【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 性，一般都固化在只讀存儲(chǔ)器中或閃存中，也就是說(shuō)軟件要求固態(tài)化存儲(chǔ)，而不是存儲(chǔ)在磁盤等載體中。 Linux 在嵌入式系統(tǒng)發(fā)展的初期，還沒有出現(xiàn)操作系統(tǒng)的概念，大部分功能是用匯編語(yǔ)言來(lái)實(shí)現(xiàn)，由于這些匯編程序只能用于某一種特定的處理器，所以這種嵌入式系統(tǒng)的兼容性、通用性和擴(kuò)展性都很差。 C 語(yǔ)言的出現(xiàn)使得嵌入式操作系統(tǒng)的開發(fā)變得簡(jiǎn)單、便捷和可靠。自從上個(gè)世紀(jì)八十年代開始，出現(xiàn)了各種各樣的商用嵌入式操作系統(tǒng)，逐步形成了百家爭(zhēng)鳴的局面，較為流行有 VxWorks, pSOS, Neculeus, WindowsCE 等等。在國(guó)內(nèi)，嵌入式操作系統(tǒng)可分為兩大類型 :一類是自主版權(quán)的操作系統(tǒng)，另一類是基于 Linux 的操作系統(tǒng)。自主版權(quán)的操作系統(tǒng)方面，凱思集團(tuán)自主研發(fā)的嵌入式操作系統(tǒng) HopenOS(女 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 6 頁(yè) 蝸計(jì)劃 )、中國(guó)科學(xué)院北京軟件工程研發(fā)中心開發(fā)的 CASSPDA 以及浙江大學(xué)自行研發(fā)開發(fā)的嵌入式操作系統(tǒng) HBOS(天堂之鳥 )、深圳桑夏公司推出了桑夏 2020 操作系統(tǒng)等。中軟和中科紅旗等已經(jīng)商業(yè)化運(yùn)營(yíng)的公司則致力于嵌入式 Linux 系統(tǒng)的開發(fā)。其中，凱思集團(tuán)的 Hopen 操作系統(tǒng)己經(jīng)取得良好的市場(chǎng)反響 :與 TCL 聯(lián)手推出了 TCL HiD； 與上海天億合作推出了網(wǎng)絡(luò)股票機(jī) :還推出了基于 Hopen OS的 VOD/KTV寬頻視訊轉(zhuǎn)換盒和無(wú)線 PDA 產(chǎn)品方案以及聯(lián)想天磯 911 產(chǎn)品和高中低階產(chǎn)業(yè)應(yīng)用解決方案。 Linux的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn) 嵌入式操作系統(tǒng)主要有 PalmOS, Windows CE, EPOC, LinuxCE, QNX, 等，高端嵌入式系統(tǒng)要求許多高級(jí)的功能，如圖形用戶界面和網(wǎng)絡(luò)支持，很多高端 RTOS供應(yīng)商已經(jīng)提供了這些功能，但其價(jià)格也很高端，一般人難以接受。微軟的 Windows CE也有此類功能，卻不具備大多數(shù)嵌入式系統(tǒng)要求的實(shí)時(shí)性能，而且難以移植，也曾經(jīng)有人想以 DOS 為基礎(chǔ)用單獨(dú)的第三方工具拼湊一個(gè)系統(tǒng)，但這種努力將是白費(fèi)?，F(xiàn)在需要的是一個(gè)便宜、成熟并且提供高端嵌入式系統(tǒng)所必須特性的操作系統(tǒng)，嵌入式 Linux操作系統(tǒng)以價(jià)格低廉、功能強(qiáng)大又易于移植而正在被廣泛采用，成為新興的力量。目前，嵌入式 Li nux 系統(tǒng)的研發(fā)熱潮正在蓬勃興起，并且占據(jù)了很大的市場(chǎng)份額，除了一些傳統(tǒng)的 Linux 公司 (RedHat， MontaVista 等 )正在從事嵌入式 Linux 的開發(fā)和應(yīng)用之外， IBM, Intel, Motorola 等著名企業(yè)也開始進(jìn)行嵌入式 Linux 的研究。在中國(guó)，以 Linux 為基礎(chǔ)的嵌入式操作系統(tǒng)比較活躍，其中中軟 Linux、紅旗 Linux、東方 Linux 是業(yè)界的代表。目前已經(jīng)開發(fā)成功的嵌入式系統(tǒng)中，大約有一半使用的是 Linux[3]。 Linux 之所以能在嵌入式系統(tǒng)市場(chǎng)上取得如此輝煌的成果，與其自身的優(yōu)良特 性是分不開的。 Linux 為嵌入操作系統(tǒng)提供了一個(gè)極有吸引力的選擇，它是個(gè)和 Unix 相似、以核心為基礎(chǔ)的、完全內(nèi)存保護(hù)、多任務(wù)多進(jìn)程的操作系統(tǒng)。