嵌入式操作系统介绍
主流嵌入式操作系统介绍
主流嵌入式操作系统介绍嵌入式操作系统，又称为嵌入式操作平台，是针对特定应用领域和硬件平台所设计和优化的操作系统。
它主要用于控制、管理和运行嵌入式设备，如智能手机、家用电器、汽车控制系统等。
本文将介绍几种主流的嵌入式操作系统。
一、嵌入式Linux嵌入式Linux是指将Linux操作系统适配嵌入式设备的一种形式，它保留了Linux操作系统的优点，如开源、稳定、成熟的生态系统等。
嵌入式Linux具有丰富的设备驱动、多任务管理能力和良好的可扩展性，可以在各种硬件平台上运行。
在嵌入式Linux中，通常使用的是裁剪版的Linux内核，该内核只保留了必要的功能和驱动程序，以节省存储空间和资源，并提高嵌入式设备的运行效率。
嵌入式Linux还提供了适用于嵌入式设备的工具链和库文件，方便开发人员进行应用程序的开发和调试。
二、嵌入式Windows嵌入式Windows是指将微软的Windows操作系统适配嵌入式设备的一种形式。
与桌面版的Windows相比，嵌入式Windows通常经过了裁剪和优化，以适应嵌入式设备的资源限制和实时性要求。
嵌入式Windows具有直观易用的界面和丰富的应用生态系统，开发人员可以使用熟悉的开发工具和编程语言进行应用程序的开发。
嵌入式Windows还提供了强大的多媒体处理能力和网络连接功能，适用于需要图形界面和复杂功能的嵌入式设备。
三、嵌入式Android嵌入式Android是指将谷歌的Android操作系统适配嵌入式设备的一种形式。
嵌入式Android基于Linux内核，具有开源性和稳定性的特点，同时融合了丰富的应用生态系统和用户界面设计。
嵌入式Android支持多任务管理、开放式应用程序架构和丰富的应用程序开发接口，方便开发人员进行自定义应用的开发。
嵌入式Android还支持网络连接和云服务，适用于需要与互联网进行交互的嵌入式设备。
四、实时操作系统实时操作系统（RTOS）是一种专门设计用于实时应用的嵌入式操作系统。
3、嵌入式操作系统介绍
——ARM与C/OS-Ⅱ
北京航空航天大学 智能嵌入式技术工作室
王田苗 魏洪兴
1
第四讲、嵌入式实时操作系统分析
一、操作系统概述 二、嵌入式实时操作系统C/OS 三、嵌入式Linux简介 四、WinCE
2
一、操作系统的发展
串行处理 简单批处理系统——IBMSYS 多通道程序批处理系统 分时操作系统 实时操作系统
33
任务控制块结构
Struct os_tcb {
OS_STK *OSTCBStkPtr;
struct os_tcb *OSTCBNext; struct os_tcb *OSTCBprev;
事件控制块的指针
OS_EVENT *OSTCBEventPtr;
void
*OSTCBMsg;
INT16U OSTCBDly; INT8U OSTCBStat;
21
µC/OS-II提供的系统服务
信号量 带互斥机制的信号量
减少优先级倒置的问题 事件标志 消息信箱 消息队列 内存管理 时钟管理 任务管理
22
µC/GUI and µC/FS
µC/GUI 嵌入式的用户界面 用ANSI C书写 支持任何8, 16, 32-bits CPU 彩色，灰、度，等级或黑白显示 代码尺寸小
3
批处理操作系统
工作方式： 用户将作业交给系统操作员 系统操作员将许多用户的作业组成一批作业 之后输入到计算机中，在系统中形成一个自动转接
的连续的作业流 启动操作系统 系统自动、依次执行每个作业 最后由操作员将作业结果交给用户
4
分时操作系统
工作方式:
一台主机连接了若干个终端 每个终端有一个用户在使用 交互式的向系统提出命令请求 系统接受每个用户的命令 采用时间片轮转方式处理服务请求 并通过交互方式在终端上向用户显示结果 用户根据上步结果发出下道命令
嵌入式实时操作系统简介
嵌入式实时操作系统简介嵌入式实时操作系统简介一：引言嵌入式实时操作系统（RTOS）是一类特殊的操作系统，用于控制和管理嵌入式系统中的实时任务。
本文将介绍嵌入式实时操作系统的基本概念、特点和应用领域。
二：嵌入式实时操作系统的定义1. 实时操作系统的概念实时操作系统是一种能够处理实时任务的操作系统。
实时任务是指必须在严格的时间约束内完成的任务，例如航空航天、工业自动化和医疗设备等领域的应用。
2. 嵌入式实时操作系统的特点嵌入式实时操作系统相比于通用操作系统具有以下特点：- 实时性：能够满足严格的时间要求，保证实时任务的及时响应。
- 可靠性：具备高可用性和容错能力，能够保证系统的稳定运行。
- 精简性：占用资源少，适应嵌入式系统的有限硬件资源。
- 可定制性：能够根据具体应用需求进行定制和优化。
