运行于MX1上的嵌入式操作系统.ppt

操作系统的概念 l操作系统的层次与操作系统的概念 l进程管理 l处理器调度 l存储器管理 lI/O管理 l文件管理 1 I/O管理 lI/O系统的基本概念 lI/O控制方式 l缓冲管理 l设备分配 l设备处理 2 I/O系统的组成 lI/O设备 l设备控制器 lI/O通道 l上述设备和相应的总线构成 3 I/O系统的结构 l微机I/O系统 总线I/O系统结构 l主机I/O系统 不采用单总线结构，而是增加一级I/O通道 4 I/O设备的分类 l按传输速率分类： 低速、中速、高速； l按信息交换的单位分类： 块设备和字符设备； l按设备的共享属性分类： 独占、共享和虚拟 5 设备与控制器之间的接口 l该接口中有三种类型的信号： 数据信号 控制信号 设备控制器发送给设备； 状态信号 用于指示设备的当前状态 6 设备控制器 lCPU与I/O设备之间的接口； l可编址设备； l分为两类： 用于控制字符设备的控制器； 用于控制块设备的控制器 7 设备控制器的功能 l接收和识别命令 识别CPU向控制器发送的命令； l数据交换 实现CPU与控制器之间、控制器与设备之间 的数据交换； l设备状态的了解和报告 控制器应记下设备的状态供CPU了解； l地址识别 识别它所控制的设备的地址。 8 设备控制器的组成 l设备控制器与处理机的接口 有三类信号线：数据线、地址线和控制线； l设备控制器与设备的接口 存在数据、控制和状态三种类型的信号； lI/O逻辑 通过一组控制线与处理机交互，实现对设备 的控制。 9 I/O通道 l主要目的：减少CPU的负担； l实质：是一种特殊的处理机； l特殊之处在于： 指令类型单一； 通道没有自己的内存。 10 通道类型 根据信息交换方式的不同，可分为以下三种类型 ： l字节多路通道 连接低速或中速设备； l数组选择通道 连接高速设备，但是信道利用率低； l数组多路通道 数据传输速率高，信道利用率高。 11 I/O管理 lI/O系统的基本概念 lI/O控制方式 l缓冲管理 l设备分配 l设备处理 12 I/O控制 lI/O控制的发展经历的四个阶段： 程序I/O方式 中断驱动I/O控制方式 DMA控制方式 I/O通道控制方式 lI/O控制的宗旨：尽量减少主机对I/O控制的 干预，把主机从繁杂的I/O控制事务中解脱出 来，以更多地去完成其数据处理任务。 13 程序I/O方式 l早期没有中断机构的计算机系统中使用； l也称为忙等待方式； l不断地循环测试忙/闲标志； lCPU极大浪费 14 中断驱动I/O控制方式 l现代计算机系统中使用； l由设备控制器控制； lCPU和I/O设备并行操作； lCPU只需花费极短时间处理中断 15 DMA控制方式 lDMA(Direct Memory Access)：直接存储器 访问 l这种方式的特点： 数据传输的基本单位是数据块； 所传送的数据是从设备直接送入内存的，或者相 反； 仅在传送一个或多个数据块的开始和结束时，才 需CPU干预，整块数据的传送是在控制器的控制 下完成的。 16 I/O通道控制方式 l是DMA方式的发展； lCPU的干预减少为对一组数据块的控制和管 理； l实现了CPU、通道和I/O设备三者的并行工作 ； l通过执行通道程序，与设备控制器来共同实 现对I/O设备的控制。 17 I/O管理 lI/O系统的基本概念 lI/O控制方式 l缓冲管理 l设备分配 l设备处理 18 缓冲的引入 l缓和CPU与I/O设备之间速度不匹配的矛盾； l减少对CPU的中断频率，放宽对中断响应时 间的限制； l提高CPU和I/O设备之间的并行性 19 缓冲的几种形式 l单缓冲 l双缓冲 l循环缓冲 l缓冲池 20 I/O管理 lI/O系统的基本概念 lI/O控制方式 l缓冲管理 l设备分配 l设备处理 21 设备分配中的数据结构 l设备控制表 记录本设备的情况 l控制器控制表 记录本控制器的情况 l通道控制表 每个通道都配有一张通道控制表 l系统设备表 系统的数据结构，记录系统中全部设备的情况 22 设备分配时应考虑的若干因素 l设备的固有属性 独占、共享、虚拟 l设备的分配算法 先来先服务、高优先权优先 l设备分配的安全性 安全分配和不安全分配方式 l设备独立性 23 I/O管理 lI/O系统的基本概念 lI/O控制方式 l缓冲管理 l设备分配 l设备处理 24 设备驱动程序 设备驱动程序的处理过程： l将抽象要求转换为具体要求； l检查I/O请求的合法性； l读出和检查设备的状态； l传送必要的参数； l工作方式的设置； l启动I/O设备。 