【文章內(nèi)容簡介】 合一的產(chǎn)物就是信息電器。在信息電器領(lǐng)域里面，嵌入式軟件必然成為重要成員，嵌入式操作系統(tǒng)也就必然成為軟件業(yè)的新熱點(diǎn)。 國內(nèi)外嵌入式系統(tǒng)的相關(guān)產(chǎn)品、水平、現(xiàn)狀和技術(shù)發(fā)展趨勢 國際上相關(guān)產(chǎn)品、水平、現(xiàn)狀和技術(shù)發(fā)展趨勢。 從八十年代起，國際上就開始進(jìn)行一些商用嵌入式系統(tǒng)和專有操作系統(tǒng)的開發(fā)。他們開發(fā)嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)有二十多年的經(jīng)驗(yàn)，目前的應(yīng)用范圍也比較廣泛，下面介紹一些著名的嵌入式系統(tǒng)。 ? Windows CE： Microsoft Windows CE 是一個簡潔的，高效率的多平臺操作系統(tǒng)。它不基于 Linux 的嵌入式操作系統(tǒng)研究 9 是削減的 Windows95 版本，而是從整體上為有限資源的平臺設(shè)計的多線程，完整優(yōu)先權(quán)，多任務(wù)的操作系統(tǒng)。它的模塊化設(shè)計允許它對 于從掌上電腦到專用的工業(yè)控制器的用戶電子設(shè)備進(jìn)行定制。操作系統(tǒng)的基本內(nèi)核需要至少200K 的 ROM。從 SEGA 的 DreamCast 游戲機(jī)到現(xiàn)在大部分的高價掌上電腦，都采用了 Windows CE，但是無奈價格太高，使得整個產(chǎn)品的成本急劇上升。 ? VxWorks： 去年 VxWorks 所在的公司 WindRiver 兼并了 pSOS 的 ISI 公司，使得該公司現(xiàn)在有兩大 RTOS 系統(tǒng)。 VxWorks 是目前嵌入式系統(tǒng)領(lǐng)域中使用最廣泛，市場占有率最高的系統(tǒng)。它支持多種處理器，如 x86， i960， Sun Sparc， Motorola MC68xxx， MIPS RX000， POWER PC 等等。使用的是和 UNIX 不兼容的環(huán)境，大多數(shù)的 VxWorks API 是專有的。采用 GNU 的編譯和調(diào)試器。 ? pSOS： ISI 公司已經(jīng)被 WinRiver 公司兼并，現(xiàn)在是屬于 WindRiver 公司的產(chǎn)品。這個系統(tǒng)是一個模塊化，高性能的實(shí)時操作系統(tǒng)，專為嵌入式微處理器設(shè)計，提供一個完全多任務(wù)環(huán)境，在定制的或是商業(yè)化的硬件上提供高性能和搞可靠性?？梢宰岄_發(fā)者將操作系統(tǒng)的功能和內(nèi)存需求定制成每一個應(yīng)用所需的系統(tǒng)。開發(fā)者可以利用它來實(shí)現(xiàn)從簡單的單個獨(dú)立設(shè)備到復(fù)雜的、 網(wǎng)絡(luò)化的多處理器系統(tǒng)。 ? QNX： QNX 是一個實(shí)時的，可擴(kuò)充的操作系統(tǒng)，它遵循 (程序接口 )和 (Shell 和工具 )、部分遵循 (實(shí)時擴(kuò)展 )。它提供了一個很小的微內(nèi)核以及一些可選的配合進(jìn)程。其內(nèi)核僅提供 4 種服務(wù)：進(jìn)程調(diào)度、進(jìn)程間通信、底層網(wǎng)絡(luò)通信和中斷處理，其進(jìn)程在獨(dú)立的地址空間運(yùn)行。所有其它 OS 服務(wù)，都實(shí)現(xiàn)為協(xié)作的用戶進(jìn)程，因此 QNX 內(nèi)核非常小巧 (大約為 12Kb)而且運(yùn)行速度極快。這個靈活的結(jié)構(gòu)可以使用戶根據(jù)實(shí)際的需求將系統(tǒng)配置成微小的嵌入式操作系統(tǒng)或 是包括幾百個處理器的超級虛擬機(jī)操作系統(tǒng)。 ? Palm OS： 3Com 公司的 Palm OS 在 PDA 市場上占有很大的市場份額，它有開放的操作系統(tǒng)應(yīng)用程序接口（ API），開發(fā)商可以根據(jù)需要自行開發(fā)所需要的應(yīng)用程序。目前已經(jīng)有總共 3500 多個應(yīng)用程序可以運(yùn)行在 Palm Pilot 上，其中大部分應(yīng)用程序均為其他廠商和個人所開發(fā)，使得 Palm Pilot 的功能得以不斷增多。這些軟件包括計算器、各種游戲、電子寵物、地理信息等等。在開發(fā)環(huán)境方面，可以在 Windows 95/98， Windows NT 以及 Macintosh 下 安裝 Palm Pilot Desktop； PlamPilot 可以與流行的 PC 平臺上的應(yīng)用程序如 Word， Excel基于 Linux 的嵌入式操作系統(tǒng)研究 10 等進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。 ? OS9： Microwave 的 OS9 是為微處理器的關(guān)鍵實(shí)時任務(wù)而設(shè)計的操作系統(tǒng)，廣泛應(yīng)用于高科技產(chǎn)品中，包括消費(fèi)電子產(chǎn)品，工業(yè)自動化，無線通訊產(chǎn)品，醫(yī)療儀器，數(shù)字電視 /多媒體設(shè)備中。它提供了很好的安全性和容錯性。與其他的嵌入式系統(tǒng)相比，它的靈活性和可升級性非常突出。 ? LynxOS： Lynx Realtime Systems 的 LynxOS 是一個分布式、嵌入式、可規(guī)模擴(kuò)展的 實(shí)時操作系統(tǒng)，它遵循 、 和 標(biāo)準(zhǔn)。 LynxOS支持線程概念，提供 256 個全局用戶線程優(yōu)先級；提供一些傳統(tǒng)的，非實(shí)時系統(tǒng)的服務(wù)特征；包括基于調(diào)用需求的虛擬內(nèi)存，一個基于 Motif 的用戶圖形界面，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)兼容的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)以及應(yīng)用開發(fā)工具。 ? Linux： Linux 是一套以 UNIX 為基礎(chǔ)發(fā)展而成的操作系統(tǒng)。自 1991 年誕生至今，Linux 在很多方面已經(jīng)趕上甚至超過了很多商用的 UNIX 系統(tǒng)。它充分利用了 x86CPU 的任務(wù)切換機(jī)制，實(shí)現(xiàn)了真正的多任務(wù)、多用戶環(huán)境。 Linux 對硬件配置的要求相當(dāng)?shù)?，能夠?4M 內(nèi)存的 386 機(jī)器上很好的運(yùn)行。而且可以支持很多種處理器芯片。此外更為重要的是，很多高手愿意在 Linux 上開發(fā)程序，而且有很多高手隨時對 Linux 的開放內(nèi)核進(jìn)行升級和修補(bǔ)，很多 bug可以很快得到檢測和修復(fù)。 在應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)方面， Linux 小得可以放在一張軟盤上運(yùn)行；為實(shí)時系統(tǒng)而開發(fā)的變種 RT Linux（ RealTime Linux），可以讓 Linux 支持硬實(shí)時任務(wù)； Linux 的開放式開發(fā)原則使得 Linux 下的驅(qū)動和升級變得越來越多和越來越快。 國內(nèi)相關(guān) 產(chǎn)品、水平、現(xiàn)狀和技術(shù)發(fā)展趨勢。 