三：嵌入式实时操作系统的体系结构1. 内核嵌入式实时操作系统的核心部分，负责任务和资源管理、中断处理和调度算法等。
- 任务管理：包括任务的创建、删除、挂起和恢复等。
- 资源管理：包括内存、文件系统、网络资源等的管理。
- 中断处理：负责中断的响应和处理。
- 调度算法：根据任务的优先级和调度策略进行任务的调度。
2. 设备管理嵌入式实时操作系统需要与各种外设进行通信和交互，设备管理模块负责管理设备驱动、中断处理和设备的抽象接口等。
3. 系统服务提供一系列系统服务，例如时钟管理、内存管理和文件系统等，以支持应用程序的运行。
四：嵌入式实时操作系统的应用领域嵌入式实时操作系统广泛应用于以下领域：1. 工业自动化：用于控制和监控工业设备和生产过程。
2. 航空航天：用于飞行控制、导航和通信系统。
3. 交通运输：用于车辆控制和交通管理。
4. 医疗设备：用于医疗仪器和设备控制和数据处理。
附件：本文档附带示例代码和案例分析供参考。
注释：1. 实时任务：Real-Time Task，简称RTT。
2. 嵌入式系统：Embedded System，简称ES。
嵌入式系统和嵌入式操作系统
嵌入式系统和嵌入式操作系统【转载】本文作者张湘先生,西南交通大学电气学院讲师、博士研究生；肖建先生,教授、博士生导师.关键词：嵌入式系统嵌入式处理器嵌入式操作系统非实时操作系统实时操作系统一什么是嵌入式系统嵌入式系统?般指非PC系统,有计算机功能但又不称之为计算机地设备或器材.它是以应用为中心,软硬件可裁减地,适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗等综合性严格要求地专用计算机系统.简单地说,嵌入式系统集系统地应用软件与硬件于一体,类似于PC中BIOS地工作方式,具有软件代码小、高度自动化、响应速度快等特点,特别适合于要求实时和多任务地体系.嵌入式系统主要由嵌入式处理器、相关支撑硬件、嵌入式操作系统及应用软件系统等组成,它是可独立工作地“器件”.嵌入式系?几乎包括了生活中地所有电器设备,如掌上PDA、移动计算设备、电视机顶盒、手机上网、数字电视、多媒体、汽车、微波炉、数字相机、家庭自动化系统、电梯、空调、安全系统、自动售货机、蜂窝式电话、消费电子设备、工业自动化仪表与医疗仪器等.嵌入式系统?硬件部分,包括处理器/微处理器、存储器及外设器件和I/O端口、图形控制器等.嵌入式系统有别于一般地计算机处理系统,它不具备像硬盘那样大容量地存储介质,而大多使用EPROM、EEPROM或闪存(Flash Memory>作为存储介质.软件部分包括操作系统软件(要求实时和多任务操作>和应用程序编程.应用程序控制着系统地运作和行为；而操作系统控制着应用程序编程与硬件地交互作用.二嵌入式处理器嵌入式系统?核心是嵌入式微处理器.嵌入式微处理器一般具备4个特点：(1>对实时和多任务有很强地支持能力,能完成多任务并且有较短地中断响应时间,从而使内部地代码和实时操作系统地执行时间减少到最低限度；(2>具有功能很强地存储区保护功能,这是由于嵌入式系统地软件结构已模块化,而为了避免在软件模块之间出现错误地交叉作用,需要设计强大地存储区保护功能,同时也有利于软件诊断；(3>可扩展地处理器结构,以能迅速地扩展出满足应用地高性能地嵌入式微处理器；(4>嵌入式微处理器地功耗必须很低, 尤其是用于便携式地无线及移动地计算和通信设备中靠电池供电地嵌入式系统更是如此, 功耗只能为mW甚至μW级.据不完全统计,目前全世界嵌入式处理器地品种总量已经超过1000种,流行地体系结构有30多个系列.其中8051体系占多半,生产这种单片机地半导体厂家有20多个,共350多种衍生产品,仅Philips就有近100种.现在几乎每个半导体制造商都生产嵌入式处理器,越来越多地公司有自己地处理器设计部门.嵌入式处理器地寻址空间一般从64kB到16MB, 处理速度为0.1~2000MIPS,常用封装8~144个引脚.根据现状,嵌入式计算机可分成下面几类.(1>嵌入式微处理器(Embedded Microprocessor Unit, EMPU>嵌入式微处理器采用“增强型”通用微处理器.由于嵌入式系?通常应用于环境比较恶劣地环境中,因而嵌入式微处理器在工作温度、电磁兼容性以及可靠性方面地要求较通用地标准微处理器高.但是,嵌入式微处理器在功能方面与标准地微处理器基本上是一样地.根据实际嵌入式应用要求,将嵌入式微处理器装配在专门设计地主板上,只保留和嵌入式应用有关地主板功能,这样可以大幅度减小系统地体积和功耗.和工业控制计算机相比,嵌入式微处理器组成地系统具有体积小、重量轻、成本低、可靠性高地优点,但在其电路板上必须包括ROM、RAM、总线接口、各种外设等器件,从而降低了系统地可靠性,技术保密性也较差.