用于嵌入式系統的操作系統嵌入式操作系統01發展歷史核心組成特點分類應用目錄030502040607發展趨勢常見系統微軟新品目錄0908基本信息嵌入式操作系統（EmbeddedOperatingSystem，簡稱：EOS）是指用于嵌入式系統的操作系統。嵌入式操作系統是一種用途廣泛的系統軟件，通常包括與硬件相關的底層驅動軟件、系統內核、設備驅動接口、通信協議、圖形界面、標準化瀏覽器等。嵌入式操作系統負責嵌入式系統的全部軟、硬件資源的分配、任務調度，控制、協調并發活動。它必須體現其所在系統的特征，能夠通過裝卸某些模塊來達到系統所要求的功能。在嵌入式領域廣泛使用的操作系統有：嵌入式實時操作系統μC/OS-II、嵌入式Linux、WindowsEmbedded、VxWorks、Intewell操作系統等，以及應用在智能手機和平板電腦的Android、iOS、華為鴻蒙等。發展歷史發展歷史很早以前，嵌入式這個概念就已經存在了。在通信方面，嵌入式系統在20世紀60年代就用于對電子機械**交換的控制，當時被稱為“存儲式程序控制系統”（StoredProgramControl）。嵌入式計算機的真正發展是在微處理器問世之后。1971年11月，Intel公司成功地把算術運算器和控制器電路集成在一起，推出了第一款微處理器Intel4004，其后各廠家陸續推出了許多8位、16位的微處理器，包括Intel8080/8085、8086，Motorola的6800、68000，以及Zilog的Z80、Z8000等。以這些微處理器作為核心所構成的系統，廣泛地應用于儀器儀表、醫療設備、機器人、家用電器等領域。微處理器的廣泛應用形成了一個廣闊的嵌入式應用市場，計算機廠家開始大量地以插件方式向用戶提供OEM產品，再由用戶根據自己的需要選擇一套適合的CPU板、存儲器板以及各式I/O插件板，從而構成專用的嵌入式計算機系統，并將其嵌入到自己的系統設備中。為靈活兼容考慮，出現了系列化、模塊化的單板機。流行的單板計算機有Intel公司的iSBC系列、Zilog公司的MCB等。后來人們可以不必從選擇芯片開始來設計一臺專用的嵌入式計算機，而是只要選擇各功能模塊，就能夠組建一臺專用計算機系統。用戶和開發者都希望從不同的廠家選購最適合的OEM產品，插入外購或自制的機箱中就形成新的系統，這樣就希望插件是互相兼容的，也就導致了工業控制微機系統總線的誕生。1976年Intel公司推出Multibus，1983年擴展為帶寬達40MB/s的MultibusⅡ。1978年由Prolog設計的簡單STD總線廣泛應用于小型嵌入式系統。特點系統內核小專用性強系統精簡高實時性多任務的操作系統需要開發工具和環境010302040506特點系統內核小由于嵌入式系統一般是應用于小型電子裝置的，系統資源相對有限，所以內核較之傳統的操作系統要小得多。比如Enea公司的OSE分布式系統，內核只有5K。專用性強4種嵌入式操作系統的調度機制嵌入式系統的個性化很強，其中的軟件系統和硬件的結合非常緊密，一般要針對硬件進行系統的移植，即使在同一品牌、同一系列的產品中也需要根據系統硬件的變化和增減不斷進行修改。同時針對不同的任務，往往需要對系統進行較大更改，程序的編譯下載要和系統相結合，這種修改和通用軟件的“升級”是完全兩個概念。系統精簡嵌入式系統一般沒有系統軟件和應用軟件的明顯區分，不要求其功能設計及實現上過于復雜，這樣一方面利于控制系統成本，同時也利于實現系統安全。高實時性高實時性的系統軟件(OS)是嵌入式軟件的基本要求。而且軟件要求固態存儲，以提高速度；軟件代碼要求高質量和高可靠性。