【正文】 一個(gè)高效率的微內(nèi)核，該微內(nèi)核支持各種實(shí)時(shí)功能，包括快速多任務(wù)處理、中斷支持、搶占式和輪轉(zhuǎn)式調(diào)度。大多數(shù)的VxWorks API是專有的。VxWorks 支持各種工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，包括POSIX、ANSI C 和TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。在眾多的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)和嵌入式操作系統(tǒng)產(chǎn)品中，WindRiver公司的VxWorks是較為有特色的一種實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。Hopen OS是凱思集團(tuán)自主研制開(kāi)發(fā)的嵌入式操作系統(tǒng)，由一個(gè)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。這個(gè)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(gè)處理器的超級(jí)虛擬機(jī)操作系統(tǒng)。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。QNX是由加拿大QSSL公司開(kāi)發(fā)的分布式、實(shí)時(shí)的、可擴(kuò)充的操作系統(tǒng)，它部分遵循POSIX相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，如：?？梢宰岄_(kāi)發(fā)者根據(jù)操作系統(tǒng)的功能和內(nèi)存需求定制成每一個(gè)應(yīng)用所需的系統(tǒng)。ISI公司已經(jīng)被WinRiver公司兼并，現(xiàn)在pSOS屬于WindRiver公司的產(chǎn)品。LynxOS支持線程概念，提供256個(gè)全局用戶線程優(yōu)先級(jí)；提供一些傳統(tǒng)的、非實(shí)時(shí)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(gè)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(kāi)發(fā)工具。與其他的嵌入式系統(tǒng)相比，它的靈活性和可升級(jí)性非常突出。 Microwave的OS9是為微處理器的關(guān)鍵實(shí)時(shí)任務(wù)而設(shè)計(jì)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(dòng)化、無(wú)線通訊產(chǎn)品、醫(yī)療儀器、數(shù)字電視/多媒體設(shè)備。Windows CE的缺點(diǎn)是速度慢、效率低、價(jià)格偏高、開(kāi)發(fā)應(yīng)用程序相對(duì)較難。內(nèi)置的標(biāo)準(zhǔn)通信能力使Windows CE能夠訪問(wèn)Internet并收發(fā)E_mail或?yàn)g覽Web。 Windows CE內(nèi)核較小，能作為一種嵌入式操作系統(tǒng)應(yīng)用到工業(yè)控制等領(lǐng)域?！∏度胧讲僮飨到y(tǒng)的發(fā)展?fàn)顩r國(guó)外嵌入式操作系統(tǒng)已經(jīng)從簡(jiǎn)單走向成熟，主要有Vxwork、QNX、PalmOS、Windows CE、嵌入式Linux等。 目前，商品化的RTOS可支持從8BIT的8051到32BIT的PowerPC及DSP等幾十個(gè)系列的嵌入式處理器。 嵌入式工業(yè)的基礎(chǔ)是以應(yīng)用為中心的芯片設(shè)計(jì)和面向應(yīng)用的軟件開(kāi)發(fā)。 基于RTOS開(kāi)發(fā)出的程序，具有較高的可移植性，實(shí)現(xiàn)90%以上設(shè)備獨(dú)立，一些成熟的通用程序可以作為專家?guī)旌瘮?shù)產(chǎn)品推向社會(huì)。隨著嵌入式系統(tǒng)中軟件比重不斷上升、應(yīng)用程序越來(lái)越大，對(duì)開(kāi)發(fā)人員、應(yīng)用程序接口、程序檔案的組織管理成為一個(gè)大的課題。