嵌入式操作系统.doc

操作系统在嵌入式操作系统的基础上直接开发设计出安全、稳定和高效的系统是有一定难度的。目前，大多数开发者都会选择在原有的操作系统上进行简编、整合，设计出本身需要的系统。当前比较流行的操作系统主要有 VxWorks、pSOS、Windows CE 和 Linux 等。已有许多的公司都在致力研发适合各种设备的操作系统，以适应现在社会发展的需要。-2 7-第4章 酒后驾车监测系统的软件设计4.1 嵌入式操作系统在嵌入式操作系统的基础上直接开发设计出安全、稳定和高效的系统是有一定难度的。目前，大多数开发者都会选择在原有的操作系统上进行简编、整合，设计出本身需要的系统。当前比较流行的操作系统主要有 VxWorks、pSOS、Windows CE 和 Linux 等。已有许多的公司都在致力研发适合各种设备的操作系统，以适应现在社会发展的需要。4.1.1 常见嵌入式操作系统1. VxWorks 操作系统 VxWorks 操作系统是 1983 年由美国 WindRiver 公司设计开发出来的，它是一种嵌入式实时操作系统，是嵌入式开发环境不可或缺的一个重要组成部分。VxWorks 操作系统在嵌入式实时操作系统中的重要地位是由于其良好的持续开发能力、优秀的用户开发环境以及高性能的内核所决定的。该系统一般应用于高精尖技术及实时性要求极高的领域中。但是从性价比的角度来讲，其价格昂贵，它的操作系统以及开发环境都是专属的，价格也都比较高，要想建起一个可用的开发环境至少要花费 10 万人民币才能完成。并且VxWorks 一般不提供源代码，只提供二进制代码，需要专门的技术人员开发和维护，而且其支持的硬件数量也十分有限43。(l)VxM/Orks9WindRiver公司的VxworkS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、 1960、 Sunsparc、 MotorolaMe68二x、MIPsRX000、 POwERPc等等。vxworks有一个高效率的实时微内核，支持快速多任务处理、中断支持、抢占式和轮转式调度等，因此它被较多地应用在军用产品和航空航天等领域。3. Windows CE 操作系统 Windows CE 是一个 32 位嵌入式操作系统，它是由微软开发的，是基于掌上电脑的一个开放的、可升级的电子设备操作系统44。Windows CE 拥有一个相当出色的图形用户界，与桌面版的 Windows 如出一辙。Windows CE 不仅拥有传统 Windows 图形界面，还可以运行 Visual C+等应用程序。使用同样的函数、使用同样的界面风格。该系统最大缺点是基本内核所占空间较大，由于其出色的界面风格，导致其运行速度较慢，在实时性要求较高的设备中应用较少。(2)WindowsCE WindowSCE是一个功能强大的开放的32位实时嵌入式操作系统，适用于快速构建新一代内存少、体积小的智能设备。例加工业控制器、手持式设备、智能电话、机顶盒和零售点设备等。使用 WindowsCE的嵌入式式系统的设计者能充分利用Microsoft基于WindowS的犯位开发工具的全部函数API。另外， WindowSCE特有的Windows用户界面也便于最终用户的使用。4. Linux 操作系统 Linux 最早创立于 1991 年，由芬兰人 Linus Torvalds 发明，短短几十年的开发，Linux 已经成为一个功能强大、稳定可靠的操作系统。简单的说，Linux 是 Unix 克隆(Unix clone)或 Unix 风格(Unix alike)的操作系统，在源代码兼容绝大部分 Unix 标准，是一个支持多用户，多进程，多线程，实时性较好的功能强大而稳定的操作系统。它可以运行在 x86、PowerPC、MIPS 等平台上，可以说 Linux 是目前运行硬件平台最多的操作系统。嵌入式 Linux 操作系统就是利用 Linux 其自身的许多特点，把它应用到嵌入式系统里。有越来越多的公司了解了 Linux 的优点而选用 Linux 作为主要的平台，它可针对不同硬件设备需求而量身订制，对硬件资源的需求很低，Linux 作业系统应是最适当的选择。