多任務的操作系統嵌入式軟件開發要想走向標準化，就必須使用多任務的操作系統。嵌入式系統的應用程序可以沒有操作系統直接在芯片上運行；但是為了合理地調度多任務、利用系統資源、系統函數以及和專用庫函數接口，用戶必須自行選配RTOS（Real－TimeOperatingSystem）開發平臺，這樣才能保證程序執行的實時性、可靠性，并減少開發時間，保障軟件質量。需要開發工具和環境嵌入式系統開發需要開發工具和環境。由于其本身不具備自主開發能力，即使設計完成以后用戶通常也是不能對其中的程序功能進行修改的，必須有一套開發工具和環境才能進行開發，這些工具和環境一般是基于通用計算機上的軟硬件設備以及各種邏輯分析儀、混合信號示波器等。開發時往往有主機和目標機的概念，主機用于程序的開發，目標機作為最后的執行機，開發時需要交替結合進行。核心核心嵌入式系統的核心是嵌入式微處理器。嵌入式微處理器一般具備以下4個特點：分類基于軟件基于硬件分類基于硬件嵌入式微處理器是由通用計算機中的CPU演變而來的。它的特征是具有32位以上的處理器，具有較高的性能，當然其價格也相應較高。但與計算機處理器不同的是，在實際嵌入式應用中，只保留和嵌入式應用緊密相關的功能硬件，去除其他的冗余功能部分，這樣就以最低的功耗和資源實現嵌入式應用的特殊要求。和工業控制計算機相比，嵌入式微處理器具有體積小、重量輕、成本低、可靠性高的優點。主要的嵌入式處理器類型有Am186/88、386EX、SC-400、PowerPC、68000、MIPS、ARM/StrongARM系列等。其中Arm/StrongArm是專為手持設備開發的嵌入式微處理器，屬于中檔的價位。嵌入式微控制器的典型代表是單片機，從70年代末單片機出現到今天，雖然已經經過了30多年的歷史，但這種8位的電子器件在嵌入式設備中仍然有著極其廣泛的應用。單片機芯片內部集成ROM/EPROM、RAM、總線、總線邏輯、定時/計數器、看門狗、I/O、串行口、脈寬調制輸出、A/D、D/A、FlashRAM、EEPROM等各種必要功能和外設。和嵌入式微處理器相比，微控制器的最大特點是單片化，體積大大減小，從而使功耗和成本下降、可靠性提高。微控制器的片上外設資源一般比較豐富，適合于控制，因此稱微控制器。基于軟件嵌入式系統的軟件主要有兩大類：實時系統和分時系統。其中實時系統又分為兩類：硬實時系統和軟實時系統。實時嵌入系統是為執行特定功能而設計的，可以嚴格的按時序執行功能。其最大的特征就是程序的執行具有確定性。在實時系統中，如果系統在指定的時間內未能實現某個確定的任務，會導致系統的全面失敗，則系統被稱為硬實時系統。而在軟實時系統中，雖然響應時間同樣重要，但是超時卻不會導致致命錯誤。一個硬實時系統往往在硬件上需要添加專門用于時間和優先級管理的控制芯片，而軟實時系統則主要在軟件方面通過編程實現時限的管理。比如WindowsCE就是一個多任務分時系統，而Ucos-II則是典型的實時操作系統。組成硬件層系統軟件層中間層組成硬件層硬件層中包含嵌入式微處理器、存儲器（SDRAM、ROM、Flash等）、通用設備接口和I/O接口（A/D、D/A、I/O等）。在一片嵌入式處理器基礎上添加電源電路、時鐘電路和存儲器電路，就構成了一個嵌入式核心控制模塊。其中操作系統和應用程序都可以固化在ROM中。嵌入式操作系統嵌入式系統硬件層的核心是嵌入式微處理器，嵌入式微處理器與通用CPU最大的不同在于嵌入式微處理器大多工作在為特定用戶群所專用設計的系統中，它將通用CPU許多由板卡完成的任務集成在芯片內部，從而有利于嵌入式系統在設計時趨于小型化，同時還具有很高的效率和可靠性。