嵌入式處理器和嵌入式操作系統(tǒng)研究概述

徐德

摘要： 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和通訊技術(shù)的快速發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)廣泛滲入到工業(yè)控制、移動(dòng)通信、電子商務(wù)、信息家電等多個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域，應(yīng)用日益廣泛。因此，該文從嵌入式系統(tǒng)處理器和嵌入式操作系統(tǒng)兩方面研究了嵌入式系統(tǒng)特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：嵌入式系統(tǒng)；嵌入式處理器；嵌入式操作系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TP316 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2014）16-3813-04

1 嵌入式系統(tǒng)

嵌入式系統(tǒng)（Embedded System，ES）是將先進(jìn)的微電子技術(shù)、通訊技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)與各個(gè)具體應(yīng)用領(lǐng)域相結(jié)合的產(chǎn)物，是一個(gè)資金技術(shù)密集且高度集成創(chuàng)新的知識(shí)系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心，計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，軟硬件可裁剪，適應(yīng)于應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)功能、可靠性、成本、體積和功耗等方面有嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。因此，它具有“嵌入性”、“專有性”和“計(jì)算機(jī)系統(tǒng)”三個(gè)基本要素，其中“嵌入性”是它的特征，“專有性”是它的靈魂，“計(jì)算機(jī)系統(tǒng)”是它的本質(zhì)。

根據(jù)IEEE（Institute of Electrical and Electronics Engineers 電氣電子工程師協(xié)會(huì)）從它的用途來定義，嵌入式系統(tǒng)是用來監(jiān)視、控制或者輔助機(jī)器和設(shè)備運(yùn)行的系統(tǒng)[2]。其實(shí)嵌入式系統(tǒng)就是微操作系統(tǒng)和功能軟件的集成，在以微處理器為核心的微型計(jì)算機(jī)硬件體系中所形成的簡(jiǎn)易便捷，穩(wěn)定可靠，經(jīng)濟(jì)實(shí)用的機(jī)電一體化產(chǎn)品。

真正意義上的嵌入式系統(tǒng)出現(xiàn)于20世紀(jì)70年代，發(fā)展至今已有30多年的歷史，大致經(jīng)歷了以下四個(gè)階段，如表1所示。

2 嵌入式處理器

嵌入式處理器（Embedded Processor，EP）與通用處理器最大的區(qū)別就在于嵌入式處理器大多工作在為不同用戶群所設(shè)計(jì)的特定系統(tǒng)中，它常常將通用處理器中許多由板卡完成的功能集成到芯片內(nèi)部，從而有利于實(shí)現(xiàn)嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的微型化，同時(shí)又保證了較高的可靠性和處理效率。到目前為止，全球嵌入式處理器的種類已經(jīng)超過1000多種，其中以ARM、MIPS、Power PC、Motorola 68K、X86等體系結(jié)構(gòu)最為常見，一般將嵌入式處理器分成以下四類：

1）嵌入式微控制器 （Microcontroller Unit，MCU）；

2）嵌入式微處理器 （Embedded Microprocessor Unit，EMPU）；

3）嵌入式DSP處理器（Embedded Digital Signal Processor，EDSP）；

4）片上系統(tǒng)（System On Chip，SOC）。

一般在嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)中常用的嵌入式微處理器和體系結(jié)構(gòu)主要有以下幾種：

1） ARM

ARM（Advanced RISC Machines）公司是全球著名的16/32位精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī)RISC（Reduced Instruction Set Computer）處理器設(shè)計(jì)供應(yīng)商，通過提供高性能與低功耗的RISC處理器芯片設(shè)計(jì)技術(shù)給各個(gè)生產(chǎn)廠商來生產(chǎn)滿足不同應(yīng)用領(lǐng)域要求的芯片。事實(shí)上，由于ARM處理器一方面支持16位的Thumb指令集和32位的ARM指令集，另一方面使用了大量的寄存器和靈活的尋址方式來提高系統(tǒng)執(zhí)行的效率，所以ARM處理器技術(shù)已經(jīng)成為數(shù)字通信、工業(yè)控制、多媒體家電等嵌入式應(yīng)用領(lǐng)域的RISC標(biāo)準(zhǔn)。ARM系列處理器種類很多，目前市場(chǎng)上應(yīng)用最為廣泛的是ARM9和ARM10系列處理芯片。ARM9處理器由于擁有了五級(jí)流水線結(jié)構(gòu)和自帶MMU功能，廣泛應(yīng)用于手持終端和無線通訊等領(lǐng)域。ARM10處理器由于采用了更高的六級(jí)流水線結(jié)構(gòu)和支持DSP指令以及支持64位的AMBA總線接口[5]，其性能較ARM9有了很大的提高，廣泛應(yīng)用于手持PDA以及車載電子等高端領(lǐng)域。

