【正文】 前市場上流行的嵌入式操作系統(tǒng)比較多 ,下面對其進行性能比較 : ? 嵌入式 Linux Linux 是 1991 年由荷蘭人 LinusTorvalds 發(fā)明的，從誕生到現(xiàn)在的短短幾十年時間， Linux 已經(jīng)發(fā)展成為一個 功能強大、設(shè)計完善的操作系統(tǒng)，不僅在通用操作系統(tǒng)領(lǐng)域與 Windows等商業(yè)系統(tǒng)分庭抗爭，而在在新興的嵌入式操作系統(tǒng)領(lǐng)域也獲得了飛速的發(fā)展。商品化嵌入式操縱系統(tǒng)大都沒有公開其核心源代碼 [7]，這種源代碼的封閉性大大限制了開發(fā)者的積極性，當前國家隊研制自主核心源代碼大力支持，為源碼開發(fā)的 Linux 的推廣提供了廣闊的發(fā)展前景。 （ 2） 優(yōu)秀的開發(fā)工具 :嵌入式 Linux提供了一套完整的工具鏈 （ 3） 免費，開發(fā)源代碼： Linux 是開發(fā)源碼的自由操作系統(tǒng)，用戶可以根據(jù)自己的應用需要方便對內(nèi)核進行修改和優(yōu)化。 （ 5） 廣泛的硬件支持： 支持 x8 ARM、 MIPS 等多種 體系結(jié)構(gòu)。 目前，網(wǎng)絡上無論是研究 Linux 操作系統(tǒng)還是研究嵌入式 Linux的開發(fā)團隊都有很多，各種相應的程序以及文檔也比較豐富。μ C/OSII是一種免費、開放源代碼、結(jié)構(gòu)小巧、基于可搶占優(yōu)先級調(diào)度的實時操作系統(tǒng)，其內(nèi)核提供任務調(diào)度與管理、時間管理、任務間同步與 通信、內(nèi)存管理和中斷服務等功能。它的內(nèi)核本身并不支持文件系統(tǒng)，但它具有良好的擴展性能，如果需要的話可以自行加入。 ? VxWorks VxWorks 是美國 WindRiver System 公司開發(fā)的一款嵌入式實時操作系統(tǒng)具有良好的可靠性和卓越的實時性，是目前嵌入式系統(tǒng)領(lǐng)域中使用最廣泛、市場占有率最高的商業(yè)系統(tǒng)。它基于微內(nèi)核的體系結(jié)構(gòu)、整個系統(tǒng)有四百多個相對獨立、短小精煉的目標模塊組成，用戶可以行剪裁和配置，根據(jù)自己的需要來選擇適當?shù)哪K。 VxWorks 以其良好的可靠性和卓越的實時性被廣泛地應用在通信、軍 事、航空航天等高精尖技術(shù)及實時性要求極高的領(lǐng)域中。它是由 PDA 操作系統(tǒng)開發(fā)的先驅(qū)者 Palm Computing 公司開發(fā)的。它的一個最大的特點就是省電以及系統(tǒng)資源開銷較少，速度也很快，但不支持多線程，長遠發(fā)展受到影響。 ? Windows CE 梁力源：基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能家居系統(tǒng) 20 Windows CE 是微軟公司在嵌入式操縱系統(tǒng)市場上的一個重要的產(chǎn)品，它是一個開放的、可升級的 32 位操作系統(tǒng)，是基于掌上型電腦類的電子設(shè)備操作系統(tǒng)，它可以移植能夠開發(fā)多種企業(yè)和客戶類設(shè)備。這個模塊化、可自訂的作業(yè)系統(tǒng)將 Windows 平臺延伸到桌面之外，到達更小、更機動性、更特別的裝置之上，然而它的Windows 血統(tǒng)則確保了它的相容性，并且支援了 更廣泛的開發(fā)基礎(chǔ)。 選擇嵌入式操作系統(tǒng)的依據(jù) 在選擇軟件開發(fā)方式和操作系統(tǒng)的時候，不僅要考慮到對硬件系統(tǒng)的支持，還要考慮軟件開發(fā)的周期等問題。 （ 1） 市場進入時間。 Linux出現(xiàn)時間較早， 現(xiàn)成資源 較多 。也就是平臺無關(guān)性。良好的軟件可移植性，可以在不同平臺、不同系統(tǒng)上運行，跟操作系統(tǒng)無關(guān)。很難設(shè)想開發(fā)一個嵌入式瀏覽器而僅能在某一特定環(huán)境下應用，反過來說，當產(chǎn)品與平臺和操作系統(tǒng)緊密結(jié)合時，往往你的產(chǎn)品的特色就蘊含其中。