（电磁场与微波技术专业论文）基于arm的嵌入式uclinux系统设计与web服务器应用的实现.pdf

晰江大学蕊士学位论文 摘要 诗冀捉技本发矮到今天，嵌入式系统的应媛越来越广泛：嵌入式计葵祝在 殿用数量上远远超过了各种通用计算机，一台通用计算机的外部设备中就包含 了5 一l o 个嵌入式微处理器。面随着网络技术曰新月异的发展，各种网络器件成 为嵌入式系统新的应用。徽处理器产生盾，价格低廉、缭构小巧的c p u 和井设 涟接提供了稳定可靠的硬件架构。2 0 世纪9 0 年代，a r m3 2 位嵌入式r i s c 处 瑷器扩震餐整赛蓬圉，占据了绦功耗、低残本鞠嵩性戆鹣嵌入式系统应蠲强蠛 的领先地位。 l i n u x 墨其霹应题予多秘硬俘平台；是免费软件，激代码可以撂刘；微内 梭，本身内置网络支持和高度模块化等优点，非常适合做嵌入式开发的操作系 统。u c l i n u x 是l i n u x 的个分支，是专为没有m m u ( 内存管理单元) 的c p u 而设计的。 本论文主要研究了基于a r m 的嵌入式l i n u x 开发。这个研究开发是在实 黢的基确上完戒豹，设计了良三滋a r m 7 t d m i c p u 为梭心翡嵌入式硬箨系统， 并在此基础上嵌入u c l i n u x 系统，在u c l i n u x 系统上可以开发各种应用，本文还 研究了其中一令应爱嵌a 式w e b 鼹务器，孩w e b 蔽务器采搦h t t p 妊议。 我们已经成功地解决了a r m 的开发难题，研究了a r m 的开发方粱，以及u c i i n u x 针对a r m 的移楗难题，这在嵌入式系统研究领域，有较商的实践和研究价值。 我们所研究的这个嵌入式系统具有低成本，高效率的特点，值得推广。鬣后， 本论文对所做的工作进行了总结并且展望了本嵌入式系统的其他缎用。 浙江大学硕士学位论文 a b s t r a c t w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to fc o m p u t e rt e c h n o l o g y , e m b e d d e ds y s t e mi sm o r e a n dm o r ew i d e l yu s e d b yn o w , e m b e d d e dc o m p u t e rs y s t e mi sm u c hm o r et h a n c o m m o nc o m p u t e ri nq u a n t i t y , t h e r ea r ea b o u t5 - 1 0m i c r o p r o c e s s o ri nt h ep e r i p h e r a l e q u i p m e n to fac o m p u t e r a tt h em e a nt i m e ，l o t so fn e t w o r ke q u i p m e n t sb e c o m et h e n e wa p p l i c a t i o ne n v i r o n m e n to fe m b e d d e d s y s t e m s i n c et h e p r o g r e s s i v e l y d e v e l o p m e n to fn e t w o r kt e c h n o l o g y , t h ec h e a pa n dp o w e r f u lm i c r o p r o c e s s o r sa n d v a r i o u sk i n d so fp e r i p h e r a le q u i p m e n t sh a v em a d et h eh a r d w a r ef r a m e so fa l lk i n d so f e m b e d d e da p p l i c a t i o n ss t a b l ea n dr e l i a b l e s i n c e19 9 0 s ，a r mw h i c hi s3 2 b i t e m b e d d e dr i s em i c r o p