支持廣泛的計(jì)算機(jī)硬件，包括 X86,Alpha,Sparc,MIPS,PPC,ARM,NEC,MOTOROLA 等現(xiàn)有的大部分 芯片 。程式源碼全部公開，任何人可以修改并在 GM 通用公共許可證 (GNU General Public License)下發(fā)行，這樣開發(fā)人員可以對(duì)操作系統(tǒng)進(jìn)行定制，再也不必?fù)?dān)心像 MS windows 操作系統(tǒng)中“咽喉”的威脅。同時(shí)由于有 GPL 的控制，大家 開發(fā)的東西大都相互兼容，不會(huì)走向分裂之路。 Linux 用戶遇到問(wèn)題時(shí)可以通過(guò) Inter 網(wǎng) 向七成千上萬(wàn)的 Linux 開發(fā)者請(qǐng)教，這使最困難的問(wèn)題也有辦法解決。 Linux 帶有 Unix 用戶熟悉的完善的開發(fā)工具， 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 7 頁(yè) 幾乎所有的 Unix 系統(tǒng)的應(yīng)用軟件都已移植到了 Linux 上。 Linux 還提供了強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)功能，有多種可選擇窗口管理器 (X windows)。其強(qiáng)大的語(yǔ)言編譯器 gcc, g++等也可以很容易得到。不但成熟完善、而且使用方便。 圖形用戶界面 (GUI) 人機(jī)界面 UI(User Interface)又稱人機(jī)界面 HCI(HumanComputer Interface)或者圖形用戶界面 GUI(Graphical User interface)，是指計(jì)算機(jī)與其使用者之間的對(duì)話接口。人機(jī)界面 HCI(HumanComputer Interface)是作為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分，是計(jì)算機(jī)行業(yè)重要的研究領(lǐng)域。道格拉斯恩格爾巴特在 60 年代發(fā)明了圖形用戶界面。圖形用戶界面 GUI(Graphical serine interface)的提出曾經(jīng)是計(jì)算機(jī)發(fā)展史上劃時(shí)代的創(chuàng)舉，是計(jì)算機(jī)界面設(shè)計(jì)的一大 突破，可以說(shuō)正是這一突破才使計(jì)算機(jī)真正進(jìn)入千家萬(wàn)戶。顯示在計(jì)算機(jī)屏幕上的內(nèi)容在可視性方面大大改善，人們?cè)僖膊挥?像 從前一樣需要記憶計(jì)算機(jī)文件的名稱和路徑。由于圖形用戶界面對(duì)于減輕電腦操作者的記憶負(fù)擔(dān)以及提供了一個(gè)良好的視覺空間環(huán)境，計(jì)算機(jī)終于發(fā)展成為一種工作場(chǎng)所 [4]。 圖形用戶界面有以下幾個(gè)主要特征 : 1. WIMP 其中， W(Windows)指窗口，是用戶或系統(tǒng)的一個(gè)工作區(qū)域，一個(gè)屏幕上可以有多個(gè)窗口 :I(Icons)指圖符，系統(tǒng)形象化的圖形標(biāo)志，易于人們隱喻和理解 。M(Menu)指菜單，可供用戶選擇的功能提示 :P(Pointing Devices)指鼠標(biāo)器等，便于用戶直接對(duì)屏幕對(duì)象進(jìn)行操作。 2. 用戶模型 圖形用戶界面采用了不少桌面辦公的隱喻，使使用者共享一個(gè)直觀的界面框架。由于人們熟悉辦公桌面的情況，因而對(duì)計(jì)算機(jī)顯示的圖符的含義容易理解，諸如 :文件夾、收件箱、畫筆、工作簿、鑰匙及時(shí)鐘等。 3. 直接操作 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 8 頁(yè) 過(guò)去的界面不僅需要記憶大量命令，而且需要指定操作對(duì)象的位置，如行號(hào)、空格數(shù)、 x 及 y 的坐標(biāo)等。采用圖形用戶界面后，用戶可直接對(duì)屏幕上的對(duì)象進(jìn)行操作，如拖動(dòng)、刪除、插入以至放大和旋轉(zhuǎn)等。用戶執(zhí) 行操作后，屏幕能立即給出反饋信息或結(jié)果，因而稱為“所見即所得” (what you see is what you get)。用視、點(diǎn) (鼠標(biāo) )代替了記、擊 (鍵盤 )，給用戶帶來(lái)了方便。 嵌入式系統(tǒng)下的 GUI 系統(tǒng) (GUI) 在嵌入式系統(tǒng)中的地位 市場(chǎng)需求顯示，越來(lái)越多的嵌入式系統(tǒng)，包括 PDA、機(jī)頂盒、等等系統(tǒng)均要求有一個(gè)高性能、高可靠的 GUI 的支持。