有代表性的嵌入式操作系统

2023-11-19 理论教育版权反馈

【摘要】：其中,WinCE是一种针对小容量、移动式、智能化、32位、了解设备的模块化实时嵌入式操作系统。典型的嵌入式Linux操作系统有Ubuntu、Android、μC Linux等。2013年1月3日,Ubuntu正式发布面向智能手机的移动操作系统。

典型的嵌入式操作系统有:VXworks、Windows CE、μC/OS-II、嵌入式Linux、iOS等。

1.VXworks

VxWorks操作系统是美国WindRiver公司于1983年设计开发的一种嵌入式实时操作系统(RTOS),是一种硬实时操作系统,在当前市场占有率最高的嵌入式实时操作系统,具有良好的持续发展能力。

VxWorks是Tornado嵌入式开发环境的关键组成部分。它支持多种处理器,如x86、i960、Sun Sparc、Motorola MC68xxx、MIPS RX000、Power PC等。大多数的VxWorks API是专有的。采用GNU的编译和调试器。VxWorks具有可裁剪微内核结构、高效的任务管理、灵活的任务间通信、微秒级的中断处理、支持POSIX 1003.1b实时扩展标准、支持多种物理介质及标准的和完整的TCP/IP网络协议等。

然而其价格昂贵。由于操作系统本身以及开发环境都是专有的,价格一般都比较高,通常需花费10万元人民币以上才能建起一个可用的开发环境,对每一个应用一般还要另外收取版税。一般不通供源代码,只提供二进制代码。由于它们都是专用操作系统,需要专门的技术人员掌握开发技术和维护,所以软件的开发和维护成本都非常高。

Vxworks操作系统主要用于数据网络(以太网交换机、路由器、远程接入服务器等)、远程通信(电信用的专用分组交换机和自动呼叫分配器、蜂窝电话系统等)、医疗设备(放射理疗设备等)、消费电子(个人数字助理等)、交通运输(导航系统、高速火车控制系统等)、工业控制(工业机器人等)、航空航天(卫星跟踪系统、美F-16战斗机、B-2隐形轰炸机等)、多媒体(电视会议设备等)以及计算机外围设备(X终端、I/O系统等)等。图1.2为基于VXworks的火星探路者。

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图1.2　基于VXworks的火星探路者

2.Windows CE

Windows CE与Windows系列有较好的兼容性,无疑是Windows CE推广的一大优势。其中,WinCE是一种针对小容量、移动式、智能化、32位、了解设备的模块化实时嵌入式操作系统。它是从整体上为有限资源平台设计的多线程、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200KB的ROM。从技术角度上讲,Windows CE作为嵌入式操作系统有很多的缺陷:没有开放源代码,使应用开发人员很难实现产品的定制;在效率、功耗方面的表现并不出色,而且和Windows一样占用过的系统内存,运用程序庞大;版权许可费也是厂商不得不考虑的因素。

Windows CE系统的主要应用领域包括PDA、智能手机、工业控制、消费电子(如机顶盒、便携式媒体播放器PMP)和GPS等。图1.3为基于Win CE的机器人装配平台。

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图1.3　基于Win CE的机器人装配平台

3.μC/OS-Ⅱ

μC/OS-Ⅱ是著名的源代码公开的实时内核,是专为嵌入式应用设计的,可用于8位、16位和32位MCU和DSP。它是在原版本μC/OS的基础上做了重大改进与升级,并有了近十年的使用实践,有许多成功应用该实时内核的实例。它的主要特点如下:公开源代码,容易就能把操作系统移植到各个不同的硬件平台上;可移植性,大部分源代码是用C语言写的,便于移植到其他微处理器;可固化;可裁剪性,有选择地使用系统服务,以减少斗所需的存储空间。

4.嵌入式Linux(www.chuimin.cn)

Linux由UNIX操作系统发展而来,最初是由Linus Torvalds于1991年在基于Intel80386处理器的IBM兼容机上开发的操作系统。它的内核由网络上组织松散的黑客队伍一起从零开始编写而成,具有开源、可移植、可裁剪等优点。Linux有着异常丰富的驱动程序资源,支持各种主流的硬件设备与技术。嵌入式Linux能够固化在容量只有几KB或者几MB的存储芯片或者微控制器中,Linux包含了现代的UNIX操作系统的所有功能特性,这些功能包括多任务、虚拟内存、虚拟文件系统、SVR4进程间通信、对称多处理器(SMP)、多用户支持等功能。