2） MIPS

MIPS（Microprocessor without Interlocked Pipeline Stages）簡(jiǎn)稱無內(nèi)部互鎖流水級(jí)的微處理器，是美國MIPS技術(shù)公司推出的一種基于RISC架構(gòu)的高性能高檔次的處理器內(nèi)核。MIPS采用了先進(jìn)的設(shè)計(jì)理念和清晰的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，強(qiáng)調(diào)軟硬件協(xié)同工作以提高處理器性能，同時(shí)簡(jiǎn)化了硬件設(shè)計(jì)，采用軟件方法來避免流水線運(yùn)行中的數(shù)據(jù)相關(guān)問題。雖與ARM處理器相比，MIPS體系結(jié)構(gòu)的處理器功耗要高些，但它具備了從32位低端產(chǎn)品到64位高端產(chǎn)品的完整解決方案，而且在知識(shí)產(chǎn)權(quán)的授權(quán)費(fèi)用上MIPS要低于ARM，因此，MIPS內(nèi)核逐漸被越來越多的消費(fèi)類電子產(chǎn)品和工業(yè)控制產(chǎn)品的設(shè)計(jì)所采用。

3） Power PC

PowerPC（Performance optimization with Enhanced RISC performance Computing）簡(jiǎn)稱性能優(yōu)化與增強(qiáng)的RISC性能計(jì)算，是由IBM、Motorola和Apple公司聯(lián)合開發(fā)的一款高性能32/64位RISC處理器，其主要特點(diǎn)是可伸縮性好，方便靈活和較高的性價(jià)比。常見的基于Power PC架構(gòu)的處理器有IBM公司的Power PC64S（深藍(lán)內(nèi)部的CPU）、Power PC750、Power PCG3以及Motorola公司的MC和MPC系列等。目前，基于Power PC體系結(jié)構(gòu)的處理器廣泛應(yīng)用于桌面PC系統(tǒng)、移動(dòng)PC系統(tǒng)、嵌入式系統(tǒng)以及金融電信等行業(yè)。

4） Motorola 68K

Motorola 68K采用復(fù)雜指令集計(jì)算機(jī)CISC（Complex Instruction Set Computer）架構(gòu)[8]，是出現(xiàn)比較早的嵌入式處理器，在全球的各種嵌入式處理器應(yīng)用領(lǐng)域中取得了巨大成功。曾經(jīng)Sun微計(jì)算機(jī)公司把這款處理器應(yīng)用于早期的產(chǎn)品開發(fā)中。

5） X86endprint

X86系列處理器起源于Inter架構(gòu)的8080，然后發(fā)展出286、386、486直到現(xiàn)在的奔騰處理器乃至雙核處理器。從嵌入式市場(chǎng)分布來看，486DX也是與ARM、68K、MIPS、SuperH齊名的五大嵌入式處理器之一。目前市場(chǎng)上基于X86體系結(jié)構(gòu)的PC104產(chǎn)品占有很大的市場(chǎng)份額。

3 嵌入式操作系統(tǒng)

嵌入式操作系統(tǒng)（Embedded Operating System，EOS）是嵌入式系統(tǒng)的重要組成部分，它通常運(yùn)行在嵌入式硬件平臺(tái)之上，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的軟硬件資源進(jìn)行有效管理控制和協(xié)調(diào)調(diào)度的系統(tǒng)軟件。嵌入式操作系統(tǒng)可以分為兩大類：嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)（Embedded Real-time Operating System，ERTOS）和嵌入式分時(shí)操作系統(tǒng)。實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)是指系統(tǒng)能及時(shí)響應(yīng)外部事件的請(qǐng)求，在確定的時(shí)間內(nèi)對(duì)事件進(jìn)行處理，并控制所有任務(wù)協(xié)調(diào)一致運(yùn)行的操作系統(tǒng)。實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)對(duì)響應(yīng)時(shí)間有著嚴(yán)格的要求，絕對(duì)不能錯(cuò)過該時(shí)限要求，否則就會(huì)引起嚴(yán)重的錯(cuò)誤。而分時(shí)操作系統(tǒng)則按照相等的時(shí)間片（time slicing）輪流調(diào)度進(jìn)程執(zhí)行，在執(zhí)行的時(shí)間上并沒有實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)要求的那么嚴(yán)格，錯(cuò)過任務(wù)執(zhí)行的最后截止期限或執(zhí)行時(shí)序上的偏差，并不會(huì)造成系統(tǒng)的崩潰，帶來災(zāi)難性的后果。