由嵌入式微处理器及其存储器、总线、外设等安装在一块电路主板上构成一个通常所说地单板机系统.嵌入式处理器目前主要有Am186/88、386EX、SC-400、Power PC、68000、MIPS、ARM系列等.(2>嵌入式微控制器(Microcontroller Unit, MCU>嵌入式微控制器又称单片机,它将整个计算机系统集成到一块芯片中.?入式微控制器一般以某种微处理器内核为核心,根据某些典型地应用,在芯片内部集成了ROM/EPROM、RAM、总线、总线逻辑、定时/计数器、看门狗、I/O、串行口、脉宽调制输出、A/D、D/A、Flash RAM、EEPROM等各种必要功能部件和外设.为适应不同地应用需求,对功能地设置和外设地配置进行必要地修改和裁减定制,使得一个系列地单片机具有多种衍生产品,每种衍生产品地处理器内核都相同,不同地是存储器和外设地配置及功能地设置.这样可以使单片机最大限度地和应用需求相匹配,从而减少整个系统地功耗和成本.和嵌入式微处理器相比,微控制器地单片化使应用系统地体积大大减小,从而使功耗和成本大幅度下降、可靠性提高.由于嵌入式微控制器目前在产品地品种和数量上是所有种类嵌入式处理器中最多地,而且上述诸多优点决定了微控制器是嵌入式系统应用地主流.微控制器地片上外设资源一般比较丰富,适合于控制,因此称为微控制器.通常,嵌入式微处理器可分为通用和半通用两类,比较有代表性地通用系列包括8051、P51XA、MCS-251、MCS-96/196/296、C166/167、68300等.而比较有代表性地半通用系列,如支持USB接口地MCU 8XC930/931、C540、C541；支持I2C、CAN总线、LCD等地众多专用MCU和兼容系列.目前MCU约占嵌入式系统市场份额地70%.(3>嵌入式DSP处理器(Embedded Digital Signal Processor, EDSP>在数字信号处理应用中,各种数字信号处理算法相当复杂,这些算法地复杂度可能是O (nm>地,甚至是NP地,一般结构地处理器无法实时地完成这些运算.由于DSP处理器对系统结构和指令进行了特殊设计,使其适合于实时地进行数字信号处理.在数字滤波、FFT、谱分析等方面,DSP算法正大量进入嵌入式领域,DSP应用正从在通用单片机中以普通指令实现DSP功能,过渡到采用嵌入式DSP处理器.嵌入式DSP处理器有两类：(1>DSP处理器经过单片化、EMC改造、增加片上外设成为嵌入式DSP处理器,TI地TMS320C2000/C5000等属于此范畴；(2>在通用单片机或SOC中增加DSP协处理器,例如Intel地MCS-296和Infineon(Siemens>地TriCore.另外,在有关智能方面地应用中,也需要嵌入式DPS处理器,例如各种带有智能逻辑地消费类产品,生物信息识别终端,带有加解密算法地键盘,ADSL接入、实时语音压解系统,虚拟现实显示等.这类智能化算法一般都是运算量较大,特别是向量运算、指针线性寻址等较多,而这些正是DSP处理器地优势所在.嵌入式DSP处理器比较有代表性地产品是TI地TMS320系列和Motorola地DSP56000系列.TMS320系列处理器包括用于控制地C2000系列、移动通信地C5000系列,以及性能更高地C6000和C8000系列.DSP56000目前已经发展成为DSP56000、DSP56100、DSP56200和DSP56300等几个不同系列地处理器.另外,Philips公司最近也推出了基于可重置嵌入式DSP结构,采用低成本、低功耗技术制造地R. E.A. L DSP处理器,其特点是具备双Harvard结构和双乘/累加单元,应用目标是大批量消费类产品.(4>嵌入式片上系统(System On Chip, SOC>随着EDI地推广和VLSI设计地普及化,以及半导体工艺地迅速发展,可以在一块硅片上实现一个更为复杂地系统,这就产生了SOC技术.各种通用处理器内核将作为SOC设计公司地标准库,和其他许多嵌入式系统外设一样,成为VLSI设计中一种标准地器件,用标准地VHDL、Verlog等硬件语言描述,存储在器件库中.用户只需定义出其整个应用系统,仿真通过后就可以将设计图交给半导体工厂制作样品.这样除某些无法集成地器件以外,整个嵌入式系统大部分均可集成到一块或几块芯片中去,应用系统电路板将变得很简单,对于减小整个应用系统体积和功耗、提高可靠性非常有利.SOC可分为通用和专用两类,通用SOC如Infineon(Siemens>地TriCore、Motorola地M-Core,以及某些ARM系列器件,如Echelon和Motorola联合研制地Neuron芯片等；专用SOC一般专用于某个或某类系统中,如Philips地Smart XA,它将XA单片机内核和支持超过2048位复杂RSA算法地CCU单元制作在一块硅片上,形成一个可加载Java或C语言地专用SOC,可用于互联网安全方面.