1、嵌入式系统 Embedded System,重庆大学光电工程学院,二、嵌入式实时操作系统,2/28,嵌入式实时操作系统,嵌入式实时操作系统概述OS、RTOS、Kernel、前后台系统、分层和模块化设计、微内核 操作系统原理任务管理、同步与通信、时钟管理、中断/异常管理、内存管理、I/O管理主流嵌入式操作系统uClinux、Windows CE、VxWorks、ucOS、Symbian ,3/28,嵌入式实时操作系统,I/O系统的主要功能 管理设备驱动程序 通过驱动程序地址表实现，表中存放了设备驱动程序的入口实现设备命名 实现方式：主/次设备号、设备名表、文件描述符向用户提供统一的调用 设备初始
2、化、打开、关闭、读、写 ,4/28,嵌入式实时操作系统,I/O访问的基本方法 直接I/O方法由CPU负责，采用轮询方式在机器内存与设备控制器中的数据寄存器间进行数据传送 中断驱动直接I/O方法消除设备驱动程序不断轮询设备控制器中的状态寄存器产生的开销 存储映射I/O利用设备编址简化访问接口 直接内存访问采用DMA（Direct Memory Access）控制器，能够直接从某个内存地址读取信息，无需CPU干预,5/28,嵌入式实时操作系统,设备调用 应用层可以通过设备名来使用设备I/O系统和驱动程序内部采用主/次设备号来操作设备I/O系统还需要提供将设备名映射到主/次设备号的方法，通常采用设备
3、名表采用文件描述符加快和统一设备访问,6/28,嵌入式实时操作系统,主设备号访问驱动程序地址表的索引，用于区别不同的驱动程序次设备号一个驱动程序可能管理多个同类设备，驱动程序内部用次设备号区别不同设备设备名表设备名表含有设备名、主设备号和次设备号等内容，实现设备名到主/次设备号的映射,7/28,嵌入式实时操作系统,文件描述符 应用程序如果每次都通过设备名使用设备并不方便，I/O系统采用文件描述符的机制简化这一过程用户打开设备后为设备分配一个文件描述符，以后对设备的操作都通过这个文件描述符进行把对设备的操作同对文件的操作统一起来,8/28,嵌入式实时操作系统,串口（Serial Port） 串口
4、类型 RS-232、RS-422、RS-485 USB（Universal Serial Bus） 常用RS-232串口设备Modem、串口打印机、仿真器、工业用板卡,9/28,嵌入式实时操作系统,通用异步收发报机（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter，UART） 将计算机内部的并行数据转换为输出的串行数据流；将计算机外部的串行数据转换为字节，供计算机内部使用并行数据的器件使用在输出的串行数据流中加入奇偶校验位；对从外部接收的数据流进行奇偶校验处理外部串行设备发出的中断信号处理计算机与外部串行设备的同步管理,10/28,嵌入式实时操作系统,文件
5、系统 通用文件系统 EXT/EXT2/EXT3 Linux普遍采用 FAT/FAT32（File Allocation Table） NTFS（New Technology File System） ReiserFS XFS 闪存文件系统（FFS） YAFFS（Yet Another Flash File System） 内存文件系统,11/28,嵌入式实时操作系统,闪存器件ROM（Read-Only Memory） PROM（Programmable ROM） EPROM（Erasable PROM） EEPROM（Electrically EEPROM）,12/28,嵌入式实时操作系统,N
6、OR闪存 XIP（eXecute In Place），芯片内执行，即应用程序可以直接在Flash闪存内运行主要应用在代码存储介质中，比如手机存储,13/28,嵌入式实时操作系统,NAND闪存 高存储密度，写入/擦除速度快，成本低适合纯数据存储和文件存储应用 Compact Flash Multi Media Card Secure Digital Memory Stick Smart Media Solid State Disk Intel Turbo Memory,14/28,嵌入式实时操作系统,用户图形界面 QT：从桌面系统移植过来，适合高端CPU MiniGUI：语言支持好，代码短小，容
7、易上手TCP/IP协议栈Java虚拟机嵌入式数据库,15/28,嵌入式实时操作系统,主流嵌入式操作系统 uClinuxWindows CEVxWorksuC/OS、 uC/OS-IISymbian,16/28,嵌入式实时操作系统,uClinuxPronounced “you-see-linux“, the name uClinux comes from combining the greek letter “mu“ and the English capital “C“. “Mu“ stands for “micro“, and the “C“ is for “controller“. The
8、 Linux/Microcontroller project is a port of Linux to systems without a Memory Management Unit (MMU). 内存管理单元（MMU）是处理器中用来管理虚拟存储器、物理存储器的控制线路，负责虚拟地址映射为物理地址，以及提供硬件机制的内存访问授权,17/28,嵌入式实时操作系统,uClinux 优点 不需要MMU支持，有利于降低硬件成本 良好的移植性 优秀的网络功能 多种文件系统的支持 标准丰富的API 免费、开源，符合GNU/GPL公约 缺点 实时性不佳 集成开发环境较为欠缺 版本较多，不统一，开发文档混