產(chǎn)品開發(fā)不同于學術(shù)課題研究，它是以快速、低成本、高質(zhì)量的推出適合用戶需求的產(chǎn)品為目的的。其它有些實時操作系統(tǒng)由于比較封閉，開發(fā)時可以利用的資源比較少，因此多數(shù)功能需要自己獨立開發(fā)，從而影響開發(fā)進度。而這就要求有一個高性能、高可靠的 GUI的支持。信息產(chǎn)品不同于傳統(tǒng) PC 的 Wintel 結(jié)構(gòu)的單純性，用戶的需求是千差萬別的，硬件平臺也都不一樣，所以對系統(tǒng)的定制能力提 出了要求。 Linux 由于其源代碼開放的天生魅力，在定制能力方面具有優(yōu)勢。成本是所有產(chǎn)品不得不考慮的問題。 Linux 免費， WinCE 等商業(yè)系統(tǒng)需要支付許可證使用費，但這都不是問題的答案。 （ 6） 中文內(nèi)核支持。由于操作系統(tǒng)多數(shù)是采用西文方式，是否支持雙字節(jié)編碼方式，是否遵循GBK， GB18030 等各種國家標準，是否支持中文輸入與處理，是否提供第三方中文輸入接口是針對國內(nèi)用戶的嵌入式產(chǎn)品的必需考慮的重要因素。操作系統(tǒng)的主要目的是方便開發(fā)友好的人機界面，縮短開發(fā)周期，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 Linux 作為一款開源軟件，具有功能強大，與硬件兼容性好， 可任意裁減等諸多特點，同時在 Linux 系統(tǒng)下支持很多開源軟件，在一定程度上減小了開發(fā)的難度。 在文件系統(tǒng)方面，目前 FLASH 上常用的文件系統(tǒng)主要有 JFFSCRAMFS、 Yaffs ROMFS 以及 ROMFS 等。 YAFFS2 是第一個專門為 Nandflash 存儲器設(shè)計的嵌 入式文件系 統(tǒng) ， 適 用 于 大 容 量 的 存 儲 設(shè) 備 ； 并 且 是 在 GPL梁力源：基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能家居系統(tǒng) 22 （ GeneralPublicLicense）協(xié)議下發(fā)布的，可在其網(wǎng)站免費獲得源代碼。 本設(shè)計采用 YAFFS2 文件系統(tǒng)，可以讀寫保存。因為 Linux 是用 C 語言編寫的，對 C 語言有良好的函數(shù)庫的支持，其編譯出的代碼精簡，具有運行速度快和對底層開發(fā)支持好的特點。首先確定了 SAMSUNG 公司的 32位 RISC 處理器 S3C2440 作為微控制器芯片；其次是介紹本智能家居各模塊所使用到的硬件 設(shè)備 ， 接著介紹幾種嵌入式操作系統(tǒng) 和選擇嵌入式操作系統(tǒng)的依據(jù)， 最后確定了適合 CPU的最佳嵌入式操作系統(tǒng) 。首 先安裝 vmware 并下載 鏡像，安裝好Fedora 操作系統(tǒng)。此次設(shè)計用開發(fā)板自動的armqtopia 設(shè)計 qt運行界面。 之前的系統(tǒng)，要使用不同的編譯器版本才能正常編譯各個部分，因此要在開發(fā)過程不斷切換設(shè)置，這十分不利于初學者使用，也降低了開發(fā)的效率；自從 開始 (Mini2440 所配內(nèi)核已為最新的 ) ，我們把交叉編譯器統(tǒng)一為，下面是它的安裝設(shè)置步驟。 配置網(wǎng)絡文件系統(tǒng) NFS NFS 是 Network File System 的簡寫，即網(wǎng)絡文件系統(tǒng)， NFS 允許一個系統(tǒng)在網(wǎng)絡上與他人共享文件。 在嵌入式開發(fā)環(huán)境中，通過 NFS服務器，可以把 NFS 作為根文件系統(tǒng)來啟動開發(fā)板，通過使用 NFS作為根文件系統(tǒng)，不僅使開發(fā)板的“硬盤”變得很大，還可以減少程序燒寫的次數(shù)，提供程序開發(fā)速度梁力源：基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能家居系統(tǒng) 24 [11]。 ? 