解析嵌入式操作系統(tǒng)介紹以及選型原則

朱帥

摘 要 嵌入式操作系統(tǒng)的適用范圍是應(yīng)用性計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。它本身就擁有著軟件代碼小和響應(yīng)快速這些特質(zhì)，并且在現(xiàn)實(shí)化的多任務(wù)體系內(nèi)有效地給予應(yīng)用。文章通過(guò)對(duì)一些基礎(chǔ)性的嵌入式操作系統(tǒng)的介紹來(lái)提出選型的原則。

【關(guān)鍵詞】嵌入式系統(tǒng) 系統(tǒng)介紹 選型原則

作為嵌入式系統(tǒng)當(dāng)中最核心的重要部分，嵌入式操作系統(tǒng)主要包括著底層驅(qū)動(dòng)，如設(shè)備驅(qū)動(dòng)接口、圖形界面和系統(tǒng)內(nèi)核等硬件組成部分。嵌入式操作系統(tǒng)相比通用操作系統(tǒng)，在應(yīng)用方面具有軟件固態(tài)化、系統(tǒng)高效化、專業(yè)性等優(yōu)勢(shì)。嵌入式操作系統(tǒng)可以將通用操作系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)有效融合，通過(guò)有效管理和虛擬化硬件的復(fù)雜性系統(tǒng)資源，為開(kāi)發(fā)人員移植、維護(hù)驅(qū)動(dòng)程序提供驅(qū)動(dòng)程序、庫(kù)函數(shù)及應(yīng)用程序等，降低了難度。

1 嵌入式操作系統(tǒng)的發(fā)展階段

嵌入式操作系統(tǒng)主要經(jīng)歷嵌入算法、基于嵌入式CPU的嵌入式系統(tǒng)、嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)和嵌入式快速發(fā)展時(shí)期四個(gè)階段。在不同的發(fā)展階段具有不同的特點(diǎn)。

嵌入算法階段的主要特征表現(xiàn)為無(wú)操作系統(tǒng)，常用于具有較強(qiáng)專業(yè)性的工業(yè)控制系統(tǒng)，嵌入算法擁有伺服、檢測(cè)、指示設(shè)備等功能操作系統(tǒng)，主導(dǎo)是單芯片，可編程控制器形式。嵌入算法具有經(jīng)過(guò)匯編語(yǔ)言編程既能直接操控，運(yùn)行完畢后將內(nèi)存清除的優(yōu)點(diǎn)。嵌入算法的缺點(diǎn)即系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能相對(duì)單一，儲(chǔ)存容量低，處理效率不高，且無(wú)用戶接口。

在基于嵌入式CPU階段，嵌入式系統(tǒng)較為簡(jiǎn)單，其具有CPU多見(jiàn)、類型多樣的特點(diǎn)，嵌入式CPU系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是效率高、開(kāi)銷不大，但在通用性比方面較弱；通常安裝系統(tǒng)仿真器，操作系統(tǒng)兼容性、擴(kuò)展性較好；應(yīng)用軟件相對(duì)較為專業(yè)，但用戶界面不佳；系統(tǒng)多用以監(jiān)控系統(tǒng)負(fù)載或程序運(yùn)行。

在嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)階段，多以嵌入式操作系統(tǒng)為主，其功能有管理文件、多任務(wù)、設(shè)備支持、圖形窗口等。嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)具有程序接口（APL）和且嵌入式應(yīng)用軟件多樣的特點(diǎn)。嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)可運(yùn)行各類微處理器，其優(yōu)點(diǎn)有兼容性良好、系統(tǒng)內(nèi)核精湛、效率極高，有著良好的模塊化與擴(kuò)展性；

在嵌入式快速發(fā)展時(shí)期，其多數(shù)是以Internet為支撐，在Internet技術(shù)快速的發(fā)展和嵌入式設(shè)備與Internet的融合下，嵌入式技術(shù)將會(huì)得到更快的發(fā)展。

2 常見(jiàn)的嵌入式操作系統(tǒng)比較

2.1 VxWorks

VxWorks操作系統(tǒng)，是由美國(guó)WindRiver公司在1983年設(shè)計(jì)研發(fā)的，其作為嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)（RTOS），它是Tomado嵌入式開(kāi)發(fā)的核心部分，在嵌入式操作領(lǐng)域較為熟悉。 VxWorks操作系統(tǒng)具有微內(nèi)核結(jié)構(gòu)可裁剪性、任務(wù)管理效率高、通訊靈活、操作系統(tǒng)支持TCP、IP等網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和物理介質(zhì)，也符合POSIX1003.1b的實(shí)時(shí)擴(kuò)展。VxWorks操作系統(tǒng)存在價(jià)格高，其價(jià)格通常高于10萬(wàn)RMB，同時(shí)操作系統(tǒng)開(kāi)發(fā)環(huán)境為專有，且支持硬件少的缺點(diǎn)。

2.2 windows CE

windows CE、windows 系列兼容性較好，這也為windows CE得推廣提供條件。WinCE3.0是以小容量、智能化、32位為主的實(shí)時(shí)嵌入式操作系統(tǒng)。為構(gòu)建移動(dòng)應(yīng)用服務(wù)平臺(tái)，操作系統(tǒng)內(nèi)核需200KB以上的ROM。介于嵌入式產(chǎn)品成本、體積等嚴(yán)格要求，需盡量控制處理器所占空間，而嵌入式操作系統(tǒng)在小內(nèi)存中運(yùn)行（ROM或者是快閃存儲(chǔ)器），對(duì)操作系統(tǒng)效率和規(guī)模要求較高。windowsCE在開(kāi)放源代碼，應(yīng)用開(kāi)發(fā)人員定制產(chǎn)品方面存在弊端，其效率低，功耗大，占用內(nèi)存多，需要版權(quán)許可費(fèi)。