r o c e s s o r , h a sb e e ns p r e a dt ot h er a n g eo ft h ew o r l d ，a n d o c c u p i e d i nt h ef i e l do fa p p l i c a t i o no fl o wc o n s u m p t i o n ，l o wc o s ta n dh i g h p e r f o r m a n c ee m b e d d e ds y s t e m b e c a u s ei t se x c e l l e n tk e r n e ld e s i g na n da p p l i c a t i o np e r f o r m a n c e ，l i n u xi s r u n n i n go nm a n yk i n d so fh a r d w a r e l i n u xa l s oo w n so t h e rm e r i t ss u c ha si t sf r e e s o u r c ec o d e ，i t si n h e r i tn e t w o r k i n gf u n c t i o n sa n di t sm o d u l a r i z a t i o nd e s i g ni nk e r n e l t h e r e f o r el i n u xi sv e r ys u i t a b l et ob et h eo p e r a t es y s t e mo fe m b e d d e ds y s t e m u c l i n u xi sab r a n c ho fe m b e d d e dl i n u x a n di ti sd e s i g n e df o rn o - m m uc p u i nt h i st h e s i s ，t h ee m b e d d e dl i n u xs y s t e mb a s e do na r mh a sb e e nd e v e l o p e d t h ee m b e d d e dh a r d w a r es y s t e mw a sd e s i g n e dt a k i n gs a r n s u n ga r m 7 t d m ic p ua s t h ec o r e ，a n das m a l lu c l i n u xs y s t e mi se m b e d d e di n t ot h i sh a r d w a r es y s t e m v a r i o u s k i n d so fa p p l i c a t i o ni nu c l i n u xs y s t e mc a nb ed e v e l o p e d t h i st h e s i si n t r o d u c e so n e a p p l i c a t i o n - - e m b e d d e dw e bs e r v e ra n di t sp r o t o c o l - h t t ew eh a v ea l r e a d ys o l v e d t h ep r o b l e mo fd e v e l o p i n ga r ma n dr e s e a r c h e dt h ep r o j e c to fd e v e l o p i n ga r m t h e i m p o r t a n tt h i n gi st h a tw es u c c e s s f u l l ys o l v e dt h ed i f f i c u l t i e so fp o r t i n gu c l i n u xi n t o a r mh a r d w a r ep l a t f o r m t h i sp r o v i d e sw i t hah i g h e rp r a c t i c ea n dr e s e a r c hv a l u ei n t h ef i e l do fs