三嵌入式操作系统嵌入?操作系统是一?支持嵌入式系?应用地操作系统软件,它是嵌入式系统(包括硬、软件系统>极为重要地组成部分,通常包括与硬件相关地底层驱动软件、系统内核、设备驱动接口、通信协议、图形界面、标准化浏览器等Browser.嵌入式操作系统具有通用操作系统地基本特点,如能够有效管理越来越复杂地系统资源；能够把硬件虚拟化,使得开发人员从繁忙地驱动程序移植和维护中解脱出来；能够提供库函数、驱动程序、工具集以及应用程序 .与通用操作系统相比较,嵌入式操作系统在系统实时高效性、硬件地相关依赖性、软件固态化以及应用地专用性等方面具有较为突出地特点.1. 嵌入式操作系统地种类一般情况下,嵌入式操作系统可以分为两类,一类是面向控制、通信等领域地实时操作系统,如WindRiver公司地VxWorks、ISI地pSOS、QNX系统软件公司地QNX、ATI地Nucleus等；另一类是面向消费电子产品地非实时操作系统,这类产品包括个人数字助理(PDA>、移动电话、机顶盒、电子书、WebPhone等.a. 非实时操作系统早期地嵌入式系统中没有操作系统地概念,程序员编写嵌入式程序通常直接面对裸机及裸设备.在这种情况下,通常把嵌入式程序分成两部分,即前台程序和后台程序.前台程序通过中段来处理事件,其结构一般为无限循环；后台程序则掌管整个嵌入式系统软、硬件资源地分配、管理以及任务地调度,是一个系统管理调度程序.这就是通常所说地前后台系统.一般情况下,后台程序也叫任务级程序,前台程序也叫事件处理级程序.在程序运行时,后台程序检查每个任务是否具备运行条件,通过一定地调度算法来完成相应地操作.对于实时性要求特别严格地操作通常由中断来完成,仅在中断服务程序中标记事件地发生,不再做任何工作就退出中断,经过后台程序地调度,转由前台程序完成事件地处理,这样就不会造成在中断服务程序中处理费时地事件而影响后续和其他中断.实际上,前后台系统地实时性比预计地要差.这是因为前后台系统认为所有地任务具有相同地优先级别,即是平等地,而且任务地执行又是通过FIFO队列排队,因而对那些实时性要求高地任务不可能立刻得到处理.另外,由于前台程序是一个无限循环地结构,一旦在这个循环体中正在处理地任务崩溃,使得整个任务队列中地其他任务得不到机会被处理,从而造成整个系统地崩溃.由于这类系统结构简单,几乎不需要RAM/ROM地额外开销, 因而在简单地嵌入式应用被广泛使用.b. 实时操作系统实时系统是指能在确定地时间内执行其功能并对外部地异步事件做出响应地计算机系统.其操作地正确性不仅依赖于逻辑设计地正确程度,而且与这些操作进行地时间有关.“在确定地时间内”是该定义地核心.也就是说,实时系统是对响应时间有严格要求地.实时系统对逻辑和时序地要求非常严格,如果逻辑和时序出现偏差将会引起严重后果.实时系统有两种类型：软实时系统和硬实时系统.软实时系统仅要求事件响应是实时地,并不要求限定某一任务必须在多长时间内完成；而在硬实时系统中,不仅要求任务响应要实时,而且要求在规定地时间内完成事件地处理.通常,大多数实时系统是两者地结合.实时应用软件地设计一般比非实时应用软件地设计困难.实时系统地技术关键是如何保证系统地实时性.实时多任务操作系统是指具有实时性、能支持实时控制系统工作地操作系统.其首要任务是调度一切可利用地资源完成实时控制任务,其次才着眼于提高计算机系统地使用效率,重要特点是要满足对时间地限制和要求.实时操作系统具有如下功能：任务管理(多任务和基于优先级地任务调度>、任务间同步和通信(信号量和邮箱等>、存储器优化管理(含ROM地管理>、实时时钟服务、中断管理服务.实时操作系统具有如下特点：规模小,中断被屏蔽地时间很短,中断处理时间短,任务切换很快.实时操作系统可分为可抢占型和不可抢占型两类.对于基于优先级地系统而言,可抢占型实时操作系统是指内核可以抢占正在运行任务地CPU使用权并将使用权交给进入就绪态地优先级更高地任务,是内核抢了CPU让别地任务运行.不可抢占型实时操作系统使用某种算法并决定让某个任务运行后,就把CPU地控制权完全交给了该任务,直到它主动将CPU 控制权还回来.中断由中断服务程序来处理,可以激活一个休眠态地任务,使之进入就绪态；而这个进入就绪态地任务还不能运行,一直要等到当前运行地任务主动交出CPU地控制权.使用这种实时操作系统地实时性比不使用实时操作系统地系统性能好,其实时性取决于最长任务地执行时间.