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1、1嵌入式系统嵌入式系统An Introduction to Embedded System第五课第五课 嵌入式实时操作系统嵌入式实时操作系统（RTOSRTOS）简介）简介2课程大纲课程大纲 嵌入式实时操作系统概况嵌入式实时操作系统概况 嵌入式实时操作系统特点嵌入式实时操作系统特点 嵌入式实时操作系统功能简介嵌入式实时操作系统功能简介 ARM-LinuxARM-Linux嵌入式操作系统内核实验嵌入式操作系统内核实验3背景分析背景分析p早期嵌入式系统：硬件所限早期嵌入式系统：硬件所限n汇编语言汇编语言n基本不采用操作系统基本不采用操作系统p基础条件成熟基础条件成熟n硬件的提升硬件的提升 微处理器性
2、能提高、存储器容量增加微处理器性能提高、存储器容量增加n软件技术快速发展软件技术快速发展 编译器、操作系统、集成开发环境编译器、操作系统、集成开发环境4嵌入式操作系统概述发展阶段（嵌入式操作系统概述发展阶段（1/4）p 嵌入式操作系统的发展主要经历了以下四个阶段：嵌入式操作系统的发展主要经历了以下四个阶段：p 无操作系统的阶段无操作系统的阶段n 单芯片为核心单芯片为核心n 具有与一些监测、伺服、指示设备相配合的功能具有与一些监测、伺服、指示设备相配合的功能n 一般没有明显的操作系统支持一般没有明显的操作系统支持n 通过汇编语言编程对系统进行直接控制。通过汇编语言编程对系统进行直接控制。n 主要
3、特点主要特点p系统结构和功能都相对单一，针对性强系统结构和功能都相对单一，针对性强p无操作系统支持无操作系统支持p几乎没有用户接口几乎没有用户接口5嵌入式操作系统概述发展阶段（嵌入式操作系统概述发展阶段（2/4）p 简单监控式的实时操作系统阶段简单监控式的实时操作系统阶段n 以嵌入式处理器为基础以嵌入式处理器为基础n 以简单监控式的操作系统为核心以简单监控式的操作系统为核心n 主要特点：主要特点：p处理器种类繁多，通用性比较弱；处理器种类繁多，通用性比较弱；p开销小，效率高；开销小，效率高；p一般配备系统仿真器，具有一定的兼容性和扩展性；一般配备系统仿真器，具有一定的兼容性和扩展性；p用户界面
4、不够友好，主要用来控制系统负载，以及监控应用程序用户界面不够友好，主要用来控制系统负载，以及监控应用程序运行。运行。n八十年代初：出现了以八十年代初：出现了以VRTX(1981)(1981)、pSOS等为代表的等为代表的第一代系统（实时内核），提供了实时操作系统基本功能。第一代系统（实时内核），提供了实时操作系统基本功能。6嵌入式操作系统概述发展阶段（嵌入式操作系统概述发展阶段（3/4）p 通用的嵌入式实时操作系统阶段通用的嵌入式实时操作系统阶段n 以通用型嵌入式操作系统为标志的嵌入式系统以通用型嵌入式操作系统为标志的嵌入式系统n 主要特点：主要特点：p运行在不同的微处理器运行在不同的微处理器
5、p具有强大的通用型操作系统的功能具有强大的通用型操作系统的功能p文件和目录管理文件和目录管理p多任务多任务p设备驱动支持设备驱动支持p网络支持网络支持p图形窗口图形窗口p用户界面用户界面p具有丰富的具有丰富的API和嵌入式应用软件和嵌入式应用软件n八十年代后期到九十年代初期，出现以八十年代后期到九十年代初期，出现以VxWorks、RTEMS、Nucleus PLUS、QNX、OSE为代表的第二代系统。为代表的第二代系统。7嵌入式操作系统概述发展阶段（嵌入式操作系统概述发展阶段（4/4）p 二十世纪末，出现了以二十世纪末，出现了以Integrity为代表的第三代系统，进一步为代表的第三代系统，进
