嵌入式系统-Chapter3-嵌入式软件系统基础.ppt

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1、电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心嵌入式系统嵌入式系统电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心第三章第三章嵌入式软件系统基础嵌入式软件系统基础电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心主要内容主要内容嵌入式嵌入式软件系件系统概述概述嵌入式操作系嵌入式操作系统嵌入式嵌入式软件开件开发工具工具(在嵌入式系在嵌入式系统软件开件开发一章中介一章中介绍)嵌入式嵌入式Java电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心第一节第一节嵌入式软件系统概述嵌入式软件系统概述软件系统软件系统嵌入式软件系统的分类嵌入式软件系统的分类嵌入式

2、软件系统的体系结构嵌入式软件系统的体系结构嵌入式软件运行流程嵌入式软件运行流程电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心软件系统软件系统软件件(software)是是计算算机机系系统中中与与硬硬件件(hardware)相相互互依依存存的的另另一一部部分分，它它包包括括程程序序(program)、相相关关数数据据(data)及及其其说明明文档文档(document)。其中：其中：程程序序是按照事先设计的功能和性能要求执行的指令序列；数据数据是程序能正常操纵信息的数据结构；文文档档是与程序开发维护和使用有关的各种图文资料。电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中

3、心软件系统软件系统软件是一种逻辑实体，具有抽象性。这个个特特点点使使它它与与其其它它工工程程对象象有有着着明明显的的差差异异。人人们可可以以把把它它记录在在纸上上、内内存存、和和磁磁盘、光光盘上上，但但却却无无法法看看到到软件件本本身身的的形形态，必必须通通过观察察、分分析、思考、判断，才能了解它的功能、性能等特性析、思考、判断，才能了解它的功能、性能等特性。软件件产品品的的特特性性软件没有明显的制造过程。一一旦旦研研制制开开发成成功功，就就可可以以大大量量拷拷贝同同一一内内容容的的副副本本。所所以以对软件件的的质量量控控制制，必必须着着重重在在软件件开开发方面下工夫。方面下工夫。软件在使用过

4、程中，没有磨损、老化的问题。软件件在在生生存存周周期期后后期期不不会会因因为磨磨损而而老老化化，但但会会为了了适适应硬硬件件、环境境以以及及需需求求的的变化化而而进行行修修改改，而而这些些修修改改有有不不可可避避免免的的引引入入错误，导致致软件件失失效效率率升升高高，从从而而使使的的软件件退退化化。当当修修改改的的成成本本变得得难以以接受接受时，软件就被抛弃。件就被抛弃。软件对硬件和环境有着不同程度的依赖性。这导致了软件移植的问题。软件的开发至今尚未完全摆脱手工作坊式的开发方式，生产效率低。软件是复杂的，而且以后会更加复杂。软件件是是人人类有有史史以以来来生生产的的复复杂度度最最高高的的工工业

5、产品品。软件件涉涉及及人人类社社会会的的各各行行各各业、方方方方面面面面，软件件开开发常常常常涉涉及及其其它它领域域的的专门知知识，这对软件件工工程程师提出了很高的要求。提出了很高的要求。软件的成本相当昂贵。软件件开开发需需要要投投入入大大量量、高高强度度的的脑力力劳动，成成本本非非常常高高，风险也也大大。现在在软件件的的开开销已已大大大大超超过了了硬件的开硬件的开销。软件工作牵涉到很多社会因素。许多多软件件的的开开发和和运运行行涉涉及及机机构构、体体制制和和管管理理方方式式等等问题，还会会涉涉及及到到人人们的的观念念和和心心理理。这些些人人的的因因素素，常常常常成成为软件开件开发的困的困难所

6、在，直接影响到所在，直接影响到项目的成目的成败。电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心嵌入式软件系统的分类嵌入式软件系统的分类嵌嵌入入式式软软件件系统软件系统软件支撑软件支撑软件应用软件应用软件控制、管理计算控制、管理计算机系统的资源机系统的资源嵌入式操作系统嵌入式操作系统嵌入式中间件（嵌入式中间件（CORBA、Java）等等等等辅助软件开发的辅助软件开发的工具工具系统分析设计工具系统分析设计工具仿真开发工具仿真开发工具交叉开发工具交叉开发工具测试工具测试工具配置管理工具配置管理工具维护工具等维护工具等面向应用领域面向应用领域手机软件手机软件路由器软件路由器软件交换机软件