RTOS最關(guān)鍵的部分是實(shí)時(shí)多任務(wù)內(nèi)核，它的基本功能包括任務(wù)管理、定時(shí)器管理、存儲(chǔ)器管理、資源管理、事件管理、系統(tǒng)管理、消息管理、隊(duì)列管理、旗語(yǔ)管理等, 這些管理功能是通過(guò)內(nèi)核服務(wù)函數(shù)形式交給用戶調(diào)用的，也就是RTOS的API。在RTOS基礎(chǔ)上可以編寫出各種硬件驅(qū)動(dòng)程序、專家?guī)旌瘮?shù)、行業(yè)庫(kù)函數(shù)、產(chǎn)品庫(kù)函數(shù)，和通用性的應(yīng)用程序一起，可以作為產(chǎn)品銷售，促進(jìn)行業(yè)內(nèi)的知識(shí)產(chǎn)權(quán)交流，因此RTOS又是一個(gè)軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)。因此基于RTOS上的C語(yǔ)言程序具有極大的可移植性。不但如此，RTOS還是一個(gè)可靠性和可信性很高的實(shí)時(shí)內(nèi)核，將CPU時(shí)間、中斷、I/O、定時(shí)器等資源都包裝起來(lái)，留給用戶一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的API，并根據(jù)各個(gè)任務(wù)的優(yōu)先級(jí)，合理地在不同任務(wù)之間分配CPU時(shí)間。目前在中國(guó)大多數(shù)嵌入式軟件開(kāi)發(fā)還是基于處理器直接編寫，沒(méi)有采用商品化的RTOS，不能將系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件分開(kāi)處理。與通用操作系統(tǒng)相比較，嵌入式操作系統(tǒng)在系統(tǒng)實(shí)時(shí)高效性、硬件的相關(guān)依賴性、軟件固態(tài)化以及應(yīng)用的專用性等方面具有較為突出的特點(diǎn)。嵌入式操作系統(tǒng)是一種支持嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用的操作系統(tǒng)軟件，它是嵌入式系統(tǒng)(包括硬、軟件系統(tǒng))極為重要的組成部分，通常包括與硬件相關(guān)的底層驅(qū)動(dòng)軟件、系統(tǒng)內(nèi)核、設(shè)備驅(qū)動(dòng)接口、通信協(xié)議、圖形界面、標(biāo)準(zhǔn)化瀏覽器等Browser。嵌入式系統(tǒng)的軟件部分包括操作系統(tǒng)軟件(要求實(shí)時(shí)和多任務(wù)操作)和應(yīng)用程序編程。它是以應(yīng)用為中心，軟硬件可裁減的，適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)功能、可靠性、成本、體積、功耗等綜合性嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。報(bào)紙、雜志、網(wǎng)絡(luò)都把嵌入式系統(tǒng)當(dāng)作討論的熱門話題?！　　　　　　? 　西南交通大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)　 　　　　　　第54頁(yè)嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)畢業(yè)論文　　　　　第1章　　緒論　嵌入式系統(tǒng)　嵌入式系統(tǒng)簡(jiǎn)介　　隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和微電子技術(shù)的迅速發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域越來(lái)越廣泛。當(dāng)今，嵌入式系統(tǒng)已成為一個(gè)時(shí)髦的名詞，就像當(dāng)初的計(jì)算機(jī)熱潮，似乎比當(dāng)初的計(jì)算機(jī)熱潮涉及的領(lǐng)域更廣泛，應(yīng)用技術(shù)人員更多，相關(guān)國(guó)民經(jīng)濟(jì)產(chǎn)值也更龐大。嵌入式系統(tǒng)一般指非PC系統(tǒng)，有計(jì)算機(jī)功能但又不稱之為計(jì)算機(jī)的設(shè)備或器材。嵌入式系統(tǒng)主要由嵌入式微處理器、外圍硬件設(shè)備、嵌入式操作系統(tǒng)以及用戶的應(yīng)用程序等4個(gè)部分組成，它是集軟硬件于一體的可獨(dú)立工作的器件。操作系統(tǒng)控制著應(yīng)用程序編程與硬件的交互作用，而應(yīng)用程序控制著系統(tǒng)的運(yùn)作和行為。