t u d y i n ge m b e d d e ds y s t e m o u re m b e d d e ds y s t e mh a st h ec h a r a c t e r so f l o wc o s ta n dh i g he f f i c i e n c y a tl a s t ，as u m - u pa n dp r o s p e c to fs o m eo t h e ru s a g eo f l i n u xe m b e d d e ds y s t e ma r eg i v e n 2 浙江大学硕士学位论文 第一章绪论 随着计算机技术的发展，嵌入式系统已成为计算机领域的个重要组成部 分，并成为近年来新兴的研究热点。嵌入式操作系统产业关联度大，市场前景 好发展嵌入式软件将有利于增强企业持续创新能力。其中，l i n u x 由于自身 的优良特性，几乎是天然地适合作为嵌入式操作系统。l i n u x 的主要优势在源 码开放，没有版税：功能强大，稳定，健壮：非常优秀的网络功能，图像，文 件管理功能，以及多任务支持功能；可定制性；有成千上万的开发人员支持； 有大量的且不断增加的开发工具 1 1 1 2 3 1 。基于以上原因使得l i n u x 成为很适合 嵌入式开发的操作系统，嵌入式领域将是l i n u x 最大的发展空间。 a r m 即a d v a n c e dr i s cm a c h i n e s 的缩写，由英国a d v a n c e dr i s cm a c h i n e s ( a r m ) l i m i t e d 公司设计。a r m 公司是设计公司，本身不生产芯片，只提供知 识产权( i p ) 。a r m 公司是3 2 位嵌入式p d s c 微处理器领域的领先供应商，在 世界范围有超过1 0 0 个的合作伙伴包括半导体工业的著名公司，从而导致 了大量的开发工具和丰富的第三方资源，它们共同保证了基于a r m 处理器核 的设计可以很快投入市场 1 4 1 1 5 1 。 本论文构造了一个基于a r m 的嵌入式l i n u x 操作系统，由于我们采用的 是a r m 7 t d m i 核的三星$ 3 c 4 5 1 0 bc p u ，该c p u 的其中一个特点是没有 m m u ，所以选择了u c l i n u x 作为我们的嵌入式操作系统，并把它嵌入到2 m 的 f l a s h 中，我们的系统已经实现了正常启动、运行并支持基本的网络功能，在 u c l i n u x 基础上，我们还可以开发各种应用。 1 1 嵌入式系统及其发展趋势 嵌入式设备是指具有计算机功能，但又不称为计算机的设备或器材，它几 乎包括了我们周围的所有电器设备：p d a 、手机、机顶盒、汽车、微波炉、电 梯、安全系统、自动售货机、医疗仪器、立体音响、自动取款机等。和通用计 算机不同，嵌入式系统是针对具体应用的专用系统，一般具有成本敏感性，它 的硬件和软件都必须高效率地设计，量体裁衣、去除冗余，力争在同样的硅片 面积上实现更高的性能。好的嵌入式系统是完成目标功能的最小系统 6 1 1 7 。 1 1 1 嵌入式操作系统概述 s l 9 l 嵌入式系统( e m b e d d e ds y s t e m s ) 可以定义为：以应用为中心的、以计算机 技术为基础，软件，硬件可裁剪，适应于应用系统，对功能，可靠性，成本， 体积，功耗严格要求的专用计算机系统。这个定义不太好把握，还有一种观点 撩江大学硪士学位论文 认为：如果一个应用没有用户界面，用户不必囊接干预机器的运行，这样的应 麓簸可以称为强入式系统。这样的系统因为嗣户不能焱接与系统进行交互而必 须是嵌入式的。这个定义虽然简单直观，但也不能绝对化。例如，电梯的控制 逶零缓认为楚嵌入式瓣，僵是帮畜“羧键”秘“蠢示灯”这些交互式设备。又 例如，联网的嵌入式系统通常也包含监视和控制器这燎交互式设备。在软件角 度可以根据下磁几个特缝来判鞭一个系绞是否嵌入式系绞。 嵌入式系统应用程序的操作镶口只对程序有效。而非仅对键皴和显示 器。 越来越多的嵌入式系统帮要浓它的系统软件有高实融性和多任务功 能。即臻求有实时多任务操作系统( r e a lt i m em u l t i t a s ko p e r a t i o ns y s t e m l 静支稳。 