7、交换机软件飞控软件等飞控软件等电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心嵌入式软件系统的分类嵌入式软件系统的分类从运行平台来分，嵌入式从运行平台来分，嵌入式软件可以分件可以分为运运行行在在开开发发平平台台上上的的软软件件：设设计计、开开发发、测测试试工具等。工具等。运运行行在在嵌嵌入入式式系系统统上上的的软软件件：嵌嵌入入式式操操作作系系统统、应用程序、驱动程序及部分开发应用程序、驱动程序及部分开发工具。工具。电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心嵌入式软件系统的体系结构嵌入式软件系统的体系结构硬件硬件应用层应用层驱动层驱动层操作系统层操作系统层中间件层

8、中间件层板级板级初始化初始化FLASH驱动驱动RTC/定定时器驱动时器驱动串口串口 驱动驱动以太网以太网驱动驱动LCD 驱动驱动键盘键盘驱动驱动其他其他驱动驱动内核内核TCP/IP网络系统网络系统文件文件系统系统嵌入式嵌入式GUI电源电源管理管理嵌入式嵌入式CORBA嵌入式嵌入式JAVA嵌入式嵌入式DCOM面向应用领域面向应用领域的中间件的中间件应用应用任务任务1应用应用任务任务2应用应用任务任务n电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心嵌入式软件系统的体系结构嵌入式软件系统的体系结构驱动层驱动层是直接与硬件打交道的一是直接与硬件打交道的一层，它，它对操作系操作系统和和应用

9、提供所需的用提供所需的驱动的支持。的支持。该层主要包括三种主要包括三种类型的程序。型的程序。板级初始化程序板级初始化程序 这些程序在嵌入式系些程序在嵌入式系统上上电后初始化系后初始化系统的硬的硬件件环境，包括嵌入式微境，包括嵌入式微处理器、存理器、存储器、中断器、中断控制器、控制器、DMA、定、定时器等的初始化。器等的初始化。与系统软件相关的驱动与系统软件相关的驱动这类驱动是操作系是操作系统和中和中间件等系件等系统软件所件所需的需的驱动程序，它程序，它们的开的开发要按照系要按照系统软件件的要求的要求进行。行。目前操作系目前操作系统内核所需的硬件支持一般都已内核所需的硬件支持一般都已集成在嵌入式

10、微集成在嵌入式微处理器中了，因此操作系理器中了，因此操作系统厂商提供的内核厂商提供的内核驱动一般不用修改。一般不用修改。与应用软件相关的驱动与应用软件相关的驱动 与与应用用软件相关的件相关的驱动不一定需要与操作系不一定需要与操作系统连接，接，这些些驱动的的设计和开和开发由由应用决定。用决定。电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心嵌入式软件系统的体系结构嵌入式软件系统的体系结构操作系操作系统层操作系统层包括嵌入式内核、嵌入式操作系统层包括嵌入式内核、嵌入式TCP/IP网络系统、嵌入式文件系统、嵌网络系统、嵌入式文件系统、嵌入式入式GUI系统和电源管理等部分。系统和电源管理等

11、部分。其中嵌入式内核是基础和必备的部分，其中嵌入式内核是基础和必备的部分，其他部分要根据嵌入式系统的需要来确其他部分要根据嵌入式系统的需要来确定。定。电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心嵌入式软件系统的体系结构嵌入式软件系统的体系结构中中间件件层 目前在一些复杂的嵌入式系统中也开始目前在一些复杂的嵌入式系统中也开始采用中间件技术，主要包括嵌入式采用中间件技术，主要包括嵌入式CORBA、嵌入式、嵌入式Java、嵌入式、嵌入式DCOM和和面向应用领域的中间件软件。面向应用领域的中间件软件。如基于嵌入式如基于嵌入式CORBA的应用于软件无线的应用于软件无线电台的应用中间件电台

12、的应用中间件SCA（Software Core Architecture）等。）等。电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心嵌入式软件系统的体系结构嵌入式软件系统的体系结构应用用层 应用层软件主要由多个相对独立的应用应用层软件主要由多个相对独立的应用任务组成任务组成每个应用任务完成特定的工作，如每个应用任务完成特定的工作，如I/O任任务、计算的任务、通信任务等，由操作务、计算的任务、通信任务等，由操作系统调度各个任务的运行。系统调度各个任务的运行。电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心嵌入式软件运行流程嵌入式软件运行流程上电复位上电复位系统升级系统升级