首先安裝 NFS服務器 一般情況下系統(tǒng)默認按照好 NFS服務，系統(tǒng)不默認安裝 的話，只需要下載兩個安裝包安裝即可： ? nfsutils*(包括基本的 NFS 命令與監(jiān)控程序 ) ? portmap*(支持安全 NFS RPC 服務的連接 ) ? 接著需要共享 Linux系統(tǒng)和開發(fā)板目錄。接著在 Fedora 的終端上運行命令 gedit /etc/exports，編輯 nfs 服務的配置文件，添加以下內(nèi)容/opt/FriendlyARM/mini2440/rootfs_qtopia_qt4 *（ rw,sync,no_root_squash ） ，其中/opt/FriendlyARM/**/rootfs_qtopia_qt4 表示 nfs 共享目錄。 在命令行下運行以下命令即可： /etc/。 （ 2） linux內(nèi)核，特定于嵌入式平臺的定制內(nèi)核。一個同時裝有BootLoader、內(nèi)核的啟動參數(shù)、內(nèi)核映像和根文件系統(tǒng)映像的固態(tài)存儲設(shè)備的典型空間分配結(jié)構(gòu)圖如圖 2020屆計算機科學與技術(shù)專業(yè)畢業(yè)設(shè)計（論文） 25 圖 空間分配結(jié)構(gòu)圖 BootLoader 介紹 簡單的說 bootloader 是一段程序，它的作用就是加載操作系統(tǒng)，BootLoader（引導加載程序）是系統(tǒng)加電后運行的第一段軟件代碼 [12]。 bootloader 位于最底層，首先被運行來引導操作系統(tǒng)運行，很容易可以看出 bootloader 是底層 程序所以它的實現(xiàn)嚴重地依賴于硬件，特別是在嵌入式世界。盡管如此，一些功能強大、支持硬件環(huán)境較多的 BootLoader 也被廣大的使用者和愛好者所支持，從而形成了一些被廣泛認可的、較為通用的的 bootloader實現(xiàn)。在此不用自己來移植bootloader。它是一個用 C 語言寫成，符合 POSIX 標準的類 Unix 操作系統(tǒng)。該計劃開始于 1991 年，在計劃的早期有一些Minix 黑客提供了協(xié)助，而今天全球無數(shù)程序員正在為該計劃無償提供幫助。“內(nèi)核”指的是一個提供硬件抽象層、磁盤及文件系統(tǒng)控制、多任務等功能的系統(tǒng)軟件。一套基于 Linux 內(nèi)核的完整操作系統(tǒng)叫作梁力源：基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能家居系統(tǒng) 26 Linux操作系統(tǒng)，或是 GNU/Linux。 首 先 把 內(nèi) 核 代 碼 解 壓 安 裝 在 工 作 目 錄/opt/FriendlyARM/mini2440，進入內(nèi)核代碼根目錄，執(zhí)行“ cp config_mini2440_t35 .config_t35” 使用缺省的配置文件。 根文件系統(tǒng) 文件系統(tǒng)是對一個存儲設(shè)備上的數(shù)據(jù)和元數(shù)據(jù)進行組織的機制。在 Linux 中沒有文件系統(tǒng)的話，用戶和操作系統(tǒng)的交互也就斷開了，所有應用用戶程序，都沒有辦法運行。 Linux 要在一個分區(qū)上存放系統(tǒng)啟動所必需的文件，如 Init 進程、系統(tǒng)配置文件、文件系統(tǒng)及網(wǎng)絡系統(tǒng)等等的工具集、鏈接庫等等。根文件系統(tǒng)的基本目錄結(jié)構(gòu)一般包括： /bin， /sbin， /etc， /proc， /dev， /bin， /usr， /lib，/tmp等，如有需要可再添加。 ? /sbin 存放系統(tǒng)命令，只有系統(tǒng)管理員（ root）能夠使用的命令，系統(tǒng)命令還可以存放在 /usr/sbin,/usr/local/sbin目錄下， /sbin目錄中存放的 是基本的系統(tǒng)命令，它們用于啟動系統(tǒng)和修復系統(tǒng)等 ? /etc 存放著系統(tǒng)主要的配置文件，例如人員的賬號密碼文件、各種服務的其實文件等。