國內(nèi)的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)也已經(jīng)取得了一定的成績，包括中科院的 EEOS，凱思昊鵬的 HOPEN OS 等等。但是國內(nèi)的產(chǎn)品很大程度上只是外國公司的附屬和擴(kuò)充，國內(nèi)的技術(shù)含量很低。比如說中科院計算所嵌入式系統(tǒng)研究組的 EEOS，是根據(jù) ECOS 的開發(fā)環(huán)境下面做簡略介紹： ? EEOS： EEOS 是中科院計算所組織開發(fā)的開放源碼的嵌入式操作系統(tǒng)。該嵌入式操作系統(tǒng)重點(diǎn)支持 pJava，要求一方面小型化，一方面能復(fù)用 Linux基于 Linux 的嵌入式操作系統(tǒng)研究 11 的驅(qū)動和其他模塊。計算所將在 23 年內(nèi)持續(xù)投入，以建立擴(kuò)展能力強(qiáng)，功能完 善，且穩(wěn)定、可靠的嵌入式操作系統(tǒng)平臺。包含 E2 實(shí)時操作系統(tǒng)，E2 工具鏈及 E2 仿真開發(fā)環(huán)境的完整環(huán)境。 E2 實(shí)時操作系統(tǒng)包含 RTOS 內(nèi)核系統(tǒng)和一些支持組件，是一個擴(kuò)展能力強(qiáng)，功能完善的操作系統(tǒng)，支持 POSIX 標(biāo)準(zhǔn)。 E2 實(shí)時操作系統(tǒng)強(qiáng)調(diào)模塊化（其 API 接口標(biāo)準(zhǔn)，底層支持清晰），其各模塊解決方案可移植、可互換。此外 E2 實(shí)時操作系統(tǒng)提供開放源碼。 E2 工具鏈基于 GNU 系列的交叉編譯環(huán)境，開放多平臺，能夠支持大多數(shù)硬件平臺。 E2 實(shí)時操作系統(tǒng)同時支持 MSDEV 等桌面環(huán)境的工具鏈，能夠方便 WIN32 程序員使用。 E2 仿 真開發(fā)環(huán)境使用 Win32 系統(tǒng)仿真目標(biāo)機(jī)或做遠(yuǎn)程調(diào)試的主機(jī)。 E2仿真開發(fā)環(huán)境能夠仿真擴(kuò)展的目標(biāo)機(jī)設(shè)備或借用 NT 系統(tǒng)的設(shè)備，并提供擴(kuò)展工具進(jìn)行性能，行為可視化，評估系統(tǒng)的性能。其仿真速度快，能夠方便地容易建立開發(fā)環(huán)境。 EEOS 采用先進(jìn)的內(nèi)核仿真調(diào)試技術(shù)，能夠使普通 C 程序員能快速熟悉實(shí)時系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和開發(fā)過程，大幅度降低學(xué)習(xí)，研究，開發(fā)實(shí)時系統(tǒng)的代價。 EEOS 專為嵌入式系統(tǒng)設(shè)計，代碼尺寸小，同時 EEOS 結(jié)構(gòu)上考慮了實(shí)時需求，很高的實(shí)時響應(yīng)速度，因而能夠在各種環(huán)境下工作，具有良好的可伸縮性。 ? HOPEN OS： HOPEN OS 是凱思集團(tuán)自主研制開發(fā)的嵌入式操作系統(tǒng)，由一個體積很小的內(nèi)核及一些可以根據(jù)需要進(jìn)行定制的系統(tǒng)模塊組成。其內(nèi)核 Hopen Kernel 一般為 10KB 左右大小，占用空間小，并具有實(shí)時、多任務(wù)、多線程的系統(tǒng)特征。使用者可以很容易地對這一操作系統(tǒng)進(jìn)行定制或作適當(dāng)開發(fā)，該系統(tǒng)不僅可以廣泛應(yīng)用于：移動計算平臺 (PDA)、 家庭信息環(huán)境（機(jī)頂盒，數(shù)字電視）、 通訊計算平臺（媒體手機(jī)）、 車載計算平臺（導(dǎo)航器）、 工業(yè)、商業(yè)控制（智能工控設(shè)備， POS/ATM 機(jī)）、 電子商務(wù)平臺（智能卡應(yīng)用，安全管理）等信息 家電上，還可應(yīng)用于與 Inter 相聯(lián)接的一切接入設(shè)備，是未來信息家電的核心。 