13、引导引导/升级系统升级系统系统初始化系统初始化应用初始化应用初始化多任务应用多任务应用板级初始化板级初始化远程升级远程升级本地升级本地升级基于多任基于多任务操作系操作系统的嵌入的嵌入式式软件的主要运行流程件的主要运行流程该运行流程主要分运行流程主要分为5个个阶段段电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心嵌入式软件运行流程嵌入式软件运行流程上上电复位、板复位、板级初始化初始化阶段段嵌入式系统上电复位后完成板级初始化工作。嵌入式系统上电复位后完成板级初始化工作。板级初始化程序具有完全的硬件特性，一般板级初始化程序具有完全的硬件特性，一般采用汇编语言实现。不同的嵌入式系统，板采用

14、汇编语言实现。不同的嵌入式系统，板级初始化时要完成的工作具有一定的特殊性，级初始化时要完成的工作具有一定的特殊性，但以下工作一般是必须完成的：但以下工作一般是必须完成的：CPU中堆栈指针寄存器的初始化。中堆栈指针寄存器的初始化。BSS段（段（Block Storage Space表示未被表示未被初始化的数据）的初始化。初始化的数据）的初始化。CPU芯片级的初始化：中断控制器、内存芯片级的初始化：中断控制器、内存等的初始化。等的初始化。返回返回电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心嵌入式软件运行流程嵌入式软件运行流程系系统引引导/升升级阶段段根据需要分别进入系统软件引导阶段

15、或根据需要分别进入系统软件引导阶段或系统升级阶段。系统升级阶段。软件可通过测试通信端口数据或判断特软件可通过测试通信端口数据或判断特定开关的方式分别进入不同阶段。定开关的方式分别进入不同阶段。电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心嵌入式软件运行流程嵌入式软件运行流程系系统引引导阶段段系统引导有几种情况：系统引导有几种情况：将系统软件从将系统软件从NOR Flash中读取出来加载到中读取出来加载到RAM中运行中运行：这种方式可以解决成本及：这种方式可以解决成本及Flash速度比速度比RAM慢的问题。软件可压缩存储在慢的问题。软件可压缩存储在Flash中。中。不需将软件引导到

16、不需将软件引导到RAM中而是让其中而是让其直接在直接在NorFlash上运行上运行，进入系统初始化阶段。，进入系统初始化阶段。将软件将软件从外存从外存（如（如NandFlash、CF卡、卡、MMC等）等）中读取出来加载到中读取出来加载到RAM中运行中运行：这种方：这种方式的成本更低。式的成本更低。电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心嵌入式软件运行流程嵌入式软件运行流程系系统升升级阶段段进入系统升级阶段后系统可通过进入系统升级阶段后系统可通过网络进行远程网络进行远程升级升级或通过或通过串口进行本地升级串口进行本地升级。远程升级远程升级一般支持一般支持TFTP、FTP、HT

17、TP等方式。等方式。本地升级本地升级可通过可通过Console口使用超级终端或特口使用超级终端或特定的升级软件进行。定的升级软件进行。返回返回电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心嵌入式软件运行流程嵌入式软件运行流程系系统初始化初始化阶段段 在该阶段进行操作系统等系统软件各功能部分在该阶段进行操作系统等系统软件各功能部分必需的初始化工作，如根据系统配置初始化数必需的初始化工作，如根据系统配置初始化数据空间、初始化系统所需的接口和外设等。据空间、初始化系统所需的接口和外设等。系统初始化阶段需要按特定顺序进行，如首先系统初始化阶段需要按特定顺序进行，如首先完成内核的初始化，然

18、后完成网络、文件系统完成内核的初始化，然后完成网络、文件系统等的初始化，最后完成中间件等的初始化工作等的初始化，最后完成中间件等的初始化工作。返回返回电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心嵌入式软件运行流程嵌入式软件运行流程应用初始化用初始化阶段段在在该阶段段进行行应用任用任务的的创建，信号量、建，信号量、消息消息队列的列的创建和与建和与应用相关的其它初始用相关的其它初始化工作。化工作。多任多任务应用运行用运行阶段段各种初始化工作完成后，系各种初始化工作完成后，系统进入多任入多任务状状态，操作系，操作系统按照已确定的算法按照已确定的算法进行任行任务的的调度，各度，各应用任

19、用任务分分别完成特定的功完成特定的功能。能。电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心第二节第二节嵌入式操作系统嵌入式操作系统概述概述嵌入式操作系统的演变嵌入式操作系统的演变嵌入式操作系统分类嵌入式操作系统分类嵌入式操作系统体系结构嵌入式操作系统体系结构嵌入式操作系统的组成嵌入式操作系统的组成嵌入式实时操作系统嵌入式实时操作系统C/OS-II简介简介电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心概述概述嵌嵌入入式式操操作作系系统可可以以统称称为应用用在在嵌嵌入入式式系系统的的操操作作系系统，它它具具有有一一般般操操作作系系统的的功功能能，同同时具具有嵌入式有嵌入