通常按照對(duì)截止期限（Deadline）要求的不同，嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)又可以分為硬實(shí)時(shí)系統(tǒng)（Hard Real-time OS）和軟實(shí)時(shí)系統(tǒng)（Soft Real-time OS）。硬實(shí)時(shí)系統(tǒng)是指對(duì)系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間有著嚴(yán)格的要求，在任務(wù)的截止期限內(nèi)必須及時(shí)響應(yīng)，絕對(duì)不能錯(cuò)過任務(wù)處理的截止期限，否則就會(huì)引起系統(tǒng)崩潰或者導(dǎo)致災(zāi)難性后果。軟實(shí)時(shí)系統(tǒng)是指系統(tǒng)任務(wù)一般能夠在截止期限到達(dá)前得到處理，但是如果系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間錯(cuò)過處理的截止期限，它并不會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰或出現(xiàn)致命的錯(cuò)誤。

1998年，Bernat和Burns兩位科學(xué)家又提出弱硬實(shí)時(shí)（Weakly Hard Real-time）的概念[9]，即實(shí)時(shí)任務(wù)可以錯(cuò)過截止期限，但任務(wù)錯(cuò)過的截止期限必須可預(yù)知且被限制在一定的時(shí)間范圍內(nèi)。從定義上看，弱硬實(shí)時(shí)能夠科學(xué)地定義軟實(shí)時(shí)任務(wù)的實(shí)時(shí)特性及實(shí)時(shí)要求，是對(duì)軟實(shí)時(shí)系統(tǒng)的細(xì)化和發(fā)展。兩者相似之處都允許系統(tǒng)中的實(shí)時(shí)任務(wù)錯(cuò)過截止期限，而不同之處在于弱硬實(shí)時(shí)系統(tǒng)在軟實(shí)時(shí)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上加了一些對(duì)截止期限的限制，規(guī)定了任務(wù)錯(cuò)過的截止期限數(shù)必須可預(yù)知且被限定在一定的范圍之內(nèi)。弱硬實(shí)時(shí)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)就在于能夠?qū)泴?shí)時(shí)系統(tǒng)中實(shí)時(shí)任務(wù)“軟”的程度進(jìn)行定性，同時(shí)雖然弱硬實(shí)時(shí)系統(tǒng)對(duì)任務(wù)在單個(gè)周期中的特性要求是“軟”的，但從任務(wù)窗口的角度來看，弱硬實(shí)時(shí)系統(tǒng)對(duì)任務(wù)的要求又是“硬”的，即任務(wù)錯(cuò)過的截止期限必須可預(yù)知且被嚴(yán)格限制。

實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)（RTOS）的研究是從20世紀(jì)60年代開始的，經(jīng)過多年的發(fā)展，先后從實(shí)模式進(jìn)化到保護(hù)模式，從單內(nèi)核模式進(jìn)化到微內(nèi)核模式；在系統(tǒng)規(guī)模上也從單處理器的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)發(fā)展到多處理器的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，但其發(fā)展大體上經(jīng)歷了以下三個(gè)階段，如表2所示。

目前國內(nèi)外常見的嵌入式操作系統(tǒng)主要有以下幾種：

1） Windows CE

Windows CE是美國Microsoft公司專門為各種移動(dòng)和便攜式消費(fèi)類電子產(chǎn)品等嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一款32位高性能微內(nèi)核結(jié)構(gòu)的多任務(wù)多用戶的操作系統(tǒng)。它具有一個(gè)簡(jiǎn)潔高效的基于完整優(yōu)先權(quán)的可搶占式操作系統(tǒng)內(nèi)核[10]，支持強(qiáng)大的通信和圖形實(shí)現(xiàn)功能，能夠適應(yīng)廣泛的系統(tǒng)需求。Windows CE不需要任何特定的硬件結(jié)構(gòu)，實(shí)際的硬件結(jié)構(gòu)完全由用戶根據(jù)需要自由設(shè)計(jì)?，F(xiàn)在Microsoft公司又推出了針對(duì)移動(dòng)通信產(chǎn)品應(yīng)用的Windows Mobile操作系統(tǒng)，占據(jù)了很大的市場(chǎng)份額。

