DPGA上的嵌入式系统设计实例作者赵峰_第5章.ppt
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1、第5章嵌入式操作系统,5.1 嵌入式操作系统简介 5.2 嵌入式操作系统基础 5.3 嵌入式操作系统实验 5.4 常见问题及解决方法,在线教务辅导网:http:/,教材其余课件及动画素材请查阅在线教务辅导网,QQ:349134187 或者直接输入下面地址:,http:/,5.1 嵌入式操作系统简介嵌入式系统是计算机系统的一种,因而嵌入式系统也可以分为软件和硬件两部分。和桌面计算机系统一样,嵌入式操作系统(Embedded Operating System,EOS)是嵌入式软件系统的核心部分。在一个完整的嵌入式系统中,嵌入式操作系统介于底层硬件和上层应用程序之间,它是整个系统中不可缺少的重要组成
2、部分。,嵌入式操作系统与传统操作系统的基本功能是一致的,即首先嵌入式操作系统必须能正确、高效地访问和管理底层的各种硬件资源,很好地处理资源管理中的冲突;其次,嵌入式操作系统能为应用程序提供功能完备、使用方便、与底层硬件细节无关的系统调用接口。,5.1.1 常见嵌入式操作系统嵌入式操作系统与嵌入式设备的应用有密切关系,嵌入式软件由于受体积和功耗的限制,一般都经过裁减确保以最小的状态实现必要的功能,因而理论上针对每一种嵌入式应用都可以定制一套包含操作系统的嵌入式应用软件。事实上早期的嵌入式软件系统就是由应用程序添加必要的控制指令形成的。,当系统变得较为复杂后,对系统中断的处理以及多个功能模块之间的
3、协调也变得越来越复杂,为了保证中断相关处理的正确性和完整性,保证不同模块之间对硬件资源的共享和互斥,保证系统能定期执行各种任务,嵌入式软件开发小组不得不编写和维护一个复杂的专用操作系统和应用程序的结合体,这样做使得系统的开发和维护成本加大,也不利于系统的升级。而硬件资源的增加使得嵌入式系统容纳较为庞大的操作系统成为可能。,所以发展成熟而功能较为全面的嵌入式操作系统成为更好的解决方案。目前主要有两种类型的商用嵌入式操作系统,第一类是专为嵌入式系统设计发展的实时操作系统,如VxWorks、eCos、Palm OS、uC/OS等;第二类是由传统操作系统根据嵌入式系统特性改进而得到的操作系统,例如微软
4、的WinCE以及各种嵌入式Linux系统。,1VxWorksVxWorks操作系统是美国WindRiver公司于1983年设计开发的一种嵌入式实时操作系统(RTOS),是Tornado嵌入式开发环境的关键组成部分。良好的持续发展能力、高性能的内核以及友好的用户开发环境,使得VxWorks在嵌入式实时操作系统领域逐渐占据一席之地。,VxWorks具有可裁剪的微内核结构、高效的任务管理、灵活的任务间通信、微秒级的中断处理、支持POSIX1003.1b实时扩展标准、支持多种物理介质及标准的、完整的TCP/IP网络协议等优点。VxWorks的缺点是价格昂贵。由于操作系统本身以及开发环境都是专有的,价格
5、一般都比较高,通常需花费10万元人民币以上才能建起一个可用的开发环境,对每一个应用一般还要另外收取版税。而且,VxWorks一般不提供源代码,只提供二进制代码。,2WinCEWinCE与Windows系列有较好的兼容性,无疑成为WinCE推广的一大优势。其中WinCE3.0是一种针对小容量、移动式、智能化、32位的模块化实时嵌入式操作系统,为建立针对掌上设备、无线设备的动态应用程序和服务提供了一种功能丰富的操作系统平台,它能在多种处理器体系结构上运行。,WinCE是从整体上为有限资源的平台设计的多线程、完整优先权、多任务的操作系统。它的模块化设计允许它对从掌上电脑到专用的工业控制器的各种电子设
6、备进行定制;操作系统的基本内核需要至少200KB的ROM。从技术角度上讲,WinCE作为嵌入式操作系统有很多缺陷:没有开放源代码,使应用开发人员很难实现产品的定制;在效率、功耗方面的表现并不出色,而且和Windows一样占用大量系统内存;运行的应用程序版权许可费也是不得不考虑的因素。,3uC/OSuC/OS是著名的源代码公开的实时内核,是专为嵌入式应用设计的,可用于8位、16位和32位单片机或数字信号处理器。它是在原版本的基础上做了重大改进与升级的产品,在近十年的实践基础上,具备了许多成功应用该实时内核的实例。uC/OS的主要特点如下:,公开源代码:很容易就能把操作系统移植到各个不同的硬件平台
7、上。可移植性:绝大部分源代码是用C语言写的,便于移植到其他微处理器上。可裁剪性:有选择地使用需要的系统服务,以减少所需的存储空间。占先式:完全是占先式的实时内核,即总是运行就绪条件下优先级最高的任务。,多任务:可管理64个任务,任务的优先级必须是不同的,不支持时间片轮转调度法。可确定性:函数调用与服务的执行时间具有可确定性,不依赖于任务的多少。实用性和可靠性:成功应用该实时内核的实例,是其实用性和可靠性的最好证明。,4嵌入式Linux系统嵌入式Linux是日益庞大的Linux家族中的一个新成员,目前发展十分迅速。根据简单统计,目前正在开发的嵌入式项目约有一半选用嵌入式Linux作为其操作系统。
8、嵌入式Linux秉承了Linux家族的最大特点开放性,因而其开发成本和可定制性非常出色。但是传统的Linux不是一个实时操作系统,不太适合嵌入式应用,因此许多厂商和爱好者开发了多种具有实时性的嵌入式Linux系统,例如RTLinux、RTAI、EL和Linux-SRT等。,RTLinux是一个最初在新墨西哥理工学院开发的硬实时 Linux API。RTAI(DIAPM)是由Polytechnic Politecnico di Milano(DIAPM)航天工程部的程序员开发的RTLinux 实时API的副产品。EL/IX是一个计划中的基于POSIX的硬实时Linux API,由Red Hat发
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