嵌入式系统与嵌入式操作系统1.1系统的特点及发展趋势分析

1. 嵌入式系统和嵌入式操作系统1.1 嵌入式系统

嵌入式系统是以嵌入式计算机为核心技术。它是面向用户的、面向产品的、面向应用的。可以减少软件和硬件。适用于对功能、可靠性、成本、体积、功耗等综合性能有严格要求的特种计算机。系统。

嵌入式系统应具备以下特点：高可靠性；在恶劣环境或突然断电时，系统仍能正常工作；很多嵌入式应用需要实时性能，这就要求嵌入式操作系统具备实时处理能力；嵌入式系统与具体应用有机结合，其升级也与具体产品同步进行；嵌入式系统中的软件代码要求高质量和高可靠性，一般固化在只读设备或闪存中。也就是说，软件需要固态存储，而不是存储在磁盘等载体中。

1.2 嵌入式操作系统

嵌入式操作系统 EOS（Embedded Operating System）是一种用途广泛的系统软件。过去主要用于工业控制和国防系统领域。EOS负责分配、调度、控制和协调系统内嵌入的所有软硬件资源的并发活动；它必须反映其所在系统的特点，并通过加载和卸载某些模块来实现系统所需的功能。目前已经推出了一些应用比较成功的EOS产品系列。随着互联网技术的发展、信息家电的普及应用以及EOS的小型化和专业化，EOS开始从单一的弱功能向高度专业化的强功能发展。嵌入式操作系统在系统实时性、硬件依赖性、软件固化和应用专用性等方面具有较为突出的特点。EOS 是相对于通用操作系统而言的。它除了具备一般操作系统最基本的功能，如任务调度、同步机制、中断处理、文件处理等，还具有以下特点：

可装载性。开放、可扩展的架构。实时性强。EOS一般实时性强，可用于各种设备控制。统一接口。提供各种设备驱动接口。操作方便简单，提供友好的图形GUI，图形界面，易学易用。提供强大的网络功能，支持TCP/IP协议等协议，提供TCP/UDP/IP/PPP协议支持和统一的MAC接入层接口，为各种移动计算设备预留接口。稳定性强，交互性弱。一旦系统开始运行，不需要过多的用户干预，这意味着负责系统管理的EOS具有很强的稳定性。嵌入式用户界面一般不提供操作命令，它通过系统调用命令为用户程序提供服务。强化代码。在嵌入式系统中，嵌入式操作系统和应用软件被固化在嵌入式系统计算机的ROM中。辅助设备在嵌入式系统中很少使用，因此，嵌入式操作系统的文件管理功能应该易于反汇编，使用各种内存文件系统。更好的硬件适应性，即良好的便携性。嵌入式操作系统的文件管理功能要容易反汇编，使用各种内存文件系统。更好的硬件适应性，即良好的便携性。嵌入式操作系统的文件管理功能要容易反汇编，使用各种内存文件系统。更好的硬件适应性，即良好的便携性。

世界上信息家电的嵌入式操作系统约有40种。现在，市面上非常火爆的EOS产品，包括3Com旗下的Palm OS全球占有率达50%，而公司的CE只有29%。在美国市场，Palm OS 以 80% 的份额远超 Windows CE。开源代码非常适合信息家电的开发。例如：中科红旗软件科技有限公司开发的红旗嵌入式Linux和美国网虎开发的基于Xlinux的嵌入式操作系统“Quark”。“夸克”是目前世界上最小的Linux，它有两个非常突出的特点，即体积小和使用GCS编码。

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二、三种常用的嵌入式操作系统

Palm是3Com公司的产品，其操作系统是Palm OS。Palm OS 是一个 32 位嵌入式操作系统。Palm提供了串口通讯接口和红外传输接口，可以方便的与其他外部设备通讯，传输数据；具有开放的OS应用程序接口，开发者可根据需要开发所需的应用程序。Palm OS是一个开放性很强的系统。大约有数千个专门为 Palm OS 编写的应用程序。从节目内容来看，从个人管理、游戏到行业解决方案。不包含。凭借丰富的软件支持，基于 Palm OS 的掌上电脑不断扩展。

Palm OS 是专门为掌上电脑开发的一套操作系统。Palm OS在编写程序时充分考虑到了掌上电脑相对较小的内存，所以只占用了非常少的内存。由于基于 Palm OS 编写的应用程序占用的空间也很小（通常只有几十 KB），因此基于 Palm OS 的 PDA（尽管只有几 MB 的 RAM）可以运行许多应用程序。