2） VxWorks

VxWorks是美國WindRiver公司于1983年設(shè)計(jì)開發(fā)的一種具有工業(yè)領(lǐng)導(dǎo)地位的高性能實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)[21]。VxWorks采用一種微內(nèi)核結(jié)構(gòu)（最小體積<8KB），包括了進(jìn)程管理、存儲(chǔ)管理、設(shè)備管理、文件系統(tǒng)管理、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議及系統(tǒng)應(yīng)用等幾個(gè)部分，為用戶提供高效的實(shí)時(shí)多任務(wù)管理與調(diào)度的能力、微秒級(jí)的中斷處理能力、系統(tǒng)資源之間靈活的通信機(jī)制，并且具有優(yōu)先級(jí)排隊(duì)和循環(huán)調(diào)度的能力。VxWorks支持多種體系結(jié)構(gòu)的處理器，如X86、i960、Sun Sparc、Motorola、MC68xxx、ARM、Power PC等，和廣泛的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，如POSIX1003.b實(shí)時(shí)擴(kuò)展。此外，VxWorks還支持多種物理介質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)和完整的TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，支持多處理器并行工作，具有快速多任務(wù)切換、搶占式任務(wù)調(diào)度、任務(wù)間通信方式多樣化的特點(diǎn)，并且完全符合ANSIC的標(biāo)準(zhǔn)，是目前應(yīng)用最為廣泛、市場(chǎng)占有率最高的實(shí)時(shí)系統(tǒng)之一。

3） μC/OS-II

μC/OS-II是一款專門為計(jì)算機(jī)嵌入式應(yīng)用而設(shè)計(jì)的基于靜態(tài)優(yōu)先級(jí)的搶占式調(diào)度的多任務(wù)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，是一種免費(fèi)且開源的操作系統(tǒng)。μC/OS-II系統(tǒng)采用MicroWindow圖形系統(tǒng)。由于μC/OS-II不支持文件系統(tǒng)，不支持驅(qū)動(dòng)程序和應(yīng)用程序的模塊加載，因此在進(jìn)行系統(tǒng)開發(fā)時(shí)，內(nèi)核和驅(qū)動(dòng)程序以及應(yīng)用程序都是集中編譯的。經(jīng)過十多年的應(yīng)用和修改，已經(jīng)被移植到多種處理器平臺(tái)上。μC/OS-II由于內(nèi)核小巧，占用空間小，執(zhí)行效率高，實(shí)時(shí)性能優(yōu)良和具有較強(qiáng)的可擴(kuò)展性，廣泛應(yīng)用于航空航天等領(lǐng)域。

4） QNX

QNX是加拿大QNX Software System公司于1980年開發(fā)的一款可擴(kuò)展的分布式微內(nèi)核嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。它部分遵循POSIX標(biāo)準(zhǔn)，如POSIX.1（程序接口）和POSIX.2（Shell和工具）以及POSIX.1b（實(shí)時(shí)擴(kuò)展）。用戶可以把應(yīng)用程序與內(nèi)核直接編譯在一起，生成一個(gè)單一的多線程映像。QNX提供POSIX.1b標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)程調(diào)度：32個(gè)進(jìn)程優(yōu)先級(jí)、基于優(yōu)先級(jí)的搶占式進(jìn)程調(diào)度，其進(jìn)程在獨(dú)立的地址空間運(yùn)行。此外，QNX內(nèi)核非常小巧（QNX4.x大約為12Kb）而且運(yùn)行速度極快，但是QNX不能很好支持GUI系統(tǒng)，目前市場(chǎng)占有量不是很大。endprint

5） XLinux

XLinux是由美國網(wǎng)虎公司推出的一款世界上最小的嵌入式Linux操作系統(tǒng)，其內(nèi)核只有143KB字節(jié)，而且還在不斷減小。XLinux的核心采用了“超字元集”專利技術(shù)，讓Linux核心不僅能與標(biāo)準(zhǔn)字符集相兼容，而且還涵蓋了12個(gè)國家地區(qū)。因此，XLinux在推廣Linux的國際化應(yīng)用方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。