嵌入式微處理器的體系結構可以采用馮·諾依曼體系或哈佛體系結構；指令系統可以選用精簡指令系統（ReducedInstructionSetComputer，RISC）和復雜指令系統CISC（ComplexInstructionSetComputer，CISC）。RISC計算機在通道中只包含最有用的指令，確保數據通道快速執行每一條指令，從而提高了執行效率并使CPU硬件結構設計變得更為簡單。嵌入式微處理器有各種不同的體系，即使在同一體系中也可能具有不同的時鐘頻率和數據總線寬度，或集成了不同的外設和接口。據不完全統計，全世界嵌入式微處理器已經超過1000多種，體系結構有30多個系列，其中主流的體系有ARM、MIPS、PowerPC、X86和SH等。但與全球PC市場不同的是，沒有一種嵌入式微處理器可以主導市場，僅以32位的產品而言，就有100種以上的嵌入式微處理器。嵌入式微處理器的選擇是根據具體的應用而決定的。中間層硬件層與軟件層之間為中間層，也稱為硬件抽象層（HardwareAbstractLayer，HAL）或板級支持包（BoardSupportPackage，BSP），它將系統上層軟件（應用程序）與底層硬件分離開來，使系統的底層驅動程序與上層無關，上層軟件開發人員無需關心底層硬件的具體情況，根據BSP層提供的接口即可進行開發。該層一般包含相關底層硬件的初始化、數據的輸入/輸出操作和硬件設備的配置功能。BSP具有以下兩個特點。硬件相關性：因為嵌入式實時系統的硬件環境具有應用相關性，而作為上層軟件與硬件平臺之間的接口，BSP需要為操作系統提供操作和控制具體硬件的方法。操作系統相關性：不同的操作系統具有各自的軟件層次結構，因此，不同的操作系統具有特定的硬件接口形式。實際上，BSP是一個介于操作系統和底層硬件之間的軟件層次，包括了系統中大部分與硬件聯系緊密的軟件模塊。設計一個完整的BSP需要完成兩部分工作：嵌入式系統的硬件初始化以及BSP功能，設計硬件相關的設備驅動。系統初始化過程可以分為3個主要環節，按照自底向上、從硬件到軟件的次序依次為：片級初始化、板級初始化和系統級初始化。系統軟件層系統軟件層由實時多任務操作系統（Real-timeOperationSystem，RTOS）、文件系統、圖形用戶接口（GraphicUserInterface，GUI）、網絡系統及通用組件模塊組成。RTOS是嵌入式應用軟件的基礎和開發平臺。嵌入式操作系統（EmbeddedOperationSystem，EOS）是一種用途廣泛的系統軟件，過去它主要應用于工業控制和國防系統領域。EOS負責嵌入系統的全部軟、硬件資源的分配、任務調度，控制、協調并發活動。它必須體現其所在系統的特征，能夠通過裝卸某些模塊來達到系統所要求的功能。已推出一些應用比較成功的EOS產品系列。隨著Internet技術的發展、信息家電的普及應用及EOS的微型化和專業化，EOS開始從單一的弱功能向高專業化的強功能方向發展。嵌入式操作系統在系統實時高效性、硬件的相關依賴性、軟件固化以及應用的專用性等方面具有較為突出的特點。EOS是相對于一般操作系統而言的，它除具有了一般操作系統最基本的功能，還有以下功能：如任務調度、同步機制、中斷處理、文件處理等。應用工業控制交通管理信息家電家庭智能管理POS網絡環境工程與自然010302040506應用機器人移動互聯網機電產品應用應用工業控制基于嵌入式芯片的工業自動化設備將獲得長足的發展，已經有大量的8、16、32位嵌入式微控制器在應用中，網絡化是提高生產效率和產品質量、減少人力資源主要途徑，如工業過程控制、數字機床、電力系統、電網安全、電網設備監測、石油化工系統。