基于linux的嵌入式操作系统研究(编辑修改稿)

基于linux的嵌入式操作系统研究(编辑修改稿)内容摘要：

合一的产物就是信息电器。 在信息电器领域里面，嵌入式软件必然成为重要成员，嵌入式操作系统也就必然成为软件业的新热点。 国内外嵌入式系统的相关产品、水平、现状和技术发展趋势 国际上相关产品、水平、现状和技术发展趋势。 从八十年代起，国际上就开始进行一些商用嵌入式系统和专有操作系统的开发。 他们开发嵌入式系统已经有二十多年的经验，目前的应用范围也比较广泛，下面介绍一些著名的嵌入式系统。  Windows CE： Microsoft Windows CE 是一个简洁的，高效率的多平台操作系统。 它不基于 Linux 的嵌入式操作系统研究 9 是削减的 Windows95 版本，而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 于从掌上电脑到专用的工业控制器的用户电子设备进行定制。 操作系统的基本内核需要至少200K 的 ROM。 从 SEGA 的 DreamCast 游戏机到现在大部分的高价掌上电脑，都采用了 Windows CE，但是无奈价格太高，使得整个产品的成本急剧上升。  VxWorks： 去年 VxWorks 所在的公司 WindRiver 兼并了 pSOS 的 ISI 公司，使得该公司现在有两大 RTOS 系统。 VxWorks 是目前嵌入式系统领域中使用最广泛，市场占有率最高的系统。 它支持多种处理器，如 x86， i960， Sun Sparc， Motorola MC68xxx， MIPS RX000， POWER PC 等等。 使用的是和 UNIX 不兼容的环境，大多数的 VxWorks API 是专有的。 采用 GNU 的编译和调试器。  pSOS： ISI 公司已经被 WinRiver 公司兼并，现在是属于 WindRiver 公司的产品。 这个系统是一个模块化，高性能的实时操作系统，专为嵌入式微处理器设计，提供一个完全多任务环境，在定制的或是商业化的硬件上提供高性能和搞可靠性。 可以让开发者将操作系统的功能和内存需求定制成每一个应用所需的系统。 开发者可以利用它来实现从简单的单个独立设备到复杂的、 网络化的多处理器系统。  QNX： QNX 是一个实时的，可扩充的操作系统，它遵循 (程序接口 )和 (Shell 和工具 )、部分遵循 (实时扩展 )。 它提供了一个很小的微内核以及一些可选的配合进程。 其内核仅提供 4 种服务：进程调度、进程间通信、底层网络通信和中断处理，其进程在独立的地址空间运行。 所有其它 OS 服务，都实现为协作的用户进程，因此 QNX 内核非常小巧 (大约为 12Kb)而且运行速度极快。 这个灵活的结构可以使用户根据实际的需求将系统配置成微小的嵌入式操作系统或 是包括几百个处理器的超级虚拟机操作系统。  Palm OS： 3Com 公司的 Palm OS 在 PDA 市场上占有很大的市场份额，它有开放的操作系统应用程序接口（ API），开发商可以根据需要自行开发所需要的应用程序。 目前已经有总共 3500 多个应用程序可以运行在 Palm Pilot 上，其中大部分应用程序均为其他厂商和个人所开发，使得 Palm Pilot 的功能得以不断增多。 这些软件包括计算器、各种游戏、电子宠物、地理信息等等。 在开发环境方面，可以在 Windows 95/98， Windows NT 以及 Macintosh 下 安装 Palm Pilot Desktop； PlamPilot 可以与流行的 PC 平台上的应用程序如 Word， Excel基于 Linux 的嵌入式操作系统研究 10 等进行数据交换。  OS9： Microwave 的 OS9 是为微处理器的关键实时任务而设计的操作系统，广泛应用于高科技产品中，包括消费电子产品，工业自动化，无线通讯产品，医疗仪器，数字电视 /多媒体设备中。 它提供了很好的安全性和容错性。 与其他的嵌入式系统相比，它的灵活性和可升级性非常突出。  LynxOS： Lynx Realtime Systems 的 LynxOS 是一个分布式、嵌入式、可规模扩展的 实时操作系统，它遵循 、 和 标准。 LynxOS支持线程概念，提供 256 个全局用户线程优先级；提供一些传统的，非实时系统的服务特征；包括基于调用需求的虚拟内存，一个基于 Motif 的用户图形界面，与工业标准兼容的网络系统以及应用开发工具。  