【文章內(nèi)容簡介】 。 h a r d w a r ec o r e O SP a r t i t i o n O S P a r t i t i o n O S P a r t i t i o n O SA p p l i c a t i o n s A p p l i c a t i o n s A p p l i c a t i o n sA P E X l a y e rP a r t i t i o n 1 P a r t i t i o n 2 P a r t i t i o n 3A P E X l a y e r A P E X l a y e rP r o t e c t i o n W a l lsafety 電子科技大學嵌入式軟件工程中心 嵌入式操作系統(tǒng)分類 ? 從應用領(lǐng)域來分 – 面向信息家電的嵌入式操作系統(tǒng) – 面向智能手機的嵌入式操作系統(tǒng)，如SymbianOS、 MS Mobile OS、 PalmOS、Embedded Linux等 – 面向汽車電子的嵌入式操作系統(tǒng) – 面向工業(yè)控制的嵌入式操作系統(tǒng) – ………. ? 從實時性的角度來分 嵌入式實時操作系統(tǒng)：具有強實時特點，如VxWorks、 QNX、 Nuclear、 OSE、 DeltaOS、各種 ITRON OS等。 – 非實時嵌入式操作系統(tǒng)：一般只具有弱實時特點，如 WinCE、版本眾多的嵌入式 Linux、PalmOS等。 ? 從嵌入式系統(tǒng)的商業(yè)模式來分類 – 商用型：功能穩(wěn)定、可靠，有完善的技術(shù)支持和售后服務， 開發(fā)費用 +版稅 。 – 開源型：開放源碼，只收服務費，沒有版稅。 如 Embedded linux， RTEMS，eCOS。 電子科技大學嵌入式軟件工程中心 嵌入式操作系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu) ? 體系結(jié)構(gòu)是操作系統(tǒng)的基礎(chǔ)，它定義了硬件與軟件的界限、內(nèi)核與操作系統(tǒng)其它組件（文件、網(wǎng)絡、 GUI等）的組織關(guān)系、系統(tǒng)與應用的接口。 ? 體系結(jié)構(gòu)是確保系統(tǒng)的性能、可靠性、靈活性、可移植性、可擴展性的關(guān)鍵，就好比房子的梁架，只有梁架搭牢固了才提得上房子的質(zhì)量，再做一些錦上添花的工作才有意義。 ? 目前操作系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)可分為： 單塊結(jié)構(gòu) 、層次結(jié)構(gòu) 和 客戶 /服務器 （ 微內(nèi)核 ） 結(jié)構(gòu) 。 電子科技大學嵌入式軟件工程中心 嵌入式操作系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu) 硬 件 系統(tǒng)服務 用戶態(tài) 核心態(tài) 應用程序 應用程序 … 單塊結(jié)構(gòu) 電子科技大學嵌入式軟件工程中心 嵌入式操作系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu) 硬件 基本進程管理 虛存管理 I/O和設備管理 進程間通信 文件系統(tǒng) 用戶 用戶模式 內(nèi)核模式 層次結(jié)構(gòu) 電子科技大學嵌入式軟件工程中心 嵌入式操作系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu) 硬 件 進程服務 用戶態(tài) 核心態(tài) 應用程序客戶 內(nèi)存服務 微內(nèi)核 文件服務 網(wǎng)絡服務 顯示服務 發(fā)送 應答 客戶 /服務器結(jié)構(gòu)（微內(nèi)核結(jié)構(gòu)） 電子科技大學嵌入式軟件工程中心 嵌入式操作系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu) ? 微內(nèi)核結(jié)構(gòu)的優(yōu)點 – 提供一致的接口 – 可擴展性：擴展對新的軟件 /硬件支持 – 靈活性：可伸縮 – 可移植性 – 分布式系統(tǒng)支持 – 適用于面向?qū)ο蟛僮飨到y(tǒng)環(huán)境 ? 性能問題： – 通過微內(nèi)核構(gòu)造和發(fā)送信息 、 接受應答并解碼所花費的時間比進行一次系統(tǒng)調(diào)用的時間多 – 很大程度取決于微內(nèi)核的大小和功能 電子科技大學嵌入式軟件工程中心 嵌入式操作系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu) ? 目前嵌入式操作系統(tǒng)主要 采用分層和模塊化相結(jié)合的結(jié)構(gòu)或微內(nèi)核結(jié)構(gòu) 。 – 分層和模塊化結(jié)合的結(jié)構(gòu)將操作系統(tǒng)分為硬件無關(guān)層 、 硬件抽象層和硬件相關(guān)層 ， 每層再劃分功能模塊 。 – 這樣移植工作便集中在硬件相關(guān)層 ， 與其余兩層無關(guān) ， 功能的伸縮則集中在模塊上 ， 從而確保其具有良好的可移植性和可伸縮性 。 – 而采用微內(nèi)核結(jié)構(gòu) ， 則可利用其可伸縮的特點適應硬件的發(fā)展 ， 便于擴展 。 