20、式软件的特点，主要有：件的特点，主要有：可固化可固化 可配置、可剪裁可配置、可剪裁 独立的板级支持包，可修改独立的板级支持包，可修改 不同的不同的CPU有不同的版本有不同的版本 应用的开发需要有集成的交叉开发工具应用的开发需要有集成的交叉开发工具电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心概述概述近十年来，嵌入式操作系近十年来，嵌入式操作系统得到得到飞速的速的发展展从支持从支持8位微处理器到位微处理器到16位、位、32位甚至位甚至64位微处理位微处理器；器；从支持单一品种的微处理器芯片到支持多品种微处从支持单一品种的微处理器芯片到支持多品种微处理器芯片；理器芯片；从只有内核到除

21、了内核外还提供其他功能模块，如从只有内核到除了内核外还提供其他功能模块，如文件系统，文件系统，TCP/IP网络系统，窗口图形系统等。网络系统，窗口图形系统等。随着嵌入式系随着嵌入式系统应用用领域的域的扩展，目前嵌入式展，目前嵌入式操作系操作系统的市的市场在不断在不断细分，出分，出现了了针对不同不同领域的域的产品，品，这些些产品按品按领域的要求和域的要求和标准提准提供特定的功能。供特定的功能。电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心嵌入式操作系统的演变嵌入式操作系统的演变*Percent of total software supplied by RTOS vendor in

22、 a typical embedded devicePercent of total software supplied by RTOS vendor in a typical embedded device10%*Kernel30%*KernelNetworkingFile System75%*KernelNetworkingFile SystemMultiprocessingMemory ManagementNetworking UtilityWindows APIApplicationApplicationApplicationApplication90%*90%*KernelNetwo

23、rkingFile SystemMultiprocessingFault ToleranceDistributed ObjectsAdvanced NetworkingAdvanced InterconnectJavaBrowser/GUI电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心嵌入式操作系统的演变嵌入式操作系统的演变在嵌入式系在嵌入式系统的的发展展过程中，从操作系程中，从操作系统的角度来看，大致的角度来看，大致经历了以下几个了以下几个阶段：段：无操作系统阶段无操作系统阶段简单操作系统阶段简单操作系统阶段实时操作系统阶段实时操作系统阶段面向面向Internet的阶段和面向的

24、阶段和面向Safety Critical System的高可靠实时操作系统阶段的高可靠实时操作系统阶段电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心嵌入式操作系统的演变嵌入式操作系统的演变无操作系无操作系统阶段段嵌入式系统最初的应用是嵌入式系统最初的应用是基于单片机基于单片机的的,大多以可编大多以可编程控制器的形式出现，具有监测、伺服、设备指示等程控制器的形式出现，具有监测、伺服、设备指示等功能，通常应用于各类工业控制和飞机、导弹等武器功能，通常应用于各类工业控制和飞机、导弹等武器装备中，一般没有操作系统的支持，只能通过汇编语装备中，一般没有操作系统的支持，只能通过汇编语言对系统

25、进行直接控制，运行结束后再清除内存。言对系统进行直接控制，运行结束后再清除内存。这些装置虽然已经初步具备了嵌入式的应用特点，但这些装置虽然已经初步具备了嵌入式的应用特点，但仅仅只是使用仅仅只是使用8位的位的CPU芯片来执行一些单线程的程芯片来执行一些单线程的程序，因此严格地说还谈不上序，因此严格地说还谈不上系统系统的概念。的概念。电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心嵌入式操作系统的演变嵌入式操作系统的演变无操作系无操作系统阶段段这一阶段嵌入式系统的这一阶段嵌入式系统的主要特点主要特点是：系统结构和功能是：系统结构和功能相对单一，处理效率较低，存储容量较小，几乎没有相对单

26、一，处理效率较低，存储容量较小，几乎没有用户接口。用户接口。由于这种嵌入式系统使用简便、价格低廉，因而曾经由于这种嵌入式系统使用简便、价格低廉，因而曾经在工业控制领域中得到了非常广泛的应用，但却无法在工业控制领域中得到了非常广泛的应用，但却无法满足现今对执行效率、存储容量都有较高要求的信息满足现今对执行效率、存储容量都有较高要求的信息家电等场合的需要。家电等场合的需要。电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心嵌入式操作系统的演变嵌入式操作系统的演变简单操作系操作系统阶段段20世纪世纪80年代年代，随着微电子工艺水平的提高，随着微电子工艺水平的提高，IC制制造商开始把嵌入式应

