朱帥

摘 要 嵌入式操作系統(tǒng)的適用范圍是應(yīng)用性計算機(jī)系統(tǒng)。它本身就擁有著軟件代碼小和響應(yīng)快速這些特質(zhì)，并且在現(xiàn)實化的多任務(wù)體系內(nèi)有效地給予應(yīng)用。文章通過對一些基礎(chǔ)性的嵌入式操作系統(tǒng)的介紹來提出選型的原則。

【關(guān)鍵詞】嵌入式系統(tǒng) 系統(tǒng)介紹 選型原則

作為嵌入式系統(tǒng)當(dāng)中最核心的重要部分，嵌入式操作系統(tǒng)主要包括著底層驅(qū)動，如設(shè)備驅(qū)動接口、圖形界面和系統(tǒng)內(nèi)核等硬件組成部分。嵌入式操作系統(tǒng)相比通用操作系統(tǒng)，在應(yīng)用方面具有軟件固態(tài)化、系統(tǒng)高效化、專業(yè)性等優(yōu)勢。嵌入式操作系統(tǒng)可以將通用操作系統(tǒng)的優(yōu)點有效融合，通過有效管理和虛擬化硬件的復(fù)雜性系統(tǒng)資源，為開發(fā)人員移植、維護(hù)驅(qū)動程序提供驅(qū)動程序、庫函數(shù)及應(yīng)用程序等，降低了難度。

1 嵌入式操作系統(tǒng)的發(fā)展階段

嵌入式操作系統(tǒng)主要經(jīng)歷嵌入算法、基于嵌入式CPU的嵌入式系統(tǒng)、嵌入式實時操作系統(tǒng)和嵌入式快速發(fā)展時期四個階段。在不同的發(fā)展階段具有不同的特點。

嵌入算法階段的主要特征表現(xiàn)為無操作系統(tǒng)，常用于具有較強(qiáng)專業(yè)性的工業(yè)控制系統(tǒng)，嵌入算法擁有伺服、檢測、指示設(shè)備等功能操作系統(tǒng)，主導(dǎo)是單芯片，可編程控制器形式。嵌入算法具有經(jīng)過匯編語言編程既能直接操控，運行完畢后將內(nèi)存清除的優(yōu)點。嵌入算法的缺點即系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能相對單一，儲存容量低，處理效率不高，且無用戶接口。

在基于嵌入式CPU階段，嵌入式系統(tǒng)較為簡單，其具有CPU多見、類型多樣的特點，嵌入式CPU系統(tǒng)的優(yōu)點是效率高、開銷不大，但在通用性比方面較弱；通常安裝系統(tǒng)仿真器，操作系統(tǒng)兼容性、擴(kuò)展性較好；應(yīng)用軟件相對較為專業(yè)，但用戶界面不佳；系統(tǒng)多用以監(jiān)控系統(tǒng)負(fù)載或程序運行。

在嵌入式實時操作系統(tǒng)階段，多以嵌入式操作系統(tǒng)為主，其功能有管理文件、多任務(wù)、設(shè)備支持、圖形窗口等。嵌入式實時操作系統(tǒng)具有程序接口（APL）和且嵌入式應(yīng)用軟件多樣的特點。嵌入式實時操作系統(tǒng)可運行各類微處理器，其優(yōu)點有兼容性良好、系統(tǒng)內(nèi)核精湛、效率極高，有著良好的模塊化與擴(kuò)展性；

在嵌入式快速發(fā)展時期，其多數(shù)是以Internet為支撐，在Internet技術(shù)快速的發(fā)展和嵌入式設(shè)備與Internet的融合下，嵌入式技術(shù)將會得到更快的發(fā)展。

2 常見的嵌入式操作系統(tǒng)比較

2.1 VxWorks

VxWorks操作系統(tǒng)，是由美國WindRiver公司在1983年設(shè)計研發(fā)的，其作為嵌入式實時操作系統(tǒng)（RTOS），它是Tomado嵌入式開發(fā)的核心部分，在嵌入式操作領(lǐng)域較為熟悉。 VxWorks操作系統(tǒng)具有微內(nèi)核結(jié)構(gòu)可裁剪性、任務(wù)管理效率高、通訊靈活、操作系統(tǒng)支持TCP、IP等網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和物理介質(zhì)，也符合POSIX1003.1b的實時擴(kuò)展。VxWorks操作系統(tǒng)存在價格高，其價格通常高于10萬RMB，同時操作系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境為專有，且支持硬件少的缺點。

2.2 windows CE

windows CE、windows 系列兼容性較好，這也為windows CE得推廣提供條件。WinCE3.0是以小容量、智能化、32位為主的實時嵌入式操作系統(tǒng)。為構(gòu)建移動應(yīng)用服務(wù)平臺，操作系統(tǒng)內(nèi)核需200KB以上的ROM。介于嵌入式產(chǎn)品成本、體積等嚴(yán)格要求，需盡量控制處理器所占空間，而嵌入式操作系統(tǒng)在小內(nèi)存中運行（ROM或者是快閃存儲器），對操作系統(tǒng)效率和規(guī)模要求較高。windowsCE在開放源代碼，應(yīng)用開發(fā)人員定制產(chǎn)品方面存在弊端，其效率低，功耗大，占用內(nèi)存多，需要版權(quán)許可費。

