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　　1.1 嵌入式系統(tǒng)

　　嵌入式系統(tǒng)是以嵌入式計(jì)算機(jī)為技術(shù)核心，面向用戶、面向產(chǎn)品、面向應(yīng)用，軟硬件可裁減的;適用于對(duì)功能、可靠性、成本\體積、功耗等綜合性能有嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。

　　嵌人式系統(tǒng)應(yīng)具有的特點(diǎn)是:高可靠性;在惡劣的環(huán)境或突然斷電的情況下，系統(tǒng)仍然能夠正常工作;許多嵌人式應(yīng)用要求實(shí)時(shí)性，這就要求嵌入式操作系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)處理能力;嵌入式系統(tǒng)和具體應(yīng)用有機(jī)地結(jié)臺(tái)在一起，它的升級(jí)換代也是和具體產(chǎn)品同步進(jìn)行;嵌入式系統(tǒng)中的軟件代碼要求高質(zhì)量、高可靠性;一般都固化在只讀存儲(chǔ)器中或間存中，也就是說軟件要求固態(tài)化存儲(chǔ)，而不是存儲(chǔ)在磁盤等載體中。

　　1.2 嵌入式操作系統(tǒng)

　　嵌入式操作系統(tǒng)EOS(Embedded OperatingSystem)是一種用途廣泛的系統(tǒng)軟件，過去它主要應(yīng)用于工業(yè)控制和國防系統(tǒng)領(lǐng)域。EOS負(fù)責(zé)嵌人系統(tǒng)的全部軟、硬件資源的分配、調(diào)度工作，控制協(xié)調(diào)并發(fā)活動(dòng);它必須體現(xiàn)其所在系統(tǒng)的特征，能夠通過裝卸某些模塊來達(dá)到系統(tǒng)所要求的功能。目前，已推出一些應(yīng)用比較成功的EOS產(chǎn)品系列。隨著Internet技術(shù)的發(fā)展、信息家電的普及應(yīng)用及EOS的微型化和專業(yè)化，EOS開始從單一的弱功能向高專業(yè)化的強(qiáng)功能方向發(fā)展。嵌人式操作系統(tǒng)在系統(tǒng)實(shí)時(shí)高效性、硬件的相關(guān)依賴性、軟件固態(tài)化以及應(yīng)用的專用性等方面具有較為突出的特點(diǎn)。EOS是相對(duì)于一般操作系統(tǒng)而言的，它除具備了一般操作系統(tǒng)最基本的功能，如任務(wù)調(diào)度、同步機(jī)制、中斷處理、文件功能等外，還有以下特點(diǎn):

　　(1) 可裝卸性。開放性、可伸縮性的體系結(jié)構(gòu)。

　　(2) 強(qiáng)實(shí)時(shí)性。EOS實(shí)時(shí)性一般較強(qiáng)，可用于各種設(shè)備控制當(dāng)中。

　　(3) 統(tǒng)一的接口。提供各種設(shè)備驅(qū)動(dòng)接日。

　　(4) 操作方便、簡(jiǎn)單、提供友好的圖形GUI，圖形界面，追求易學(xué)易用。

　　(5) 提供強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)功能，支持TCP門P協(xié)議及其它協(xié)議，提供TCP/UDP/IP/PPP協(xié)議支持及統(tǒng)一的MAC訪問層接口，為各種移動(dòng)計(jì)算設(shè)備預(yù)留接口。

　　(6) 強(qiáng)穩(wěn)定性，弱交互性。嵌入式系統(tǒng)一旦開始運(yùn)行就不需要用戶過多的干預(yù)，這就要負(fù)責(zé)系統(tǒng)管理的EOS臭有較強(qiáng)的穩(wěn)定性。嵌入式操作系統(tǒng)的用戶接日一般不提供操作命令，它通過系統(tǒng)調(diào)用命令向用戶程序提供服務(wù)。