27、用中所需要的微处理器、造商开始把嵌入式应用中所需要的微处理器、I/O接接口、串行接口以及口、串行接口以及RAM、ROM等部件统统集成到等部件统统集成到一片一片VLSI中，中，制造出面向制造出面向I/O设计的微控制器设计的微控制器，并，并一举成为嵌入式系统领域中异军突起的新秀。一举成为嵌入式系统领域中异军突起的新秀。与此同时，嵌入式系统的程序员也开始基于一些与此同时，嵌入式系统的程序员也开始基于一些简简单的单的操作系统操作系统开发嵌入式应用软件，大大缩短了开发嵌入式应用软件，大大缩短了开发周期、提高了开发效率。开发周期、提高了开发效率。电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心

28、嵌入式操作系统的演变嵌入式操作系统的演变简单操作系操作系统阶段段这一阶段嵌入式系统的主要特点是：出现了这一阶段嵌入式系统的主要特点是：出现了大量高可靠、低功耗的嵌入式大量高可靠、低功耗的嵌入式CPU（如（如Power PC等），各种简单的嵌入式操作系等），各种简单的嵌入式操作系统开始出现并得到迅速发展。此时的嵌入式统开始出现并得到迅速发展。此时的嵌入式操作系统虽然还操作系统虽然还比较简单比较简单，但已经初步具有，但已经初步具有了了一定的兼容性和扩展性一定的兼容性和扩展性，内核精巧且效率内核精巧且效率高高，主要用来控制系统负载以及监控应用程，主要用来控制系统负载以及监控应用程序的运行。序的运行。

29、电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心嵌入式操作系统的演变嵌入式操作系统的演变实时操作系操作系统阶段段20世纪世纪90年代年代，在分布控制、柔性制造、数，在分布控制、柔性制造、数字化通信和信息家电等巨大需求的牵引下，字化通信和信息家电等巨大需求的牵引下，嵌入式系统进一步飞速发展，而面向实时信嵌入式系统进一步飞速发展，而面向实时信号处理算法的号处理算法的DSP产品则向着高速度、高精产品则向着高速度、高精度、低功耗的方向发展。随着硬件实时性要度、低功耗的方向发展。随着硬件实时性要求的提高，嵌入式系统的软件规模也不断扩求的提高，嵌入式系统的软件规模也不断扩大，大，逐渐形成了实时

30、多任务操作系统逐渐形成了实时多任务操作系统（RTOS），并开始成为嵌入式系统的主流），并开始成为嵌入式系统的主流。电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心嵌入式操作系统的演变嵌入式操作系统的演变实时操作系操作系统阶段段这一阶段嵌入式系统的主要特点是：操作系这一阶段嵌入式系统的主要特点是：操作系统的统的实时性实时性得到了很大改善，已经能够运行得到了很大改善，已经能够运行在各种不同类型的微处理器上，具有高度的在各种不同类型的微处理器上，具有高度的模块化和扩展性。此时的嵌入式操作系统模块化和扩展性。此时的嵌入式操作系统已已经具备了文件和目录管理、设备管理、多任经具备了文件和目录管

31、理、设备管理、多任务、网络、图形用户界面（务、网络、图形用户界面（GUI）等功能，）等功能，并提供了大量的应用程序接口（并提供了大量的应用程序接口（API），），从从而使得应用软件的开发变得更加简单。而使得应用软件的开发变得更加简单。电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心嵌入式操作系统的演变嵌入式操作系统的演变面向面向Internet的的阶段段21世纪无疑将是一个网络的时代，将嵌入式系统应世纪无疑将是一个网络的时代，将嵌入式系统应用到各种网络环境中去的呼声自然也越来越高。目用到各种网络环境中去的呼声自然也越来越高。目前大多数嵌入式系统还孤立于前大多数嵌入式系统还孤立于In

32、ternet之外，随着之外，随着Internet的进一步发展，以及的进一步发展，以及Internet技术与信息家技术与信息家电、工业控制技术等的结合日益紧密，嵌入式设备电、工业控制技术等的结合日益紧密，嵌入式设备与与Internet的结合才是嵌入式技术的真正未来。的结合才是嵌入式技术的真正未来。信息时代和数字时代的到来，为嵌入式系统的发展信息时代和数字时代的到来，为嵌入式系统的发展带来了巨大的机遇，同时也对嵌入式系统厂商提出带来了巨大的机遇，同时也对嵌入式系统厂商提出了新的挑战。了新的挑战。电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心嵌入式操作系统的演变嵌入式操作系统的演变目前

