解析嵌入式操作系统介绍以及选型原则

朱帅

摘 要 嵌入式操作系统的适用范围是应用性计算机系统。它本身就拥有着软件代码小和响应快速这些特质，并且在现实化的多任务体系内有效地给予应用。文章通过对一些基础性的嵌入式操作系统的介绍来提出选型的原则。

【关键词】嵌入式系统 系统介绍 选型原则

作为嵌入式系统当中最核心的重要部分，嵌入式操作系统主要包括着底层驱动，如设备驱动接口、图形界面和系統内核等硬件组成部分。嵌入式操作系统相比通用操作系统，在应用方面具有软件固态化、系统高效化、专业性等优势。嵌入式操作系统可以将通用操作系统的优点有效融合，通过有效管理和虚拟化硬件的复杂性系统资源，为开发人员移植、维护驱动程序提供驱动程序、库函数及应用程序等，降低了难度。

1 嵌入式操作系统的发展阶段

嵌入式操作系统主要经历嵌入算法、基于嵌入式CPU的嵌入式系统、嵌入式实时操作系统和嵌入式快速发展时期四个阶段。在不同的发展阶段具有不同的特点。

嵌入算法阶段的主要特征表现为无操作系统，常用于具有较强专业性的工业控制系统，嵌入算法拥有伺服、检测、指示设备等功能操作系统，主导是单芯片，可编程控制器形式。嵌入算法具有经过汇编语言编程既能直接操控，运行完毕后将内存清除的优点。嵌入算法的缺点即系统结构与功能相对单一，储存容量低，处理效率不高，且无用户接口。

在基于嵌入式CPU阶段，嵌入式系统较为简单，其具有CPU多见、类型多样的特点，嵌入式CPU系统的优点是效率高、开销不大，但在通用性比方面较弱；通常安装系统仿真器，操作系统兼容性、扩展性较好；应用软件相对较为专业，但用户界面不佳；系统多用以监控系统负载或程序运行。

在嵌入式实时操作系统阶段，多以嵌入式操作系统为主，其功能有管理文件、多任务、设备支持、图形窗口等。嵌入式实时操作系统具有程序接口（APL）和且嵌入式应用软件多样的特点。嵌入式实时操作系统可运行各类微处理器，其优点有兼容性良好、系统内核精湛、效率极高，有著良好的模块化与扩展性；

在嵌入式快速发展时期，其多数是以Internet为支撑，在Internet技术快速的发展和嵌入式设备与Internet的融合下，嵌入式技术将会得到更快的发展。

2 常见的嵌入式操作系统比较

2.1 VxWorks

VxWorks操作系统，是由美国WindRiver公司在1983年设计研发的，其作为嵌入式实时操作系统（RTOS），它是Tomado嵌入式开发的核心部分，在嵌入式操作领域较为熟悉。 VxWorks操作系统具有微内核结构可裁剪性、任务管理效率高、通讯灵活、操作系统支持TCP、IP等网络协议和物理介质，也符合POSIX1003.1b的实时扩展。VxWorks操作系统存在价格高，其价格通常高于10万RMB，同时操作系统开发环境为专有，且支持硬件少的缺点。

2.2 windows CE

windows CE、windows 系列兼容性较好，这也为windows CE得推广提供条件。WinCE3.0是以小容量、智能化、32位为主的实时嵌入式操作系统。为构建移动应用服务平台，操作系统内核需200KB以上的ROM。介于嵌入式产品成本、体积等严格要求，需尽量控制处理器所占空间，而嵌入式操作系统在小内存中运行（ROM或者是快闪存储器），对操作系统效率和规模要求较高。windowsCE在开放源代码，应用开发人员定制产品方面存在弊端，其效率低，功耗大，占用内存多，需要版权许可费。

2.3 嵌入式Linux

Internet时代，卓越的网络功能极为关键。嵌入式Linux的显著特征是源代码公开并且遵守GPL协议，Linux自身拥有稳定、内核精悍、运行占用少和支持多硬件的优点，根据IDG的预测，未来年嵌入式操作系统的核心有可能是嵌入式Linux，占50。介于源代码公开后，能够满足各自应用需求，人们也能自行修改和查错。但嵌入式Linux为了保证Linux体系的实时性能，需要添加实时软件模块，。

2.4 μc/os-Ⅱ

公开源代码的实时内核的为μc/os-Ⅱ，μc/os-Ⅱ为嵌入式专用设计，适合8位、16位与32位单片机等。μc/os-Ⅱ的公开源代码，为移植操作系统提供了便利；源代码为C语言编写，具有可移植性、可固化、可剪裁性、占先式；μc/os-Ⅱ在运行状态下优先级最佳任务和多任务，也可管理不同优先级别的64个任务、函数服务；μc/os-Ⅱ调用执行时间易确定、实用性，在此方面已有成功的案例。但μc/os-Ⅱ仅为实时内核，只能为用户提供某些API函数接口，其它工作需由用户自行完成。

3 嵌入式操作系统的选型原则

3.1 可移植性

在开发嵌入式软件的时候，应该着重考虑可移植性。一款软件，在移植性方面相对较好，就能在不同的平台和系统上运行，无关于操作系统。软件在通用性和性能方面往往是矛盾的，通用性以损失常常以软件的某些优化性能作为代价。在实际中，开发适用于某些特定环境的嵌入式浏览器，频率较小。在产品与操作系统结合的情况下，其软件通常能发挥产品自身特色。

3.2 可利用资源

在操作系统选型时，可利用资源被放在首位。产品开发宗旨是在保证质量、降低成本的基礎上，认真研发产品特色，并由操作系统或第三方添加其它功能，从而不断推出用户需要的产品。Linux与WinCE的优势为有很多资源被利用。但部分实时操作系统具有相对封闭的缺陷，很多功能都需要自行开发，这就使开发进度变缓。因此，可利用资源应作为选择嵌入式系统时的重点。

3.3 系统定制能力

用户对信息产品的需求各异，所以系统必须要具有良好的定制能力，产品应该着重抓住系统底层的变动需求，充分展现产品的自身特色。源代码开放的linux系统，在系统定制方面有着先天性的优势。而原来较为封闭的wince系统也随着时间的不断推移，慢慢的也面向用户开放了自己的源代码、在嵌入式领域微软的加入，在定制系统的能力上有了显著的提升。

3.4 开发成本

操作系统选型首先要考虑成本问题，Linux免费、wince等需要缴纳许可证费，这并非问题的答案，操作系统的成本必须综合考虑系统选型后在硬件设备、培养人才和管理公司等方面的影响，只有权衡各因素的厉害关系后进行选型，才能保证其系统的长久稳定性。

4 结论

通过对以上操作系统的比较分析，可以得出嵌入式系统类型多样，且都有着各自的优缺点。在实际应用中，我们应根据不同的条件和要求，选择相应的操作系统，简化开发程序，研发出更好的嵌入式系统。

文献参考

[1]张湘，肖建.嵌入式系统和嵌入式操作系统[Z].中国机电一体化网，2012.

[2]王田苗.嵌入式系统设计与实例分析[M].北京：清华大学出版社，2003.

作者单位

成都理工大学信息科学与技术学院 四川省成都市 610059