要求系统软件的高效性，健壮性。 嵌入式系统黪坎件一般都是爨化在存锉器芯片或单片褫本身，恧不怒 存储在磁盘中。既嵌入式系统没有磁盘。 简单的嵌入式系统一般并不使用操作系统，只包含一些控制流程，但是当 嵌入式系统所提供的功能复杂彳七之后( 鼯：图澎用户界面和网络支特等) ，筒攀 的流程控制就不能满足系统的疆求，这时就必须考虑使用操作系统做系统软 徉。这时，嵌入式操作系统( e m b e d d e d0 p e r a t i n bs y s t e m ，e o s ) 簸应运掰生。 随着e o s 的广泛应用，业界已推出一些应用比较成功的e o s 产品。随着 各秘应耀数出瑷，e o s 也从单妁弱功能囊蠢专业佬熬强功裁方向发矮，烬皱 起来e o s 应该有以下几个特点：小的系统内梭 较强的实时悭，多任务功能： 能够提供各种设备驱动程序；提供图形界面；提供t c p i p ，p p p 等协泌支持。 1 1 2 嵌入式操作系统设计中的几个问题 1 0 j 一个好的嵌入式设计应该满足以下几点：使用相关计算机的技术使被嵌入 翡系统获缮缓好静淫麓份捂院；髓缀静缝与毅嵌久系统稆莲酸；在满足渡嵌入 系统功能的前提下尽可能简单，避免导致大的系统开销。 扶蒸静意义上说，操作系绞是计算凝豹一个扩展。它赋予了计算槛更多蟾 功能；从另一个角度稽，操作系统也鼹计算机系统的资源管理者。因此，在嵌 入式操作系统中，内核的最小构成也疲包含下列各部分： 1 任务调度 在当前的嵌入式应用中，特别是对个复杂的嵌入式应用而裔，用单 任务来实袋是不可髓静，褥只能粟藉多任务实王冕，瑟魏锓务调凌策路豹优 劣是至关重要的：虽然有各种各样的任务调度方法，但概括起来可以分为 优先级谖皮、轮转调度、时阗片调发3 耱。缆先级调度又霹跌分为2 耪； 优先级抢占和优先级不抢占。优先级抢占是指当有高的优先级进程被激活 蜃，则立即终止当前运行的进程，使其抢占c p u 运行。优先级不抢占是搬 6 浙江大学硕士学馒论文 当有高的优先级进程被激活后，并不立即终止当前运行的进程使其抢占 c p u ，穗怒将其敖瑟遴程簸绪陡麓中，在警蘸运葶亍戆迸稷缩寨嚣，放遴翟就 绪队列中选择优先级最高的进程运行。轮转调度鼹进程管理者按照一个固 定救赡耀阗陵让裁缝进程轮滚运行。时闻片澳度楚稷撂舔个进程各垂懿实 际情况在不同数量的单位时间的时问片内运行。 在一般的操作系统中，固定采用其中的l 秘藏几釉方法进行任务调度。 铡期在u n i x 和l i n u x 中，采用了优先缀不抢占、轮转和时间片3 种方法， 而在实时操作系统中，优先级抢占则是必不可少的。 无论怒在一般懿操铎系统串逐是在嵌入式襟稼系统中，任务溪菠都楚 操作系统的核心。在嵌入式操作系统设计中，很难明确地说哪一种方法比 其它方法更好，聪瑟棂援被嵌入兹实黥系绞的鬟求进雩亍谯镬：选择。出于线 程的切换速度快于进程的切换速魔，因此，在实时嵌入式应用中，多采用 单进程多线程调度来提商实对蛙。在嵌入式操 乍系统中一般都鹰a 蠢上述3 种调度算法的库溺数，以满足不同用户静不同需求。在用户开发完自己的 应用系统后，没有使用到的代码怒不会被连接到嫩终系统中的，这一点熄 与一簸懿操作系绞蒋常重癸豹基澍。一簸浆潦 乍系统裂怒涛瑟有有关代褥 都加载到计算机系统中，丽不论应用时是磷会使用这些代码。 在实辩嵌入式应鬟中逶毒一秘谖度方法，朝臻聚( d e a d l i n e ) 谟疫法。这 种调度方法是设法保证每一个进程( 或线程) 能在它的期限之前被调度执行 完，这种方法耳翦难在研究之中。 2 存储管理 一般擞作系统的存储管理非常复杂，虚拟管理被广泛地使用，简单地 凝纛拯存镶器营瀵藏是通遗操佟系统对内存帮矫存豹管爨，可以便瘦弱疑 序获得比计算机实际内存更大的编址空间，使每个应用程序都可以享有 令独立戆寝攘器铸空藏，程序谤翊筑遮缝是虚熬逸蛙，操作系统逶过段、 页管理完成虚拟地址到物理地址的转换和页面的撤入，换出，同时管理和维 护嚣应用糨序之蚓筵享的存健空阕。这样器应用程序被分隔在各自的地址 空阐运行，不致相互干就。 嵌入式操作系统的存储管理通常比较简单。在具体的嵌入式应用中， 避程f 或线强) 豹数蕊和番爨可蘸锾羯豹雨存容量怒酉强在开发霹颓溅静，强 此嵌入式操作系统通常采用静态内存分配。