嵌入式操作系統(tǒng)具有通用操作系統(tǒng)的基本特點(diǎn)，如能夠有效管理越來(lái)越復(fù)雜的系統(tǒng)資源；能夠把硬件虛擬化，使得開(kāi)發(fā)人員從繁忙的驅(qū)動(dòng)程序移植和維護(hù)中解脫出來(lái)；能夠提供庫(kù)函數(shù)、驅(qū)動(dòng)程序、工具集以及應(yīng)用程序?！?實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)RTOS(Real Time multitasking Operation System),即實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)是嵌入式應(yīng)用軟件的基礎(chǔ)和開(kāi)發(fā)平臺(tái)。RTOS是一段嵌入在目標(biāo)代碼中的軟件，用戶的其它應(yīng)用程序都建立在RTOS之上。 TOS是針對(duì)不同處理器優(yōu)化設(shè)計(jì)的高效率實(shí)時(shí)多任務(wù)內(nèi)核，優(yōu)秀商品化的RTOS可以面對(duì)幾十個(gè)系列的嵌入式處理器MPU、MCU、DSP、SOC等提供類同的API接口，這是RTOS基于設(shè)備獨(dú)立的應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)基礎(chǔ)。據(jù)專家測(cè)算，優(yōu)秀RTOS上跨處理器平臺(tái)的程序移植只需要修改1~5%的內(nèi)容。 RTOS是嵌入式系統(tǒng)的軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)。 RTOS的引入，解決了嵌入式軟件開(kāi)發(fā)標(biāo)準(zhǔn)化的難題。引入RTOS相當(dāng)于引入了一種新的管理模式，對(duì)于開(kāi)發(fā)單位和開(kāi)發(fā)人員都是一個(gè)提高。嵌入式軟件的函數(shù)化、產(chǎn)品化能夠促進(jìn)行業(yè)交流以及社會(huì)分工專業(yè)化，減少重復(fù)勞動(dòng)，提高知識(shí)創(chuàng)新的效率。實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)(RTOS)進(jìn)入嵌入式工業(yè)的意義不亞于歷史上機(jī)械工業(yè)采用三視圖的貢獻(xiàn)，對(duì)嵌入式軟件的標(biāo)準(zhǔn)化和加速知識(shí)創(chuàng)新是一個(gè)里程碑。提供高質(zhì)量源代碼RTOS的著名公司主要集中在美國(guó)。國(guó)內(nèi)的嵌入式操作系統(tǒng)研究開(kāi)發(fā)有2種類型，一類是基于國(guó)外操作系統(tǒng)2次開(kāi)發(fā)完成的，如海信的基于Windows CE的機(jī)頂盒系統(tǒng)；另一類是中國(guó)自主開(kāi)發(fā)的嵌入式操作系統(tǒng)，如凱思集團(tuán)公司自主研制開(kāi)發(fā)的嵌入式操作系統(tǒng)Hopen OS(“女媧計(jì)劃”)等。其優(yōu)點(diǎn)在于便攜性、提供對(duì)微處理器的選擇以及非強(qiáng)行的電源管理功能。除此之外，Windows CE特有的與Windows類似的用戶界面使最終用戶易于使用。 3Com公司的Palm OS在掌上電腦和PDA市場(chǎng)上獨(dú)占其霸主地位，它有開(kāi)放的操作系統(tǒng)應(yīng)用程序接口(API)，開(kāi)發(fā)商可根據(jù)需要自行開(kāi)發(fā)所需的應(yīng)用程序。它提供了很好的安全性和容錯(cuò)性。Lynx Realtime Systems的LynxOS是一個(gè)分布式、嵌入式、可規(guī)模擴(kuò)展的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，、。pSOS 。這個(gè)系統(tǒng)是一個(gè)模塊化、高性能的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，專為嵌入式微處理器設(shè)計(jì)，提供一個(gè)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高可靠性。開(kāi)發(fā)者可以利用它來(lái)實(shí)現(xiàn)從簡(jiǎn)單的單個(gè)獨(dú)立設(shè)備到復(fù)雜的、網(wǎng)絡(luò)化的多處理器系統(tǒng)。