6） Nucleus

Nucleus是美國ATI（Accelerated Technology Incorporated）公司于1990年開發(fā)的一款搶占式多任務(wù)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，主要包括內(nèi)核模塊（Nucleus PLUS）、網(wǎng)絡(luò)模塊（Nucleus Net）、圖形庫（Nucleus GRAFIX）、文件系統(tǒng)（Nucleus File）、USB堆棧（Nucleus USB）等模塊，其中內(nèi)核模塊提供了進(jìn)程調(diào)度與通信、內(nèi)存管理和和中斷服務(wù)、時(shí)鐘管理以及豐富的I/O驅(qū)動(dòng)程序等功能。另外，Nucleus系統(tǒng)采用了軟組件的方式，提供了清晰的外部接口，方便用戶進(jìn)行二次開發(fā)。

7）紅旗嵌入式Linux

目前由北京中科院紅旗軟件公司推出的一款國內(nèi)做得比較好的嵌入式Linux系統(tǒng)-EEOS系統(tǒng)（Easy Embedded Operating System）。由于該嵌入式操作系統(tǒng)一方面采用了p-Java技術(shù)，另一方面能重用嵌入式Linux系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)程序和其它模塊，所以在實(shí)際應(yīng)用中具有很強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。

8） PSOS

PSOS是ISI（Integrated System Incorporated）公司研發(fā)的一款由標(biāo)準(zhǔn)組件構(gòu)成的模塊化可裁減的高性能實(shí)時(shí)系統(tǒng)，它提供了一個(gè)基于開放系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)的多任務(wù)環(huán)境。PSOS可以支持多種處理器，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可分為內(nèi)核層，系統(tǒng)服務(wù)層，用戶層。內(nèi)核層主要完成進(jìn)程調(diào)度與通信、內(nèi)存管理以及中斷服務(wù)等功能，并且實(shí)現(xiàn)了基于優(yōu)先級(jí)的搶占式調(diào)度算法，同時(shí)提供了可選的時(shí)間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度算法。系統(tǒng)服務(wù)層包括PNA+（提供TCP/IP協(xié)議支持）、PRPC+（提供遠(yuǎn)程調(diào)用庫）、PHILE+（提供標(biāo)準(zhǔn)的C和C++庫）等組件。用戶層提供了以任務(wù)形式出現(xiàn)的應(yīng)用程序。

4 嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn)

與PC為代表的通用型計(jì)算機(jī)相比，嵌入式系統(tǒng)在行業(yè)特點(diǎn)、產(chǎn)品特征和軟硬件特性等方面具有一些顯著的特點(diǎn)，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

1）嵌入式系統(tǒng)面向用戶、面向產(chǎn)品、面向應(yīng)用

嵌入式系統(tǒng)與實(shí)際應(yīng)用的緊密結(jié)合，針對(duì)不同的產(chǎn)品，面對(duì)不同的行業(yè)用戶群對(duì)處理能力、成本、體積、功耗、可靠性以及電磁兼容性的實(shí)際要求，開發(fā)人員需要對(duì)硬件系統(tǒng)進(jìn)行合理選擇，軟件系統(tǒng)合理裁減利用。

2）嵌入式系統(tǒng)的高效率和高可靠性

嵌入式系統(tǒng)大多應(yīng)用于無人值守或者條件惡劣的環(huán)境情況下，因此要求系統(tǒng)必須具有高效率和高可靠性的特點(diǎn)。也正是如此，嵌入式系統(tǒng)軟件一般都要求固化在系統(tǒng)本身的SRAM或者DRAM和Flash等存儲(chǔ)介質(zhì)中。

3）嵌入式系統(tǒng)的可裁剪性和可定制性

嵌入式系統(tǒng)可以根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需求對(duì)系統(tǒng)軟硬件進(jìn)行高效地設(shè)計(jì)，在保證穩(wěn)定、安全、可靠的基礎(chǔ)上量體裁衣，去除冗余，滿足嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)功能、成本、體積等方面的要求。