尤其是在实时嵌入式应用中， 魏莱采溺纛攘存艨技术，嚣舞茭交换的酵闼不鞭测，鼹越是不霹取懿e 对于动态内存分配通常的做法也是从缓冲区中动态分配一块固定大小的内 存，在使娜完毕殿就释放。一般蛾说，嵌入式操佟系统鳓存储管理没有垃 圾收集的葫能。程一个复杂的应辩j 系统中，可能会有几种情况的组合，应 视具体情况处理。例如，在一个商多个处理器，h 既有硬实时应用，又有 较实对应臻和i 安对应蠲的嵌入式系统中，设诗霸尊可蓉在硬实爵部分采弱 静态内存分配，软实时部分采用动态内存分配，而在非蜜时部分采用虚拟 浙江大学硕士学位论文 存储技术，并且使这三种应用分别运行在不同的处理器上。 在内存分配的策略上，嵌入式操作系统强烈地依赖于实际的被嵌入系 统。一个通用嵌入式操作系统可以提供几种分配策略，而用户在开发自己 的实际系统时可以选择，这就再次强调了前文提到的嵌入式操作系统的可 裁剪性。 存储管理的另一个重要特性就是内存保护。在一般的操作系统中，每 个应用程序都有自己的地址空间。不能任意访问其它应用程序的地址空间。 这样，当一个应用程序崩溃时，不会对其它程序产生影响。尽管存储器芯 片价格已经很便宜，但因受应用环境的限制，不能大量使用存储器，这时 嵌入式操作系统的代码量就受到严格限制。例如有的嵌入式操作系统只有 几k b ，使其在处理内存保护方面就非常薄弱，这样的嵌入式操作系统一般 应用于一些即使系统崩溃，也不致造成重大损失的领域，例如手持式电话。 但某些嵌入式应用则对内存保护有非常严格的要求，例如在武器系统中， 就要求嵌入式操作系统具有内存保护的功能。 3 中断 计算机系统接受事件有二种方法：查询和中断。在多任务操作系统中， 由于采用查询方式处理事件或i o 请求会消耗大量的系统资源一c p u 时 间。因此无论在一般的操作系统还是嵌入式操作系统中都采用中断方式来 处理事件或i o 请求。 在操作系统中，中断是同中断处理程序联系在一起的。以i o 操作为 例，一般的过程是：任务a 发出i o 请求后被挂起操作系统切换到其 它任务运行i o 设备完成相应的操作并发出中断请求操作系统调 用相应的中断处理程序解挂任务a 。 在嵌入式操作系统中，对中断处理十分重视，可以说多数嵌入式操作 系统都是事件驱动的。在嵌入式操作系统中，中断处理程序引发的任务切 换如下所示： 任务a 运行响应中断并执行中断处理程序，切换到任务b 任 务b 运行退出后，切换到任务a 任务a 继续运行，在中断处理程序( i s r ) 中仅执行一些必要的状态转换，对于事件的真正处理则利用中断任务( 如上 述的任务b ) 完成。这样使得中断处理程序的运行时间尽可能短，以便系统 可以处理其它中断事件。同时，在i s r 中不能执行有关信号量的操作。因 为i s r 具有最高优先级，如果在i s r 中执行了信号量操作而被挂起，则整 个系统将会死锁。在中断处理上，一般的操作系统与嵌入式操作系统的不 同之处是现场保护。一般的操作系统的中断现场保护是由操作系统来完成 的，在中断处理完成之后，也由操作系统恢复现场。在嵌入式操作系统中， 有时由于受到代码量的限制，中断现场的保护往往由中断处理程序来完成。 在中断处理程序的入口要保护在中断处理程序中用到的寄存器，在中 断处理完成后恢复。这样一方面减少了代码量，另一方面提高了中断响应 浙江大学硕士学位论文 时间，但是却损失了系统的安全性，同时也增加了调试的难度。这是在嵌 入式操作系统的设计中应该予以关注的问题。 4 操作系统与用户的接口 操作系统提供给用户使用的有二类接口。一类是人机界面，无论是视 窗形式还是命令行形式，这个接口确切地说并不能做为操作系统的一部分， 而仅仅是操作系统的一个外壳，这个界面是为了方便用户使用操作系统， 而这个接口在嵌入式操作系统中是不存在的。这里要讨论的是另个接口， 操作系统提供给用户开发自己的应用程序接口( a n ) ，也就是系统调用。无 论是一般的操作系统还是嵌入式操作系统都应具有这个接口。每一个操作 系统提供的系统调用的功能和种类都不同，当然，对于一个操作系统来说， 它提供的系统调用越多，则功能越强，对于应用程序的开发，也就越能提 供高效而简单的支持，同时也会减少应用程序的维护量。相反，一个操作 系统的系统调用越少越单一，那么应用程序相对就要做更多的工作，应用 程序也就越复杂。为了适应不断复杂的应用程序开发的需求，操作系统中 设计的系统调用也就越来越多，越来越复杂，功能越来越强大。