25 I/O中断处理程序 I/O中断处理程序的工作过程： l检查本次I/O的执行结果； l唤醒被阻塞的相应进程。 26 操作系统的概念 l操作系统的层次与操作系统的概念 l进程管理 l处理器调度 l存储器管理 lI/O管理 l文件管理 27 文件管理 l文件和文件系统 l文件逻辑结构 l目录管理 l文件保护 28 数据的组成 l数据项 分为基本数据项和组合数据项 l记录 一组相关数据项的集合，用于描述一个对象 某方面的属性； l文件 具有文件名的一组相关信息的集合，可分为 有结构和无结构两种。 29 文件系统模型 文件系统接口 对对象操 纵 和管理 的 软件集 合 逻辑文件系统 基本I/O管理程序（文件组 织模块） 基本文件系统（物理I/O层 ） I/O控制层（设备驱动 程 序） 对象及其属性说明 30 文件管理 l文件和文件系统 l文件逻辑结构 l目录管理 l文件保护 31 文件逻辑结构的类型 l有结构文件 是指由一个以上的记录构成的文件，又称为 记录式文件； l无结构文件 是指由字符流构成的文件，又称为流式文件 。 32 文件管理 l文件和文件系统 l文件逻辑结构 l目录管理 l文件保护 33 文件控制块 l用于描述和控制文件的数据结构； l文件管理程序借助它实现对文件的操作； l与文件一一对应； l文件控制块的有序集合称为文件目录； l包含三类信息：基本信息、存取控制信息和 使用信息 34 目录结构的分类 l单级目录结构 最简单的一种目录结构，在整个系统中只建立一张 目录表，为每个文件分配一个目录项； l两级目录结构 为每一个用户建立一个单独的用户文件目录，系统中 有一个主目录； l树型目录结构 在两级目录结构中，进一步允许用户创建自己的子目 录并相应地组织自己的文件形成的多级目录。 35 文件管理 l文件和文件系统 l文件逻辑结构 l目录管理 l文件保护 36 影响安全性的因素和采取的措施 l人为因素 存取控制机制； l系统因素 系统容错技术； l自然因素 后备系统 37 分级安全管理 l系统级管理 l用户级管理 l目录级管理 l文件级管理 38 本章主要内容 l4.1 操作系统的概念 l4.2 Linux操作系统 l4.3 Palm 操作系统 l4.4 Windows CE操作系统 l4.5 Symbian操作系统 39 LINUX操作系统 lLinux简介 lLinux操作系统特点 l典型应用 l相关资源 40 Linux简介 嵌入式Linux的产品主要分为三类： l专门为Linux的嵌入式方向而做的，其产品开 发方向是：让Linux更小，更容易嵌入体积、 功能和性能要求很高的硬件中； l专门为Linux的实时特性设计的产品，将 Linux开发成实时系统应用于一些关键的控制 场合； l将实时性和嵌入式方案结合起来，提供集成 化的开发方案。 41 Linux操作系统的主要特点 l开放性 l多用户 l多任务 l良好的用户界面 l设备独立性 l提供了丰富的网络功能 l可靠的系统安全 l良好的可移植性 42 典型应用 lPC/服务器 是Linux的最初应用 l嵌入式应用 消费电子产品、工业控制、通信设备等众多 类型产品 l实时系统 众多公司都在致力于把Linux修改成实时嵌入 式操作系统，应用方向包括工业控制、航空 航天等领域。 43 相关资料 l RedHat的官方网站 l Monta Vista软件公司的官方网站 l Lineo公司的官方网站 l LinuxmLinux是由国内移软科技有限公司推出的基 于嵌入式Linux系统的软件平台，主要为手机、掌上 电脑等移动终端设备设计。 44 本章主要内容 l4.1 操作系统的概念 l4.2 Linux操作系统 l4.3 Palm 操作系统 l4.4 Windows CE操作系统 l4.5 Symbian操作系统 45 Palm操作系统 lPalm OS简介 lPalm操作系统特点 l典型应用 l相关资源 46 Palm OS简介 lPalm OS是由Palm公司开发、应用在PDA上 的操作系统。