2.3 嵌入式Linux

Internet時代，卓越的網(wǎng)絡(luò)功能極為關(guān)鍵。嵌入式Linux的顯著特征是源代碼公開并且遵守GPL協(xié)議，Linux自身擁有穩(wěn)定、內(nèi)核精悍、運行占用少和支持多硬件的優(yōu)點，根據(jù)IDG的預(yù)測，未來年嵌入式操作系統(tǒng)的核心有可能是嵌入式Linux，占50。介于源代碼公開后，能夠滿足各自應(yīng)用需求，人們也能自行修改和查錯。但嵌入式Linux為了保證Linux體系的實時性能，需要添加實時軟件模塊，。

2.4 μc/os-Ⅱ

公開源代碼的實時內(nèi)核的為μc/os-Ⅱ，μc/os-Ⅱ為嵌入式專用設(shè)計，適合8位、16位與32位單片機(jī)等。μc/os-Ⅱ的公開源代碼，為移植操作系統(tǒng)提供了便利；源代碼為C語言編寫，具有可移植性、可固化、可剪裁性、占先式；μc/os-Ⅱ在運行狀態(tài)下優(yōu)先級最佳任務(wù)和多任務(wù)，也可管理不同優(yōu)先級別的64個任務(wù)、函數(shù)服務(wù)；μc/os-Ⅱ調(diào)用執(zhí)行時間易確定、實用性，在此方面已有成功的案例。但μc/os-Ⅱ僅為實時內(nèi)核，只能為用戶提供某些API函數(shù)接口，其它工作需由用戶自行完成。

3 嵌入式操作系統(tǒng)的選型原則

3.1 可移植性

在開發(fā)嵌入式軟件的時候，應(yīng)該著重考慮可移植性。一款軟件，在移植性方面相對較好，就能在不同的平臺和系統(tǒng)上運行，無關(guān)于操作系統(tǒng)。軟件在通用性和性能方面往往是矛盾的，通用性以損失常常以軟件的某些優(yōu)化性能作為代價。在實際中，開發(fā)適用于某些特定環(huán)境的嵌入式瀏覽器，頻率較小。在產(chǎn)品與操作系統(tǒng)結(jié)合的情況下，其軟件通常能發(fā)揮產(chǎn)品自身特色。

3.2 可利用資源

在操作系統(tǒng)選型時，可利用資源被放在首位。產(chǎn)品開發(fā)宗旨是在保證質(zhì)量、降低成本的基礎(chǔ)上，認(rèn)真研發(fā)產(chǎn)品特色，并由操作系統(tǒng)或第三方添加其它功能，從而不斷推出用戶需要的產(chǎn)品。Linux與WinCE的優(yōu)勢為有很多資源被利用。但部分實時操作系統(tǒng)具有相對封閉的缺陷，很多功能都需要自行開發(fā)，這就使開發(fā)進(jìn)度變緩。因此，可利用資源應(yīng)作為選擇嵌入式系統(tǒng)時的重點。

3.3 系統(tǒng)定制能力

用戶對信息產(chǎn)品的需求各異，所以系統(tǒng)必須要具有良好的定制能力，產(chǎn)品應(yīng)該著重抓住系統(tǒng)底層的變動需求，充分展現(xiàn)產(chǎn)品的自身特色。源代碼開放的linux系統(tǒng)，在系統(tǒng)定制方面有著先天性的優(yōu)勢。而原來較為封閉的wince系統(tǒng)也隨著時間的不斷推移，慢慢的也面向用戶開放了自己的源代碼、在嵌入式領(lǐng)域微軟的加入，在定制系統(tǒng)的能力上有了顯著的提升。

3.4 開發(fā)成本

操作系統(tǒng)選型首先要考慮成本問題，Linux免費、wince等需要繳納許可證費，這并非問題的答案，操作系統(tǒng)的成本必須綜合考慮系統(tǒng)選型后在硬件設(shè)備、培養(yǎng)人才和管理公司等方面的影響，只有權(quán)衡各因素的厲害關(guān)系后進(jìn)行選型，才能保證其系統(tǒng)的長久穩(wěn)定性。

4 結(jié)論

通過對以上操作系統(tǒng)的比較分析，可以得出嵌入式系統(tǒng)類型多樣，且都有著各自的優(yōu)缺點。在實際應(yīng)用中，我們應(yīng)根據(jù)不同的條件和要求，選擇相應(yīng)的操作系統(tǒng)，簡化開發(fā)程序，研發(fā)出更好的嵌入式系統(tǒng)。

文獻(xiàn)參考

[1]張湘，肖建.嵌入式系統(tǒng)和嵌入式操作系統(tǒng)[Z].中國機(jī)電一體化網(wǎng)，2012.

[2]王田苗.嵌入式系統(tǒng)設(shè)計與實例分析[M].北京：清華大學(xué)出版社，2003.

作者單位

成都理工大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 四川省成都市 610059