2.3 嵌入式Linux

Internet時(shí)代，卓越的網(wǎng)絡(luò)功能極為關(guān)鍵。嵌入式Linux的顯著特征是源代碼公開(kāi)并且遵守GPL協(xié)議，Linux自身?yè)碛蟹€(wěn)定、內(nèi)核精悍、運(yùn)行占用少和支持多硬件的優(yōu)點(diǎn)，根據(jù)IDG的預(yù)測(cè)，未來(lái)年嵌入式操作系統(tǒng)的核心有可能是嵌入式Linux，占50。介于源代碼公開(kāi)后，能夠滿足各自應(yīng)用需求，人們也能自行修改和查錯(cuò)。但嵌入式Linux為了保證Linux體系的實(shí)時(shí)性能，需要添加實(shí)時(shí)軟件模塊，。

2.4 μc/os-Ⅱ

公開(kāi)源代碼的實(shí)時(shí)內(nèi)核的為μc/os-Ⅱ，μc/os-Ⅱ?yàn)榍度胧綄Ｓ迷O(shè)計(jì)，適合8位、16位與32位單片機(jī)等。μc/os-Ⅱ的公開(kāi)源代碼，為移植操作系統(tǒng)提供了便利；源代碼為C語(yǔ)言編寫，具有可移植性、可固化、可剪裁性、占先式；μc/os-Ⅱ在運(yùn)行狀態(tài)下優(yōu)先級(jí)最佳任務(wù)和多任務(wù)，也可管理不同優(yōu)先級(jí)別的64個(gè)任務(wù)、函數(shù)服務(wù)；μc/os-Ⅱ調(diào)用執(zhí)行時(shí)間易確定、實(shí)用性，在此方面已有成功的案例。但μc/os-Ⅱ僅為實(shí)時(shí)內(nèi)核，只能為用戶提供某些API函數(shù)接口，其它工作需由用戶自行完成。

3 嵌入式操作系統(tǒng)的選型原則

3.1 可移植性

在開(kāi)發(fā)嵌入式軟件的時(shí)候，應(yīng)該著重考慮可移植性。一款軟件，在移植性方面相對(duì)較好，就能在不同的平臺(tái)和系統(tǒng)上運(yùn)行，無(wú)關(guān)于操作系統(tǒng)。軟件在通用性和性能方面往往是矛盾的，通用性以損失常常以軟件的某些優(yōu)化性能作為代價(jià)。在實(shí)際中，開(kāi)發(fā)適用于某些特定環(huán)境的嵌入式瀏覽器，頻率較小。在產(chǎn)品與操作系統(tǒng)結(jié)合的情況下，其軟件通常能發(fā)揮產(chǎn)品自身特色。

3.2 可利用資源

在操作系統(tǒng)選型時(shí)，可利用資源被放在首位。產(chǎn)品開(kāi)發(fā)宗旨是在保證質(zhì)量、降低成本的基礎(chǔ)上，認(rèn)真研發(fā)產(chǎn)品特色，并由操作系統(tǒng)或第三方添加其它功能，從而不斷推出用戶需要的產(chǎn)品。Linux與WinCE的優(yōu)勢(shì)為有很多資源被利用。但部分實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)具有相對(duì)封閉的缺陷，很多功能都需要自行開(kāi)發(fā)，這就使開(kāi)發(fā)進(jìn)度變緩。因此，可利用資源應(yīng)作為選擇嵌入式系統(tǒng)時(shí)的重點(diǎn)。

3.3 系統(tǒng)定制能力

用戶對(duì)信息產(chǎn)品的需求各異，所以系統(tǒng)必須要具有良好的定制能力，產(chǎn)品應(yīng)該著重抓住系統(tǒng)底層的變動(dòng)需求，充分展現(xiàn)產(chǎn)品的自身特色。源代碼開(kāi)放的linux系統(tǒng)，在系統(tǒng)定制方面有著先天性的優(yōu)勢(shì)。而原來(lái)較為封閉的wince系統(tǒng)也隨著時(shí)間的不斷推移，慢慢的也面向用戶開(kāi)放了自己的源代碼、在嵌入式領(lǐng)域微軟的加入，在定制系統(tǒng)的能力上有了顯著的提升。

3.4 開(kāi)發(fā)成本

操作系統(tǒng)選型首先要考慮成本問(wèn)題，Linux免費(fèi)、wince等需要繳納許可證費(fèi)，這并非問(wèn)題的答案，操作系統(tǒng)的成本必須綜合考慮系統(tǒng)選型后在硬件設(shè)備、培養(yǎng)人才和管理公司等方面的影響，只有權(quán)衡各因素的厲害關(guān)系后進(jìn)行選型，才能保證其系統(tǒng)的長(zhǎng)久穩(wěn)定性。

4 結(jié)論

通過(guò)對(duì)以上操作系統(tǒng)的比較分析，可以得出嵌入式系統(tǒng)類型多樣，且都有著各自的優(yōu)缺點(diǎn)。在實(shí)際應(yīng)用中，我們應(yīng)根據(jù)不同的條件和要求，選擇相應(yīng)的操作系統(tǒng)，簡(jiǎn)化開(kāi)發(fā)程序，研發(fā)出更好的嵌入式系統(tǒng)。

文獻(xiàn)參考

[1]張湘，肖建.嵌入式系統(tǒng)和嵌入式操作系統(tǒng)[Z].中國(guó)機(jī)電一體化網(wǎng)，2012.

[2]王田苗.嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)例分析[M].北京：清華大學(xué)出版社，2003.

作者單位

成都理工大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 四川省成都市 610059