由于Palm产品最大的特点就是使用方便、机身轻巧，因此决定Palm OS应该具备以下特点：

节能功能。掌上电脑需要尽可能少的电量，所以在Palm OS应用程序中，如果没有事件运行，系统设备进入半睡眠（打盹）状态；如果应用程序在一段时间内停止活动，系统会自动进入睡眠模式（sleep）状态。合理的内存管理。Palm的设备都是可读写的快速RAM，动态RAM（Dynamic RAM）类似于PC上的RAM，它为全局变量和其他不需要永久保存的数据提供临时存储空间；存储 RAM（Storage RAM）类似于 PC 的硬盘上，可以永久保存应用程序和数据。Palm OS 数据以数据库格式存储。一个数据库由一组记录和一些数据库头信息组成。为了保证程序处理速度和内存空间，Palm OS在处理数据时，不会将数据从存储堆（Storage Heap）复制到动态堆（Dynamic Heap）中进行处理，而是直接在存储堆中进行处理。为了避免误调用内存地址，Palm OS 规定这一切都必须通过调用其内存管理器中的 API 来实现。

Palm OS与同步软件（HotSync）的结合可以使掌上电脑和PC上的信息同步，将桌面的功能扩展到掌上电脑。Palm 具有广泛的应用程序，例如：联系人和工作表管理、电子邮件和通信、销售人员和组自动化等等。掌上周边硬件也很丰富，有数码相机、GPS接收器、调制解调器、GSM手机、数字音频播放设备、便携式键盘、录音笔、条码扫描器、无线寻呼接收器、探测器。其中，Palm结合GPS的应用不仅可以用于导航定位，还可以结合GPS进行气候监测和地名调查。

Windows CE 是为操作基于掌上电脑的电子设备而开发的开放且可升级的 32 位操作系统。它是 Windows 95 的精简版。Windows CE 的图形用户界面相当不错。CE 中的 C 代表 Compact、Consumer、Connectivity 和 Companion；E代表电子。与Windows 95/98、Windows NT 不同，Windows CE 是一个新的嵌入式操作系统，所有源代码由微软自己开发。虽然其操作界面来自Windows 95/98，但Windows CE是基于Win32 API重新开发的一种新型信息设备。Windows CE是模块化、结构化的，基于Win32应用程序接口，与处理器等无关。Windows CE不仅继承了传统的Windows图形界面，

CE的设计目标是：模块化和可扩展性、实时性好、通信能力强、支持多CPU。它旨在满足各种设备的需求，从工业控制器、通信集线器和销售点设备等企业设备到相机、电话和家庭娱乐设备等消费产品。典型的基于 Windows CE 的嵌入式系统通常是为特定目的而设计的，并且可以离线工作。它需要更小的尺寸并且具有对中断的内置响应。

Windows CE 的特点是：

具有灵活的电源管理功能，包括睡眠/唤醒模式。使用对象（object store）技术，包括文件系统、注册表和数据库。它还具有许多高性能、高效率的操作系统特性，包括按需分页、共享存储、跨处理同步、支持大容量堆等等。具备良好的沟通技巧。广泛支持各种通信硬件，也支持直接局域网连接和拨号连接，提供与PC、Intranet和Internet的连接，也提供与Windows 9x/NT的最佳集成和通信。支持嵌套中断。允许优先处理较高优先级的中断，而不是等待较低级别的 ISR 完成。这使得操作系统具有操作系统所需的实时性能。线程响应能力。更严格的高层 IST（中断服务线程）响应时间上限，线程响应能力的改进，帮助开发人员掌握线程转换的具体时间，并帮助他们通过增强的监控能力和对硬件的控制来创建新的嵌入式应用程序。256 个优先级。使开发人员能够更灵活地控制嵌入式系统的时序。Windows CE API 是 Win32 API 的子集，支持近 1500 个 Win32 API。使用这些 API，可以编写任何复杂的应用程序。当然，在Windows CE系统中，提供的API也可以根据具体应用的需要来确定。更严格的高层 IST（中断服务线程）响应时间上限，线程响应能力的改进，帮助开发人员掌握线程转换的具体时间，并帮助他们通过增强的监控能力和对硬件的控制来创建新的嵌入式应用程序。256 个优先级。使开发人员能够更灵活地控制嵌入式系统的时序。Windows CE API 是 Win32 API 的子集，支持近 1500 个 Win32 API。使用这些 API，可以编写任何复杂的应用程序。当然，在Windows CE系统中，提供的API也可以根据具体应用的需要来确定。更严格的高层 IST（中断服务线程）响应时间上限，线程响应能力的改进，帮助开发人员掌握线程转换的具体时间，并帮助他们通过增强的监控能力和对硬件的控制来创建新的嵌入式应用程序。256 个优先级。使开发人员能够更灵活地控制嵌入式系统的时序。Windows CE API 是 Win32 API 的子集，支持近 1500 个 Win32 API。使用这些 API，可以编写任何复杂的应用程序。当然，在Windows CE系统中，提供的API也可以根据具体应用的需要来确定。并帮助他们增强监控能力和对硬件的控制 创建一个新的嵌入式应用程序。256 个优先级。使开发人员能够更灵活地控制嵌入式系统的时序。Windows CE API 是 Win32 API 的子集用计算器时 ce，支持近 1500 个 Win32 API。使用这些 API，可以编写任何复杂的应用程序。当然，在Windows CE系统中，提供的API也可以根据具体应用的需要来确定。并帮助他们增强监控能力和对硬件的控制 创建一个新的嵌入式应用程序。256 个优先级。使开发人员能够更灵活地控制嵌入式系统的时序。Windows CE API 是 Win32 API 的子集，支持近 1500 个 Win32 API。使用这些 API，可以编写任何复杂的应用程序。当然，在Windows CE系统中，提供的API也可以根据具体应用的需要来确定。

