外界影响 的能力，通常以系统连续并且可靠运行时间来度量。安全性安全性是反映嵌入式实时操作系统能够抵御外部攻击和应用软件自身 缺陷的能力。开放性开放性是反映嵌入式
16、实时操作系统符合国际和国家标准水平以及能否 得到众多第三方（主要包括：驱动程序、开发工具、其它功能软件等）广泛支持 的基本条件。实时性实时性是反映嵌入式实时操作系统快速响应外部事件的能力。通常包 括：系统调用时间、任务切换时间、中断响应和延迟时间、信号量混洗时间、数 据包吞吐率等。三、嵌入式实时操作系统的体系结构操作系统发展至今，模块结构已经非常明确,即可分成处理器管理、存储器器 管理、设备管理和文件管理等模块，如表1所示。只有文件系统是属于建立在 存储器上的逻辑管理功能，因为可以说，现今的操作系统是一种直接的计算机硬件的逻辑映射，是硬件组合模型的软件表达形式。操作系统最基本的结构是模块结构和层次结构。模块结构是最一般的结构化设 计。单内核就是模块结构，但内核的概念是一种层次概念。层次结构是建立在系 统功能模块分类的基础之上，是一种模块集合作为“层”的结构。操作系统按模 块间功能调用方式分单内核与微核两类。另外还有两种应用模