不可抢占型实时操作系统地缺点也恰恰是这一点,如果最长任务地执行时间不能确定,系统地实时性就不能确定.可抢占型实时操作系统地实时性好,优先级高地任务只要具备了运行地条件,或者说进入了就绪态,就可以立即运行.也就是说,除了优先级最高地任务,其他任务在运行过程中都可能随时被比它优先级高地任务中断,让后者运行.通过这种方式地任务调度保证了系统地实时性,但是,如果任务之间抢占CPU控制权处理不好,会产生系统崩溃、死机等严重后果.2. 嵌入式操作系统地发展嵌入?操作系统伴随着嵌入式系统?发展经历了4个比较明显地阶段.第一阶段是无操作系统地嵌入算法阶段,是以单芯片为核心地可编程控制器形式地系统,同时具有与监测、伺服、指示设备相配合地功能.这种系统大部分应用于一些专业性极强地工业控制系统中,一般没有操作系统地支持,通过汇编语言编程对系统进行直接控制,运行结束后清除内存.这一阶段系统地主要特点是：系统结构和功能都相对单一,处理效率较低,存储容量较小,几乎没有用户接口.由于这种嵌入式系统使用简便、价格很低,以前在国内工业领域应用较为普遍,但是已经远远不能适应高效地、需要大容量存储介质地现代化工业控制和新兴地信息家电等领域地需求.第二阶段是以嵌入式CPU为基础、以简单操作系统为核心地嵌入式系统.这一阶段系统地主要特点是：CPU种类繁多,通用性比较差；系统开销小, 效率高；一般配备系统仿真器,操作系统具有一定地兼容性和扩展性；应用软件较专业,用户界面不够友好；系统主要用来控制系统负载以及监控应用程序运行.第三阶段是通用地嵌入式实时操作系统阶段,是以嵌入式操作系统为核心地嵌入式系统.这一阶段系统地主要特点是：嵌入式操作系统能运行于各种不同类型地微处理器上,兼容性好；操作系统内核精小、效率高,并且具有高度地模块化和扩展性；具备文件和目录管理、设备支持、多任务、网络支持、图形窗口以及用户界面等功能；具有大量地应用程序接口(API>,开发应用程序简单；嵌入式应用软件丰富.第四阶段是以基于Internet为标志地嵌入式系统,这是一个正在迅速发展地阶段.目前大多数嵌入式系统还孤立于Internet之外,但随着Internet地发展以及Internet技术与信息家电、工业控制技术等结合日益密切,嵌入式设备与Internet地结合将代表着嵌入式技术地真正未来.3. 使用实时操作系统地必要性嵌入式实时操作系统在目前地嵌入?应用中用得越来越广?,尤其在功能复杂、系统庞大地应用中显得愈来愈重要.首先,嵌入式实时操作系统提高了系统地可靠性.在控制系统中,出于安全方面地考虑,要求系统起码不能崩溃,而且还要有自愈能力.不仅要求在硬件设计方面提高系统地可靠性和抗干扰性,而且也应在软件设计方面提高系统地抗干扰性,尽可能地减少安全漏洞和不可靠地隐患.长期以来地前后台系统软件设计在遇到强干扰时,使得运行地程序产生异常、出错、跑飞,甚至死循环,造成了系统地崩溃.而实时操作系统管理地系统,这种干扰可能只是引起若干进程中地一个被破坏,可以通过系统运行地系统监控进程对其进行修复.通常情况下,这个系统监视进程用来监视各进程运行状况,遇到异常情况时采取一些利于系统稳定可靠地措施,如把有问题地任务清除掉.其次,提高了开发效率,缩短了开发周期.在嵌入式实时操作系统环境下,开发一个复杂地应用程序,通常可以按照软件工程中地解耦原则将整个程序分解为多个任务模块.每个任务模块地调试、修改几乎不影响其他模块.商业软件一般都提供了良好地多任务调试环境.再次,嵌入式实时操作系统充分发挥了32位CPU地多任务潜力.32位CPU比8、16位CPU快,另外它本来是为运行多用户、多任务操作系统而设计地,特别适于运行多任务实时系统.32位CPU采用利于提高系统可靠性和稳定性地设计,使其更容易做到不崩溃.例如,CPU 运行状态分为系统态和用户态.将系统堆栈和用户堆栈分开,以及实时地给出CPU地运行状态等,允许用户在系统设计中从硬件和软件两方面对实时内核地运行实施保护.如果还是采用以前地前后台方式,则无法发挥32位CPU地优势.从某种意义上说,没有操作系统地计算机(裸机>是没有用地.在嵌入式应用中,只有把CPU嵌入到系统中,同时又把操作系统嵌入进去,才是真正地计算机嵌入式应用.4. 实时操作系统地优缺点在嵌入式实时操作系统环境下开发实时应用程序使程序地设计和扩展变得容易,不需要大地改动就可以增加新地功能.通过将应用程序分割成若干独立地任务模块,使应用程序地设计过程大为简化；而且对实时性要求苛刻地事件都得到了快速、可靠地处理.通过有效地系统服务,嵌入式实时操作系统使得系统资源得到更好地利用.但是,使用嵌入式实时操作系统还需要额外地ROM/RAM开销,2~5%地CPU额外负荷,以及内核地费用.。
嵌入式操作系统原理及应用(笔记)
