【正文】 操作系統，一般用戶就很少了解了。 由于大型嵌入式系統需要完成復雜的功能，所以需要操作系統來完成各任務之間的調度。由于桌面型操作系統的體積，以及實時性等特性不能滿足嵌入式系統的要求，從而促進了嵌入式操作系統的發(fā)展 操作系統的概念和分類 Linux ?C/OS Windows CE 第 1章 嵌入式系統設計基礎 31 操作系統的概念和分類 操作系統（ OS， Operating System）的基本思想是隱藏底層不同硬件的差異，向在其上運行的應用程序提供一個統一的調用接口。應用程序通過這一接口實現對硬件的使用和控制，不必考慮不同硬件操作方式的差異。操作系統示意圖如下所示。 很多產品廠商選擇購買操作系統，在此基礎上開發(fā)自己的應用程序，形成產品。事實上，因為嵌入式系統是將所有程序，包括操作系統、驅動程序、應用程序的程序代碼全部燒寫進 ROM里執(zhí)行，所以操作系統在這里的角色更像是一套函數庫（ Library）。 操作系統主要完成三項任務：內存管理、多任務管理和外圍設備管理。 應用程序 操作系統 系統界面 驅動程序 硬件 硬件 硬件 硬件 第 1章 嵌入式系統設計基礎 32 嵌入式操作系統（ Embedded Operating System） 負責嵌入式系統的全部軟、硬件資源的分配、調度、控制、協調；它必須體現其所在系統的特征，能夠通過加載 /卸載某些模塊來達到系統所要求的功能。 EOS是相對于一般操作系統而言的，它除具備了一般操作系統最基本的功能，如任務調度、同步機制、中斷處理、文件處理等外，還有以下特點。 ? 強穩(wěn)定性，弱交互性：嵌入式系統一旦開始運行就不需要用戶過多的干預，這就要求負責系統管理的 EOS具有很強的穩(wěn)定性； ? 較強的實時性： EOS實時性一般較強，可用于各種設備的控制當中； ? 可伸縮性：開放、可伸縮性的體系結構； ? 外設接口的統一性：提供各種設備驅動接口。 嵌入式系統的操作系統核心通常要求體積要很小，因為硬件 ROM的容量有限，除了應用程序之外，不希望操作系統占用太大的存儲空間。事實上，嵌入式操作系統可以很小，只提供基本的管理功能和調度功能，縮小到 10KB到 20KB以內的嵌入式操作系統比比皆是，相信用慣微軟的 Windows系統的用戶，可能會覺得不可思議。 不同的應用場合會產生不同特點的嵌入式操作系統，但都會有一個核心（ Kernel）和一些系統服務（ System Service）。操作系統必須提供一些系統服務供應用程序調用，包括文件系統、內存分配、 I/O存取服務、中斷服務、任務（ Task）服務、時間（ Timer）服務等，設備驅動程序（ Device Driver）則是要建立在 I/O存取和中斷服務上的。有些嵌入式操作系統也會提供多種通信協議，以及用戶接口函數庫等。 第 1章 嵌入式系統設計基礎 33 ? 實時操作系統（ RealTime Operating System， RTOS），是指操作系統本身要能在一個固定時限內對程序調用（或外部事件）做出正確的反應，亦即對時序與穩(wěn)定性的要求十分嚴格。目前國際較為知名的實時操作系統有 WindRiver的“ VxWorks‖、 QNX的“ NeutrinoRTOS‖、 Accelerated Technology的“ Nucleus Plus‖、 Radisys的“ OS/9‖、 Mentor Graphic的“ VRTX‖、 LynuxWorks的“ LynuxOS‖，以及 Embedded Linux廠商所提供的 Embedded Linux版本，如TimeSys的“ TimeSys Linux/Real Time‖、 FSMLabs的“ RTLinux‖、 Lynux Works的“ BlueCat RT‖等。其產品主要應用于航天、國防、醫(yī)療、工業(yè)控制等領域，這些領域的設備需要高度精確的實時操作系統，以確保系統任務的執(zhí)行不會發(fā)生難以彌補的意外。目前，實時操作系統也開始向信息家電等消費類電子產品領域擴展。例如 WindRiver的“ VxWorks‖原本從航天、國防領域起家，如今也應用在網絡電話、視頻轉換器等消費類電子產品上。 ? 通用型操作系統：執(zhí)行性能與反應速度比起實時操作系統，相對沒有那么嚴格。目前較知名的有 Microsoft的“ Windows CE‖、 Palm source的“ Palm OS‖、Symbian的“ Symbian OS‖以及 Embedded Linux廠商所提供的各式 Embedded Linux版本，如 Metrowerks的“ Embedix‖、 TimeSys的“ TimeSys Linux/GPL‖、LynuxWorks的“ BlueCat Linux‖、 PalmPalm的“ Tynux‖等，其產品主要應用于手持式設備、各式聯網家電、網絡設備等領域。 