嵌入式操作系统是什么_嵌入式操作系统有哪些

发布时间:2020-03-31 19:22

  嵌入式操作系统(Embedded OperatingSystem,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。它必须体现其所在系统的特征,能够通过装卸某些模块来达到系统所要求的功能。

  VxWorks操作系统是美国WindRiver公司于1983年设计开发的一种嵌入式实时操作系统(RTOS),是Tornado嵌入式开发环境的关键组成部分。良好的持续发展能力、高性能的内核以及友好的用户开发环境,在嵌人式实时操作系统领域逐渐占据一席之地。

  VxWorks具有可裁剪微内核结构;高效的任务管理;灵活的任务间通讯;微秒级的中断处理;支持POSIX 1003.1b实时扩展标准;支持多种物理介质及标准的、完整的TCP/IP网络协议等。

  然而其价格昂贵。由于操作系统本身以及开发环境都是专有的,价格一般都比较高,通常需花费10万元人民币以上才能建起一个可用的开发环境,对每一个应用一般还要另外收取版税。一般不通供源代码,只提供二进制代码。由于它们都是专用操作系统,需要专门的技术人员掌握开发技术和维护,所以软件的开发和维护成本都非常高。支持的硬件数量有限。

  Windows CE与Windows系列有较好的兼容性,无疑是Windows CE推广的一大优势。其中WinCE3.0是一种针对小容量、移动式、智能化、32位、了解设备的模块化实时嵌人式操作系统。为建立针对掌上设备、无线设备的动态应用程序和服务提供了一种功能丰富的操作系统平台,它能在多种处理器体系结构上运行,并且通常适用于那些对内存占用空间具有一定限制的设备。它是从整体上为有限资源的平台设计的多线程、完整优先权、多任务的操作系统。它的模块化设计允许它对从掌上电脑到专用的工业控制器的用户电子设备进行定制。

  操作系统的基本内核需要至少200KB的ROM。由于嵌入式产品的体积、成本等方面有较严格的要求,所以处理器部分占用空间应尽可能的小。系统的可用内存和外存数量也要受限制,而嵌入式操作系统就运行在有限的内存(一般在ROM或快闪存储器)中,因此就对操作系统的规模、效率等提出了较高的要求。从技术角度上讲,Windows CE作为嵌入式操作系统有很多的缺陷:没有开放源代码,使应用开发人员很难实现产品的定制;在效率、功耗方面的表现并不出色,而且和Windows一样占用过的系统内存,运用程序庞大;版权许可费也是厂商不得不考虑的因素。

  这是嵌入式操作系统的一个新成员,其最大的特点是源代码公开并且遵循GPL协议,在近一年多以来成为研究热点,据IDG预测嵌入式Linux将占未来两年的嵌入式操作系统份额的50%。

  由于其源代码公开,人们可以任意修改,以满足自己的应用,并且查错也很容易。遵从GPL,无须为每例应用交纳许可证费。有大量的应用软件可用。其中大部分都遵从GPL,是开放源代码和免费的。可以稍加修改后应用于用户自己的系统。 有大量的免费的优秀的开发工具,且都遵从GPL,是开放源代码的。有庞大的开发人员群体。无需专门的人才,只要懂Unix/Linux和C语言即可。随着Linux在中国的普及,这类人才越来越多。所以软件的开发和维护成本很低。优秀的网络功能,这在Internet时代尤其重要。稳定这是Linux本身具备的一个很大优点。内核精悍,运行所需资源少,十分适合嵌入式应用。

  支持的硬件数量庞大。嵌入式Linux和普通Linux并无本质区别,PC上用到的硬件嵌入式Linux几乎都支持。而且各种硬件的驱动程序源代码都可以得到,为用户编写自己专有硬件的驱动程序带来很大方便。

  在嵌入式系统上运行Linux的一个缺点是Linux体系提供实时性能需要添加实时软件模块。而这些模块运行的内核空间正是操作系统实现调度策略、硬件中断异常和执行程序的部分。由于这些实时软件模块是在内核空间运行的,因此代码错误可能会破坏操作系统从而影响整个系统的可靠性,这对于实时应用将是一个非常严重的弱点。

  C/OS一Ⅱ是著名的源代码公开的实时内核,是专为嵌入式应用设计的,可用于8位,16位和32位单片机或数字信号处理器(DSP)。它是在原版本C/OS的基础上做了重大改进与升级,并有了近十年的使用实践,有许多成功应用该实时内核的实例。它的主要特点如下:

