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嵌入式操作系统基础 学习目标 了解嵌入式操作系统的发展 掌握在嵌入式系统中使用操作系统的必要性 熟悉选择嵌入式操作系统遵循的原则 了解常见嵌入式操作系统的特点 什么是嵌入式操作系统 为了使嵌入式系统的开发更加方便和快捷，需要有专门负责管理存储器分配、中断处理、任务调度等功能的软件模块，这就是嵌入式操作系统。 嵌入式操作系统是一种支持嵌入式系统应用的操作系统软件，它是嵌入式系统 ( 包括硬、软件系统 ) 极为重要的组成部分，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。 嵌入式操作系统的特点 嵌入式操作系统具备通用操作系统的基本特点： 能够有效管理复杂的系统资源 能够对硬件进行抽象 能够提供库函数、驱动程序、开发工具集等 与通用操作系统相比较，嵌入式操作系统独特之处： 系统实时性 硬件依赖性 软件固化性 应用专用性 可裁剪性 嵌入式操作系统发展的四个阶段 无操作系统的嵌入算法阶段 以单芯片为核心的可编程控制器形式，同时具有与监测、伺服、指示设备相配合的功能。 主要用于一些专业性极强的工业控制系统中，一般没有操作系统的支持，通过汇编语言编程对系统进行直接控制，运行结束后清除内存。 这一阶段系统的主要特点： 系统结构和功能都相对单一 处理效率较低，存储容量较小 几乎没有用户接口 嵌入式操作系统发展的四个阶段 以嵌入式 CPU 为基础、以简单操作系统为核心的嵌入式系统 这一阶段系统的主要特点： CPU 种类繁多，通用性比较差； 系统开销小， 效率高； 一般配备系统仿真器，操作系统具有一定的兼容性和扩展性；应用软件较专业，用户界面不够友好；系统主要用来控制系统负载以及监控应用程序运行。 嵌入式操作系统发展的四个阶段 通用的嵌入式实时操作系统阶段，是以嵌入式操作系统为核心的嵌入式系统 这一阶段系统的主要特点： 嵌入式操作系统能运行于各种不同类型的微处理器上，兼容性好； 操作系统内核精小、效率高，并且具有高度的模块化和扩展性； 具备文件和目录管理、设备支持、多任务、网络支持、图形窗口以及用户界面等功能； 具有大量的应用程序接口 (API) ，开发应用程序简单； 嵌入式应用软件丰富。 嵌入式操作系统发展的四个阶段 以基于 Internet 为标志的嵌入式系统，这是一个正在迅速发展的阶段。 随着 Internet 的发展以及 Internet 技术与信息家电、工业控制技术等结合日益密切，嵌入式设备与 Internet 的结合将代表着嵌入式技术的真正未来。 嵌入式操作系统发展 从支持8位微处理器到16位、32位甚至64位微处理器； 从支持单一品种的微处理器芯片到支持多品种微处理器芯片； 从只有内核到除了内核外还提供其他功能模块，如文件系统，TCP/IP网络系统，窗口图形系统等。 嵌入式操作系统技术现状 适应不同的嵌入式硬件平台，具有可移植、可伸缩能力。 采用的主要技术： 编程语言普遍采用高级语言实现，主要以C语言为主。 体系结构采用分层和模块化结构或微内核结构。 嵌入式操作系统技术现状 从分层和模块化结构，将操作系统分为： 硬件无关层 硬件抽象层 硬件相关层 每层再划分功能模块 移植工作集中在硬件相关层，与其余两层无关 功能的伸缩集中在模块上，从而确保了系统具有良好的可移植性和可伸缩性。 嵌入式操作系统技术现状 功能复杂，具有可剪裁、可配置的能力 采用的主要技术： 可剪裁技术。操作系统以内核为中心，包括很多独立的功能组件如文件、网络等。除内核外其他组件的选择任意搭配，由应用决定。 可配置技术。每个功能组件都可以根据应用的要求进行配置，比如最大任务数、内存地址、堆栈大小、系统任务的优先级、缓冲区大小及文件数等。 嵌入式操作系统技术现状 良好的实时性。时间确定性是嵌入式实时操作系统必备的特点，特别对于强实时嵌入式系统而言尤为重要。 采用的主要技术： 采用实时调度算法。主要采用静态优先级的可抢占式调度、比率单调算法等。 采用内存静态分配策略和零拷贝技术保证确定性。 内存管理不采用虚存管理机制 采用优先级继承和优先级天花板两种技术解决优先级反转(倒置)问题 嵌入式操作系统技术现状 可靠性和高可用 采用的主要技术： 利用存储管理单元(MMU)、用户态和核心态机制，实现操作系统与应用程序的隔离，以及应用程序和应用程序之间的隔离，以防止应用程序破坏操作系统的代码、数据。 嵌入式操作系统的发展趋势 体系结构向微内核方向发展 可伸缩、可移植、可剪裁、可配置 行业的标准：多种操作系统平台，应用决定操作系统 结构紧凑、功能强大 高可用(High Available)、高可靠(High Reliable )、支持多处理器和分布式计算 可动态加载和升级软件 与开发工具有机的结合起来 使用嵌入式