　　(7) 固化代碼。在嵌入系統(tǒng)中，嵌入式操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件被固化在嵌入式系統(tǒng)計(jì)算機(jī)的ROM中。輔助存儲(chǔ)器在嵌入式系統(tǒng)中很少使用，因此，嵌入式操作系統(tǒng)的文件管理功能應(yīng)該能夠很容易地拆卸，而用各種內(nèi)存文件系統(tǒng)。

　　(8) 更好的硬件適應(yīng)性，也就是良好的移植性。

　　國際上用于信息電器的嵌入式操作系統(tǒng)有40種左右。現(xiàn)在，市場(chǎng)上非常流行的EOS產(chǎn)品，包括3Corn公司下屬子公司的Palm OS，全球占有份額達(dá)50%，MicroS。fi公司的Wind。ws CE不過29%。在美國市場(chǎng)，Palm OS更以80%的占有率遠(yuǎn)超Windows CE。開放源代碼的Linux很適于做信息家電的開發(fā)。

　　比如:中科紅旗軟件技術(shù)有限公司開發(fā)的紅旗嵌入式Linux和美商網(wǎng)虎公司開發(fā)的基于Xlinux的嵌人式操作系統(tǒng)“夸克"。“夸克”是目前全世界最小的Linux，它有兩個(gè)很突出的特點(diǎn)，就是體積小和使用GCS編碼。

　　2 三種常用的嵌入式操作系統(tǒng)

　　2.1 PALM OS

　　Palm是3Corn公司的產(chǎn)品，其操作系統(tǒng)為Palm OS。Palm OS是一種32位的嵌入式操作系統(tǒng)。Palm提供了串行通信接口和紅外線傳輸接口;利用它可以方便地與其它外部設(shè)備通信、傳輸數(shù)據(jù);擁有開放的OS應(yīng)用程序接口，開發(fā)商可根據(jù)需要自行開發(fā)所需的應(yīng)用程序。Palm OS是一套具有極強(qiáng)開放性的系統(tǒng)，現(xiàn)在有大約數(shù)千種專門為Palm OS編寫的應(yīng)用程序，從程序內(nèi)容上看，小到個(gè)人管理、游戲，大到行業(yè)解決方案，Palm OS無所不包。在豐富的軟件支持下，基干Palm OS的掌上電腦功能得以不斷擴(kuò)展。 Palm OS是一套專門為掌上電腦開發(fā)的OS。在編寫程序時(shí)，Palm OS充分考慮了掌上電腦內(nèi)存相對(duì)較小的情況，因此它只占有非常小的內(nèi)存。由于基干Palm OS編寫的應(yīng)用程序占用的空間也非常小(通常只有幾十KB)，所以，基于Palm OS的掌上電腦(雖然只有幾MB的RAM)可以運(yùn)行眾多應(yīng)用程序。

　　由于Palm產(chǎn)品的最大特點(diǎn)是使用簡(jiǎn)便、機(jī)體輕巧;因此決定了Palm OS應(yīng)具有以下特點(diǎn)。

　　(1) 操作系統(tǒng)的節(jié)能功能。由于掌上電腦要求使用電源盡可能小，因此在Palm OS的應(yīng)用程序中，如果沒有事件運(yùn)行，則系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)人半休眠(doze)的狀態(tài);如果應(yīng)用程序停止活動(dòng)一段時(shí)間，則系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)人休眠(sleep)狀態(tài)。

　　(2) 合理的內(nèi)存管理。Palm的存儲(chǔ)器全部是可讀寫的快速RAM，動(dòng)態(tài)RAM(Dynamic RAM)類似于PC機(jī)上的RAM，它為全局變量和其它不需永久保存的數(shù)據(jù)提供臨時(shí)的存儲(chǔ)空間;存儲(chǔ)RAM(Storage RAM)類似于PC機(jī)上的硬盤，可以永久保存應(yīng)用程序和數(shù)據(jù)。