Linux： Linux 是一套以 UNIX 为基础发展而成的操作系统。 自 1991 年诞生至今，Linux 在很多方面已经赶上甚至超过了很多商用的 UNIX 系统。 它充分利用了 x86CPU 的任务切换机制，实现了真正的多任务、多用户环境。 Linux 对硬件配置的要求相当低，能够在 4M 内存的 386 机器上很好的运行。 而且可以支持很多种处理器芯片。 此外更为重要的是，很多高手愿意在 Linux 上开发程序，而且有很多高手随时对 Linux 的开放内核进行升级和修补，很多 bug可以很快得到检测和修复。 在应用于嵌入式系统方面， Linux 小得可以放在一张软盘上运行；为实时系统而开发的变种 RT Linux（ RealTime Linux），可以让 Linux 支持硬实时任务； Linux 的开放式开发原则使得 Linux 下的驱动和升级变得越来越多和越来越快。 国内相关 产品、水平、现状和技术发展趋势。 国内的嵌入式系统开发也已经取得了一定的成绩，包括中科院的 EEOS，凯思昊鹏的 HOPEN OS 等等。 但是国内的产品很大程度上只是外国公司的附属和扩充，国内的技术含量很低。 比如说中科院计算所嵌入式系统研究组的 EEOS，是根据 ECOS 的开发环境下面做简略介绍：  EEOS： EEOS 是中科院计算所组织开发的开放源码的嵌入式操作系统。 该嵌入式操作系统重点支持 pJava，要求一方面小型化，一方面能复用 Linux基于 Linux 的嵌入式操作系统研究 11 的驱动和其他模块。 计算所将在 23 年内持续投入，以建立扩展能力强，功能完 善，且稳定、可靠的嵌入式操作系统平台。 包含 E2 实时操作系统，E2 工具链及 E2 仿真开发环境的完整环境。 E2 实时操作系统包含 RTOS 内核系统和一些支持组件，是一个扩展能力强，功能完善的操作系统，支持 POSIX 标准。 E2 实时操作系统强调模块化（其 API 接口标准，底层支持清晰），其各模块解决方案可移植、可互换。 此外 E2 实时操作系统提供开放源码。 E2 工具链基于 GNU 系列的交叉编译环境，开放多平台，能够支持大多数硬件平台。 E2 实时操作系统同时支持 MSDEV 等桌面环境的工具链，能够方便 WIN32 程序员使用。 E2 仿 真开发环境使用 Win32 系统仿真目标机或做远程调试的主机。 E2仿真开发环境能够仿真扩展的目标机设备或借用 NT 系统的设备，并提供扩展工具进行性能，行为可视化，评估系统的性能。 其仿真速度快，能够方便地容易建立开发环境。 EEOS 采用先进的内核仿真调试技术，能够使普通 C 程序员能快速熟悉实时系统的结构和开发过程，大幅度降低学习，研究，开发实时系统的代价。 EEOS 专为嵌入式系统设计，代码尺寸小，同时 EEOS 结构上考虑了实时需求，很高的实时响应速度，因而能够在各种环境下工作，具有良好的可伸缩性。  HOPEN OS： HOPEN OS 是凯思集团自主研制开发的嵌入式操作系统，由一个体积很小的内核及一些可以根据需要进行定制的系统模块组成。 其内核 Hopen Kernel 一般为 10KB 左右大小，占用空间小，并具有实时、多任务、多线程的系统特征。 使用者可以很容易地对这一操作系统进行定制或作适当开发，该系统不仅可以广泛应用于：移动计算平台 (PDA)、 家庭信息环境（机顶盒，数字电视）、 通讯计算平台（媒体手机）、 车载计算平台（导航器）、 工业、商业控制（智能工控设备， POS/ATM 机）、 电子商务平台（智能卡应用，安全管理）等信息 家电上，还可应用于与 Inter 相联接的一切接入设备，是未来信息家电的核心。 该系统目前已能在： X8 PARISC、 Power PC、 ARM、 Strong ARM、MIPS、 68XXX 等多种芯片上运行。 从国内外的嵌入式系统发展状况来说，嵌入时系统的应用正在从传统的单一应用范围、狭窄应用对象、简单实现功能向现在和未来社会需要的应用需要进行基于 Linux 的嵌入式操作系统研究 12 转变。 社会对嵌入时系统的需求正在慢慢扩大，特别是最近几年来国际互联网的发展，信息时代从 PC 时代步入到后 PC 时代，对信息电器的需求越来越明显，正如我在第二节所描述的 那样，信息电器是国际互联网发展到一定阶段，进入到千家万户的一种必要有效的手段。 