  可移植性,绝大部分源代码是用C语言写的,便于移植到其他微处理器上; 可固化;

  多任务,可管理64个任务,任务的优先级必须是不同的,不支持时间片轮转调度法; 可确定性,函数调用与服务的执行时间具有其可确定性,不依赖于任务的多少; 实用性和可靠性,成功应用该实时内核的实例,是其实用性和可靠性的最好证据。 由于C/OS一Ⅱ仅是一个实时内核,这就意味着它不像其他实时存在系统那样提供给用户的只是一些API函数接口,还有很多工作需要用户自己去完成。

  TInyOS是一个开源的嵌入式操作系统,它是由加州大学的伯利克分校开发出来的,主要应用于无线传感器网络方面。程序采用的是模块化设计,所以它的程序核心往往都很小,一般来说核心代码和数据大概在400 Bytes左右,能够突破传感器存储资源少的限制。TInyOS提供一系列可重用的组件,一个应用程序可以通过连接配置文件(A Wiring Specification)将各种组件连接起来,以完成它所需要的功能。

  在工业控制、 军事设备、航空航天等领域对系统的响应时间有苛刻的要求,这就需要使用实时系统。当外界事件或数据产生时,能够接受并以足够快的速度予以处理,其处理的结果又能在规定的时间之内来控制生产过程或对处理系统作出快速响应,并控制所有实时任务协调一致运行的嵌入式操作系统。故对嵌入式实时操作系统的理解应该建立在对嵌入式系统的理解之上加入对响应时间的要求。

  FreeRTOS是一个迷你操作系统内核的小型嵌入式系统。作为一个轻量级的操作系统,功能包括:任务管理、时间管理、信号量、消息队列、内存管理、记录功能等,可基本满足较小系统的需要。FreeRTOS任务可选择是否共享堆栈,并且没有任务数限制,多个任务可以分配相同的优先权。相同优先级任务的轮转调度,同时可设成可剥夺内核或不可剥夺内核。

  WinCE是微软公司嵌入式、移动计算平台的基础,它是一个开放的、可升级的32位嵌入式操作系统,是基于掌上型电脑类的电子设备操作系统,它是精简的 Windows 95,Win CE的图形用户界面相当出色。WinCE是从整体上为有限资源的平台设计的多线程、完整优先权、多任务的操作系统。它的模块化设计允许它对于从掌上电脑到专用的工业控制器的用户电子设备进行定制。操作系统的基本内核需要至少200K的ROM。

  一般来说,一个WinCE系统包括四层结构:应用程序、WinCE内核映像、板级支持包(BSP)、硬件平台。而基本软件平台则主要由 WinCE系统内核映像(OS Image)和板卡支持包(BSP)两部分组成。因为WinCE系统是一个软硬件紧密结合的系统,因此即使CPU处理器相同,但是如果开发板上的外围硬件不相同,这个时候还是需要修改BSP来完成一个新的BSP。因此换句话说,就是WinCE的移植过程主要是改写BSP的过程。

  Android 是一个包括操作系统,中间件以及一些重要应用程序的专门针对移动设备的层次结构的软件集。Android 作为一个完全开源的操作系统,是由操作系统Linux、中间件以及核心应用程序组成的软件栈。通过 android SDK 提供的 API 以及相应的开发工具, 程序员可以很方便的开发android平台上的应用程序。其整个系统由应用程序,应用程序框架,应用程序库,Android运行库,Linux内核 (Linux Kernel)五个部分组成。Android操作系统内置了一部分应用程序, 包括电子邮件客户端、SMS程序、日历、地图、浏览器、通讯录以及其他的程序,值得一提的是这些所有的程序都是用java编写的。

  移植的主要的工作是驱动,硬件抽象层的移植。为了更好地理解和调试系统,也应该适当地了解上层对硬件抽象层的调用情况。

  QNX由加拿大QNX软件系统有限公司开发,广泛应用于自动化、控制、机器人科学、电信、数据通信、航空航天、计算机网络系统、医疗仪器设备、交通运输、安全防卫系统、POS机、零售机等任务关键型应用领域。

  QNX独特的微内核和消息传递结构使其运行和开发时非常方便。QNX具有非常好的伸缩性,用户可以把应用程序代码和QNX内核直接编译在一起,使之为简单的嵌入式应用生成单一的映像。

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