计算机嵌入式操作系统研究

黄良峰

(江苏广播电视大学武进学院,江苏常州 213167)

计算机嵌入式操作系统研究

黄良峰

(江苏广播电视大学武进学院,江苏常州 213167)

嵌入式操作系统的意义不仅仅局限于表面,更重要的是它可以称之为嵌入式系统的灵魂所在。本文从若干个方面对计算机嵌入式操作系统进行探讨。

计算机嵌入式操作系统;简介;特点;缺点

随着嵌入式操作系统的不断发展,其构造也在不断的复杂化,因结构的复杂化也导致了操作系统的重要性也在不断增加,因此便出现了嵌入式操作系统。嵌入式操作系统的出现主要可以降低系统在开发时所产生的大量的工作量,从而将嵌入式操作系统的开发效率大大地提升了,同时也提高了整个系统的科学性。因此,嵌入式操作系统的意义不仅仅局限于表面,更重要的是它可以称之为嵌入式系统的灵魂所在。本篇文章主要是通过对嵌入式的操作系统进行介绍,对其特点进行分析与分类,介绍当今比较常见的嵌入式操作系统并对其进行详细的研究与分析,使读者对计算机的嵌入式操作系统有所了解。

一、计算机的嵌入式操作系统简介

嵌入式的操作系统是一种在计算机执行某种特定的功能时所使用的专用的计算机操作系统。其主要是通过将微电子芯片嵌入到微型存储器中所形成的微型操作系统。可以达到通过控制和应用软件开发从而实现对计算机进行实时控制、对内在数据进行处理以及对移动计算机进行管理,是计算机实现可以拥有自动化处理任务的能力。其中,微电子芯片主要包括:微型的处理器和控制器,并且其自身存储器或定时器也是由微型的电子芯片组成的。因此,嵌入式的操作系统在实际的生产生活中,主要依靠它的应用领域的不同,将半导体技术、计算机控制技术以及通讯技术作为技术基础,将硬件与软件两者的协同性进行整合。通过对软件和硬件的裁剪,做出满足于系统要求的并且功能强大、成本低、体积小和功耗小的整合性软件硬件。根据不同的功能,可以制造出不同的嵌入式系统软件。

二、计算机嵌入式操作系统的特点

与传统的通用型计算机操作系统相比,计算机嵌入式操作系统主要具有以下几个特点:

首先,嵌入式操作系统在开发时设定了特定的应用方向,使其应用目标较为明确。嵌入式的计算机操作系统中的CPU相比于通用型的CPU,它指定了用户类型,使其针对性增强。并且嵌入式的操作系统通常具有功耗低、体积小等优点,并且由于其具备较高的集成度,将大部分的板卡聚集在一个小的微型芯片上,从而使嵌入式操作系统在设计时,整体的体积变小,因此便可以弥补以前的操作系统移动能力差的问题,并且也可以将其与网络的耦合性增强。其次,嵌入式操作系统不仅仅只包括计算机操作技术,还涵盖了半导体技术和电子技术,将三者联合起来,形成了应用型强的嵌入式操作系统。第三,嵌入式操作系统的软件和硬件在设计时都应该具备较高效率。这样就需要在设计硬件和软件时将不必要的设计去除掉,使同样面积的芯片上所能实现的性能更高。这样,在处理同样的应用程序时,可以运行更快,优势更强。第四,嵌入式操作系统在设计开发时,同时注重其具体的应用,使在开发操作系统时,能与具体应用更有机的结合在一起,可以顺应时代发展。所以,嵌入式的操作系统一旦进入市场,它的生命周期与市场认可度都会明显高于以前的操作系统。最后,在为了提高整个系统在运行时的速度,并且保证嵌入式系统的稳定性和可靠性,嵌入式操作系统的软件应该存储于自身的存储芯片上,而并非存储在外在的载体上。并且因为嵌入式操作系统其自身的开发性不强,因此其稳定性更强。

除此之外,计算机嵌入式操作系统有着极强的开放性和可伸缩性,同时具有一定的实时性,这种实时性可以应用于各种需要控制的设备中,而且嵌入式系统稳定性极强,交互性比较弱,所以在日常中为用户提供服务更加稳定。

三、传统嵌入式操作系统的缺点

传统的嵌入式操作系统,同样的操作系统往往要重复被操作者开发,造成资源的浪费;在功能和模版都得按照特定的环境来实现的,因此不能改变,并且传统的嵌入式操作系统没有提供标准的接口;开发周期相较于现在的嵌入式操作系统更加的长,因为每个项目基本上都需要重新进行开发,没有一个相对成熟的结构可以反复进行使用;有的地方因为受到电量的限制,使CPU在进行选择时也就有了一定的局限性。同时嵌入式设备所使用的操作系统由于不是通用的,而是专门应用于某一特定领域中,因此其指向性强,适用范围降低。

随着科技的不断进步与发展,微内核技术的出现,将操作系统模块化、灵活化推向了新的巅峰。应用可配置的操作系统在操作系统中的应用越来越广泛。我们所说的应用配置的操作系统主要是指操作系统可以根据用户的需求来设置出满足于特定的应用领域需求的操作系统或软件。这是通过对一些不必要的系统功能进行裁剪,从而获得更高的性能和更低的系统占用空间。因此,向嵌入式操作系统中加入软件构建,是符合于当今嵌入式操作系统的要求。