在掌上电脑中，Windows CE包括以下重要组件：Pocket Outlook及其组件、录音笔、手机频道、远程拨号访问、世界时钟、计算器、多种输入法、GBK字符集、中文TTF字体、中英文双way Dictionary、Pocket Browser、Email、Pocket、系统设置、Windows CE 服务软件。

Linux 是类似的。它起源于芬兰，是一种名为 Linus Torvalds 的爱好，但现在是最流行的开源操作系统之一。从 1991 年问世到现在，Linux 仅用了 10 年时间就发展成为一个功能强大且设计精良的操作系统。与时俱进的Linux操作系统已经成为公司DOS和95/98的有力对手。Linux系统不仅可以在PC上运行，还可以在系统中大放异彩。随着各种嵌入式Linux操作系统的快速发展，Linux操作系统逐渐形成了可以与Windows CE等EOS竞争的局面。在目前正在开发的嵌入式系统中，49%的项目选择Linux作为嵌入式操作系统。Linux 现在是嵌入式操作的理想选择。

现在以红旗嵌入式Linux为例，说明嵌入式Linux操作系统的特点：

精简内核，高性能，稳定，多任务。适用于不同的CPU，支持多种架构，如X86、ARM、MIPS、ALPHA、SPARC等。可以提供完整的嵌入式GUI和嵌入式X-Windows。提供嵌入式浏览器、邮件程序、MP3播放器、MPEG播放器、记事本等应用。提供完整的开发工具和SDK，以及PC上的开发版本。提供用户可定制的图形定制和配置工具。常用嵌入式芯片的驱动程序集，支持大量外围硬件设备，驱动程序丰富。对于嵌入式解决方案，提供实时版本和完整的嵌入式解决方案。完善的中文支持，强大的技术支持，完整的文档。开源，丰富的软件资源，软件开发商的广泛支持，价格低廉，结构灵活，应用广泛。三、三比较3.1 OS和Ce的比较

嵌入式Linux OS与Windows CE相比的优势：首先，Linux是开源的，不存储黑盒技术。全世界很多Linux爱好者都是Linux开发者的强大技术支持者；而Windows CE不是开放性操作系统，第三方很难实现产品定制。二是Linux源代码随处可见，注释丰富，文档齐全，轻松解决各种问题。第三，Linux的内核小而高效；Windows CE 在这方面很笨拙，占用了太多的 RAM 并且拥有庞大的应用程序。第四，Linux是开源操作系统，价格极具竞争力，适合中国国情。Windows CE的版权费是厂商不得不考虑的一个因素。第五，Linux不仅支持x86芯片，还支持跨系统。到目前为止，它可以支持20到30种CPU，很多CPU（包括家电行业的芯片）厂商已经开始移植Linux平台，移植速度远超开发环境。如果现在使用Linux环境开发产品用计算器时 ce，以后换CPU就不会遇到换平台的麻烦了。第六，Linux内核的网络结构非常完整。它为包括十兆、百兆和千兆的以太网网络以及网络、令牌环（Token Ring）和光纤甚至卫星提供支持。支持。第七，Linux在设计内核结构时考虑了系统的适应性要求，

嵌入式 Linux 操作系统与 Windows CE 相比的弱点：

3.2 Palm OS 和 Windows CE 的比较

3Com的Palm OS是掌上电脑市场上优秀的嵌入式操作系统，是专门为这个市场设计的系统。它具有开放的操作程序接口（API），支持开发者根据自己的需要开发所需的应用程序，应用程序非常丰富。长期以来，它一直主导着掌上电脑市场。

从技术上看，Palm OS是专门为掌上电脑开发的一套，有很多CE无法比拟的优点；Windows CE 过于臃肿，不适合在廉价的掌上电脑上使用。

Palm OS是一个开放性很强的系统。开发者免费为用户提供Palm OS的开发工具，让用户可以使用这些工具在Palm OS的基础上方便地编写和修改相关软件。相比之下，Windows CE的开发工具要复杂得多，普通用户难以掌握。这是 Palm OS 和 Windows CE 之间的另一个主要区别。