該系統(tǒng)目前已能在： X8 PARISC、 Power PC、 ARM、 Strong ARM、MIPS、 68XXX 等多種芯片上運(yùn)行。 從國內(nèi)外的嵌入式系統(tǒng)發(fā)展?fàn)顩r來說，嵌入時系統(tǒng)的應(yīng)用正在從傳統(tǒng)的單一應(yīng)用范圍、狹窄應(yīng)用對象、簡單實(shí)現(xiàn)功能向現(xiàn)在和未來社會需要的應(yīng)用需要進(jìn)行基于 Linux 的嵌入式操作系統(tǒng)研究 12 轉(zhuǎn)變。社會對嵌入時系統(tǒng)的需求正在慢慢擴(kuò)大，特別是最近幾年來國際互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，信息時代從 PC 時代步入到后 PC 時代，對信息電器的需求越來越明顯，正如我在第二節(jié)所描述的 那樣，信息電器是國際互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展到一定階段，進(jìn)入到千家萬戶的一種必要有效的手段。嵌入時系統(tǒng)在信息電器里面的應(yīng)用，則是對嵌入式系統(tǒng)概念和應(yīng)用范圍的一個變革，從而打破過去 PC 時代被單一微處理器廠家和單一操作系統(tǒng)廠家壟斷的局面，而應(yīng)該會出現(xiàn)一個由多芯片、多處理器占領(lǐng)市場領(lǐng)域的局面。國內(nèi)廠商應(yīng)該抓住這個機(jī)會，從而可以向該類行業(yè)的核心領(lǐng)域靠近，取得和國際競爭組織競爭的機(jī)會。 PC 機(jī)和信息電器，就象是電影和電視一樣，在一段時期內(nèi)會共同存在下去，誰也無法取代誰。但是，就市場角度來看，信息電器卻可以占領(lǐng)很大一部分的可能使用 PC 的客戶，雖然兩者的定位不全相同，市場的范圍有所重疊，但是發(fā)展的余地還是很大。 Linux的歷史和現(xiàn)狀 Linux 是一種在網(wǎng)絡(luò)上產(chǎn)生的操作系統(tǒng)，他的產(chǎn)生來自于一名芬蘭學(xué)生 Linus Torvalds 的業(yè)余愛好。在網(wǎng)絡(luò)上 Linux 的開發(fā)成為一些高手熱衷的項(xiàng)目，使得Linux 在短期內(nèi)就成為了一個穩(wěn)定、成熟的操作系統(tǒng)。重要的是， Linux 的開發(fā)都是在 GPL（ GNU Public License）的版本控制之下，因此 Linux 內(nèi)核的所有源代碼都是采取開放源代碼的方式。我們?nèi)狈Σ僮飨到y(tǒng)的開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，這樣的條件對 我們來說是一個很大的契機(jī)，利用 Linux 作為我們開發(fā)嵌入式系統(tǒng)成為可能。 Linux 內(nèi)核的開發(fā)是由 Linus Torvalds 領(lǐng)導(dǎo)的內(nèi)核開發(fā)小組進(jìn)行開發(fā)的。世界各地的高手們將自己對 Linux 內(nèi)核需要做的改動交給 Linus 小組，由這個小組進(jìn)行統(tǒng)一控制，隨時對內(nèi)核進(jìn)行更新升級。整個開發(fā)的過程遵循 CVS 版本控制，保證開發(fā)的質(zhì)量。目前在他們的公共站點(diǎn) 一次內(nèi)核的升級，目前最新的內(nèi)核是即 將開發(fā)出來的 內(nèi)核。已經(jīng)推出了測試版本，具體有關(guān) 內(nèi)核的介紹可以參看《微電腦世界》 5 月 22 日《 Linux 內(nèi)核 》一文。 