嵌入时系统在信息电器里面的应用，则是对嵌入式系统概念和应用范围的一个变革，从而打破过去 PC 时代被单一微处理器厂家和单一操作系统厂家垄断的局面，而应该会出现一个由多芯片、多处理器占领市场领域的局面。 国内厂商应该抓住这个机会，从而可以向该类行业的核心领域靠近，取得和国际竞争组织竞争的机会。 PC 机和信息电器，就象是电影和电视一样，在一段时期内会共同存在下去，谁也无法取代谁。 但是，就市场角度来看，信息电器却可以占领很大一部分的可能使用 PC 的客户，虽然两者的定位不全相同，市场的范围有所重叠，但是发展的余地还是很大。 Linux的历史和现状 Linux 是一种在网络上产生的操作系统，他的产生来自于一名芬兰学生 Linus Torvalds 的业余爱好。 在网络上 Linux 的开发成为一些高手热衷的项目，使得Linux 在短期内就成为了一个稳定、成熟的操作系统。 重要的是， Linux 的开发都是在 GPL（ GNU Public License）的版本控制之下，因此 Linux 内核的所有源代码都是采取开放源代码的方式。 我们缺乏对操作系统的开发经验，这样的条件对 我们来说是一个很大的契机，利用 Linux 作为我们开发嵌入式系统成为可能。 Linux 内核的开发是由 Linus Torvalds 领导的内核开发小组进行开发的。 世界各地的高手们将自己对 Linux 内核需要做的改动交给 Linus 小组，由这个小组进行统一控制，随时对内核进行更新升级。 整个开发的过程遵循 CVS 版本控制，保证开发的质量。 目前在他们的公共站点 一次内核的升级，目前最新的内核是即 将开发出来的 内核。 已经推出了测试版本，具体有关 内核的介绍可以参看《微电脑世界》 5 月 22 日《 Linux 内核 》一文。 将 Linux 作为一个嵌入式操作系统具有许多的优点 : 1） 系统稳定、功能强大、支持多种硬件平台、应用软件多、简单易用 Linux 在许多方面与 UNIX 类似，但是它是一个完全独立的操作系统，它可以非常稳定地运行在许多种体系结构的处理器上。 最新的 Linux 内核支持 Intel x8 Motorola/IBM PowerPC、 Compaq(DEC)Alpha、 IA 6 S/390、 SuperH 等微处理器体系结构，这种操作系统的广适性可见一斑。 Linux 又可以说是一个很小的系统。 用来启动只需要小到 500K 字节不到的目标代码。 完全可以把 Linux 内核和 root 文件系统放在一张软盘上，启动一台硬件基于 Linux 的嵌入式操作系统研究 13 条件最小的机器。 也可以利用 Linux 实现从网络启动，实现网络无盘图形工作站。 （在 节有详细介绍） Linux 的系统界面和编程接口和传统的 UNIX 类似，大量在 UNIX 下的程序员可以很方便的从 UNIX 环境转移到 Linux 环境下来。 而不像从 UNIX 环境转移到 Windows 开发环境那样 复杂。 在 Linux 平台上的应用软件也不断得到扩充。 许多著名的商业软件都有了Linux 下的版本： Applix 公司和 Star 公司提供了多种字处理、电子表格、图形处理的应用软件； Corel WordPerfect Adabas D 和 Oracle 8 数据库、 Netscape Navigator 网络浏览器、 Apache 网络服务器、 Adobe Acrobat Reader 等等 Linux 下的应用程序都已经纷纷推出。 Linux 下将来不再是高手的领域，这种操作系统将来也必然走进千家万户， 成为 Windows 强而有力的竞争者。 在网络服务器市场上，近几年商用 UNIX 系统在往大而复杂的方向发展，使得 UNIX 的复杂性不断增加，管理整个 UNIX 系统也就变得越来越复杂。 Linux简单易用，系统管理也比较容易上手，从而成为在服务器高端的一个重要选择，并且有不断上升的趋势，大有取代昂贵、复杂的商用 UNIX 的趋势。 2） 使用成本低 几乎所有的商业用操作系统如 Microsoft 公司的 Windows98/NT Server/NT Workstation 系列，都需要为每一个拷贝支付相当数量的费用。 在其下的应用软件每一 个都需要大量的支出来获得。 商用操作系统下建立一个开发工具链，除了要为操作系统本身付费之外，还要为组成工具链的应用软件工具包支付大量的费用。 但是 Linux 是免费软件，只要遵守 GPL（ GNU General Public Li。