33、，嵌入式技目前，嵌入式技术与与Internet技技术的的结合正在推合正在推动着嵌入式技着嵌入式技术的的飞速速发展，嵌入式系展，嵌入式系统的研究的研究和和应用用产生了如下新的生了如下新的显著著变化：化：新的微处理器层出不穷，嵌入式操作系统新的微处理器层出不穷，嵌入式操作系统自身结构的自身结构的设计更加便于移植设计更加便于移植，能够在短时间内支持更多的微处，能够在短时间内支持更多的微处理器。理器。嵌入式系统的开发成了一项系统工程，开发厂商不仅嵌入式系统的开发成了一项系统工程，开发厂商不仅要提供嵌入式操作系统本身，同时还要要提供嵌入式操作系统本身，同时还要提供强大的软提供强大的软件开发支持包件开发支

34、持包。通用计算机上使用的新技术、新观念开始逐步移植到通用计算机上使用的新技术、新观念开始逐步移植到嵌入式系统中，如嵌入式数据库、移动代理、实时嵌入式系统中，如嵌入式数据库、移动代理、实时CORBA、Java等，等，嵌入式软件平台得到进一步完善嵌入式软件平台得到进一步完善。电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心嵌入式操作系统的演变嵌入式操作系统的演变各各类嵌入式嵌入式Linux操作系操作系统迅速迅速发展展，由于具有，由于具有源代源代码开放、系开放、系统内核小、内核小、执行效率高、网行效率高、网络结构完整等特点，很适合信息家构完整等特点，很适合信息家电等嵌入式系等嵌入式系统的

35、的需要，目前已需要，目前已经形成了能与形成了能与Windows CE、Symbian等嵌入式操作系等嵌入式操作系统进行有力行有力竞争的局面。争的局面。网网络化、信息化的要求随着化、信息化的要求随着Internet技技术的成熟的成熟和和带宽的提高而日益突出，以往功能的提高而日益突出，以往功能单一的一的设备如如电话、手机、冰箱、微波炉等功能不再、手机、冰箱、微波炉等功能不再单一，一，结构构变得更加复得更加复杂，网网络互互联成成为必然必然趋势。精精简系系统内核，内核，优化关化关键算法，降低功耗和算法，降低功耗和软硬硬件成本件成本。提供更加友好的多媒体人机交互界面提供更加友好的多媒体人机交互界面。电子

36、科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心嵌入式操作系统的演变嵌入式操作系统的演变面向面向Safety-Critical System的高可靠嵌的高可靠嵌入式入式实时操作系操作系统阶段段安全关键系统：安全关键系统：是指出现故障后可能导致人员死亡、是指出现故障后可能导致人员死亡、造成重大财产损失，或是对环境带来破坏的系统。造成重大财产损失，或是对环境带来破坏的系统。在应用领域中有很多实际的例子，比如医疗设备、在应用领域中有很多实际的例子，比如医疗设备、飞机飞行控制系统、武器和核系统等。飞机飞行控制系统、武器和核系统等。在更加通用的范畴中，很多现代信息系统也正在成在更加通用的范畴中，

37、很多现代信息系统也正在成为安全关键系统，这些系统出现故障后会导致财力为安全关键系统，这些系统出现故障后会导致财力损失，甚至人员伤亡。损失，甚至人员伤亡。随着硬件价格的降低、性能的提升，以及一些其它随着硬件价格的降低、性能的提升，以及一些其它技术的持续发展，使得属于安全关键范畴的计算机技术的持续发展，使得属于安全关键范畴的计算机应用领域会进一步扩大。应用领域会进一步扩大。将来的安全关键系统会更加普遍将来的安全关键系统会更加普遍电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心ARINC653航空电子应用软件标准接口，用以规范航空电子设备和系统的开发航空电子应用软件标准接口，用以规范航空

38、电子设备和系统的开发 Partition OS负责对partition内的内的应用任用任务进行行调度，并向度，并向上上层应用任用任务提供事件，信号量，提供事件，信号量，I/O等系等系统功能。功能。core OS主要包括：区主要包括：区间管理和管理和调度、共享度、共享对象管理、象管理、进程管理、内存管理、中断管理、程管理、内存管理、中断管理、CACHE管理、出管理、出错处理、理、时钟管理、管理、I/O设备管理、异步信号和系管理、异步信号和系统初始化。初始化。safety电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心嵌入式操作系统分类嵌入式操作系统分类从从应用用领域来分域来分面向信息