从常用EOS的规模、开发定制、互操作性、通用性、实时性、应用领域等方面，我们可以通过表1总结如下：

掌上操作系统

Windows CE 3.0

嵌入 Linu

尺寸

核心几十KB，整个嵌入式环境不大

内核占用 500KB 的 ROM 和 250KB 的 RAM。整个Windows CE操作系统，包括硬件抽象层（HAL和硬件抽象层）、Windosw CE Kernel、User、GDI、文件系统和数据库，总共大约1.5MB

核心从几十KB到500KB。整个环境最小大小只有100KB左右，以后会越来越小

可开发定制

可轻松开发定制

用户开发定制不方便，受公司限制较多

用户可以轻松开发定制，可以不受限制地自由卸载用户模块

互操作性

强大的互操作性

互操作性比较强，Windows C可以通过OEM的许可协议在其他设备上使用

强大的互操作性

实用性

更好的

更好的

非常好

概论

适用于多个 CPU 和多个硬件

兼容多CPU和多硬件平台

兼容多CPU和多硬件平台

适用应用领域

应用范围广，特别适合掌上电脑的开发

应用范围广。Windows C专为新一代非传统PC设备而设计，包括掌上电脑、掌上电脑和车载电脑。

由于Linu内核的结构和功能，嵌入式Linu应用范围很广，特别适合信息家电的开发。

结语

Palm OS、Windows CE，这三种嵌入式操作系统有不同的特点和不同的用途；但是 Linux 比 Palm OS 和 Windows CE 更小更稳定，而且 Linux 是一个开放的操作系统，在价格上很有竞争力。今天，整个市场还没有形成，嵌入式操作系统还没有形成一个统一的国际，Linux的一系列特性为我们开发国产嵌入式操作系统提供了便利。因此，我们有机会占领这个不成熟的市场。一个地方。

附录：其他嵌入式操作系统介绍

事实上，这个系统并不是什么新鲜事物。自 1980 年代以来，一些国际 IT 组织和公司已经开始开发商业系统和专用操作系统。其中，出现了一些著名的嵌入式系统：

行政长官

Microsoft CE 是一个多线程、全优先级、多任务操作系统，专为资源有限的平台而设计。其模块化设计使其能够针对从手持计算机到专用工业控制器的消费电子产品进行定制。操作系统的基本内核至少需要 200K 的 ROM。

VxWorks

VxWorks是目前嵌入式系统领域应用最广泛、市场占有率最高的系统。它支持多个处理器，例如 x86、i960、Sun Sparc、Motorola MC68xxx、MIPS RX000、POWER PC 等等。大多数 VxWorks API 是专有的。使用 GNU 的编译器和调试器。

pSOS

ISI 已被 WinRiver 合并，现在 pSOS 是 WindRiver 的产品。该系统是为嵌入式微处理器设计的模块化、高性能实时操作系统，提供完全多任务环境，在定制或商业硬件上提供高性能和可靠性。它允许开发人员根据操作系统的功能和内存要求，定制每个应用程序所需的系统。开发人员可以使用它来实现从简单的单个独立设备到复杂的联网多处理器系统的任何东西。

QNX

QNX是一个实时的、可扩展的操作系统，部分符合POSIX相关标准，例如：POSIX.1b实时扩展。它提供了一个小的微内核和一些可选的协作进程。它的内核只提供了4种服务：进程调度、进程间通信、底层网络通信和中断处理，它的进程运行在不同的地址空间。所有其他 OS 服务都是作为协作用户进程实现的，因此 QNX 内核非常小（QNX4.x 约为 12Kb）并且运行速度非常快。这种灵活的结构允许用户根据实际需要将系统配置成微型嵌入式操作系统或包含数百个处理器的超级虚拟机操作系统。

掌上操作系统

3Com的Palm OS在PDA市场占有很大的市场份额。它具有开放的操作系统应用程序编程接口（API），开发者可以根据自己的需要开发所需的应用程序。

操作系统-9

Microwave 的 OS-9 是为微处理器的关键实时任务而设计的操作系统，广泛应用于高科技产品，包括消费电子、工业自动化、无线通讯产品、医疗仪器和数字电视/多媒体设备。它提供了很好的安全性和容错性。与其他嵌入式系统相比，它的灵活性和可升级性非常突出。

猞猁操作系统

Lynx Real-time Systems 的 LynxOS 是一个分布式、嵌入式、可扩展的实时操作系统，符合 POSIX.1a、POSIX.1b 和 POSIX.1c 标准。LynxOS支持线程概念，提供256个全局用户线程优先级；提供一些传统的、非实时的系统服务特性；包括基于呼叫要求的虚拟内存、基于 Motif 的用户图形界面以及符合行业标准的网络系统和应用程序开发工具。