隨著等嵌入式產(chǎn)品的廣泛應(yīng)用，圖形用戶界面 (GUI)廣泛流行起來(lái)，是當(dāng)今計(jì)算機(jī)技術(shù)的重大成就之一。它極大地方便了非專業(yè)用戶的使用，因此實(shí) 時(shí)嵌入式系統(tǒng)對(duì) GUI 的需求越來(lái)越明顯，而這一切均要求一個(gè)高性能，高可靠的 GUI 的支持。由于嵌入式系統(tǒng)實(shí)時(shí)性要求非常高，對(duì) GUI 的要求也更高。這些系統(tǒng)一般不希望建立在龐大累贅的，非常消耗系統(tǒng)資源的操作系統(tǒng)和 GUI 上，比如 Windows或 X Windows，太過(guò)龐大和臃腫。這些系統(tǒng)對(duì)輕型 GUI 的需求更加突出。另外嵌入式系統(tǒng)又是一種定制設(shè)備，因?yàn)椴煌男枨?，所?GUI 必須是可定制的，一般嵌入式系統(tǒng)對(duì) GUI 的基本要求包括輕型、占用資源少、高性能、高可靠性以及可配置 [57]。綜上所述， GUI 在嵌入式系統(tǒng)中的地位將越 來(lái)越重要。 GUI的實(shí)現(xiàn)方法 盡管實(shí)時(shí)嵌入式系統(tǒng)對(duì) GUI 的需求越來(lái)越明顯，但目前 GUI 的實(shí)現(xiàn)方法各不相同 : 1. 某些大型廠商有能力自己開發(fā)滿足自身需要的 GUI 系統(tǒng)。 2. 某些廠商沒有將 GUI 作為一個(gè)軟件層從應(yīng)用程序中剝離， GUI 的支持邏輯由應(yīng)用程序自己來(lái)負(fù)責(zé)。 3. 采用某些比較成熟的 GUI 系統(tǒng)，比如 MiniGUI， Micro Windows， 或者其它 GUI系統(tǒng)。 在上述 的 實(shí)現(xiàn)方法中，第 2 種方法是一種臨時(shí)解決方案。利用這種手段編寫的程序，無(wú)法將顯示邏輯和數(shù)據(jù)處理邏輯劃分開來(lái)，從而導(dǎo)致程序結(jié)構(gòu)不好， 不便于調(diào)試，并導(dǎo) 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 9 頁(yè) 致大量的代碼重復(fù)。 GUI 是一種類似于操作系統(tǒng)的基礎(chǔ)軟件，這種軟件系統(tǒng)應(yīng)該遵循一定的標(biāo)準(zhǔn)，并且應(yīng)該是開放源碼的自由軟件，從而可以讓開放商集中精力開發(fā)自己的應(yīng)用程序。 目前在 Linux 之上進(jìn)行 (實(shí)時(shí) )嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的廠商，一般選擇如下幾種 GUI 系統(tǒng) :精簡(jiǎn)的 X Windows 系統(tǒng) ， MiniGUI ， Micro Windows， OpenGUL， QT/Embedded 等。下面簡(jiǎn)單介紹這些系統(tǒng)。 1. MiniGUI MiniGUI 是由原清華大學(xué)教室魏永明先生開發(fā)，是一種專門面向嵌入式系統(tǒng)或者實(shí)時(shí)系 統(tǒng)的圖形用戶界面支持系統(tǒng)。目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于手持信息終端、機(jī)頂盒、工業(yè)控制系統(tǒng)以及工業(yè)儀表、查詢終端、便攜式多媒體播放機(jī)等領(lǐng)域。它己經(jīng)成為跨操作系統(tǒng)的圖形用戶界面支持系統(tǒng)，可在 Linux/uClinux， eCOS， VxWorks， pSoS， Threads 等操 作 系 統(tǒng) 以 及 Win32 平 臺(tái) 上 運(yùn) 行 ； 己 驗(yàn) 證 的 硬 件 平 臺(tái) 包 括 Intel x86 ， ARM(ARM7/ARM9/StrongARM/xScale)， PowerPC， MIPS， M68K 等等。 MiniGUI 同時(shí)也是國(guó)內(nèi)最早出現(xiàn)的幾個(gè)自由軟件之一。它是面向嵌入式系 統(tǒng)的輕量級(jí)圖形用戶界面支持系統(tǒng)。 MiniGUI 具有小巧、開源、跨操作系統(tǒng)、高效、可配置等優(yōu)勢(shì)。 2. Micro Windows Micro Windows 是一個(gè)著名的開放源碼的嵌入式 GUI 軟件。目前由美國(guó)一家公司在主持開發(fā)。該項(xiàng)目的開發(fā)非?；钴S，國(guó)內(nèi)也有人參與了其中的開發(fā)，并編寫了 GB2312等字符集的支持。