它提供了一個(gè)很小的微內(nèi)核以及一些可選的配合進(jìn)程，具有高度的伸縮性，可靈活地剪裁。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()而且運(yùn)行速度極快。因此，可以廣泛地嵌入到智能機(jī)器、智能儀器儀表、機(jī)頂盒、通訊設(shè)備、PDA等應(yīng)用中去。其核心Hopen Kernel一般為10KB左右大小，占用空間小，并具有實(shí)時(shí)、多任務(wù)、多線程的系統(tǒng)特征。VxWorks是目前嵌入式系統(tǒng)領(lǐng)域中使用最廣泛、市場(chǎng)占有率最高的系統(tǒng)。同時(shí)支持多種處理器，如x8i960、Sun Sparc、Motorola MC68xxx、MIPS RX000、POWER PC等等。采用GNU的編譯和調(diào)試器。目前在全世界裝有VxWorks 系統(tǒng)的智能設(shè)備數(shù)以百萬(wàn)計(jì)，其應(yīng)用范圍遍及互聯(lián)網(wǎng)、電信和數(shù)據(jù)通信等眾多領(lǐng)域。嵌入式Linux自身具備一整套工具鏈，容易自行建立嵌入式系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)環(huán)境和交叉運(yùn)行環(huán)境，并且可以跨越在嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)中仿真工具(ICE)的障礙。強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)支持，使得可以利用Linux的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧將其開(kāi)發(fā)成為嵌入式的TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧。 。 、高可靠性。為此要求程序編寫和編譯工具的質(zhì)量要高，以減少程序二進(jìn)制代碼長(zhǎng)度、提高執(zhí)行速度?！≡诙嗳蝿?wù)嵌入式系統(tǒng)中，對(duì)重要性各不相同的任務(wù)進(jìn)行統(tǒng)籌兼顧的合理調(diào)度是保證每個(gè)任務(wù)及時(shí)執(zhí)行的關(guān)鍵，單純通過(guò)提高處理器速度是無(wú)法完成和沒(méi)有效率的，這種任務(wù)調(diào)度只能由優(yōu)化編寫的系統(tǒng)軟件來(lái)完成，因此系統(tǒng)軟件的高實(shí)時(shí)性是基本要求?！∏度胧介_(kāi)發(fā)概述 嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)需要開(kāi)發(fā)工具和環(huán)境 通用計(jì)算機(jī)具有完善的人機(jī)接口界面，在上面增加一些開(kāi)發(fā)應(yīng)用程序和環(huán)境即可進(jìn)行對(duì)自身的開(kāi)發(fā)。 嵌入式系統(tǒng)軟件需要RTOS開(kāi)發(fā)平臺(tái) 通用計(jì)算機(jī)具有完善的操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序接口(API)，是計(jì)算機(jī)基本組成不可分離的一部分，應(yīng)用程序的開(kāi)發(fā)以及完成后的軟件都在OS平臺(tái)上面運(yùn)行，但一般不是實(shí)時(shí)的。 嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)人員以應(yīng)用專家為主 通用計(jì)算機(jī)的開(kāi)發(fā)人員一般是計(jì)算機(jī)科學(xué)或計(jì)算機(jī)工程方面的專業(yè)人士，而嵌入式系統(tǒng)則是要和各個(gè)不同行業(yè)的應(yīng)用相結(jié)合的，要求更多的計(jì)算機(jī)以外的專業(yè)知識(shí)，其開(kāi)發(fā)人員往往是各個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域的專家?！∏度胧较到y(tǒng)高級(jí)編程語(yǔ)言Ada語(yǔ)言是20世紀(jì)70年代美國(guó)國(guó)防部開(kāi)發(fā)并投入使用的功能強(qiáng)大的通用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)語(yǔ)言，最初為Ada83。