嵌入式操作系統的性能通常取決于核心程序，而核心的工作主要在任務管理（ Task Management）、任務調度（ Task Scheduling）、進程間的通信（ IPC）、內存管理（ Memory Management）。 第 1章 嵌入式系統設計基礎 34 Linux Linux是目前最為流行的一款開放源代碼的操作系統，從 1991年問世到現在，不僅在 PC平臺，還在嵌入式應用中大放光彩，逐漸形成了與其他商業(yè) EOS抗衡的局面。目前正在開發(fā)的嵌入式系統中， 70%以上的項目選擇 Linux作為嵌入式操作系統。 經過改造后的嵌入式 Linux具有適合于嵌入式系統的特點。 ? 內核精簡，高性能、穩(wěn)定； ? 良好的多任務支持； ? 適用于不同的 CPU體系架構：支持多種體系架構，如 X8 ARM、 MIPS、ALPHA、 SPARC等； ? 可伸縮的結構：可伸縮的結構使 Linux適合于從簡單到復雜的各種嵌入式應用； ? 外設接口統一：以設備驅動程序的方式為應用提供統一的外設接口； ? 開放源碼，軟件資源豐富：廣泛的軟件開發(fā)者的支持，價格低廉，結構靈活，適用面廣； ? 完整的技術文檔，便于用戶的二次開發(fā)。 第 1章 嵌入式系統設計基礎 35 ?C/OSⅡ ?C/OSⅡ 是 Jean J. Labrosse在 1990年前后編寫的一個實時操作系統內核。名稱 ?C/OSII來源于術語 MicroController Operating System（微控制器操作系統）。它通常也稱為 MUCOS或者 UCOS。 嚴格地說， ?C/OSⅡ 只是一個實時操作系統內核，它僅僅包含了任務調度、任務管理、時間管理、內存管理和任務間通信和同步等基本功能，沒有提供輸入輸出管理、文件管理、網絡等額外的服務。但由于 ?C/OSⅡ 良好的可擴展性和源碼開放，這些功能完全可以由用戶根據需要自己實現。 ?C/OSⅡ 的目標是實現一個基于優(yōu)先級調度的搶占式實時內核，并在這個內核之上提供最基本的系統服務，例如信號量、郵箱、消息隊列、內存管理、中斷管理等。雖然 ?C/OSⅡ 并不是一個商業(yè)實時操作系統，但 ?C/OSⅡ 的穩(wěn)定性和實用性卻被數百個商業(yè)級的應用所驗證，其應用領域包括便攜式電話、運動控制卡、自動支付終端、交換機等。 ?C/OSⅡ 獲得廣泛使用不僅僅是因為它的源碼開放，還有一個重要原因，就是它的可移植性。 ?C/OSⅡ 的大部分代碼都是用 C語言寫成的，只有與處理器的硬件相關的一部分代碼用匯編語言編寫?？梢哉f， ?C/OSⅡ 在最初設計時就考慮到了系統的可移植性，這一點和同樣源碼開放的 Linux很不一樣，后者在開始的時候只是用于 x86體系結構，后來才將和硬件相關的代碼單獨提取出來。 目前 ?C/OSⅡ 支持 ARM、 PowerPC、 MIPS、 68k/ColdFire和 x86等多種體系結構。 第 1章 嵌入式系統設計基礎 36 Windows CE 從多年前發(fā)表 Windows CE開始，微軟就開始涉足嵌入式操作系統領域，如今歷經 WinCE 、 ，新一代的 WinCE呼應微軟 .NET的意愿，定名為“ Windows ‖（目前最新版本為 ）。 WinCE主要應用于 PDA，以及智能電話（ smart phone）等多媒體網絡產品。微軟于 2022年推出了代號為“ Macallan‖的新版 WinCE系列的操作系統。 Windows ，是讓不同語言所寫的程序可以在不同的硬件上執(zhí)行，也就是所謂的 .NET Compact Framework，在這個 Framework下的應用程序與硬件互相獨立無關。而核心本身是一個支持多線程以及多 CPU的操作系統。在工作調度方面，為了提高系統的實時性，主要設置了 256級的工作優(yōu)先級以及可嵌入式中斷處理。 如同在 PC Desktop環(huán)境， Windows CE系列在通信和網絡的能力，以及多媒體方面極具優(yōu)勢。其提供的協議軟件非常完整，如基本的 PPP、 TCP/IP、 IrDA、ARP、 ICMP、 Wireless Tunable TCP/IP、 PPTP、 SNMP、 HTTP，等等幾乎應有盡有，甚至還提供了有保密與驗證的加密通信，如 PCT/SSL。而在多媒體方面，目前在 PC上執(zhí)行的 Windows Media和 DirectX都已經應用到 Windows CE 的平臺。這些包括 Windows Media Technologies 、 Windows Media Player Control、 DirectDraw API、 DirectSound API和 DirectShow API，其主要功能就是對圖形、影音進行編碼譯碼，以及對多媒體信號進行處理。