該項(xiàng)目的主要特色在于提供了比較完善的圖形功能，包括一些高級(jí)的功能，比如 Alpha 混合，三維支持， True type 字體支持等。 Micro Windows 提供了現(xiàn)代圖形窗口系統(tǒng)的一些特性。 Micro Windows API 接口支持類 WIN32 API，接口試圖和WIN32 完全兼容。它還實(shí)現(xiàn)了一些 WIN32 用戶模塊功能。 Micro Windows 采用分層設(shè)計(jì)方法，以便不同的層面能夠在需要的時(shí)候改寫，基本上用 C 語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)。 Micro Windows已經(jīng)支持 INTEL16 位和 32 位 CPU, MIPS R4000 以及 ARM 芯片 。但作為一個(gè)窗口系統(tǒng)，該項(xiàng)目提供的窗口處理功能還需要進(jìn)一步完善，比如控件或構(gòu)件的實(shí)現(xiàn)還很不完備，鍵盤和鼠標(biāo)等的驅(qū)動(dòng)還很不完善。 3. OpenGUI OpenGUI 在 Linux 系統(tǒng)上存在己經(jīng)很長(zhǎng)時(shí)間了。最 初的名字叫 FastGL,只支持 256的線性顯存模式。但目前也支持其他顯示模式。這個(gè)庫(kù)是用 C++編寫的，只提供 C++ 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 10 頁(yè) 接口。 OpenGUI 基于一個(gè)用匯編實(shí)現(xiàn)的 X86 圖形內(nèi)核，提供了一個(gè)高層的 C/C++圖形 /窗口接口。 OpenGUI 提供了二維繪圖原語(yǔ)、消息驅(qū)動(dòng)的 API 及 BMP 文件格式支持。OpenGUI 功能強(qiáng)大，使用方便。甚至可以實(shí)現(xiàn) Borland BGI 風(fēng)格的應(yīng)用程序，或者是QT 風(fēng)格的窗口。 OpenGUI 支持鼠標(biāo)和鍵盤事件，在 LINUX 上基于 Frame buffer 或者SVGALib 實(shí)現(xiàn)繪圖。 Linux 下 OpenGUI 也支持 Mesa3D。顏色模型方面， OpenGUI 已經(jīng)支持 8, 15, 16 和 32 位模型。由于其基于匯編實(shí)現(xiàn)的內(nèi)核并利用 MMX 指令進(jìn)行了優(yōu)化， OpenGUI 運(yùn)行 速度非?？?，由于其基于匯編實(shí)現(xiàn)的內(nèi)核并利用 MMX 指令進(jìn)行了優(yōu)化， OpenGUI 運(yùn)行速度非常決，可以用 UltraFast 形容，它支持 32 位的機(jī)器，能夠在MSDOS, QNX 和 Linux 下運(yùn)行。主要用來(lái)在這些系統(tǒng)中開發(fā)圖形應(yīng)用程序和游戲。由于歷史悠久， OpenGUI 非常穩(wěn)定。當(dāng)然，也可以看出來(lái)，由于其內(nèi)核用匯編實(shí)現(xiàn)，可移植性受到了影響。通常在 驅(qū)動(dòng)程序一級(jí)性能和可移植性是矛盾的，我們必須找到一個(gè)折衷。 4. 緊縮的 X Window 系統(tǒng) X Window 是 Linux 以及其他類 UNIX 系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn) GUI。 X Window 系統(tǒng)采用標(biāo)準(zhǔn)的客戶 /服務(wù)器體系結(jié)構(gòu)，具有可擴(kuò)展性好、可移植性好等優(yōu)點(diǎn)。但該系統(tǒng)的龐大、累贅和低效率也是大家所共知的。為了獲得應(yīng)用程序的可移植性，許多廠家都試圖通過(guò)對(duì)X Window 系統(tǒng)的緊縮開發(fā)，使之能夠在嵌入式系統(tǒng)上運(yùn)行。國(guó)外己經(jīng)開發(fā)出了大小約為 800K 的 X 服務(wù)器。這對(duì)西方國(guó)家來(lái)說(shuō)基本能夠滿足嵌入式系統(tǒng)的需求了。但該系統(tǒng)的源代碼尚不開放， 從而很難進(jìn)行本地化開發(fā)。 GUI系統(tǒng)之比較 比較上述幾個(gè)面向嵌入式系統(tǒng)的 GUI，我認(rèn)為目前比較成熟，同時(shí)得到最多開發(fā)人員認(rèn)可的有緊縮的 X Window 系統(tǒng)、 MiniGUI、 Micro Windows 等系統(tǒng)。 Q