【正文】 1 嵌入式系統(tǒng) An Introduction to Embedded System 第五課 嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)（ RTOS）簡介 教師：蔡銘 助教：王廣輝 浙江大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院人工智能研究所 航天科技－浙江大學(xué)基礎(chǔ)軟件研發(fā)中心 2 課程大綱 ? 嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)概況 ? 嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)特點(diǎn) ? 嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)功能簡介 ? ARMLinux嵌入式操作系統(tǒng)內(nèi)核實(shí)驗(yàn) 3 背景分析 ?早期嵌入式系統(tǒng)：硬件所限 ? 匯編語言 ? 基本不采用操作系統(tǒng) ?基礎(chǔ)條件成熟 ? 硬件的提升 —— 微處理器性能提高、存儲(chǔ)器容量增加 ? 軟件技術(shù)快速發(fā)展 —— 編譯器、操作系統(tǒng)、集成開發(fā)環(huán)境 4 嵌入式操作系統(tǒng)概述－發(fā)展階段（ 1/4） ?嵌入式操作系統(tǒng)的發(fā)展主要經(jīng)歷了以下四個(gè)階段： ?無操作系統(tǒng)的階段 ? 單芯片為核心 ? 具有與一些監(jiān)測、伺服、指示設(shè)備相配合的功能 ? 一般沒有明顯的操作系統(tǒng)支持 ? 通過匯編語言編程對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行直接控制。 ? 主要特點(diǎn) ?系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能都相對(duì)單一，針對(duì)性強(qiáng) ?無操作系統(tǒng)支持 ?幾乎沒有用戶接口 5 嵌入式操作系統(tǒng)概述－發(fā)展階段（ 2/4） ?簡單監(jiān)控式的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)階段 ? 以嵌入式處理器為基礎(chǔ) ? 以簡單監(jiān)控式的操作系統(tǒng)為核心 ? 主要特點(diǎn)： ?處理器種類繁多，通用性比較弱； ?開銷小，效率高； ?一般配備系統(tǒng)仿真器，具有一定的兼容性和擴(kuò)展性； ?用戶界面不夠友好，主要用來控制系統(tǒng)負(fù)載，以及監(jiān)控應(yīng)用程序運(yùn)行。 ?八十年代初：出現(xiàn)了以 VRTX(1981)、 pSOS等為代表的 第一代系統(tǒng)（實(shí)時(shí)內(nèi)核），提供了實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)基本功能。 6 嵌入式操作系統(tǒng)概述－發(fā)展階段（ 3/4） ?通用的嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)階段 ? 以通用型嵌入式操作系統(tǒng)為標(biāo)志的嵌入式系統(tǒng) ? 主要特點(diǎn)： ?運(yùn)行在不同的微處理器 ?具有強(qiáng)大的通用型操作系統(tǒng)的功能 ?文件和目錄管理 ?多任務(wù) ?設(shè)備驅(qū)動(dòng)支持 ?網(wǎng)絡(luò)支持 ?圖形窗口 ?用戶界面 ?具有豐富的 API和嵌入式應(yīng)用軟件 ?八十年代后期到九十年代初期，出現(xiàn)以 VxWorks、 RTEMS、Nucleus PLUS、 QNX、 OSE為代表的第二代系統(tǒng)。 7 嵌入式操作系統(tǒng)概述－發(fā)展階段（ 4/4） ? 二十世紀(jì)末，出現(xiàn)了以 Integrity為代表的第三代系統(tǒng)，進(jìn)一步在實(shí)時(shí)性、高可靠性、高可用性等方面提供了強(qiáng)有力的支持。 ? 新一代實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的發(fā)展方向主要包括高可信、高可靠、高可用、高安全、微型化、支持多核等。 ? 近年來，出現(xiàn)了以 Inter為標(biāo)志的嵌入式系統(tǒng) ? 嵌入式系統(tǒng)與 Inter的全面結(jié)合 ? 嵌入式操作系統(tǒng)與應(yīng)用設(shè)備的無縫結(jié)合 ? 代表著嵌入式操作系統(tǒng)發(fā)展的未來 ? 新的名詞 : WebOS 嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)發(fā)展 8 典型的嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng) ?嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)數(shù)量眾多，如： ? VxWorks ? Windows CE ? pSOS ? QNX ? PalmOS ? Nucleus ? Android ?國產(chǎn)嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，如： ? HOPEN ? DeltaOS ? SmartOS ? SZOS ?RTLinux ?Symbian ?uc/OS ?RTEMS ?TKernel ?Integrity ?ThreadX 9 嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)－ VxWorks ? VxWorks操作系統(tǒng)是美國 WindRiver公司于 1983年設(shè)計(jì)開發(fā)的嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，具有高性能、穩(wěn)定的內(nèi)核以及友好的用戶開發(fā)環(huán)境，是 世界第一大嵌入式操作系統(tǒng)提供商 ，應(yīng)用于航空航天、工業(yè)控制、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、汽車電子等領(lǐng)域 。 ? VxWorks所具有的顯著特點(diǎn)是： ? 可靠性、實(shí)時(shí)性和可裁剪性。 ? 支持多種處理器，如 x8 PowerPC、 ARM、 Sparc、 MIPS、 DSP等。 ? 經(jīng)典應(yīng)用： 1997年 NASA火星探路者、 2022年鳳凰號(hào)火星探測器 在火星沙丘前進(jìn) 在火星上拍攝的日落全景 10 嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)－ Integrity ? 