就傳統的工業控制產品而言，低端型采用的往往是8位單片機。但是隨著技術的發展，32位、64位的處理器逐漸成為工業控制設備的核心，在未來幾年內必將獲得長足的發展。交通管理在車輛導航、流量控制、信息監測與汽車服務方面，嵌入式系統技術已經獲得了廣泛的應用，內嵌GPS模塊，GSM模塊的移動定位終端已經在各種運輸行業獲得了成功的使用。GPS設備已經從尖端產品進入了普通百姓的家庭，只需要幾千元，就可以隨時隨地找到你的位置。信息家電這將成為嵌入式系統最大的應用領域，冰箱、空調等的網絡化、智能化將引領人們的生活步入一個嶄新的空間。即使你不在家里，也可以通過**線、網絡進行遠程控制。在這些設備中，嵌入式系統將大有用武之地。家庭智能管理水、電、煤氣表的遠程自動抄表，安全防火、防盜系統，其中嵌有的專用控制芯片將代替傳統的人工檢查，并實現更高，更準確和更安全的性能。在服務領域，如遠程點菜器等已經體現了嵌入式系統的優勢。POS網絡公共交通無接觸智能卡(ContactlessSmartcard,CSC)發行系統，公共**卡發行系統，自動售貨機，各種智能ATM終端將全面走入人們的生活，到時手持一卡就可以行遍天下。環境工程與自然水文資料實時監測，防洪體系及水土質量監測、堤壩安全，地震監測網，實時氣象信息網，水源和空氣污染監測。在很多環境惡劣，地況復雜的地區，嵌入式系統將實現無人監測。機器人嵌入式芯片的發展將使機器人在微型化，高智能方面優勢更加明顯，同時會大幅度降低機器人的價格，使其在工業領域和服務領域獲得更廣泛的應用。這些應用中，可以著重于在控制方面的應用。就遠程家電控制而言，除了開發出支持TCP/IP的嵌入式系統之外，家電產品控制協議也需要制訂和統一，這需要家電生產廠家來做。同樣的道理，所有基于網絡的遠程控制器件都需要與嵌入式系統之間實現接口，然后再由嵌入式系統來控制并通過網絡實現控制。所以，開發和探討嵌入式系統有著十分重要的意義。機電產品應用相對于其他的領域，機電產品可以說是嵌入式系統應用最典型最廣泛的領域之一。單片機到工控機、SOC在各種機電產品中均有著巨大的市場。移動互聯網移動互聯網領域很多也需要嵌入式開發技術發展趨勢發展趨勢嵌入式操作系統將是未來嵌入式系統中必不可少的組件，其未來發展趨勢包括

：1、定制化：嵌入式操作系統將面向特定應用提供簡化型系統調用接口，專門支持一種或一類嵌入式應用。嵌入式操作系統同將具備可伸縮性、可裁減的系統體系結構，提供多層次的系統體系結構。嵌入式操作系統將包含各種即插即用的設備驅動接口；2、節能化：嵌入式操作系統繼續采用微內核技術，實現小尺寸、微功耗、低成本以支持小型電子設備。同時，提高產品的可靠性和可維護性。嵌入式操作系統將形成最小內核處理集，減小系統開銷，提高運行效率，并可用于各種非計算機設備；3、人性化：嵌入式操作系統將提供精巧的多媒體人機界面，以滿足不斷提高的用戶需求；4、安全化：嵌入式操作系統應能夠提供安全保障機制，源碼的可靠性越來越高；5、網絡化：面向網絡、面向特定應用，嵌入式操作系統要求配備標準的網絡通信接口。嵌入式操作系統的開發將越來越易于移植和聯網。微軟新品微軟新品微軟計劃在2013年的3月份推出WindowsEmbedded8嵌入式操作系統，即Windows8的拼圖形式，WindowsEmbedded8Standard操作系統是一個模塊化版本的Windows，它運行類似Linux式的定制，允許制造商對其進行修改和定制，而且新的觸摸和基于手勢的界面都會在這個嵌入式操作系統上得到應用。人們已經熟知VOIP**、DVD播放器、GPS接收器和打印機等具有嵌入式操