4）嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)過程

由于嵌入式系統(tǒng)軟硬件資源的有限性，所以一般情況下嵌入式系統(tǒng)本身并不具備自主開發(fā)的能力，而采用一種交叉開發(fā)的模式，即開發(fā)時(shí)需要在主機(jī)（Host）和目標(biāo)機(jī)（Target）之間交替結(jié)合進(jìn)行，在主機(jī)上安裝開發(fā)工具，構(gòu)建開發(fā)環(huán)境，經(jīng)過編輯編譯調(diào)試并最終完成程序的開發(fā)，然后下載或燒寫到目標(biāo)機(jī)上做最后的執(zhí)行。

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5） XLinux

XLinux是由美國網(wǎng)虎公司推出的一款世界上最小的嵌入式Linux操作系統(tǒng)，其內(nèi)核只有143KB字節(jié)，而且還在不斷減小。XLinux的核心采用了“超字元集”專利技術(shù)，讓Linux核心不僅能與標(biāo)準(zhǔn)字符集相兼容，而且還涵蓋了12個(gè)國家地區(qū)。因此，XLinux在推廣Linux的國際化應(yīng)用方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。

6） Nucleus

Nucleus是美國ATI（Accelerated Technology Incorporated）公司于1990年開發(fā)的一款搶占式多任務(wù)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，主要包括內(nèi)核模塊（Nucleus PLUS）、網(wǎng)絡(luò)模塊（Nucleus Net）、圖形庫（Nucleus GRAFIX）、文件系統(tǒng)（Nucleus File）、USB堆棧（Nucleus USB）等模塊，其中內(nèi)核模塊提供了進(jìn)程調(diào)度與通信、內(nèi)存管理和和中斷服務(wù)、時(shí)鐘管理以及豐富的I/O驅(qū)動(dòng)程序等功能。另外，Nucleus系統(tǒng)采用了軟組件的方式，提供了清晰的外部接口，方便用戶進(jìn)行二次開發(fā)。

7）紅旗嵌入式Linux

目前由北京中科院紅旗軟件公司推出的一款國內(nèi)做得比較好的嵌入式Linux系統(tǒng)-EEOS系統(tǒng)（Easy Embedded Operating System）。由于該嵌入式操作系統(tǒng)一方面采用了p-Java技術(shù)，另一方面能重用嵌入式Linux系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)程序和其它模塊，所以在實(shí)際應(yīng)用中具有很強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。

8） PSOS

PSOS是ISI（Integrated System Incorporated）公司研發(fā)的一款由標(biāo)準(zhǔn)組件構(gòu)成的模塊化可裁減的高性能實(shí)時(shí)系統(tǒng)，它提供了一個(gè)基于開放系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)的多任務(wù)環(huán)境。PSOS可以支持多種處理器，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可分為內(nèi)核層，系統(tǒng)服務(wù)層，用戶層。內(nèi)核層主要完成進(jìn)程調(diào)度與通信、內(nèi)存管理以及中斷服務(wù)等功能，并且實(shí)現(xiàn)了基于優(yōu)先級(jí)的搶占式調(diào)度算法，同時(shí)提供了可選的時(shí)間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度算法。系統(tǒng)服務(wù)層包括PNA+（提供TCP/IP協(xié)議支持）、PRPC+（提供遠(yuǎn)程調(diào)用庫）、PHILE+（提供標(biāo)準(zhǔn)的C和C++庫）等組件。用戶層提供了以任務(wù)形式出現(xiàn)的應(yīng)用程序。

4 嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn)

與PC為代表的通用型計(jì)算機(jī)相比，嵌入式系統(tǒng)在行業(yè)特點(diǎn)、產(chǎn)品特征和軟硬件特性等方面具有一些顯著的特點(diǎn)，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

1）嵌入式系統(tǒng)面向用戶、面向產(chǎn)品、面向應(yīng)用

嵌入式系統(tǒng)與實(shí)際應(yīng)用的緊密結(jié)合，針對(duì)不同的產(chǎn)品，面對(duì)不同的行業(yè)用戶群對(duì)處理能力、成本、體積、功耗、可靠性以及電磁兼容性的實(shí)際要求，開發(fā)人員需要對(duì)硬件系統(tǒng)進(jìn)行合理選擇，軟件系統(tǒng)合理裁減利用。