美國 Green Hills公司是 世界排名第二的嵌入式操作系統(tǒng)提供商 ，Integrity是 Green Hills公司的 RTOS產(chǎn)品 ，代表了目前最先進(jìn)的RTOS技術(shù)，被 NASA JPL選中用于測試在太空中的新技術(shù)。 ? 分為普通 Embedded RTOS和關(guān)鍵應(yīng)用中使用的 DO178B實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)兩類。 ? 系統(tǒng)技術(shù)優(yōu)勢(shì)突出 ? 內(nèi)核服務(wù)優(yōu)化，系統(tǒng)調(diào)用的開銷降至最小。 ? 復(fù)雜的系統(tǒng)調(diào)用可以被搶占。 ? 系統(tǒng)的調(diào)度器是一個(gè)真正的實(shí)時(shí)調(diào)度器。 ? 具有快速中斷處理能力，內(nèi)核從不阻塞某些中斷。 ? 具有一流的集成開發(fā)環(huán)境 MULTI174。支持。 11 嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)－ Windows Embedded ? Microsoft公司針對(duì)針對(duì) PDA、PocketPC、移動(dòng)電話、小型終端設(shè)備提供的操作系統(tǒng) 。 ? 用戶開發(fā)環(huán)境、接口 API、系統(tǒng)界面等與 Windows相似，因而具有較多的應(yīng)用。 1996卡西歐蛤殼式 PDA (Win ) 2022年 1996年 2022年 12 開源的嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)－ 嵌入式 Linux ?嵌入式系統(tǒng)追求數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化，要求系統(tǒng)必須是開放的、提供標(biāo)準(zhǔn)的 API，并能夠方便地與眾多第三方軟硬件溝通。尤其是處于核心地位的操作系統(tǒng)。 ?Linux是開放源碼的，不存在黑箱技術(shù)，遍布全球的眾多 Linux愛好者是其開發(fā)的強(qiáng)大技術(shù)后盾。 ?對(duì) Linux進(jìn)行實(shí)時(shí)性改造與裁剪，形成： ? μClinux ? Embedix ? RTLinux ? RTAI ? Monta Vista Linux 13 開源的嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)－ ?C/OSII ? μC/OSII是一種基于優(yōu)先級(jí)搶占式、可移植、可裁剪的多任務(wù)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。絕大部分源碼是用 ANSI C寫的，與硬件相關(guān)的那部分匯編代碼被壓縮至最低限度，使得系統(tǒng)移植性強(qiáng)。 ? μC/OSII誕生于 90年代初，最初名稱是 μC/OS，由 Jean ，并在網(wǎng)絡(luò)上開源，其特點(diǎn)為短小、精悍。 ? μC/OSII經(jīng)裁剪最小可達(dá) 2KB，最小數(shù)據(jù) RAM需求 10KB。 ? μC/OSII可以在 8位～ 64位，超過 40種不同架構(gòu)的微處理器上運(yùn)行，在世界范圍內(nèi)得到廣泛應(yīng)用，包括：手機(jī)、路由器、集線器、不間斷電源、飛行器、醫(yī)療設(shè)備及工業(yè)控制上。 14 開源的嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)－ ThreadX ? ThreadX是一款強(qiáng)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，以內(nèi)核小（最小內(nèi)核為 2K，最小 RAM 500byte）、實(shí)時(shí)性強(qiáng)、高可靠性、源代碼開放，免收產(chǎn)品版權(quán)費(fèi)而聞名。由美國 Express Logic提供解決方案，適于深度嵌入的系統(tǒng)，有功能強(qiáng)大的開發(fā)調(diào)試環(huán)境 MULTI174。 支持。 ? 典型應(yīng)用： 2022年 7月 4日，美國 NASA實(shí)施 深度撞擊 號(hào)宇宙飛船對(duì)坦普爾 1號(hào)彗星的準(zhǔn)確撞擊，關(guān)鍵任務(wù)由 ThreadX完成。 15 開源的嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)－ TKernel ?由日本東京大學(xué)的坂村健教授主持開發(fā)，具有執(zhí)行效率高、實(shí)時(shí)性好等特點(diǎn) 。 ?1984年提出計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)規(guī)范 TRON（ The Realtime Operating system Nucleus）構(gòu)想，先后推出了ITRON、 JTRON、 BTRON、 CTRON等規(guī)范。 ?其應(yīng)用從汽車、移動(dòng)電話、傳真機(jī)到電視機(jī)、家電等領(lǐng)域，主要用戶包括：豐田、松下、日立、富士通、東芝、索尼、佳能、理光、 NEC等，裝機(jī)量超過 30億 。 ?IBM、 Microsoft、 ARM、 MIPS、 Sun、 Oracle等企業(yè)相繼加入其開放式系統(tǒng)架構(gòu) 。 16 手機(jī)嵌入式操作系統(tǒng)－ IPhone OS ? iPhone OS 或 OS X iPhone是由蘋果公司為 iPhone開發(fā)的操作系統(tǒng) ? iPhone、 iPod touch以及 iPad ? 以 Darwin為基礎(chǔ)的 ? 系統(tǒng)架構(gòu)分為四個(gè)層次 ? 內(nèi)核操作系統(tǒng)層（ the Core OS layer） ? 內(nèi)核服務(wù)層（ the Core Services layer） ? 媒體層（ the Media layer） ? 可輕觸層（ the Cocoa Touch layer） ? 系統(tǒng)操作占用大概 240MB的內(nèi)存空間 ? 源碼模式：封閉源碼 +開放源碼 組件 ? 最新版本 ? 202255 17 手機(jī)嵌入式操作系統(tǒng)－ Windows phone ? 2022年 2月，微軟公司正式發(fā)布 Windows Phone 7智能手機(jī)操作系統(tǒng)， Windows Mobile系列徹底退出了手機(jī)操作系統(tǒng)市場。 ? 20