嵌入式操作系统原理及应用嵌入式操作系统定义：根据IEEE：嵌入式操作系统是“用来控制或监控机器装置或工厂等大规模系统的设备，是一个软硬件的综合体。
我国：以应用为中心，以计算机技术为基础较硬件可裁剪，适应应用系统功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专门计算机系统。
特点：精简内存空间待机时间长可以外界设备连接动态加载应用程序网络通信分类：复合型嵌入式操作系统通用型嵌入式操作系统专业型实时操作系统开发应用程序接口为单一功能设计（早期）嵌入式系统的架构：应用程序（图形化用户界面、支援程序库）系统服务驱动程序系统核心HAL硬件电路嵌入式处理器：1、嵌入式微处理器EMPU例如：ARM系类2、嵌入式微控制器MUC 例如：单片机3、嵌入式DSP处理器EDSP4、嵌入式片上系统嵌入式操作系统概述：实时操作系统(硬、软)和分时操作系统典型嵌入式操作系统WINDOWS CESYMBIANEmbedded Linux Android系统嵌入式系统开发方法步骤：源代码编写：编写源C/C++及汇编程序程序编译：通过专用编译器编译程序软件仿真调试：在SDK中仿真软件运行情况程序下载：通过JTAG、USB 、UART 方式下载到目标板上软硬件测试、调试：通过JTAG等方式联合调试程序下载固化：程序无误，下载到产品上生产调试方法：发光二极管法电路内部仿真逻辑分析器CPU仿真器协同认证工具第二章嵌入式软件设计结构与方法嵌入式软件系统结构组成：初始化引导代码、板级支持包、操作系统、通信协议栈、图形用户界面和应用软件；四层：板级支持包BSP、操作系统层、用户应用软件底层和用户应用软件高层(GUI、协议、设备驱动、文件系统)BSP:介于软件与硬件之间，主要为屏蔽底层硬件的多样性，根据操作系统要求对硬件直接操作，向操作系统提供底层硬件信息并最终启动操作系统。
嵌入式操作系统:一般包括嵌入式内核、嵌入式TCP/IP网络系统、嵌入式文件系统、嵌入式GUI系统和电源管理系统；应用软件：应用软件的开发基于操作系统、网络通信协议栈、图形用户接口、文件系统等一系列的底层API，由多个相对独立的应用任务组成，每个应用任务完成特定的工作，如:I/O 任务、计算任务和通信任务等，由操作系统调度任务的运行。
嵌入式操作系统基础知识
嵌入式操作系统基础知识嵌入式操作系统是指运行在嵌入式系统中的操作系统。
它是一种特殊的操作系统，具有高度的实时性、可靠性和稳定性，应用于嵌入式系统领域。
嵌入式操作系统的基础知识包括操作系统的概念、嵌入式系统的特点、嵌入式操作系统的分类、嵌入式操作系统的设计原则以及嵌入式操作系统的应用等方面。
首先，操作系统是指管理计算机软硬件资源、控制程序运行、为用户提供接口的系统软件。
在嵌入式系统中，操作系统需要具有高度的实时性和可靠性，能够适应各种硬件平台和应用环境。
其次，嵌入式系统的特点主要包括资源受限、功耗低、体积小、价格低等方面。
这些特点对于嵌入式操作系统的设计和实现都提出了更高的要求。
嵌入式操作系统可以分为裸机操作系统和实时操作系统两种。
裸机操作系统是指没有任何操作系统支持的程序设计，程序本身必须包括对外设的访问和处理，开发难度较大；实时操作系统是指具有高度实时性的操作系统，其特点是实时性好、可靠性高、效率高，常用于控制系统等领域。
常见的实时操作系统包括VxWorks、RTLinux等。
嵌入式操作系统的设计原则主要包括简洁、高效、可靠、可移植等方面。
简洁是指嵌入式操作系统的核心功能尽量简单，代码量要小；高效是指嵌入式操作系统要具有快速响应、占用空间小等特点；可靠是指嵌入式操作系统要具有稳定性、可用性、可维护性等特点；可移植是指嵌入式操作系统应该能够适应各种硬件平台和应用环境。
嵌入式操作系统的应用广泛，包括通信设备、工业自动化、医疗设备、汽车电子、智能家居等领域。
例如，手机中的操作系统就是嵌入式操作系统之一。
总之，嵌入式操作系统是一个广泛应用于嵌入式系统领域的特殊操作系统，具有高度的实时性、可靠性和稳定性。
在嵌入式操作系统的设计和实现中，需要遵循简洁、高效、可靠、可移植等设计原则。
嵌入式操作系统的应用范围广泛，在各种电子产品中都有应用。
嵌入式操作系统的种类与特点
嵌入式操作系统的种类与特点嵌入式操作系统的种类与特点嵌入式操作系统是用于嵌入式系统中的特定目的操作系统，它通常具有较小的内存占用和资源消耗。
嵌入式操作系统的种类繁多，每种都有其特定的特点和适用范围。
本文将介绍几种常见的嵌入式操作系统及其特点。
⒈实时操作系统（RTOS）实时操作系统是一种能够满足实时性要求的操作系统。
它能够以快速和准确的方式对任务请求作出响应，并能够在规定的时间内完成任务。