將 Linux 作為一個嵌入式操作系統(tǒng)具有許多的優(yōu)點(diǎn) : 1） 系統(tǒng)穩(wěn)定、功能強(qiáng)大、支持多種硬件平臺、應(yīng)用軟件多、簡單易用 Linux 在許多方面與 UNIX 類似，但是它是一個完全獨(dú)立的操作系統(tǒng)，它可以非常穩(wěn)定地運(yùn)行在許多種體系結(jié)構(gòu)的處理器上。最新的 Linux 內(nèi)核支持 Intel x8 Motorola/IBM PowerPC、 Compaq(DEC)Alpha、 IA 6 S/390、 SuperH 等微處理器體系結(jié)構(gòu)，這種操作系統(tǒng)的廣適性可見一斑。 Linux 又可以說是一個很小的系統(tǒng)。用來啟動只需要小到 500K 字節(jié)不到的目標(biāo)代碼。完全可以把 Linux 內(nèi)核和 root 文件系統(tǒng)放在一張軟盤上，啟動一臺硬件基于 Linux 的嵌入式操作系統(tǒng)研究 13 條件最小的機(jī)器。也可以利用 Linux 實(shí)現(xiàn)從網(wǎng)絡(luò)啟動，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)無盤圖形工作站。（在 節(jié)有詳細(xì)介紹） Linux 的系統(tǒng)界面和編程接口和傳統(tǒng)的 UNIX 類似，大量在 UNIX 下的程序員可以很方便的從 UNIX 環(huán)境轉(zhuǎn)移到 Linux 環(huán)境下來。而不像從 UNIX 環(huán)境轉(zhuǎn)移到 Windows 開發(fā)環(huán)境那樣 復(fù)雜。 在 Linux 平臺上的應(yīng)用軟件也不斷得到擴(kuò)充。許多著名的商業(yè)軟件都有了Linux 下的版本： Applix 公司和 Star 公司提供了多種字處理、電子表格、圖形處理的應(yīng)用軟件； Corel WordPerfect Adabas D 和 Oracle 8 數(shù)據(jù)庫、 Netscape Navigator 網(wǎng)絡(luò)瀏覽器、 Apache 網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器、 Adobe Acrobat Reader 等等 Linux 下的應(yīng)用程序都已經(jīng)紛紛推出。 Linux 下將來不再是高手的領(lǐng)域，這種操作系統(tǒng)將來也必然走進(jìn)千家萬戶， 成為 Windows 強(qiáng)而有力的競爭者。 在網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器市場上，近幾年商用 UNIX 系統(tǒng)在往大而復(fù)雜的方向發(fā)展，使得 UNIX 的復(fù)雜性不斷增加，管理整個 UNIX 系統(tǒng)也就變得越來越復(fù)雜。 Linux簡單易用，系統(tǒng)管理也比較容易上手，從而成為在服務(wù)器高端的一個重要選擇，并且有不斷上升的趨勢，大有取代昂貴、復(fù)雜的商用 UNIX 的趨勢。 2） 使用成本低 幾乎所有的商業(yè)用操作系統(tǒng)如 Microsoft 公司的 Windows98/NT Server/NT Workstation 系列，都需要為每一個拷貝支付相當(dāng)數(shù)量的費(fèi)用。在其下的應(yīng)用軟件每一 個都需要大量的支出來獲得。商用操作系統(tǒng)下建立一個開發(fā)工具鏈，除了要為操作系統(tǒng)本身付費(fèi)之外，還要為組成工具鏈的應(yīng)用軟件工具包支付大量的費(fèi)用。但是 Linux 是免費(fèi)軟件，只要遵守 GPL（ GNU General Public Li