(4)LinuxLinux是90年代以来逐渐成熟的一个开放源代码的操作系统。PC机上的Linux版本在全球数以百万计爱好者的合力开发下，得到了非常迅速的发展。90年代末uClinux和RTLimix等相继推出，在嵌入式领域得到了广泛的关注。相对来说，Linux的图形界长春工业大学硕士学位论文面还相对较弱，但近年Linux的图形界面发展也很快，出现了MiniGUI等Linux专用的图形用户接口，这使得Linux操作系统具备了更旺盛的生命力。4.1.2 嵌入式操作系统的选择当前的嵌入式系统开发中人们越来越多的使用以 ARM 为核心的嵌入式系统，因其拥有丰富的资源、功耗低并且有众多厂家支持。基于 ARM 芯片的嵌入式系统现在也常被应用于网络摄像头的应用中。Linux 系统是目前最受欢迎的自由电脑操作系统内核，其源码开放，组件丰富，内核精简，多种硬件平台都适用，并且该系统内部含有完整的 TCP/IP 协议，当该操作系统和 ARM 嵌入式微处理器完美结合后，使 Linux 系统得到了更加广泛的应用。又因 Linux操作系统可以适用于从高端服务器到嵌入式应用的各级平台，因此在项目设计或产品开发时，一般都会选用 Linux 作为操作系统内核。该系统的开发要求有一个可靠性高、支持网络、移植方便、可裁剪性强的嵌入式操作系统。而 Linux 系统成本较低，源代码开放，内核可裁剪性强，内部集成 TCP/IP 协议，因此相对于其他操作系统来说，该系统有着很大的优势。传统的嵌入式操作系统的源代码是不公开的，这对开发新的硬件驱动造成了很大的困难，以至于导致开发周期过长，开发成本过高，逐渐成为嵌入式系统开发的一个瓶颈。随着 Linux 操作系统的出现，有大量的 Linux 开发团队和爱好者对其提供技术支持，使得在 Linux 操作系统下进行软硬件开发时，很方便获得源代码方面的支持，对产品或项目的开发带来了便利条件，从而可以缩短开发周期、提高效率、节约成本。3.1.2选择Linux的原因以上常见的嵌入式操作系统，虽然提供了很多高级的功能，如图形用户界面和网络支持，但这些专用操作系统都是商业化产品，其高昂的价格使许多低端产品的小公司望而却步;而且源码封闭性也大大限制了开发者的主观能动性。结合我国国情，当前国家对自主操作系统提供了大力支持，这为源代码开放的Linux操作系统的推广创造了广阔的发展前景。本系统选择Linux有以下几个原因:(l)可应用于多种硬件平台。Linux己经被移植到多种硬件平台，这对受开销、时间限制的研究与开发项目是很有吸引力的。可以在标准平台上开发然后移植到具体的硬件上，加快了软件与硬件的开发过程。(2)Limix可以随意的配置，不需要任何的许可证或商家的合作关系。唯一的限制是开发者必须做出对Linux社区有益的改动。(3)它是免费的，源代码可以得到，这是最吸引人的。毫无疑问，这会节省大量的开发费用。(4)优秀的网络支持，微内核直接提供网络支持，而不必像其他操作系统要外挂TCP/IP协议包。 (5)Linux高度模块化，使添加部件非常容易。 (6)Linux在台式机上的成功，也保证了Limix在嵌入式系统中的辉煌前景。基于Linux的嵌入式操作系统常见的有 ARMLinux， RTLLinux和uCLinux等。本系统选择 ARMLinux作为操作系统四2。一般的嵌入式操作系统都会提供进程调度管理、进程间的通信、内存管理、文件系统管理等功能。开发者可以利用这些功能方便的处理多任务问题，并开发出高质量的应用程序。在本系统中采用的就是嵌入式Li操作系统。开发者采用Li开发应用程序具有如下的一些优点I7 (l)开放源代码，成本很低。Li源代码是对开发者开放的，用户可以直接从网上免费下载。同时Linux也遵循GPL协议。相比之下WINCE、Vxworks等操作系统需支付一定的版权费。(2)广泛的硬件支持。.Linux几乎支持了所有的主流的处理器，包括有x86、ARM、M正S、PowerPC等结构的处理器，而WINCE只支持4种处理器。(3)高效稳定的内核)Linux的内核被设计成五个部分:进程调度管理、进程间的通信、内存管理、虚拟文件系统、网络接口。这五个部分之间互相依存，非常稳定的支持用户的应用程序运行。同时，Li也采取