其可靠性、可維護(hù)性、可讀性都是相當(dāng)好的。使用Ada語(yǔ)言可以大大改善系統(tǒng)的清晰性、可靠性、可維護(hù)性等性能指標(biāo)[2,3]。C語(yǔ)言是由Dennis Richie于1972年在ATamp。其設(shè)計(jì)目標(biāo)是使C既具有匯編語(yǔ)言的效率，又具有高級(jí)語(yǔ)言的易編程性。從20世紀(jì)80年代中期C語(yǔ)言涉足實(shí)時(shí)系統(tǒng)后，受到了普遍歡迎。C++是由Bjarne Stroustrup 于1995年在Bell實(shí)驗(yàn)室研制成功并投入使用的。Modula2是由Nicklans Wirth在70年代后期根據(jù)Pascal 和Modula開(kāi)發(fā)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)語(yǔ)言。Modula2具有很強(qiáng)的類型檢查能力和豐富的低級(jí)功能支持。Modula3是1988年由DEC（Digital Equipment Company）和ORC（Olivetti Research Center）根據(jù)Modula2開(kāi)發(fā)研制并投入使用的系統(tǒng)開(kāi)發(fā)語(yǔ)言。它在協(xié)同處理、OOP、自動(dòng)垃圾收集以及對(duì)C語(yǔ)言和UNIX的支持等方面對(duì)Modula2進(jìn)行了改進(jìn)Java是網(wǎng)絡(luò)語(yǔ)言，而嵌入式系統(tǒng)則在功能、價(jià)格、體積、功耗、上市時(shí)間等方面有特殊要求。但Sun公司并不愿意放棄這個(gè)發(fā)展?jié)摿薮蟮膽?yīng)用市場(chǎng)，對(duì)Java進(jìn)行改進(jìn)后發(fā)表了J2ME（Java2 Micro Edition）。J2ME粗略地將應(yīng)用對(duì)象劃分為兩大類：內(nèi)存在128KB~512KB之間的設(shè)備和內(nèi)存大于512KB的設(shè)備，根據(jù)不同的類別提供不同的用戶接口和軟件包。技術(shù)具有性能高、成本低和能耗省，適用于多種領(lǐng)域，比如嵌入控制、消費(fèi)/教育類多媒體、DSP和移動(dòng)式應(yīng)用等。限制你的內(nèi)存訪問(wèn)并且你不能直接讀取硬件設(shè)備正常程序執(zhí)行的模式FIQ:當(dāng)一個(gè)高優(yōu)先級(jí)(fast)中斷產(chǎn)生時(shí)將會(huì)進(jìn)入這種模式高速數(shù)據(jù)傳輸和通道處理IRQ:當(dāng)一個(gè)低優(yōu)先級(jí)(normal)中斷產(chǎn)生時(shí)將會(huì)進(jìn)入這種模式通常的中斷處理Supervisor:當(dāng)復(fù)位或軟中斷指令執(zhí)行時(shí)將會(huì)進(jìn)入這種模式供操作系統(tǒng)使用的一種保護(hù)模式Abort: 當(dāng)存取異常時(shí)將會(huì)進(jìn)入這種模式虛擬存儲(chǔ)及存儲(chǔ)保護(hù)Undef: 當(dāng)執(zhí)行未定義指令時(shí)會(huì)進(jìn)入這種模式軟件仿真硬件協(xié)處理器System: 使用和User模式相同寄存器集的特權(quán)模式特權(quán)級(jí)的操作系統(tǒng)任務(wù)(2)寄存器組在26位體系下，ARM 處理器有二十七個(gè)寄存器，其中一些是在一定條件下使用的，所以一次只能使用十六個(gè)。 寄存器 0 到寄存器 7 是通用寄存器并可以用做任何目的。 這是一個(gè)操作系統(tǒng)問(wèn)題，不是一個(gè)處理器問(wèn)題，所以如果你不使用棧，只要你以后恢復(fù)它，你可以在你的代碼中自由的占用(corrupt)它。 當(dāng)你執(zhí)行帶連接的分支的時(shí)候，把返回地址存儲(chǔ)到 R14 中。R14 的所有實(shí)例必須被保存到其他寄存器中(不是實(shí)際上有效)或一個(gè)棧中。一旦已經(jīng)保存了連接地址，這個(gè)寄存器就可以用做通用寄存器了。 寄存器 15 是程序計(jì)數(shù)器。 為更清晰一些， 提供下列圖表: User 模式 SVC 模式 IRQ 模式 FIQ 模式 APCSR0 R0 R0 R0 a1R1 R1 R1 R1 a2R2 R2 R2 R2 a3R3 R3 R3 R3 a4R4 R4 R4 R4 v1R5 R5 R5 R5 v2R6 R6 R6