最早版本1.0在1996年3月随 Palm公司的PDA产品Pilot 1000面市。 l作为一套极具开放性的系统，开发商向用户 免费提供Palm操作系统的开发工具，允许用 户利用该工具在Palm操作系统的基础上编写 、修改相关软件，使支持Palm的应用程序丰 富多彩、应有尽有。 47 Palm操作系统的主要特点 l强大的处理器支持； l良好的兼容性； l安全性； l多媒体； l数据同步； l无线互联； l浏览； l应用程序接口； l软件开发。 48 典型应用 lPDA Palm OS出发点就在于此，而且至今保持霸主地位 。安装Palm OS的PDA被应用在商业、金融、医疗 、娱乐等各个行业。 l移动电话 手机中装入功能强大的Palm OS，使得手机具备了 基本的PDA功能。这种集成也得益于Palm OS对于 GSM/CDMA的通信协议的有力支持。 49 相关资源 l Palm公司的网站，介绍Palm的产品和行业应用。 l Palm OS的拥有者，Palm公司的子公司。该网站对 Palm OS做了详尽的介绍，并且提供资料和软件下 载。 l 一个国内介绍PDA知识和开发经验交流的网站。 50 本章主要内容 l4.1 操作系统的概念 l4.2 Linux操作系统 l4.3 Palm 操作系统 l4.4 Windows CE操作系统 l4.5 Symbian操作系统 51 Windows CE操作系统 lWindows CE简介 lWindows CE操作系统结构及特点 l典型应用 l相关资源 52 Windows CE简介 lWindows CE是Microsoft公司1997年发布的 应用在PDA等设备上的嵌入式操作系统。 l1998年，装有中文版Windows CE操作系统 的手持设备面世。 l据统计，在2002年Windows CE占据了世界 PDA操作系统市场25.5的份额，并且在最 近几年， Windows CE的市场份额不断上升 。 lWindows CE不同于以往的Windows系列产 品。它是一种基于组件的操作系统，各功能 模块可方便地裁剪。 53 Windows CE操作系统的结构 lWindows CE由很多离散的模块、子模块和 组件构成。每个模块为操作系统提供完整或 部分的功能，根据应用需求的不同可以方便 地裁剪。 lWindows CE包含了四个最关键的功能模块 ：内核模块、对象存储模块、图形，窗口和 事件子系统模块以及通信模块。 lWindows CE还包含一些可选模块，它们可 支持的任务有管理可安装设备驱动程序，支 持COM等。 54 Windows CE的功能模块 l内核模块 是Windows CE的核心模块，提供在所有设备中都出 现的基本操作系统的功能。 l对象存储模块 l图形、窗口和事件子系统模块（GWES） 是用户、应用程序和操作系统之间的图形用户接口 。 l通信模块 提供对通信硬件和数据协议的支持。 55 Windows CE操作系统的主要特点 l广泛的平台支持； l实时性； l支持大容量存储； l多媒体支持； l互操作通信； l通信服务； l安全服务； l互联网服务； l应用程序接口。 56 典型应用 lPDA：日立、三星等众多厂商在其PDA中使 用了Windows CE操作系统。 lWeb终端、Internet访问应用设备等电子通信 设备。 l工业控制器、移动数据获取装置等工业控制 设备。 57 相关资源 l/windows/embedd ed/ce Microsoft Windows CE的官方网站。 l 对于PDA知识的介绍，以及开发工具下载。 l.tw Windows CE介绍和工具下载。 58 本章主要内容 l4.1 操作系统的概念 l4.2 Linux操作系统 l4.3 Palm 操作系统 l4.4 Windows CE操作系统 l4.5 Symbian操作系统 59 Symbian操作系统 lSymbian简介 lSymbian操作系统特点 l典型应用 l相关资源 60 Symbian简介 lSymbian操作系统是由包括Nokia、Ericsson、Motorola 、Samsung等多家通信巨头共同投资