【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。 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，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)者可以利用它來實現(xiàn)從簡單的單個獨立設(shè)備到復(fù)雜的、 網(wǎng)絡(luò)化的多處理器系統(tǒng)。 ? QNX： QNX 是一個實時的，可擴充的操作系統(tǒng)，它遵循 (程序接口 )和 (Shell 和工具 )、部分遵循 (實時擴展 )。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)程在獨立的地址空間運行。所有其它 OS 服務(wù)，都實現(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)而且運行速度極快。這個靈活的結(jié)構(gòu)可以使用戶根據(jù)實際的需求將系統(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)模擴展的 實時操作系統(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)切換機制，實現(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 機器上很好的運行。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，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行；為實時系統(tǒng)而開發(fā)的變種 RT Linux（ RealTime Linux），可以讓 Linux 支持硬實時任務(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，以建立擴展能力強，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，是一個擴展能力強，功能完善的操作系統(tǒng)，支持 POSIX 標(biāo)準(zhǔn)。 E2 實時操作系統(tǒng)強調(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)機或做遠(yuǎn)程調(diào)試的主機。 E2仿真開發(fā)環(huán)境能夠仿真擴展的目標(biāo)機設(shè)備或借用 NT 系統(tǒng)的設(shè)備，并提供擴展工具進(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)上考慮了實時需求，很高的實時響應(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（機頂盒，數(shù)字電視）、 通訊計算平臺（媒體手機）、 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）、 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會。 PC 機和信息電器，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，這樣的條件對 我們來說是一個很大的契機，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 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 : 1） 系統(tǒng)穩(wěn)定、功能強大、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立的操作系統(tǒng)，它可以非常穩(wěn)定地運行在許多種體系結(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 條件最小的機器。也可以利用 Linux 實現(xiàn)從網(wǎng)絡(luò)啟動，實現(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用。但是 Linux 是免費軟件，只要遵守 GPL（ GNU General Public Li