　　(3) Palm OS的數(shù)據(jù)是以數(shù)據(jù)庫(database)的格式來存儲(chǔ)的。數(shù)據(jù)庫是由一組記錄(records)和一些數(shù)據(jù)庫頭信息組成的。為保證程序處理速度和存儲(chǔ)器空間，在處理數(shù)據(jù)的時(shí)候，Palm OS不是把數(shù)據(jù)從存儲(chǔ)堆(Storage Heap)拷貝到動(dòng)態(tài)堆(Dynamic Heap)后再進(jìn)行處理，而是在存儲(chǔ)堆中直接處理。為避免錯(cuò)誤地調(diào)用存儲(chǔ)器地址，Palm OS規(guī)定，這一切都必須調(diào)用其內(nèi)存管理器里的API來實(shí)現(xiàn)。

　　Palm OS與同步軟件(Hotsync)結(jié)合可以使掌上電腦與PC機(jī)上的信息實(shí)現(xiàn)同步，把臺(tái)式機(jī)的功能擴(kuò)展到了掌上電腦。Palm應(yīng)用范圍相當(dāng)廣泛，如:聯(lián)絡(luò)及工作表管理、電子郵件及互聯(lián)網(wǎng)通信。

　　銷售人員及組別自動(dòng)化等等。Palm外圍硬件也十分豐富，有數(shù)碼相機(jī)、GPS接收器、調(diào)制解調(diào)器、GSM無線電話、數(shù)碼音頻播放設(shè)備、便攜鍵盤、語言記錄器、條碼掃描、無線尋呼接收器、探測(cè)儀。

　　其中Palm與GPS結(jié)合的應(yīng)用，不但可以作導(dǎo)航定位，還可以結(jié)合GPS作氣候的監(jiān)測(cè)、地名調(diào)查等。

　　2.2 Windows CE

　　WINDOWS CE是微軟開發(fā)的一個(gè)開放的、可升級(jí)的32位嵌入式操作系統(tǒng)，是基于掌上型電腦類的電子設(shè)備操作系統(tǒng)。它是精簡(jiǎn)的Windows 95。Windows CE的圖形用戶界面相當(dāng)出色。其中CE中的C代表袖珍(Compact)、消費(fèi)(Consumer)、通信能力(Connectivit)和伴侶(Companion);E代表電子產(chǎn)品(Electronics)。與 Windows 95/98、Windows NT不同的是，Windows CE是所有源代碼全部由微軟自行開發(fā)的嵌入式新型操作系統(tǒng)，其操作界面雖來源于Windows 95/98，但Windows CE是基于Win32 API重新開發(fā)的、新型的信息設(shè)備平臺(tái)。Windows CE具有模塊化、結(jié)構(gòu)化和基干Win32應(yīng)用程序接日以及與處理器無關(guān)等特點(diǎn)。Windows CE不僅繼承了傳統(tǒng)的Windows圖形界面，并且在Windows CE平臺(tái)上可以使用Windows 95/98上的編程工具(如 Visual Basic、Visual+十等)、使用同樣的函數(shù)、使用同樣的界面風(fēng)格，使絕大多數(shù)的應(yīng)用軟件只需簡(jiǎn)單的修改和移植就可以在WindowsCE平臺(tái)上繼續(xù)使用。

　　Windows CE的設(shè)計(jì)目標(biāo)是:模塊化及可伸縮性、實(shí)時(shí)性能好，通信能力強(qiáng)大，支持多種CPU。它的設(shè)計(jì)可以滿足多種設(shè)備的需要，這些設(shè)備包括了工業(yè)控制器、通信集線器以及銷售終端之類的企業(yè)設(shè)備，還有像照相機(jī)、電話和家用娛樂器材之類的消費(fèi)產(chǎn)品。一個(gè)典型的基于Willd。WS CE的嵌人系統(tǒng)通常為某個(gè)特定用途而設(shè)計(jì)，并在不聯(lián)機(jī)的情況下工作。它要求所使用的操作系統(tǒng)體積較小，內(nèi)建有對(duì)中斷響應(yīng)功能。