但是这一 规律并不适用于嵌入式操作系统，嵌入式操作系统的应用领域非常广，简 单的可以应用在调制解调器上，复杂的可以应用在卫星地面通信接受站。 这就决定了嵌入式操作系统所提供的系统调用的数量和功能是因应用不同 而不同的。尽管前文提到的可裁剪性是嵌入式操作系统的一个非常重要的 特性，但是任何一个嵌入式操作系统都不可能从具有各种完善功能、代码 达几百k b 的操作系统，裁剪到只具有实时调度和信号量操作的几k b 代码。 所以嵌入式操作系统只能面向实际的被嵌入系统的具体需求，确定系统调 用，以便达到在提供最有效的系统调用的同时具有最小的代码量。 最后，在系统调用的形式上要提到p o s i x 。由于各个操作系统提供自 己的系统调用，其类型、功能和调用格式各不相同，这样给应用程序的移 植带来了很大困难。p o s i x 标准的提出正是试图解决这一问题。p o s i x 试 图定义一些标准的系统调用接口和功能，尽管各个操作系统的实现方式各 不相同。p o s i x 是以类l i n u x 为基础开发的，同时，它试图将实时和非实 时的情况统一化，这样就丧失了一定的效率和增加了代码量，所以有些操 作系统在提供p o s i x 兼容的系统调用的同时，也提供了非p o s i x 兼容的系 统调用。 1 1 3 几种嵌入式操作系统的比较 目前市场上流行的，使用最多的e o s 产品包括有：w i n d o w sc e ，w i n d o w s n te m b e d d e d4 0 ，l y n x ，v x w o r k ，n e c l e u s ，p o w e r t v 公司的p o w e r t v o s ， 3 c o m 公司的p a l m o s ，m i e r o w a r e 公司的d a v i d 年1 o s 9 ，i s i ( i n t e 8 i a t e ds y s t e m s i n c ) 公司的o s e k w o r k s 和p s o s y s t e m 等。除了商业化的操作系统外还有一些 浙江大学硕士学位论文 非商业化的嵌入式操作系统可以便用，其中嵌入式l i n u x 将成为完全可以和 w i n d o w sc e 等e o s 相抗衡的o s 1 1 1 2 1 。 w i n d o w sc e 。w i n d o w sc e 是一种3 2 位的多任务操作系统，它经过压 缩，可以移植，能够开发多种企业和客户类设备。由于其是微软公司 的“维纳斯计划”的核心，包含了i n t e m e t e x p l o r e r 的版本，可以和i n t e m e t 实现连接、同步交换信息。如果开发者能熟悉w i n d o w s 开发环境，可 以基于w i n d o w sc e 开发出很好的应用程序。 l y n x 。当今3 2 位微处理机均可用于台式机和工业计算机市场，将其 电路的3 0 一5 0 都用于存储器管理部件( m m u s ) 。但是大部分实时 操作系统产品没有利用这个关键技术。导致在m m u 硅片以浪费功率 而告终。只有l y n x o s 充分利用了这些高性能的c p u 。提供高度集成 的基于m m u 的存储器保护和虚拟寻址，加上过硬的实时响应，具有 高可取性和优良的性能。l y n x o s 为应用软件提供可取的处理环境 f r p e ) 。在这一环境下，基于硬件的高速存储器管理，提供更加安全和 过硬的应用性能。可取的处理环境采用由l y n x o s 提供的全部存储器 管理部件支持，保证应用起来不受其他系统及应用软件部分( 甚至o s 本身) 的误码或数据的干扰。 v x w o r k 。v x w o r k 是w i n dr i v e rs y s t e m 公司开发研制约一种高性能的 嵌入式实时操作系统。它包括了操作系统本身和其集成开发环境。 v x w o r k 以其优良的可靠性、开放性、实时性和易用性赢得了大量的客 户。 p o w e r t vo s 。p o w e r t v 操作系统也是一套占有很大市场份额的操作系 统，是一个高级可缩放的实时操作系统，为网络操作员和应用开发人 员提供了广泛的功能和更高的需求，它还可允许动态扩展和升级，以 便提供新特性来适应市场需求。 