解析嵌入式操作系統介紹以及選型原則

朱帥

摘 要 嵌入式操作系統的適用范圍是應用性計算機系統。它本身就擁有著軟件代碼小和響應快速這些特質，并且在現實化的多任務體系內有效地給予應用。文章通過對一些基礎性的嵌入式操作系統的介紹來提出選型的原則。

【關鍵詞】嵌入式系統 系統介紹 選型原則

作為嵌入式系統當中最核心的重要部分，嵌入式操作系統主要包括著底層驅動，如設備驅動接口、圖形界面和系統內核等硬件組成部分。嵌入式操作系統相比通用操作系統，在應用方面具有軟件固態化、系統高效化、專業性等優勢。嵌入式操作系統可以將通用操作系統的優點有效融合，通過有效管理和虛擬化硬件的復雜性系統資源，為開發人員移植、維護驅動程序提供驅動程序、庫函數及應用程序等，降低了難度。

1 嵌入式操作系統的發展階段

嵌入式操作系統主要經歷嵌入算法、基于嵌入式CPU的嵌入式系統、嵌入式實時操作系統和嵌入式快速發展時期四個階段。在不同的發展階段具有不同的特點。

嵌入算法階段的主要特征表現為無操作系統，常用于具有較強專業性的工業控制系統，嵌入算法擁有伺服、檢測、指示設備等功能操作系統，主導是單芯片，可編程控制器形式。嵌入算法具有經過匯編語言編程既能直接操控，運行完畢后將內存清除的優點。嵌入算法的缺點即系統結構與功能相對單一，儲存容量低，處理效率不高，且無用戶接口。

在基于嵌入式CPU階段，嵌入式系統較為簡單，其具有CPU多見、類型多樣的特點，嵌入式CPU系統的優點是效率高、開銷不大，但在通用性比方面較弱；通常安裝系統仿真器，操作系統兼容性、擴展性較好；應用軟件相對較為專業，但用戶界面不佳；系統多用以監控系統負載或程序運行。

在嵌入式實時操作系統階段，多以嵌入式操作系統為主，其功能有管理文件、多任務、設備支持、圖形窗口等。嵌入式實時操作系統具有程序接口（APL）和且嵌入式應用軟件多樣的特點。嵌入式實時操作系統可運行各類微處理器，其優點有兼容性良好、系統內核精湛、效率極高，有著良好的模塊化與擴展性；

在嵌入式快速發展時期，其多數是以Internet為支撐，在Internet技術快速的發展和嵌入式設備與Internet的融合下，嵌入式技術將會得到更快的發展。

2 常見的嵌入式操作系統比較

2.1 VxWorks

VxWorks操作系統，是由美國WindRiver公司在1983年設計研發的，其作為嵌入式實時操作系統（RTOS），它是Tomado嵌入式開發的核心部分，在嵌入式操作領域較為熟悉。 VxWorks操作系統具有微內核結構可裁剪性、任務管理效率高、通訊靈活、操作系統支持TCP、IP等網絡協議和物理介質，也符合POSIX1003.1b的實時擴展。VxWorks操作系統存在價格高，其價格通常高于10萬RMB，同時操作系統開發環境為專有，且支持硬件少的缺點。

2.2 windows CE

windows CE、windows 系列兼容性較好，這也為windows CE得推廣提供條件。WinCE3.0是以小容量、智能化、32位為主的實時嵌入式操作系統。為構建移動應用服務平臺，操作系統內核需200KB以上的ROM。介于嵌入式產品成本、體積等嚴格要求，需盡量控制處理器所占空間，而嵌入式操作系統在小內存中運行（ROM或者是快閃存儲器），對操作系統效率和規模要求較高。windowsCE在開放源代碼，應用開發人員定制產品方面存在弊端，其效率低，功耗大，占用內存多，需要版權許可費。

2.3 嵌入式Linux

Internet時代，卓越的網絡功能極為關鍵。嵌入式Linux的顯著特征是源代碼公開并且遵守GPL協議，Linux自身擁有穩定、內核精悍、運行占用少和支持多硬件的優點，根據IDG的預測，未來年嵌入式操作系統的核心有可能是嵌入式Linux，占50。介于源代碼公開后，能夠滿足各自應用需求，人們也能自行修改和查錯。但嵌入式Linux為了保證Linux體系的實時性能，需要添加實時軟件模塊，。

2.4 μc/os-Ⅱ

公開源代碼的實時內核的為μc/os-Ⅱ，μc/os-Ⅱ為嵌入式專用設計，適合8位、16位與32位單片機等。μc/os-Ⅱ的公開源代碼，為移植操作系統提供了便利；源代碼為C語言編寫，具有可移植性、可固化、可剪裁性、占先式；μc/os-Ⅱ在運行狀態下優先級最佳任務和多任務，也可管理不同優先級別的64個任務、函數服務；μc/os-Ⅱ調用執行時間易確定、實用性，在此方面已有成功的案例。但μc/os-Ⅱ僅為實時內核，只能為用戶提供某些API函數接口，其它工作需由用戶自行完成。

3 嵌入式操作系統的選型原則

3.1 可移植性

在開發嵌入式軟件的時候，應該著重考慮可移植性。一款軟件，在移植性方面相對較好，就能在不同的平臺和系統上運行，無關于操作系統。軟件在通用性和性能方面往往是矛盾的，通用性以損失常常以軟件的某些優化性能作為代價。在實際中，開發適用于某些特定環境的嵌入式瀏覽器，頻率較小。在產品與操作系統結合的情況下，其軟件通常能發揮產品自身特色。

3.2 可利用資源

在操作系統選型時，可利用資源被放在首位。產品開發宗旨是在保證質量、降低成本的基礎上，認真研發產品特色，并由操作系統或第三方添加其它功能，從而不斷推出用戶需要的產品。Linux與WinCE的優勢為有很多資源被利用。但部分實時操作系統具有相對封閉的缺陷，很多功能都需要自行開發，這就使開發進度變緩。因此，可利用資源應作為選擇嵌入式系統時的重點。

3.3 系統定制能力

用戶對信息產品的需求各異，所以系統必須要具有良好的定制能力，產品應該著重抓住系統底層的變動需求，充分展現產品的自身特色。源代碼開放的linux系統，在系統定制方面有著先天性的優勢。而原來較為封閉的wince系統也隨著時間的不斷推移，慢慢的也面向用戶開放了自己的源代碼、在嵌入式領域微軟的加入，在定制系統的能力上有了顯著的提升。

3.4 開發成本

操作系統選型首先要考慮成本問題，Linux免費、wince等需要繳納許可證費，這并非問題的答案，操作系統的成本必須綜合考慮系統選型后在硬件設備、培養人才和管理公司等方面的影響，只有權衡各因素的厲害關系后進行選型，才能保證其系統的長久穩定性。

4 結論

通過對以上操作系統的比較分析，可以得出嵌入式系統類型多樣，且都有著各自的優缺點。在實際應用中，我們應根據不同的條件和要求，選擇相應的操作系統，簡化開發程序，研發出更好的嵌入式系統。

文獻參考

[1]張湘，肖建.嵌入式系統和嵌入式操作系統[Z].中國機電一體化網，2012.

[2]王田苗.嵌入式系統設計與實例分析[M].北京：清華大學出版社，2003.

作者單位

成都理工大學信息科學與技術學院 四川省成都市 610059