6、一步在实时性、高可靠性、高可用性等方面提供了强有力的支持。在实时性、高可靠性、高可用性等方面提供了强有力的支持。p 新一代实时操作系统的发展方向主要包括高可信、高可靠、高可新一代实时操作系统的发展方向主要包括高可信、高可靠、高可用、高安全、微型化、支持多核等。用、高安全、微型化、支持多核等。p 近年来，出现了以近年来，出现了以Internet为标志的嵌入式系统为标志的嵌入式系统n 嵌入式系统与嵌入式系统与Internet的全面结合的全面结合n 嵌入式操作系统与应用设备的无缝结合嵌入式操作系统与应用设备的无缝结合n 代表着嵌入式操作系统发展的未来代表着嵌入式操作系统发展的未来p 新的名词新的名词
7、: WebOS嵌入式实时操作系统发展嵌入式实时操作系统发展8典型的嵌入式实时操作系统典型的嵌入式实时操作系统p嵌入式实时操作系统数量众多，如：嵌入式实时操作系统数量众多，如：nVxWorksnWindows CEnpSOSnQNXnPalmOS nNucleusnAndroidp国产嵌入式实时操作系统，如：国产嵌入式实时操作系统，如：nHOPENnDeltaOSnSmartOSnSZOSnRT-LinuxnSymbiannuc/OSnRTEMSnT-KernelnIntegritynThreadX9嵌入式实时操作系统嵌入式实时操作系统VxWorkspVxWorks操作系统是美国操作系统是美国W
8、indRiver公司于公司于1983年设计开发的嵌年设计开发的嵌入式实时操作系统，具有高性能、稳定的内核以及友好的用户开发入式实时操作系统，具有高性能、稳定的内核以及友好的用户开发环境，是环境，是世界第一大嵌入式操作系统提供商世界第一大嵌入式操作系统提供商，应用于航空航天、工，应用于航空航天、工业控制、网络设备、汽车电子等领域业控制、网络设备、汽车电子等领域。pVxWorks所具有的显著特点是：所具有的显著特点是：p可靠性、实时性和可裁剪性。可靠性、实时性和可裁剪性。p支持多种处理器，如支持多种处理器，如x86、PowerPC、ARM、Sparc、MIPS、DSP等。等。p经典应用：经典应用：
9、1997年年NASA火星探路者、火星探路者、20072007年凤凰号火星探测器年凤凰号火星探测器在火星沙丘前进在火星沙丘前进在火星上拍摄的日落全景在火星上拍摄的日落全景10嵌入式实时操作系统嵌入式实时操作系统Integrityp美国美国Green Hills公司是公司是世界排名第二的嵌入式操作系统提供商世界排名第二的嵌入式操作系统提供商，Integrity是是Green Hills公司的公司的RTOS产品产品，代表了目前最先进的，代表了目前最先进的RTOS技术，被技术，被NASA JPL选中用于测试在太空中的新技术。选中用于测试在太空中的新技术。p分为普通分为普通Embedded RTOS和关
10、键应用中使用的和关键应用中使用的DO-178B实时操实时操作系统两类。作系统两类。p系统技术优势突出系统技术优势突出n内核服务优化，系统调用的开销降至最小。内核服务优化，系统调用的开销降至最小。n复杂的系统调用可以被抢占。复杂的系统调用可以被抢占。n系统的调度器是一个真正的实时调度器。系统的调度器是一个真正的实时调度器。n具有快速中断处理能力，内核从不阻塞某些中断。具有快速中断处理能力，内核从不阻塞某些中断。n具有一流的集成开发环境具有一流的集成开发环境MULTI 支持。支持。11嵌入式实时操作系统嵌入式实时操作系统Windows EmbeddedpMicrosoft公司针对针对公司针对针对P
11、DA、PocketPC、移动电话、小型终端设、移动电话、小型终端设备提供的操作系统备提供的操作系统。p用户开发环境、接口用户开发环境、接口API、系统界面、系统界面等与等与Windows相似，因而具有较多的相似，因而具有较多的应用。应用。1996-卡西欧蛤壳式PDA(Win CE1.0)2006年1996年2003年12开源的嵌入式实时操作系统开源的嵌入式实时操作系统嵌入式嵌入式Linuxp嵌入式系统追求数字化、网络化和智能化，要求系统必嵌入式系统追求数字化、网络化和智能化，要求系统必须是开放的、提供标准的须是开放的、提供标准的API，并能够方便地与众多第，并能够方便地与众多第三方软硬件沟通。