9、乱,18/28,嵌入式实时操作系统,GNU（GNUs Not Unix）自由软件之父 Richard Stallman 自由软件（Free Software） “Free software” is a matter of liberty, not price. To understand the concept, you should think of “free” as in “free speech”, not as in “free beer”. GNU Free software is a matter of the users freedom to run, copy, distri
10、bute, study, change and improve the software,19/28,嵌入式实时操作系统,自由是权利而不是价格如果你发布自由软件，不管是收费的还是免费的，你必须将你具有的一切权利给予你的接受者；你必须保证他们能收到或得到源程序；并且将这些条款给他们看，使他们知道他们有这样的权利自由软件没有担保如果由于其他某个人修改了软件，并继续加以传播。我们需要它的接受者明白：他们所得到的并不是原来的自由软件。由其他人引入的任何问题，不应损害原作者的声誉,20/28,嵌入式实时操作系统,自由版权许可证 GNU/GPL（General Public License） 当前最为通用
11、的开源许可协议 Copyleft（反版权） 知名开源项目：Linux、WordPress、MySQL、eMule、GSL（GNU Scientific Library）GNU/LGPL（Lesser General Public License） 宽通用公共许可证 LGPL允许在私有程序中使用该库，而GPL则只允许在自由软件中使用它 Copyleft,21/28,嵌入式实时操作系统,GNU/GPL The freedom to run the program, for any purpose The freedom to study how the program works, and ada
12、pt it to your needs. Access to the source code is a precondition for this The freedom to redistribute copies so you can help your neighbor The freedom to improve the program, and release your improvements to the public, so that the whole community benefits. Access to the source code is a preconditio
13、n for this,22/28,嵌入式实时操作系统,自由版权许可 BSD（Berkeley Software Distribution）没有实现“通透性”自由，也就是其不保证软件源代码开放的连续性MIT GNU vs BSD GPL有益于软件的解放，BSD则有益于人的解放 GPL确保软件的发展拥有比软件开发者更多的自由， 而BSD保了软件开发者拥有比软件的发展更多的自由,23/28,嵌入式实时操作系统,Windows CE,24/28,嵌入式实时操作系统,Windows CE的历史延革 Windows CE 1.0 Windows CE 2.0 Windows CE 3.0 Pocket P
14、C Windows CE.NET Windows CE.NET 4.2 Pocket PC/Smartphone 2003 Windows Embedded CE 5.0 Windows Mobile 5.0 Windows Embedded CE 6.0 Windows Mobile 6.0 Windows Embedded Compact,25/28,嵌入式实时操作系统,Windows CE 优点 优秀的图形界面 开发工具友好、完善 易于Windows程序员开发 功能完善，代码维护方便 Mobile2Market计划通过应用代码认证、Logo标志认证和市场推广过程，帮助开发者将应用程序推向
15、市场 缺点 开放程度有限 需要MMU支持，只适合于高端嵌入式处理器,26/28,嵌入式实时操作系统,VxWorks 优点 目前全球使用最广泛的强实时RTOS 开放式结构和对工业标准的支持，使得开发人员容易设计高效的嵌入式系统 集成开发环境Tornado功能强大 开发技术文档比较全面缺点 收费 图形用户界面支持稍差,27/28,嵌入式实时操作系统,ucOS 优点 最小内核可编译至2k，适合小型控制系统 实时性能优良 可扩展性强 开源、免费（商用需购买许可证）不足 uC/OS只是一个实时操作系统内核，它仅仅包含了任务调度，任务管理，时间管理，内存管理和任务间的通信和同步等基本功能，没有网络和文件系统支持 应用软件少,28/28,嵌入式实时操作系统,eCosBadaSymbianAndroid,