2）嵌入式系統(tǒng)的高效率和高可靠性

嵌入式系統(tǒng)大多應(yīng)用于無人值守或者條件惡劣的環(huán)境情況下，因此要求系統(tǒng)必須具有高效率和高可靠性的特點(diǎn)。也正是如此，嵌入式系統(tǒng)軟件一般都要求固化在系統(tǒng)本身的SRAM或者DRAM和Flash等存儲(chǔ)介質(zhì)中。

3）嵌入式系統(tǒng)的可裁剪性和可定制性

嵌入式系統(tǒng)可以根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需求對(duì)系統(tǒng)軟硬件進(jìn)行高效地設(shè)計(jì)，在保證穩(wěn)定、安全、可靠的基礎(chǔ)上量體裁衣，去除冗余，滿足嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)功能、成本、體積等方面的要求。

4）嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)過程

由于嵌入式系統(tǒng)軟硬件資源的有限性，所以一般情況下嵌入式系統(tǒng)本身并不具備自主開發(fā)的能力，而采用一種交叉開發(fā)的模式，即開發(fā)時(shí)需要在主機(jī)（Host）和目標(biāo)機(jī)（Target）之間交替結(jié)合進(jìn)行，在主機(jī)上安裝開發(fā)工具，構(gòu)建開發(fā)環(huán)境，經(jīng)過編輯編譯調(diào)試并最終完成程序的開發(fā)，然后下載或燒寫到目標(biāo)機(jī)上做最后的執(zhí)行。

參考文獻(xiàn)：

[1] 左天軍，左園園.Linux操作系統(tǒng)的實(shí)時(shí)化分析[J].計(jì)算機(jī)科學(xué)，2004，31（5）：110-112.

[2] 趙明富.Linux嵌入式系統(tǒng)實(shí)時(shí)性分析與實(shí)時(shí)化改進(jìn)[J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究，2004（4）.

[3] 顧勝元 楊丹.嵌入式實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)內(nèi)存管理機(jī)制[J].計(jì)算機(jī)工程，2009（20）：250-257.

[4] 文星，張輝宜.嵌入式Linux的實(shí)時(shí)性改進(jìn)技術(shù)[J].計(jì)算機(jī)技術(shù)與發(fā)展，2006，16（10）.

[5] 蘇曙光，劉云生.基于RTHAL的Linux研究與實(shí)現(xiàn)[J].計(jì)算機(jī)科學(xué)，2009（7）：143-148.

[6] 趙明富.嵌入式Linux操作系統(tǒng)的實(shí)時(shí)化研究[J].西南師大學(xué)報(bào)，2003，28（3）.endprint

5） XLinux

XLinux是由美國網(wǎng)虎公司推出的一款世界上最小的嵌入式Linux操作系統(tǒng)，其內(nèi)核只有143KB字節(jié)，而且還在不斷減小。XLinux的核心采用了“超字元集”專利技術(shù)，讓Linux核心不僅能與標(biāo)準(zhǔn)字符集相兼容，而且還涵蓋了12個(gè)國家地區(qū)。因此，XLinux在推廣Linux的國際化應(yīng)用方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。

6） Nucleus

Nucleus是美國ATI（Accelerated Technology Incorporated）公司于1990年開發(fā)的一款搶占式多任務(wù)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，主要包括內(nèi)核模塊（Nucleus PLUS）、網(wǎng)絡(luò)模塊（Nucleus Net）、圖形庫（Nucleus GRAFIX）、文件系統(tǒng)（Nucleus File）、USB堆棧（Nucleus USB）等模塊，其中內(nèi)核模塊提供了進(jìn)程調(diào)度與通信、內(nèi)存管理和和中斷服務(wù)、時(shí)鐘管理以及豐富的I/O驅(qū)動(dòng)程序等功能。另外，Nucleus系統(tǒng)采用了軟組件的方式，提供了清晰的外部接口，方便用戶進(jìn)行二次開發(fā)。

7）紅旗嵌入式Linux

目前由北京中科院紅旗軟件公司推出的一款國內(nèi)做得比較好的嵌入式Linux系統(tǒng)-EEOS系統(tǒng)（Easy Embedded Operating System）。由于該嵌入式操作系統(tǒng)一方面采用了p-Java技術(shù)，另一方面能重用嵌入式Linux系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)程序和其它模塊，所以在實(shí)際應(yīng)用中具有很強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。