電子科技大學嵌入式軟件工程中心 嵌入式操作系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu) 應用程序 任務管理 硬 件 用戶擴展處理 調(diào)度管理 硬件抽象層 應用編程接口 內(nèi)存管理 中斷管理 時鐘 /定時器管理 I/O管理 出錯處理 同步、通信管理（消息隊列，信號量，事件，異步信號 )） DeltaCORE的體系結(jié)構(gòu)：層次＋模塊結(jié)構(gòu) 分層次 模塊化 電子科技大學嵌入式軟件工程中心 嵌入式操作系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu) 用戶模式 應用 應用 應用 網(wǎng)絡管理器 圖形管理器 設備管理器 文件系統(tǒng)管理器 網(wǎng)絡驅(qū)動 圖形驅(qū)動 設備驅(qū)動 文件系統(tǒng)驅(qū)動 硬 件 內(nèi)核模式 內(nèi)核（微內(nèi)核） ：客戶 /服務器結(jié)構(gòu) 電子科技大學嵌入式軟件工程中心 嵌入式操作系統(tǒng) 嵌入式內(nèi)核 嵌入式 TCP/IP 網(wǎng)絡系統(tǒng) 嵌入式文件系統(tǒng) 嵌入式操作系統(tǒng)的組成 ………… 電子科技大學嵌入式軟件工程中心 嵌入式內(nèi)核 – 內(nèi)核是嵌入式操作系統(tǒng)的基礎(chǔ) ， 也是必備的部分 。 – 內(nèi)核還提供特定的應用編程接口 ， 但目前沒有統(tǒng)一的標準 。 任務管理 內(nèi)存管理 通信同步與互斥機制 中斷管理 時間管理 任務擴展 …… … … 返回 電子科技大學嵌入式軟件工程中心 嵌入式內(nèi)核 ? 任務管理 – 內(nèi)核的核心部分 ， 具有任務調(diào)度 、 創(chuàng)建任務 、刪除任務 、 掛起任務 、 解掛任務 、 設置任務優(yōu)先級等功能 。 – 通用計算機的操作系統(tǒng)追求的是最大的吞吐率 ， 為了達到最佳整體性能 ， 其 調(diào)度原則是公平 ， 采用 RoundRobin或可變優(yōu)先級調(diào)度算法 ， 調(diào)度時機主要以時間片為主驅(qū)動 。 – 而嵌入式操作系統(tǒng) 多采用基于靜態(tài)優(yōu)先級的可搶占的調(diào)度 ， 任務優(yōu)先級是在運行前通過某種策略靜態(tài)分配好的 ， 一旦有優(yōu)先級更高的任務就緒就馬上進行調(diào)度 。 返回 電子科技大學嵌入式軟件工程中心 嵌入式內(nèi)核 ? 內(nèi)存管理 – 嵌入式操作系統(tǒng)的內(nèi)存管理比較簡單 。 – 通常不采用虛擬存儲管理 ， 而采用靜態(tài)內(nèi)存分配和動態(tài)內(nèi)存分配 （ 固定大小內(nèi)存分配和可變大小內(nèi)存分配 ） 相結(jié)合的管理方式 。 – 有些內(nèi)核利用 MMU機制 提供內(nèi)存保護 功能 。 – 通用操作系統(tǒng)廣泛使用了虛擬內(nèi)存的技術(shù) ， 為用戶提供一個功能強大的虛存管理機制 。 返回 電子科技大學嵌入式軟件工程中心 嵌入式內(nèi)核 ? 通信 、 同步和互斥機制 – 這些機制提供任務間 、 任務與中斷處理程序間的通信 、 同步和互斥功能 。 – 一般包括信號量 、 消息 、 事件 、 管道 、 異步信號和共享內(nèi)存等功能 。 – 與通用操作系統(tǒng)不同的是 ， 嵌入式操作系統(tǒng)需要解決在這些機制的使用中出現(xiàn)的 優(yōu)先級反轉(zhuǎn)問題 。 返回 電子科技大學嵌入式軟件工程中心 嵌入式內(nèi)核 ? 中斷管理 ， 一般具有以下功能： – 安裝中斷服務程序 – 中斷發(fā)生時 ， 對中斷現(xiàn)場進行保存 ， 并且轉(zhuǎn)到相應的服務程序上執(zhí)行 – 中斷退出前 ， 對中斷現(xiàn)場進行恢復 – 中斷棧切換 – 中斷退出時的任務調(diào)度 返回 電子科技大學嵌入式軟件工程中心 嵌入式內(nèi)核 ? 時間管理 – 提供 高精度 、 應用可設置 的系統(tǒng)時鐘 ， 該時鐘是嵌入式系統(tǒng)的時基 ， 可設置為十毫秒以下 。 – 提供日歷時間 ， 負責與時間相關(guān)的任務管理工作如任務對資源有限等待的計時 、 時間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度等 ， 提供軟定時器的管理功能等 。 – 通用操作系統(tǒng)的系統(tǒng)時鐘的精度由操作系統(tǒng)確定 ， 應用不可調(diào) ， 且一般是幾十個毫秒 。 返回 電子科技大學嵌入式軟件工程中心 嵌入式內(nèi)核 ? 任務擴展功能 – 任務擴展功能就是在內(nèi)核中設置一些 Hook的調(diào)用點 ， 在這些調(diào)用點上內(nèi)核調(diào)用應用設置的 、應用自己編寫的擴展處理程序 ， 以擴展內(nèi)核的有關(guān)功能 。 – Hook調(diào)用點有任務創(chuàng)建 、 任務切換 、 任務刪除 、出錯處理等 。 返回 電子科技大學嵌入式軟件工程中心 嵌入式 TCP/IP ? TCP/IP 協(xié) 議 已 經(jīng)廣泛地應用于嵌入式系統(tǒng)中 ? 嵌 入 式 TCP/IP 網(wǎng)絡系統(tǒng)提供符合TCP/IP 協(xié) 議 標 準的協(xié)議棧 ， 提供Socket編程接口 。 Socket 接 口 UDP協(xié)議 TCP協(xié)議 IP 協(xié)議 ICMP/IGMP協(xié)議 網(wǎng)絡接口層 ARP/PPP協(xié)議 以太網(wǎng)驅(qū)動 異步串口驅(qū)動 物 理 設