　　WINDOWS CE的特點(diǎn)有:

　　(1) 具有靈活的電源管理功能，包括睡眠/喚醒摸式。 (2) 使用了對(duì)象存儲(chǔ)(object store)技術(shù)，包括文件系統(tǒng)、注冊(cè)表及數(shù)據(jù)庫。它還具有很多高性能。

　　(2) 高效率的操作系統(tǒng)特性，包括按需換頁、共享存儲(chǔ)、交叉處理同步、支持大容量堆(heaP)等。

　　(3) 擁有良好的通信能力。廣泛支持各種通信硬件，亦支持直接的局域網(wǎng)連接以及撥號(hào)連接，并提供與PC、內(nèi)部網(wǎng)以及Internet的連接，還提供與Windows gx/NT的最佳集成和通信。

　　(4) 支持嵌套中斷。允許更高優(yōu)先級(jí)別的中斷首先得到響應(yīng)，而不是等待低級(jí)別的ISR完成。這使得該操作系統(tǒng)具有嵌入式操作系統(tǒng)所要求的實(shí)時(shí)性。

　　(5) 更好的線程響應(yīng)能力。對(duì)高級(jí)別IST(中斷服務(wù)線程)的響應(yīng)時(shí)間上限的要求更加嚴(yán)格，在線程響應(yīng)能力方面的改進(jìn)，幫助開發(fā)人員掌握線程轉(zhuǎn)換的具體時(shí)間，并通過增強(qiáng)的監(jiān)控能力和對(duì)硬件的控制能力幫助他們創(chuàng)建新的嵌入式應(yīng)用程序。

　　(6) 256個(gè)優(yōu)先級(jí)別。可以使開發(fā)人員在控制嵌人式系統(tǒng)的時(shí)序安排方面有更大的靈活性。

　　(7) Windows CE的API是Win32 API的一個(gè)子集，支持近1500個(gè)Win32 API。有了這些API，足可以編寫任何復(fù)雜的應(yīng)用程序。當(dāng)然，在Windows CE系統(tǒng)中，所提供的API也可以隨具體應(yīng)用的需求而定。

　　在掌上型電腦中Windows CE包含如下一些重要組件:Pocket Outlook及其組件、語音錄音機(jī)、移動(dòng)頻道、遠(yuǎn)程撥號(hào)訪問、世界時(shí)鐘、計(jì)算器、多種輸入法、GBK字符集、中文TTF字庫、英漢雙向詞典、袖珍測(cè)覽器、電子郵件、Pocket Office、系統(tǒng)設(shè)置、Windows CE Services軟件。

　　2.3 Linux

　　Linux是一個(gè)類似于Unix的操作系統(tǒng)。它起源于芬蘭一個(gè)名為L(zhǎng)inus Torvalds的業(yè)余愛好，但是現(xiàn)在已經(jīng)是最為流行的一款開放源代碼的操作系統(tǒng)。Linux從1991年問世到現(xiàn)在，短短10年的時(shí)間內(nèi)已發(fā)展成為一個(gè)功能強(qiáng)大、設(shè)計(jì)完善的操作系統(tǒng)，伴隨網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)步而發(fā)展起來的Linux OS已成為Microsoft公司的DOS和Windows 95/98的強(qiáng)勁對(duì)手。Linux系統(tǒng)不僅能夠運(yùn)行于PC平臺(tái)，還在嵌入式系統(tǒng)方面大放光芒，在各種嵌人式Linux OS迅速發(fā)展的狀況下，Linux OS逐漸形成了可與Windows CE等EOS進(jìn)行抗衡的局面。目前正在開發(fā)的嵌人式系統(tǒng)中，49%的項(xiàng)目選擇Linux作為嵌入式操作系統(tǒng)。