p a l mo s 。p a l m o s 是一种专为掌上设备设计的3 2 位操作系统，它运行 在一个抢占式的多任务内核之上。同一时刻用户界面仅仅允许一个应 用程序被打开，这个被打开的程序将控制整个屏幕，应用程序始终运 行在单用户界面进程上：也就是说，它们不允许所谓的m d i ( 多文档接 口) 存在，所有的程序必须以s d i ( 单文档接口) 的形式存在。与 w i n d o w s c e 相比，p a l m o s 显然更为紧凑。 d a v i d ，o s 9 。o s 9 是一个实时的，多用户的，多任务的商业化操作 系统。它使用模块化设计，允许通过增加设备文件来增加新的设备。 它所有的i o 输入输出设备都被当作文件来管理，这与基于i o 的系统 区别很大。同时，内核和用户程序都可放在r o m 上面。因此，o s 一9 可以在基于6 8 0 x 0 的所有计算机上运行，包括无盘的嵌入式控制系统 和多用户的服务器。d a v i d 是调整o s 一9 o s 一2 0 0 0 使之用于s t b 市场 的产品。d a v i d 与众不同的一个地方在于它总是包含了一个l j o 的子 浙江大学硕士学位论文 系统：s p f ，梯形协议文件管理；m p f m ，图片文件管理；m a u i ，多 媒体用户界面；s c f ，连续字符文件管理。和所有的o s 一9 系统一样， d a v i d 必须和其他文件管理一起使用。 p o s e k 和p s o s 。p s o s y s t e m 是一个模块化，高性能，内存保护模式 的实时操作系统，它特别适用于嵌入式的微处理器。o s e k w j r k s 是一 个基于o s e k v d x 标准的使用性广的实时操作系统。完整的实时组件 应包括内核系统，传输能力和网络管理功能。o s e k w o r k s 可以实现高 性能的嵌入式应用。 j i n i 。j i n i 是建立在j a 、，a 基础上的系统，最大的特点是独立于平台之 上，可以“一次编程、到处执行”，它可以实现传统的和非传统的联网 器件间的相互对话。 q n x 。q n x 是q u a n t u m ns o f t w a r es y s t e m 公司研制的基于p c 的实时 多任务的、可扩展的操作系统，它具有微内核结构，用户可根据需要 选择其中一些组件来定制操作系统。 h o p e n 。国内开发的h o p e n 是一个按嵌入式系统要求设计的操作系统， 它是由一个很小的内核及一些根据需要进行定制的系统模块组成。该 系统在处理中文及联网方面都很有特色。 l i n u x 。l i n u x 由于它作为服务器操作系统，其功能的增强已引起了业 界的注意。l i n u x 也逐渐应用于工作站及桌面p c 。同样，l i n u x 以也 因为它服务器o s 的特性而成为一个下一个智能型嵌入式设备的理想 操作系统。 1 1 4 嵌入式系统的发展趋势 i n t e m e t 功能成为必然趋势 随着二十一世纪的来临、全球化的趋势越来越明显、i n t e m e t 作为 获取信息的便捷手段，已逐渐被人们所共识。另外，未来i n t e m e t 接入 设备将呈现多元化的特征，因此嵌入式操作系统作为嵌入式i n t e m e t 接 人设备的灵魂必然向完善的i n t e m e t 支持方向发展，并随着i n t e m e t 的 发展而发展。 s o c ( s y s t e m o nc h i p 、 随着微电子技术的快速发展，软件硬件的紧密结合，s o c 将成为 趋势。这不仅能降低成本、缩小产品体积，还可以增强产品的可靠性。 无线互联 近几年来，无线互联己成为发展的主流，全球知名厂商纷纷推出 自己的无线互联的解决方案。嵌入式设备，特别是消费电子类产品， 具有很强的移动性，所以嵌入式操作系统对于无线互联的支持显得尤 为重要，以实现任何人在任何地方任何时间获取任何信息。 浙江大学硕士学位论文 个性化与标准化并存 由于嵌入式设备种类繁多、千差万别，因而具有很强的个性特征。 嵌入式操作系统为了满足这些需求，必须在个性化和标淮化之间达到 平衡以实现最优。 嵌入式操作系统产业关联度大，市场前景好。