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1、嵌入式操作系统分析报告,小组成员：谢挺枫 马韵,2015年6月25日,嵌入式操作系统,嵌入式操作系统（Embedded Operating System，简称：EOS）是指用于嵌入式系统的操作系统。嵌入式操作系统是一种用途广泛的系统软件，通常包括与硬件相关的底层驱动软件、系统内核、设备驱动接口、通信协议、图形界面、标准化浏览器等。嵌入式操作系统负责嵌入式系统的全部软、硬件资源的分配、任务调度，控制、协调并发活动。典型的嵌入式操作系统有：嵌入式Linux、C/OS-II、VxWorks、WinCE。,嵌入式Linux,嵌入式Linux（Embedded Linux）是指对Linux经过裁剪小型化

2、后，可固化在存储器中，应用于特定嵌入式场合的专用Linux操作系统。嵌入式Linux的开发和研究已经成为目前操作系统领域的一个热点。嵌入式Linux的有如下典型特性： Linux系统的层次结构和内核完全开放。Linux是由很多体积小且性能高的微内核系统组成。在内核代码完全开放的前提下，不同领域和不同层次的用户可以根据自己的应用需要方便地对内核进行改造，低成本地设计和开发出满足自己需要的嵌入式系统。 强大的网络支持功能。Linux诞生于因特网时代并具有Unix的特性，保证了它支持所有标准因特网协议，并且可以利用Linux的网络协议栈将其开发成为嵌入式的TCP/IP网络协议栈。此外，Linux还支

3、持ext2、fat16、fat32、romfs等文件系统，为开发嵌入式系统应用打下了很好的基础。,嵌入式Linux,Linux具备一整套工具链，容易自行建立嵌入式系统的开发环境和交叉运行环境，可以跨越嵌入式系统开发中仿真工具的障碍。Linux也符合IEEEPOSIX.1标准，使应用程序具有较好的可移植性。 它利用GNU的gcc做编译器，用gdb、kgdb、xgdb做调试工具，能够很方便地实现从操作系统到应用软件各个级别的调试。 Linux具有广泛的硬件支持特性。无论是RISC还是CISC、32位还是64位等各种处理器，Linux都能运行。Linux通常使用的微处理器是IntelX86芯片家族，

4、但它同样能运行于Motorola公司的68K系列CPU和IBM、Apple、Motorola公司的PowerPCCPU以及Intel公司的StrongARMCPU等处理器。Linux支持各种主流硬件设备和最新硬件技术，甚至可以在没有存储管理单元（MMU）的处理器上运行。,嵌入式Linux应用,2014 年全球智能手机出货达 12.8 亿，其中 Android 手机出货 10.42 亿部，占全球 81% 市场份额。安卓手机可以说是Linux迄今为止在主流领域最成功的产品。,安卓手机,嵌入式Linux应用,Linux还出现在了许多车辆上，包括屡获奖项的TTX02电动摩托车。另外，包括丰田和标致在内

5、的多家汽车厂商也在使用Linux操作系统。,车载电脑,嵌入式Linux应用,大多数国家的政府都在使用Linux系统，主要有两个原因：节省成本以及灵活性。,政府机关,嵌入式Linux应用,美国从2001年7月开始，白宫开始将计算机迁移到红帽Linux和Apache HTTP服务器上，迁移工程于2009年2月结束。 美国国防部使用Linux“美国陆军”是安装红帽Linux的最大基地，美国海军核潜艇舰队也在用Linux。 2006年，美国联邦航空管理局宣布在三分之一的预定时间就完成了迁移到红帽企业Linux的工作，节省了1500万美元。,Linux还能方便地应用于机顶盒、IA设备、PDA、掌上电脑、

6、以及工业控制等智能信息产品中。与PC相比，手持设备、IA设备以及信息家电的市场容量要高得多，而Linux嵌入式系统的强大的生命力和利用价值，使越来越多的企业表现出对它极大的研发热情。,嵌入式Linux应用,C/OS-II是在C/OS的基础上发展起来的，由美国嵌入式系统专家JeanJLabrosse 用C语言编写的一个结构小巧、基于优先级的抢占式多任务硬实时内核。,C/OS-II,C/OS-II工作原理,在C/OS-II里,每个任务都有一个任务控制块,在任务控制块的偏移为0的地方,存储着一个指针,它记录了所属任务的专用堆栈地址。事实上,在C/OS-II内,每个任务都有自己的专用堆栈,彼此之间不能

7、侵犯。 每当发生任务切换,系统必然会先进入一个中断,这一般是通过软中断或者时钟中断实现。然后系统会先把当前任务的堆栈地址保存起来,紧接着恢复要切换的任务的堆栈地址。由于那个任务的堆栈里一定也存的是地址,这样就达到了修改PC为下一个任务的地址的目的。,C/OS-的特性,C/OS-是一个占先式的内核,即已经准备就绪的高优先级任务可以剥夺正在运行的低优先级任务的CPU使用权。这个特点使得它的实时性比非占先式的内核要好。 C/OS-不支持时间片轮转法。它是一个基于优先级的实时操作系统。每一个任务必须具有不同的优先级(分析它的源码会发现,C/OS-把任务的优先级当作任务的标识来使用, 如果优先级相同,任