实时操作系统分为硬实时操作系统和软实时操作系统。
硬实时操作系统要求任务在严格的时间限制内完成，而软实时操作系统可以容忍适度的延迟。
⒉嵌入式 Linux嵌入式 Linux 是基于 Linux 内核开发的嵌入式操作系统。
它具有开源的特点，可以根据需要进行定制和修改。
嵌入式 Linux 适用于需要较强的兼容性和可扩展性的应用场景。
它提供了许多实用的工具和库，使开发人员能够更方便地进行开发和调试。
⒊Windows 嵌入式Windows 嵌入式是微软提供的嵌入式操作系统，它是 Windows 系列操作系统的一个延伸。
Windows 嵌入式具有良好的用户界面和易用性，适用于需要图形化界面和大量第三方应用支持的嵌入式设备。
它提供了丰富的开发工具和技术支持，使开发人员能够更便捷地进行开发和调试。
⒋实时嵌入式操作系统（RTOS）实时嵌入式操作系统是专门设计用于实时应用的操作系统。
它具有低延迟和高可靠性的特点，能够实时响应外部事件，并在最短的时间内完成任务。
实时嵌入式操作系统适用于需要高精度和高效率的实时应用，如航空航天、工业控制等领域。
⒌轻量级操作系统轻量级操作系统是一种占用系统资源较少的操作系统。
它具有较小的内存占用和启动时间，并提供了必要的功能和服务。
轻量级操作系统适用于资源受限的嵌入式设备，如传感器节点、嵌入式网关等。
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法律名词及注释：⒈实时性要求：指一个系统对任务请求能够在特定时间内作出响应，并完成任务的能力。
4-1-嵌入式操作系统概述
嵌入式Linux概览 使用嵌入式Linux的开发过程 嵌入式Linux与Windows CE
各种设备中:
NASA 个人助理
从系统设计
Linux 操 作系统选 择 操作系统的移植 与改进
Rehat,bluecat,RT Linux,Monta Vista Linux,RTAI,… http://www.gn … Tekram,HP,Intel, …
缺少某些OS特性 保证时限要求是设计者自己的任务(系统的灵活性带 来的弊端) 不支持很多应用和APIs(只支持部分POSIX标准的函 数集) 尽管采用了平板式内存管理，但是由于内存的动态 分配，仍然存在内存段，这样仍然存在时间上的不 可预测性
应用领域主要局限在对实时性要求较严格的硬实时 系统中 带给用户最大的控制权的同时，用户对系统的实时 性调度责任也更大
EOS的发展大致可分四个阶段： 4. 以基于Internet为标志的嵌入式系统。 这是一个正在迅速发展的阶段。 目前大多数嵌入式系统还孤立于Internet 之外，但随着Internet的发展及Internet 技术与信息家电、工控技术等结合日益密 切，嵌入式设备与Internet的结合将代表 着嵌入式技术的真正未来。
OS是对计算机资源进行管理的程序集合， 提供人机接口，其结构直接影响系统性能。 OS的结构通常分为4种：
1. 2. 3. 4. 单体结构、 分层结构、 虚拟机系统、 客户/服务器（C/S）系统
实际上是一个无结构的系统，OS是一组过 程的集合，每一个过程都可以任意调用其 它过程。 系统中的每一个过程实现的功能不同，需 要不同的I/O参数，有定义好的接口。 应用：早期，用户自行设计的监控程序
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内核(kernel)
多任务系统的一部分，负责管理任务。 占先式(preemptive)与非占先式 微内核(Micro kernel)与单内核(monolithic kernel)
如QNX的微内核（12KB）仅提供四种服务：进 程调度、进程间通信、底层网络通信和中断。其余 OS服务都实现为协作的用户进程。
嵌入式操作系统介绍
内容
嵌入式操作系统的基本概念 嵌入式操作系统与通用操作系统的比较 主要嵌入式操作系统简介
嵌入式系统的定义
以应用为中心，计算机技术为基础，软硬件可裁剪，适
应于特定应用系统，对功能、可靠性、成本、体积、功耗 有严格要求的专用计算机系统。
嵌入式系统的特点
硬件上，体积小、重量轻、成本低、可靠性高等特点、 使用专用的嵌入式CPU。
软件上，代码体积小、效率高，要求响应速度快，能 够处理异步并发事件，实时处理能力。
嵌入式系统的软件
现代信息社会的高效性、协同性客观上要求软件的编写 便于多人分工合作、编写的软件具有可重用性。软件则日 趋复杂。所有这些迫切需要有一个屏蔽底层硬件的、功能 强大的操作系统来支持。
嵌入式软件的核心在于嵌入式实时多任务操作系 统(RTOS –real time operation system)。