典型的嵌入式Linux操作系统有Ubuntu、Android、μC Linux等。Ubuntu(乌班图)是一个以桌面应用为主的Linux操作系统,其名称来自非洲南部祖鲁语或豪萨语的“ubuntu”一词,意思是“人性”“我的存在是因为大家的存在”,是非洲传统的一种价值观,类似华人社会的“仁爱”思想。Ubuntu基于Debian发行版和GNOME桌面环境,与Debian的不同在于它每6个月会发布一个新版本。Ubuntu的目标在于为一般用户提供一个最新的、同时又相当稳定的主要由自由软件构建而成的操作系统。Ubuntu具有庞大的社区力量,用户可以方便地从社区获得帮助。2013年1月3日,Ubuntu正式发布面向智能手机的移动操作系统。Android是一种基于Linux的自由及开放源代码的操作系统,主要使用于移动设备,如智能手机和平板电脑,由Google公司和开放手机联盟领导及开发。Android操作系统最初由Andy Rubin开发,主要支持手机。2007年11月,Google与84家硬件制造商、软件开发商及电信营运商组建开放手机联盟共同研发改良Android系统。随后Google以Apache开源许可证的授权方式,发布了Android的源代码。第一部Android智能手机发布于2008年10月。Android逐渐扩展到平板电脑及其他领域上,如电视、数码相机、游戏机等。随着嵌入式应用的日益普及,人们迫切需要更加小巧的、无需庞大内存运行环境的迷你型的操作系统,于是,GPL组织开发了针对微型控制领域的Linux操作系统,这就是μClinux操作系统。μC Linux是一个完全符合GNU/GPL公约的操作系统,完全开放源代码,现在由Line公司支持维护。μClinux具有适合嵌入式环境开发、传承了Linux的优点、支持功能扩展、提供强大的系统管理能力、可以根据不同的应用需求量身定做操作系统等技术特点,代码效率高,灵活性强,有丰富的网上免费资源,易学易用。

嵌入式Linux操作系统的应用领域有手机、PDA、数字电视机、数码相机、VCD/DVD音响设备、可视电话、家庭网络设备、洗衣机、电冰箱、智能玩具等。图1.4为基于Linux的仿人机器人。

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图1.4　基于Linux的仿人机器人

5.iOS

iOS是由苹果公司开发的移动操作系统。苹果公司最早于2007年1月9日的Macworld大会上公布这个系统,最初是设计给iPhone使用的,后来陆续套用到iPod touch、iPad以及Apple TV等产品上。iOS与苹果的Mac OS X操作系统一样,它也是以Darwin为基础的,因此同样属于类Unix的商业操作系统。原本这个系统名为iPhone OS,因为iPad,iPhone,iPod touch都使用iPhone OS,所以2010WWDC大会上宣布改名为iOS(iOS为美国Cisco公司网络设备操作系统注册商标,苹果改名已获得Cisco公司授权)。

6.其他嵌入式操作系统

ISI公司已经被WindRiver公司兼并,现在pSOS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高可靠性。可以让开发者根据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是一个实时的、可扩充的操作系统,它部分遵循POSIX相关标准,如:POSIX.1b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。所有其他OS服务,都实现为协作的用户进程,因此QNX内核非常小巧(QNX4.x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是Palm公司开发的专用于PDA上的一种操作系统,这是PDA上的霸主,一度普占据了90%的PDA市场的份额。虽然其并不专门针对手机设计,但是Palm OS的优秀性和对移动设备的支持同样使其能够成为一个优秀的手机操作系统。其最新的版本为Palm OS 5.2。目前具有手机功能的Palm PDA如Palm公司的Tungsten W。而Handspring公司(目前已被Palm公司收购)的Treo系列则是专门使用Palm OS的手机,如Treo 270以及最新的倍受瞩目的Treo 650。Palm OS是一种32位的嵌入式操作系统,用于掌上电脑。此系统是3Com公司的Palm Computing部开发的。(Palm Computing目前已经独立成一家公司。)Palm OS与同步软件HotSync结合可以使掌上电脑与PC机上的信息实现同步,把台式机的功能扩展到了手掌上。目前,基于Palm OS的掌上电脑主要是3Com的系列产品,如Palm IIIx,Palm V,Palm VII,IBM workpad c3用的也是Palm OS。Sony等公司也获得了Palm Computing的许可,将开发基于Palm OS的掌上电脑。

Microwave的OS-9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、无线通信产品、医疗仪器、数字电视/多媒体设备。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。

Lynx Real-time 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POSIX.1a、POSIX.1b和POSIX.1c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。

合璧操作系统(HybridOS)是一整套专为嵌入式设备打造的快速开发平台,包括嵌入式图形支持系统(MiniGUI)、嵌入式浏览器系统(mDolphin)、嵌入式Java系统(mPeer)、所见即所得的可视化集成开发平台(mStudio),使众多的希望在嵌入式设备上做开发的中小型企业,可以摆脱“不稳定的内核以及驱动程序”“交叉编译工具链、基础函数库存在大量缺陷”“不恰当的开源软件”“高水平嵌入式开发工程师缺乏”等问题的困扰,从而能够在一个运行稳定、功能强大的小巧系统内核基础上,专注开发产品。合璧操作系统(HybridOS)采用新的商业授权模式,性价比颇高。

Symbian系统是塞班公司为手机而设计的操作系统,诺基亚手机曾经采用。

有代表性的嵌入式操作系统

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