運2020屆計算機科學與技術(shù)專業(yè)畢業(yè)設(shè)計（論文） 27 行根文件系統(tǒng)中的可執(zhí)行程序。 ? /root 存放系統(tǒng)管理員（ root）的主文件夾的，即是根用戶的目錄。 ? /var 存放可變的數(shù)據(jù)，比如 spool 目錄（ mail,news）， log文件，臨時文件。用來臨時掛載光盤、移動存儲設(shè)備等。 本章小結(jié) 本章主要介紹了嵌入式系統(tǒng)開發(fā)平臺搭建過程。 梁力源：基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能家居系統(tǒng) 28 第 4 章 系統(tǒng)的實現(xiàn) 本智能家居系統(tǒng)分幾個模塊組成： GSM 遠程控制模塊，溫度、煙霧數(shù)據(jù)采集模塊，具有語音提示功能的密碼鎖防盜功能模塊，預防小孩墜樓模塊。所謂設(shè)備驅(qū)動程序就是控制與管理硬件設(shè)備數(shù)據(jù)收發(fā)的軟件，它是應用程序與硬件設(shè)備溝 通的橋梁。設(shè)備驅(qū)動程序是 操作系統(tǒng)的一部分，通常運行在內(nèi)核層。 Linux 驅(qū)動程序運行的原理 如圖 所示。 Linux 內(nèi)核本身就是一個單內(nèi)核，具有效率高的優(yōu)點，也具有可擴展性和 可維護性差的缺陷，模塊機制就是為了彌補這一缺陷而設(shè)計的。采用可加載模塊方式可以讓驅(qū)動程序的運行更加靈活，也更便于調(diào)試。 一般來說， Linux 系統(tǒng)將設(shè)備分為 3 種類型：字符設(shè)備、塊設(shè)備、網(wǎng)絡接口設(shè)備。 字符設(shè)備是指那些 每次 只能一個字節(jié)讀寫數(shù)據(jù)的設(shè)備，不能隨機讀取設(shè)備 內(nèi)存中的某 一數(shù)據(jù)， 其驅(qū)動程序中完成的主要工作是初始化、添加和刪除 cdev 結(jié)構(gòu)體，申請和釋放設(shè)備號，以及填充 file_operations 結(jié)構(gòu)體中 操 作 函 數(shù) ， 并 實 現(xiàn)file_operations 結(jié)構(gòu)體中的 read()、 write()、 ioct1()等重要函數(shù)。 梁力源：基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能家居系統(tǒng) 30 c d e vd e v _ t F i l e _ o p e r a t i o n so p e n ( ) r e a d ( ) I o c t l ( )?模 塊 卸 載 函 數(shù)模 塊 加 載 函 數(shù)用 戶 空 間系 統(tǒng) 調(diào) 用i n s m o dr m m o d圖 字符設(shè)備與用戶空間關(guān)系 想要設(shè)備正常工作，就必須要按圖 加載設(shè)備驅(qū)動模塊，然后才能正 確調(diào)用 open()、 read()、 write()、 ioctl()函數(shù)操作系統(tǒng)硬件設(shè)備。 GSM 遠程控制模塊的實現(xiàn) mini2440 串口的配置 和實現(xiàn) 在實際程序設(shè)計過程中主要包括兩個組成部分 ， 其一是串口的 硬2020屆計算機科學與技術(shù)專業(yè)畢業(yè)設(shè)計（論文） 31 件驅(qū)動程序，其二是文件系統(tǒng)上的應用程序。開發(fā)板的內(nèi)核源代碼自帶了串口驅(qū)動程序 ， 在開發(fā)時我們不需要自己編寫驅(qū)動。 fd=open(“ /dev/ttySAC1” ,O_RDWR)。 } 打開串口后還不能時串口正常工作，需要正確設(shè)置串口包括設(shè)置波特率、效驗位和停止位的設(shè)置，設(shè)置串口主要是設(shè)置 struct termios結(jié)構(gòu)體的各成員值。//輸入模式標志 unsigned short c_oflag。//控制模式標志 unsigned short c_lflag。//控制協(xié)議 unsigned char c_cc[