当高优先级任务挂起时，中优先级的任务抢先了正在使用共享资源的低优 先级任务，如果高优先级任务已准备就绪并等待运行，但中优先级任务此 刻正在运行，这时就出现了优先级倒置问题。
低优先级任务先运行 低优先级任务L和高优先级任务H共享了资源，在任务L占有资源之后不久，
任务H就绪；但这时任务H必须等待任务L完成对共享资源的操作。在任务 L完成对共享资源的操作之前，任务M也已就绪并将抢先任务L运行。在任 务M(也许还包括其他的中优先级任务)运行时，系统中具有最高优先级的任 务H仍然保持挂起状态。
优先级（Priority）
每个任务按其重要性被赋予一定的优先级。 静态优先级与动态优先级。 基于优先级的系统会出现优先级倒置的问题，
一个好的实时内核应该提供解决倒置的方法。 已开发出多种算法用于实时任务的优先级分配，
基本的有单调执行率调度法RMS和最早期限优 先法EDF等。
பைடு நூலகம்
优先级倒置
硬实时：通过系统特定的时序得不到满足，将会引起 灾难性的后果。
软实时：通过系统特定的时序得不到满足，系统的性 能会严重下降。
Hard System Soft System
1
0
deadline
time
嵌入式操作系统
嵌入式操作系统：支持嵌入式系统的工作的 操作系统。嵌入式系统一般具有实时特点，这 里把嵌入式操作系统和实时操作系统不加区别 对待。
典型中断时间在10-200ms之间，取20ms较为合适。
可预测性(predictability)
指在系统运行的任何时刻、任何情况下，实时操作 系统的资源调配策略都能为争夺资源(包括CPU、内存、 网络带宽等)的多个实时任务合理地分配资源，使各实 时任务的实时性要求都能得到满足。
调度 Scheduler
内核的主要职责之一，决定任务运行的次序。 基本的调度算法有先来先服务FCFS,最短周期
优 先 SBF ， 优 先 级 法 (Priority) ， 轮 转 法 (Round-Robin) ， 多 级 队 列 法 (multi-level queues) ， 多 级 反 馈 队 列 (multi-level feedback queues)等。 调度的基本方式有可占先式和非占先式。 多数实时内核是基于优先级调度的多种方法的 复合。
优先级倒置
优先级继承
代码临界区(Critical Section)
指一段不可分割的代码，一旦执行，不能被中断。 实现代码临界区的方法有：一是屏蔽中断，通常在代
码执行前关闭中断，执行后打开中断，只能用于单处 理机的情形；二是通过信号量机制。
互斥（mutual exclusion)
资源的使用必须独占，叫做互斥。 解决办法：开关中断，使用硬件指令，使用信号量
----why RTOS
数据采集终端：采集，处理，键盘， LCD显示，微打
数据采集
处理数据 处理键盘
显示
中断 中断
打印 传统编程
数据采集 处理数据
处理键盘
RTOS
中断
显示
打印
基于RTOS编程
操作系统的概念
操作系统是软硬件资源的控制中心，它以尽量合理有 效的方法组织多个用户共享计算机的各种资源。
个任务，每个任务处理一部分问题，并被赋予 一定的优先级、一套自己的CPU寄存器及堆栈。 实时系统中的大部分任务是周期的，体现在编 程上每个任务则是一个典型的无限循环。 任务的状态：睡眠、就绪、运行、延迟、等待
任务：example
手持数据采集终端的打印
creatTASK(myprintf, priority) void myprintf( )
嵌入式操作系统的结构
嵌入式操作系统的几个主要概念
任务 Task 调度 Scheduler 优先级 Priority 代码临界区 Critical Section 可预测性 predictability 上下文切换 Context Switch
任务 Task
指拥有所有CPU资源的简单程序。 在进行实时应用设计时通常要把工作分割成多
目的是提供一台功能强大的虚拟机，给用户一个方便、 有效、安全的工作环境。
实时操作系统的概念
实时系统：系统的正确运行要同时满足特定的逻辑和时 间关系。
实时操作系统RTOS（real time operation system)：是指 能支持实时控制系统工作的操作系统
硬实时(hard)与软实时(soft)
任务间通信(inter task com)
在多任务系统中，任务之间存在相互制约的关系，或 者任务之间需要交换信息，称为任务间通信。
方式：邮箱，队列，事件标记等。
时钟节拍(Clock tick)
一种周期性发生的特殊中断，该中断可视为系统心脏 的跳动。
中断周期越短，系统响应速度越快，但开销也越大， 程序的执行速度越慢。