8） PSOS

PSOS是ISI（Integrated System Incorporated）公司研發(fā)的一款由標(biāo)準(zhǔn)組件構(gòu)成的模塊化可裁減的高性能實(shí)時(shí)系統(tǒng)，它提供了一個(gè)基于開放系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)的多任務(wù)環(huán)境。PSOS可以支持多種處理器，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可分為內(nèi)核層，系統(tǒng)服務(wù)層，用戶層。內(nèi)核層主要完成進(jìn)程調(diào)度與通信、內(nèi)存管理以及中斷服務(wù)等功能，并且實(shí)現(xiàn)了基于優(yōu)先級(jí)的搶占式調(diào)度算法，同時(shí)提供了可選的時(shí)間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度算法。系統(tǒng)服務(wù)層包括PNA+（提供TCP/IP協(xié)議支持）、PRPC+（提供遠(yuǎn)程調(diào)用庫）、PHILE+（提供標(biāo)準(zhǔn)的C和C++庫）等組件。用戶層提供了以任務(wù)形式出現(xiàn)的應(yīng)用程序。

4 嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn)

與PC為代表的通用型計(jì)算機(jī)相比，嵌入式系統(tǒng)在行業(yè)特點(diǎn)、產(chǎn)品特征和軟硬件特性等方面具有一些顯著的特點(diǎn)，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

1）嵌入式系統(tǒng)面向用戶、面向產(chǎn)品、面向應(yīng)用

嵌入式系統(tǒng)與實(shí)際應(yīng)用的緊密結(jié)合，針對(duì)不同的產(chǎn)品，面對(duì)不同的行業(yè)用戶群對(duì)處理能力、成本、體積、功耗、可靠性以及電磁兼容性的實(shí)際要求，開發(fā)人員需要對(duì)硬件系統(tǒng)進(jìn)行合理選擇，軟件系統(tǒng)合理裁減利用。

2）嵌入式系統(tǒng)的高效率和高可靠性

嵌入式系統(tǒng)大多應(yīng)用于無人值守或者條件惡劣的環(huán)境情況下，因此要求系統(tǒng)必須具有高效率和高可靠性的特點(diǎn)。也正是如此，嵌入式系統(tǒng)軟件一般都要求固化在系統(tǒng)本身的SRAM或者DRAM和Flash等存儲(chǔ)介質(zhì)中。

3）嵌入式系統(tǒng)的可裁剪性和可定制性

嵌入式系統(tǒng)可以根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需求對(duì)系統(tǒng)軟硬件進(jìn)行高效地設(shè)計(jì)，在保證穩(wěn)定、安全、可靠的基礎(chǔ)上量體裁衣，去除冗余，滿足嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)功能、成本、體積等方面的要求。

4）嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)過程

由于嵌入式系統(tǒng)軟硬件資源的有限性，所以一般情況下嵌入式系統(tǒng)本身并不具備自主開發(fā)的能力，而采用一種交叉開發(fā)的模式，即開發(fā)時(shí)需要在主機(jī)（Host）和目標(biāo)機(jī)（Target）之間交替結(jié)合進(jìn)行，在主機(jī)上安裝開發(fā)工具，構(gòu)建開發(fā)環(huán)境，經(jīng)過編輯編譯調(diào)試并最終完成程序的開發(fā)，然后下載或燒寫到目標(biāo)機(jī)上做最后的執(zhí)行。

參考文獻(xiàn)：

[1] 左天軍，左園園.Linux操作系統(tǒng)的實(shí)時(shí)化分析[J].計(jì)算機(jī)科學(xué)，2004，31（5）：110-112.

[2] 趙明富.Linux嵌入式系統(tǒng)實(shí)時(shí)性分析與實(shí)時(shí)化改進(jìn)[J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究，2004（4）.

[3] 顧勝元 楊丹.嵌入式實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)內(nèi)存管理機(jī)制[J].計(jì)算機(jī)工程，2009（20）：250-257.

[4] 文星，張輝宜.嵌入式Linux的實(shí)時(shí)性改進(jìn)技術(shù)[J].計(jì)算機(jī)技術(shù)與發(fā)展，2006，16（10）.

[5] 蘇曙光，劉云生.基于RTHAL的Linux研究與實(shí)現(xiàn)[J].計(jì)算機(jī)科學(xué)，2009（7）：143-148.

[6] 趙明富.嵌入式Linux操作系統(tǒng)的實(shí)時(shí)化研究[J].西南師大學(xué)報(bào)，2003，28（3）.endprint