39、家电的嵌入式操作系统面向信息家电的嵌入式操作系统面向智能手机的嵌入式操作系统，如面向智能手机的嵌入式操作系统，如SymbianOS、MS Mobile OS、PalmOS、Embedded Linux等等面向汽车电子的嵌入式操作系统面向汽车电子的嵌入式操作系统 面向工业控制的嵌入式操作系统面向工业控制的嵌入式操作系统 .从从实时性的角度来分性的角度来分嵌入式实时操作系统：具有强实时特点，如嵌入式实时操作系统：具有强实时特点，如VxWorks、QNX、Nuclear、OSE、DeltaOS、各种各种ITRON OS等。等。非实时嵌入式操作系统：一般只具有弱实时特非实时嵌入式操作系统：一般只具有弱

40、实时特点，如点，如WinCE、版本众多的嵌入式、版本众多的嵌入式Linux、PalmOS等。等。从嵌入式系从嵌入式系统的商的商业模式来分模式来分类商用型：功能稳定、可靠，有完善的技商用型：功能稳定、可靠，有完善的技术支持和售后服务，术支持和售后服务，开发费用开发费用+版税版税。开源型：开放源码，只收服务费，没有开源型：开放源码，只收服务费，没有版税。版税。如如Embedded linux，RTEMS，eCOS。电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心嵌入式操作系统体系结构嵌入式操作系统体系结构体系体系结构是操作系构是操作系统的基的基础，它定，它定义了硬件与了硬件与软件的界限

41、、内核与操作系件的界限、内核与操作系统其它其它组件（文件、件（文件、网网络、GUI等）的等）的组织关系、系关系、系统与与应用的接用的接口。口。体系体系结构是确保系构是确保系统的性能、可靠性、灵活性、的性能、可靠性、灵活性、可移植性、可可移植性、可扩展性的关展性的关键，就好比房子的梁，就好比房子的梁架，只有梁架搭牢固了才提得上房子的架，只有梁架搭牢固了才提得上房子的质量，量，再做一些再做一些锦上添花的工作才有意上添花的工作才有意义。目目前前操操作作系系统的的体体系系结构构可可分分为：单块结构构、层次次结构构和和客客户/服服务器（微内核）器（微内核）结构构。电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大

42、学嵌入式软件工程中心嵌入式操作系统体系结构嵌入式操作系统体系结构硬硬 件件系统服务系统服务用户态用户态核心态核心态应用程序应用程序应用程序应用程序单块结构单块结构电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心嵌入式操作系统体系结构嵌入式操作系统体系结构用户模式用户模式内核模式内核模式层次结构层次结构电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心嵌入式操作系统体系结构嵌入式操作系统体系结构硬硬 件件进程服务进程服务用户态用户态核心态核心态应用程序客户应用程序客户内存服务内存服务微内核微内核文件服务文件服务网络服务网络服务显示服务显示服务发送发送应答应答客户客户/服务器

43、结构（微内核结构）服务器结构（微内核结构）电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心嵌入式操作系统体系结构嵌入式操作系统体系结构微内核微内核结构的构的优点点提供一致的接口提供一致的接口可扩展性：扩展对新的软件可扩展性：扩展对新的软件/硬件支持硬件支持灵活性：可伸缩灵活性：可伸缩可移植性可移植性分布式系统支持分布式系统支持适用于面向对象操作系统环境适用于面向对象操作系统环境性能性能问题：通通过过微微内内核核构构造造和和发发送送信信息息、接接受受应应答答并并解解码码所花费的时间比进行一次系统调用的时间多所花费的时间比进行一次系统调用的时间多很大程度取决于微内核的大小和功能很大程度

44、取决于微内核的大小和功能电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心嵌入式操作系统体系结构嵌入式操作系统体系结构目目前前嵌嵌入入式式操操作作系系统主主要要采采用用分分层和和模模块化相化相结合的合的结构或微内核构或微内核结构构。分分层层和和模模块块化化结结合合的的结结构构将将操操作作系系统统分分为为硬硬件件无无关关层层、硬硬件件抽抽象象层层和和硬硬件件相相关关层层，每每层层再再划划分功能模块。分功能模块。这这样样移移植植工工作作便便集集中中在在硬硬件件相相关关层层，与与其其余余两两层层无无关关，功功能能的的伸伸缩缩则则集集中中在在模模块块上上，从从而而确确保其具有良好的可移植性和