8、务将无法区分)。,C/OS-II任务管理、时间管理,A.任务管理 C/OS-II中最多可以支持64 个任务，分别对应优先级063，其中0 为最高优先级，63为最低级，系统保留了4个最高优先级的任务和4个最低优先级的任务，所有用户可以使用的任务数有56个。 B.时间管理 C/OS-II的时间管理是通过定时中断来实现的，该定时中断一般为10毫秒或100毫秒发生一次，时间频率取决于用户对硬件系统的定时器编程来实现。,C/OS-II任务调度,C/OS-II是基于优先级的抢占式多任务实时操作系统，C/OS-II的任务调度完全基于任务优先级的抢占式调度，也就是最高优先级的任务一旦处于就绪状态，则立即抢占正

9、在运行的低优先级任务的处理器资源。,C/OS-II应用领域,至今，从8位到64位，C/OS-II已在超过40种不同架构上的微处理器上运行。C/OS-II已经在世界范围内得到广泛应用，包括很多领域， 如手机、路由器、集线器、不间断电源、飞行器、医疗设备及工业控制上。,VxWorks出现,Vxworks是美国Wind River System公司推出的一个实时操作系统。WRS公司组建于1981年，是一个专门从事实时操作系统开发与生产的软件公司，该公司在实时操作系统领域被世界公认为是最具领导作用的公司。,VxWorks的特性,Vxworks只占用很小的存储空间，并可高度裁剪，保证了系统能以较高的效率

10、运行。 Vxworks采用微内核设计结构，以节省内存空间。允许在系统运行时将研发出的新系统模块或需要替换现有模块的模块直接而且迅速地加入系统，能够更加有效地利用内存。 提供了有效的任务间通信机制，允许独立的任务在实时系统中与其行动相协调。 支持最新的Berkeley网络特性。,VxWorks扩展性,扩展性主要依靠于相应的开发工具。包括： 板级支持包开发工具（BSP Developers Kit）。 支持闪存文件系统的TrueFFS for Tornado 。 支持图形应用程序。 支持虚拟内存管理VxVMI。 支持多处理的VxMP、VxDCOM和VxFusion。,VxWorks的可移植性,移植

11、时只需要改变整个依赖于硬件的低级代码，而不需要改变操作系统和应用程序。依赖于硬件的这一层称为板级支持包（BSP）。板级支持包是运行VxWorks的任何目标板都需要的。BSP Developers Kit使开发者很容易在用户硬件上使用VxWorks；如果使用商业硬件，WindRiver提供了2000个板级支持包。当为用户版开发板级支持包时，开发者可以获得大量的标准设备驱动程序，这些程序对应所有的目标体系。,VxWorks的应用,消费电子（掌上电脑，机顶盒，可视电话，汽车导航系统） 航空航天（飞行模拟器，航班管理系统，卫星跟踪系统，航空电子设备） 数字图像设备（打印机、传真机，数字复印机，数字相机

12、） 数据通信网络（交换机，路由器，远程访问服务器，ATM及帧中继交换机） 电信设备（PBXs、ACDs，CD交换系统，移动通信基站，蜂窝式电话，Cable Modem） 交通运输（汽车发动机控制，交通信号控制，高速列车控制） 工业控制（机器人，测试与测试设备，过程控制系统，计算机外设，网络计算机，X终端，RAID存储系统，I/O控制设备）,WinCE,WinCE是微软开发的专门用于嵌入式领域的实时操作系统。它是一个开放的、可升级的32 bit嵌入式操作系统，是基于掌上型电脑类的电子设备操作系统。,WinCE系统的发展,WinCE 1.0第一版于1996年发布。但是最初由于一些关键性技术没有解决

13、不是很成功。因此产生巨大争议。 WinCE 2.0及以下版本很不成熟，问题很多。 2000年推出3.0版本平台升级为WinCE 3.0，系统稳定性和性能都大为提高。 2002年1月，微软发布了Windows CE.net即Windows CE.net 4.1版，这是一个非常成功的版本，在PDA市场上一举击败PalmOS，占据消费电子主流市场，同时逐渐发展为一种具有鲜明特色的通用实时嵌入式系统。到2004年发布4.2版本改进却并不太大。 2005年WinCE.net已经推出了5.0版本，已经完善了许多。,WinCE的主要特色,WindowsCE.net是一个32位、多线程、多任务的实时操作系统，

14、这是它的主要特色。 Windows CE.net的体系架构采用独立于通常的程序设计语言并且和Windows兼容的API的方式，这样就可以保障WindowsCE.net的组件化和ROM化，充分适应有限的存储空间和各种不同的芯片的要求。 Windows CE.net是模块型的操作系统，迎合了当今嵌入式开发的模块化和快速、可靠的特点。这也意味着，可选择/组合和配置WindowsCE的模块和组件来创建用户版的操作系统，因此受到广泛认可。 Windows CE的多媒体功能十分强大，而且具有窗口化的操作界面，因此特别适合工业监控设备、网络监控设备、个人手持终端、PDA、智能手机等等中高端场合。,Windows CE应用,1、PDA市场 PDA市场中已基本形成了微软与Palm对垒的格局。Palm阵营的产品致命的弱点是系统开放性差、应用程序有限、功能延展空间小而微软阵营的产品因Windows CE操作系统开放性好、应用程序开发商多、功能强大等优点后来居上。,Windows CE应用,Windows CE是工业控制领域的一种典型手段。它是把产品置于可靠软件和可靠硬件上的一个有效办法