发展嵌入式软件将有利于增 强企业持续创新能力，有利于刺激消费，有利于培植新的经济增长点。中国有 巨大的市场需求，有从事操作系统方面的开发队伍，中国企业呼唤中国的操作 系统。 1 2 1 3 1 4 1 2 嵌入式l i n u x 操作系统的概述 嵌入式l i n u x 由于代码开放性以及强大的网络功能，在中低端的嵌入式网 络设备中的应用，比起p s o s 、v x w o r k s 有许多优势。l i n u x 现在甚至支持蓝牙 技术。开发嵌入式l i n u x 产品，从产品上市时间到产品系列化，除人员以外所 需的投入均较少。相对于w i n d o w sc e 、q n x 以及国内的h o p e n 等嵌入式操 作系统，嵌入式l i n u x 以其特有的开放性、与生俱来的网络特性成为嵌入式操 作系统的主流之一。1 5 f 1 6 1 7 】 1 2 1 嵌入式l i n u x 国内外的研究背景 嵌入式l i n u x 是近年来国际上的一个开发热点，韩国三星公司已经率先推 出了采用嵌入式l i n u x 的掌上计算机的概念样机。如今，国内外纷纷开展嵌入 式l i n u x 的研究，由美国新墨西哥理工学院开发的基于l i n u x 的嵌入式操作系 统r t l i n u x ，已成功地应用于航天飞机的空间数据采集、科学仪器测控、电影 特技图像处理等领域。由嵌入式l i n u x 行业的厂商l i n e o 推出的e m b e d i x ，提 供了超过2 5 种的l i n u x 系统服务。由美国网虎公司推出的x l i n u x ，是世界上比 较小的嵌入式l i n u x 系统。广州博利思软件公司也在致力于嵌入式l i n u x 操作 系统的研究，它的产品可适应个人p d a 、w a p 手机、机顶盒等广泛的智能信 息产品。中软总公司推出的嵌入式l i n u x 3 0 不仅满足了数控机床的需求，同时 也可以应用于其他工业控制领域。红旗l i n u x 把工控盒信息家电作为主要的发 展领域。可见，无论国内外，嵌入式l i n u x 的研究都是比较热的，而且取得的 效益也是可观的。 1 8 1 1 1 9 1 2 2 嵌入式l i n u x 系统的优势所在 2 0 】 1 充分满足硬件设备的实时性要求 严格要求的实时性的决定因素与中断例程本身和内核中的其他驱动程序 有关；而响应延迟时间主要受中断的优先级和其他进程暂时地关闭中断响应的 浙江大学硕士学位论文 影响。因此管理和驱动中断的机制必须保证实时要求。根据这个要求，大多数 嵌入式系统并不具备严格的实时性，而w i n d o w sc e 基本上不具备实时性的特 点。但是，嵌入式l i n u x 可以很好得满足实时性要求。对i n t e lx 8 6 处理器，实 时扩充可以在l i n t l x 系统中很容易进行，r t l i n u ) ( 就是很好的例子。它主要 是把l i n u x 的任务作为自己的一个任务，因此实时性要求很高的任务不受非实 时的l i n u x 的干扰，可以得到满足。另外还提供了实时任务和l i n u x 的基本核 心和其他任务间的接口。 2 具有很高的适应性和可靠性 和其他运行于p c 的系统相比，因为l i n u x 继承了u n i x 优点，在适应和稳 定方面性能是非常突出的。而嵌入式的l i n u x 也是如此。 嵌入式l i n u x 不仅支持x 8 6 芯片，而且是一个跨平台的系统，到目前为止 可以支持二、三十种c p u 。很多c p u 包括家电业的芯片，都开始做l i n u x 的 平台移植工作。移植的速度远远超过j a v a 的开发环境，这是值得注意的。电 就是说，如果今天采用l i n u x 环境开发产品，那么将来换c p u 时就不会遇到困 扰。同时，嵌入式l i n u x 内核的结构在网络方面是非常完烂的。提供了包括十 兆、百兆、干兆的以太网络以及无线网络、t o k e nr i n g ( 令牌环1 、光纤甚至卫星 的支持。所以l i n t l x 很适于做通信设备的开发。 此外，高可靠性是嵌入式l i n u x 领先于其他嵌入式操作系统最明显的地方。 采用普通操作系统的程控交换机的可靠性指标一般为9 9 9 8 。而运行嵌入式 l