45、可伸缩性。保其具有良好的可移植性和可伸缩性。而而采采用用微微内内核核结结构构，则则可可利利用用其其可可伸伸缩缩的的特特点点适应硬件的发展，便于扩展。适应硬件的发展，便于扩展。电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心嵌入式操作系统体系结构嵌入式操作系统体系结构应用程序应用程序任务管理任务管理硬硬 件件用户扩展处理用户扩展处理调度管理调度管理硬件抽象层硬件抽象层应用编程接口应用编程接口内存管理内存管理中断管理中断管理时钟时钟/定时器管理定时器管理I/OI/O管理管理出错处理出错处理同步、通信管理（消息队列，信号量，事件，同步、通信管理（消息队列，信号量，事件，异步信号异步信号)

46、）DeltaCORE的体系结构：层次模块结构的体系结构：层次模块结构分分层层次次模模块块化化电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心嵌入式操作系统体系结构嵌入式操作系统体系结构用户模式用户模式应用应用应用应用应用应用网络管理器网络管理器图形管理器图形管理器设备管理器设备管理器文件系统管理器文件系统管理器网络驱动网络驱动图形驱动图形驱动设备驱动设备驱动文件系统驱动文件系统驱动硬硬件件内核模式内核模式 内核（微内核）内核（微内核）QNX4.25的体系结构：客户的体系结构：客户/服务器结构服务器结构电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心嵌入式操作系统嵌入式操

47、作系统嵌入式内核嵌入式内核嵌入式嵌入式TCP/IP网络系统网络系统嵌入式文件系统嵌入式文件系统嵌入式操作系统的组成嵌入式操作系统的组成电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心嵌入式内核嵌入式内核内内核核是是嵌嵌入入式式操操作作系系统统的的基基础础，也也是是必必备备的的部分。部分。内内核核还还提提供供特特定定的的应应用用编编程程接接口口，但但目目前前没没有统一的标准。有统一的标准。任任务务管管理理内内存存管管理理通通信信同同步步与与互互斥斥机机制制中中断断管管理理时时间间管管理理任任务务扩扩展展返回返回电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心嵌入式内核嵌入

48、式内核任任务管理管理内内核核的的核核心心部部分分，具具有有任任务调度度、创建建任任务、删除除任任务、挂挂起起任任务、解解挂挂任任务、设置置任任务优先先级等功能。等功能。通通用用计算算机机的的操操作作系系统追追求求的的是是最最大大的的吞吞吐吐率率，为了了达达到到最最佳佳整整体体性性能能，其其调度度原原则是是公公平平，采采用用Round-Robin或或可可变优先先级调度算法，度算法，调度度时机主要以机主要以时间片片为主主驱动。而而嵌嵌入入式式操操作作系系统多多采采用用基基于于静静态优先先级的的可可抢占占的的调度度，任任务优先先级是是在在运运行行前前通通过某某种种策策略略静静态分分配配好好的的，一一

49、旦旦有有优先先级更更高高的任的任务就就绪就就马上上进行行调度。度。返回返回电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心嵌入式内核嵌入式内核内存管理内存管理嵌入式操作系嵌入式操作系统的内存管理比的内存管理比较简单。通通常常不不采采用用虚虚拟存存储管管理理，而而采采用用静静态内内存存分分配配和和动态内内存存分分配配（固固定定大大小小内内存存分分配配和和可可变大小内存分配）相大小内存分配）相结合的管理方式。合的管理方式。有些内核利用有些内核利用MMU机制机制提供内存保提供内存保护功能。功能。通通用用操操作作系系统广广泛泛使使用用了了虚虚拟内内存存的的技技术，为用用户提供一个功能提供一

50、个功能强大的虚存管理机制。大的虚存管理机制。返回返回电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心嵌入式内核嵌入式内核通信、同步和互斥机制通信、同步和互斥机制这些些机机制制提提供供任任务间、任任务与与中中断断处理理程程序序间的通信、同步和互斥功能。的通信、同步和互斥功能。一一般般包包括括信信号号量量、消消息息、事事件件、管管道道、异异步步信信号和共享内存等功能。号和共享内存等功能。与与通通用用操操作作系系统不不同同的的是是，嵌嵌入入式式操操作作系系统需需要要解解决决在在这些些机机制制的的使使用用中中出出现的的优先先级反反转问题。返回返回电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