在嵌入型操作系统中若想找出一个符合于计算机使用的构件是比较困难的,大多数的用户只是了解自己使用的构件主要的功能是什么,具体的名称却不是很了解,因此在找出适合自己的构件是对使用者的一种考验,因此,将不同的构件进行一定的分类和检索可以使用户在查询自己所需的构件时更加方便快捷。

通过构件的组合形成的构件化的操作系统主要应该具备以下几个特征:操作系统的组成构建之间的连接主要应该是通过构件的接口来进行的,接口的功能与属性则决定了构件的功能与属性,从而起到了契合的作用;操作系统的组成构建除了要有其固定的接口之外,还要与各个部分相互协调。因此,在设计开发新的构件时,应该对其机理性能有充分的了解,才能设计出更好的嵌入式操作系统。

四、常见的嵌入式操作系统

根据操作系统的应用角度主要可以分为两大类:通用性嵌入式操作系统和专用型嵌入式操作系统。常见的通用型操作系统主要有Linux、VxWorks、Window s CE.net等,常见的专用型嵌入式操作系统则大多数为 Smart Phone、Pocket PC、Symbian等。

若按实时性分类,主要分为两大类:实时嵌入型操作系统和非实时嵌入型操作系统。实时嵌入式操作系统主要是针对于对其他计算机的控制或信息通信等领域的应用。例如Wind River公司开发的Vx Works、ISI的pSOS、QNX公司开发的QNX、ATI公司的Nucleus等等;而非实时嵌入操作系统主要是面向于大众所倾向的消费类的电子产品。这类产品主要是由以下几种构成,如PDA、常用的移动电话、接受电视数字信号的机顶盒、可提供图书资源的电子书以及Web Phone等。微软面向与广大手机用户的Smart Phone操作系统也属于非实时嵌入型操作系统。

国际上将嵌入式操作系统用于信息电器的种类繁多,大约为40种左右。但是由于Linux提供开放源代码,Linux系统的内核更为精简、效率高并且其自身的系统稳定,因此能充分的发挥硬件的功能,所以运行效率更高。常常被应用于政府机关、银行等高级办公场所。因此适合于在信息家电进行开发。例如中科红旗软件技术有限公司所开发研究的红旗嵌入式Linux,通过和美国的商网虎公司一起开发的基于X Linux的嵌入式操作系统“夸克”是目前世界上最小的Linux,因其具备体积小并且使用 GCS编码,使其在计算机领域被广泛使用。

嵌入式操作系统的种类很多,常见的嵌入式操作系统主要包括以下几种:Linux、UC Linux、WinCE、VxWorks、Window s CE.net、Smart Phone、Pocket PC、Symbian、pSOS、QNX、Nucleus等。

五、嵌入式操作系统在日常应用中的实现

众所周知,由于凹凸不平所带来的困扰,对于嵌入式开发工具的操作和技术的还尚不成熟是嵌入式系统进行开发时产生的困难的主要来源。而主机和目标机、操作系统体系结构是设计开发者在开发设计中将开发工具主要放在主机上,目标机上则是将操作系统的核心模块作为主要开发区域,而操作系统则又要支持跟踪和调试。因此,涉及开发者在开发过程中,可以先对应用软件先进行检测,并在目标机器上对操作系统进行检测,最后将整体的开发结果在主机上进行调试,使整个开发过程相较于以前变得更加简单,减少了时间上的耗费。

嵌入式操作系统在现实应用中做占据的领域相当广泛,根据不同的应用目的为出发点,便形成了具有不同功能和结构。因此,在设计开发时,应该注重其应用方向,设计出不同的功能、结构的嵌入式操作系统,这样便可以增加嵌入式的操作系统的实用性和灵活性,现在在设计操作系统时,增加模块化是如今操作系统的未来发展的总体趋势。具体实现的方法主要是通过将操作系统的核心功能进行独立,将其制作成可以拆卸的单独模块。

虽然当今的计算机领域已经达到了巅峰,软件开发的技术已经高度发达,但是对于一般的开发研究者而言,重新设计一个操作系统所需要的时间还是很长的,因此,为了减少操作系统所带来的冗杂的工作量,可以充分利用现如今已经有的资源,对其进行一系列的修改,从而降低了工作的难度。

因此,为了将以上的操作系统设计的步骤变得更加的简洁方便,就需要在设计时为用户提供一个较为实用的程序接口。通过上述的方式,便可以实现嵌入式操作系统,另外在设计嵌入式操作系统时,也仍是需要遵循以下几个原则:首先应该充分利用计算机相关的技术,使得设计者所设计出的操作系统的性价比更高;要结合操作系统,考虑到其与嵌入式操作系统的匹配性;在已经满足了嵌入式操作系统的功能后,要尽量将系统变得简单,这样便可以节约成本,也可以避免资源的浪费。

六、结束语

随着嵌入式操作系统在计算机领域的应用,其构造复杂化的不断增加,使得操作系统的重要性也在不断增加,进而便出现了嵌入式操作系统。嵌入式操作系统可以减少系统在开发时的工作量,从而大大提升了嵌入式系统的开发效率,同时让整个系统的科学性明显高于以前的操作系统。然而,尽管嵌入式的操作系统发展势头仍旧处于高峰,并具备一定的竞争优势,但是由于其自身技术的成熟性较低,因此,在整体的设计开发过程中,应该不断的更新自己的思路,不断总结经验和进行创新,为实现嵌入式操作系统在未来计算机领域可以有一片更好的天地。

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2012-03-06

黄良峰 (1977～),江苏省常州市人,江苏广播电视大学武进学院,高校讲师,硕士,研究方向:计算机嵌入式。