　　Linux現(xiàn)已成為嵌入式操作系統(tǒng)的理想選擇。

　　中科紅旗軟件技術(shù)有限公司開發(fā)的紅旗嵌入式Linux正在成為許多嵌人式設(shè)備廠商的首選。在不到一年的時(shí)間內(nèi)，紅旗公司先后推出了PDA、機(jī)預(yù)盒、瘦客戶機(jī)、交換機(jī)用的嵌入式Linux系統(tǒng)，并且投入了實(shí)際應(yīng)用。現(xiàn)以紅旗嵌入式Linux為例來講解嵌入式Linux OS的特點(diǎn):

　　(1) 精簡(jiǎn)的內(nèi)核，性能高、穩(wěn)定，多任務(wù)。

　　(2) 適用于不同的CPU，支持多種體系結(jié)構(gòu)，如X86、ARM、MIPS、ALPHA，SPARC等。

　　(3) 能夠提供完善的嵌人式GUI以及嵌入式X.Wifld。WS。

　　(4) 提供嵌人式測(cè)覽器、郵件程序、MP3 M放器、MPEG播放器、記事本等應(yīng)用程序。

　　(5) 提供完整的開發(fā)工具和SDK，同時(shí)提供PC上的開發(fā)版本。

　　(6) 用戶可定制，可提供圖形化的定制和配置工具。

　　(7) 常用嵌入式芯片的驅(qū)動(dòng)集，支持大量的周邊硬件設(shè)備，驅(qū)動(dòng)豐富。

　　(8) 針對(duì)嵌人式的存儲(chǔ)方案，提供實(shí)時(shí)版本和完善的嵌入式解決方案。

　　(9) 完善的中文支持，強(qiáng)大的技術(shù)支持，完整的文檔。

　　(10) 開放源碼，豐富的軟件資源，廣泛的軟件開發(fā)者的支持，價(jià)格低廉，結(jié)構(gòu)靈活，適用面廣。

　　3 三種嵌入式操作系統(tǒng)的比較

　　3.1 Linux OS與 Windows CE的比較

　　嵌入式Linux OS與Windows CE相比的優(yōu)點(diǎn):

　　第一，Linux是開放源代碼的，不存在黑箱技術(shù)，遍布全球的眾多Linux愛好者都是Linux開發(fā)者的強(qiáng)大技術(shù)支持者;而Windows CE是非開放性O(shè)S;使第三方很難實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的定制。第二，Linux的源代碼隨處可得，注釋豐富，文檔齊全，易干解決各種問題。第三，Linux的內(nèi)核小、效率高;而 Windows CE在這方面是笨拙的，占用過多的RAM，應(yīng)用程序龐大。第四，Linux是開放源代碼的OS，在價(jià)格上極具競(jìng)爭(zhēng)力，適合中國國情。Windows CE的版權(quán)費(fèi)用是廠家不得不考慮的因素。第五，Linux不僅支持X86芯片，還是一個(gè)跨平臺(tái)的系統(tǒng)。到目前為止，它可以支持20～30種CPU，很多 CPU(包括家電業(yè)的芯片)廠商都開始做Linux的平臺(tái)移植工作，而且移植的速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過Java的開發(fā)環(huán)境。如果今天采用Linux環(huán)境開發(fā)產(chǎn)品，那么將來更換CPU時(shí)就不會(huì)遇到更換平臺(tái)的困擾。第六，Linux內(nèi)核的結(jié)構(gòu)在網(wǎng)絡(luò)方面是非常完整的，它提供了對(duì)包括十兆位、百兆位及千兆位的以太網(wǎng)，還有無線網(wǎng)絡(luò)、Token ring(令牌環(huán))和光纖甚至衛(wèi)星的支持。第七，Linux在內(nèi)核結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中考慮適應(yīng)系統(tǒng)的可裁減性的要求，windows CE在內(nèi)核結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中并未考慮適應(yīng)系統(tǒng)的高度可裁減性的要求。