12、尤其是处于核心地位的操作系统。三方软硬件沟通。尤其是处于核心地位的操作系统。pLinux是开放源码的，不存在黑箱技术，遍布全球的众是开放源码的，不存在黑箱技术，遍布全球的众多多Linux爱好者是其开发的强大技术后盾。爱好者是其开发的强大技术后盾。p对对Linux进行实时性改造与裁剪，形成：进行实时性改造与裁剪，形成：nClinux nEmbedix nRTLinux nRTAI nMonta Vista Linux 13开源的嵌入式实时操作系统开源的嵌入式实时操作系统 C/OSIIpC/OSII是一种基于优先级抢占式、可移植、可裁剪的多任务实是一种基于优先级抢占式、可移植、可裁剪的多任务实时操
13、作系统。绝大部分源码是用时操作系统。绝大部分源码是用ANSI C写的，与硬件相关的那部写的，与硬件相关的那部分汇编代码被压缩至最低限度，使得系统移植性强。分汇编代码被压缩至最低限度，使得系统移植性强。pC/OSII诞生于诞生于90年代初，最初名称是年代初，最初名称是C/OS，由，由Jean J.Labrosse开发，并在网络上开源，其特点为短小、精悍。开发，并在网络上开源，其特点为短小、精悍。pC/OSII经裁剪最小可达经裁剪最小可达2KB，最小数据，最小数据RAM需求需求10KB。pC/OSII可以在可以在8位位64位，超过位，超过40种不同架构的微处理器上运种不同架构的微处理器上运行，在世
14、界范围内得到广泛应用，包括：手机、路由器、集线器、行，在世界范围内得到广泛应用，包括：手机、路由器、集线器、不间断电源、飞行器、医疗设备及工业控制上。不间断电源、飞行器、医疗设备及工业控制上。14开源的嵌入式实时操作系统开源的嵌入式实时操作系统ThreadXpThreadX是一款强实时操作系统，以内核小（最小内核为是一款强实时操作系统，以内核小（最小内核为2K，最，最小小RAM 500byte）、实时性强、高可靠性、源代码开放，免收产）、实时性强、高可靠性、源代码开放，免收产品版权费而闻名。由美国品版权费而闻名。由美国Express Logic提供解决方案，适于深度提供解决方案，适于深度嵌入的
15、系统，有功能强大的开发调试环境嵌入的系统，有功能强大的开发调试环境MULTI支持。支持。p典型应用：典型应用：2005年年7月月4日，美国日，美国NASA实施实施深度撞击深度撞击号宇宙飞号宇宙飞船对坦普尔船对坦普尔1号彗星的准确撞击，关键任务由号彗星的准确撞击，关键任务由ThreadX完成。完成。 15开源的嵌入式实时操作系统开源的嵌入式实时操作系统T-Kernelp由日本东京大学的坂村健教授主持开发，具有执行效率由日本东京大学的坂村健教授主持开发，具有执行效率高、实时性好等特点高、实时性好等特点。p1984年提出计算机操作系统规范年提出计算机操作系统规范TRON（The Real-time
16、Operating system Nucleus）构想，先后推出了）构想，先后推出了ITRON、JTRON、BTRON、CTRON等规范。等规范。p其应用从汽车、移动电话、传真机到电视机、家电等领其应用从汽车、移动电话、传真机到电视机、家电等领域，主要用户包括：丰田、松下、日立、富士通、东芝、域，主要用户包括：丰田、松下、日立、富士通、东芝、索尼、佳能、理光、索尼、佳能、理光、NEC等，装机量超过等，装机量超过30亿亿。pIBM、Microsoft、ARM、MIPS、Sun、Oracle等企等企业相继加入其开放式系统架构业相继加入其开放式系统架构。16手机嵌入式操作系统手机嵌入式操作系统IPhone OSp iPhone OS 或或 OS X iPhone是由苹果公司是由苹果公司为为iPhone开发的操作系统开发的操作系统piPhone、iPod touch以及以及iPadp以以Darwin为基础的为基础的p 系统架构分为四个层次系统架构分为四个层次p内核操作系统层（内核操作系统层（the Core OS layer）p内核服务层（内核服务层（the Core Services lay
