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对当前嵌入式系统的浅析与比较
黄健
(乐山师范学院计算机科学与信息工程系
61
4400)
四川乐山
摘要:阚述了嵌入式系统的宝叉,基本概念。并且从硬件以及软件两方面阐述了嵌入式系统与其他系统不同的特性,以及对漉行
的嵌入式操作秉统的比较。
。
关键词:嵌入式系统嵌入式处理器微内核内存管理
文献标识码;A
中图分类号:TP27
文章编号:1672—379l(2008)03(b)一o109一ol
在微内核结构方面,大多数操作系统
发所需的应用程序。Palm 0S占有非常小
的内存,并且基于Palm 0S编写的应用程
序占用的空间也非常小。
在计算机、互联网和通信技术高速发
展的同时,嵌入武系统开发技术也迅速发
被划分为内核层和应用层两个层次。内核
层的功能是建立和管理进程、提供文件系
统,管理设备等,这些功能以系统调用方
式提供给用户。大多数嵌入式操作系统采
用了微内核结构i内核只提供基本的功
能,比如:任务的调度,任务之间的通信
与同步、内存管理等。其它的应用组件以
展。那么什么是嵌入式系统呢?比较精确
的定义是:lEEE的定义,嵌入式系统是”。
用于控制、监视或者辅助操作机器和设备
Windows
CE是微软开发的一个开放
的,可升级的32位嵌入式操作系统,是基
i
n—
于掌上型电脑类的电子设备操作。W
的装置”。大多数嵌入式系统包含硬件和
软件两部分:硬件架构上以嵌入式处理器
为中心,配置存储器,I/O设备。通信模
块等必要的外设。软件部分以软件开发平
台为核心,向上提供应用编程接口(API),
向下屏蔽具体硬件特性的板级支持包
dows
CE的图形用户界面很出色。与Win—
95/98,Windows NT不同的是,
dows
Windows
cE是所有源代码全部由微软自
系统进程或函数调用的方式工作。因而系
统都是可裁减的,用户可以根据自己的需
行开发的嵌入式新型操作系统。windows
要选用相应的组件。
CE具有模块化,结构化和基于Win32应用
程序接口以及与处理器无关等特点。
B
S
P。在整个嵌入式系统,硬件和软件紧
在任务调度方面,在嵌入式系统中,
任务即线程。大多数的嵌入式操作系统支
P
Linux是一个类似于Unix的操作系
统,现在已经是最为流行的一款开放源代’
码的操作系统。Linux系统不仅能够运行
密配合,共同完成任务。
对于嵌入式系统,在硬件方面,最重
要最核心的部分是处理器部分,而对于嵌
入式处理器可以分为:嵌入式微处理器、
嵌入式微控制器,嵌入式DsP处理器,嵌
入式片上系统。
持多任务。多任务运行的实现靠C U在多
个任务之间切换,调度。每个任务都有其
优先级,不同的任务优先级可能相同也可
能不同。任务的调度有三种方式:可抢占
式调度,不可抢占式调度和时间片轮转调
度。目前,大多数嵌入式操作系统对不同
优先级的任务采用基于优先级的抢占式调
于P
C平台,还在嵌入式系统方面应用广
ux系统有RT—
泛。典型的嵌入式Lin
Linux。这是由美国墨西哥理工学院开发
嵌入式微处理器的基础是通用计算机
中的CPU。在应用中,一般是将微处理器
装配在专门设计的电路板上,在母板上只
保留和嵌入式相关的功能即可,这样可以
满足嵌入式系统体积小和功耗低的要求。
目前的主流嵌人式处理器主要包括:
PowerPC、ARM系列等等。
的嵌入式Linux操作系统。到目前为止,
RT—Linux已经成功地应用于航天飞机的
度法,对相同优先级的任务则采用时间片 .空间数据采集,科学仪器测控和电影特技
图像处理等广泛领域。RT—Linux具有精
巧的内核,并把标准的Linux核心作为实
轮转调度法。’
在实时性方面,有些嵌入式系统对时
间的要求较高,称之为实时系统。其中,实
时系统又分为硬实时系统和软实时系统。
在实时系统中,如果系统在指定的时间内
未能实现某个确定的任务,会导致系统的
全面失败,则系统被称为硬实时系统。而
在软实时系统中,虽然响应时间同样重
要,但是超时却不会导致致命错误。在实
时系统中,对于内存管理方面,与其他操
作系统不同的是,不采取虚拟内存技术,
所以开发人员要考虑系统的内存管理。
在内核加载方面,嵌入式操作系统内
核可以在Flash上直接运行,也可以加载
到内存中运行。F1ash的运行方式,是把内
核的可执行映像烧写到Flash上,系统启
动时从Fla sh的某个地址开始执行。这种
方法实际上是很多嵌入式系统所采用的方
法。内核加载方式是把内核的压缩文件存
放在F1ash上,系统启动时读取压缩文件
在内存里解压,然后开始执行。
时核心的一个进程,同用户的实时进程一
起调度。这样对Linux内核的改动非常小,
并且充分利用了Linux下现有的丰富的软
嵌入式微控制器又称为单片机,它将
.
CP
件资源。
U、存储器和其它外设封装在同一片集
Palm 0S、Windows CE、Linux这三
成电路里,常见的有805l。目前的805l单
片机不但在科研中,也在高校教学中应用
广泛。
种嵌入式操作系统各有不同的特点,不同
OS和Windows
的用途;但Linux比Palm
嵌入式DSP处理器(Digital Signal
Processor)专用于数字信号处理,对系统结
构和指令进行了特殊设计,使其适合于执
行DsP算法,编译效率较高,指令执行速
度也较高。’主要应用在数字滤波、FFT,谱
分析,图像处理的分析等领域。嵌入式
DSP处理器比较有代表性的产品是Texas
Instruments的TMS320系列和Motorola的
DSP56000系列。
CE更小、更稳定,而且Linux是开放的OS,
在价格上极具竞争力,它的一系列特征能
为我们开发嵌入式系统提供方便。
综上所述,我们可以看到嵌入式系统
是将先进的计算机技术,半导体技术以及
电子技术与各个行业的具体应用相结合的
产物,也是一个技术密集,不断创新的知
识集成系统。现在,嵌入式系统的设计技
术由于实际应用需求和I T新技术的推动,
有了很大的发展,同时也有更多的挑战。
On
嵌入式片上系统(System
chip),嵌
入式系统设计到单个的硅片上,称为片上
On
参考文献
【l】周立功,等.ARM嵌入式系统基础教程
系统System
Chip(SOC)。SOC可以分
为通用和专用两类。通用系列包括
而现在,对嵌入式系统的开发,常见
的嵌入式操作系统有:Palm 0S,Windows
CE、Linux,以下是对他们的分析比较:
Infineon的TriCore,Motorola的M—Core
【M】.北京航空航天大学出版社,2005.
【2】马忠梅,等ARM嵌入式处理器结构与
应用基础【M】.北京航空航天大学出版
社,2002.
等。专用s0C一般专用于某个或某类系统
中。一个有代表性的产品是Philips的Smart
XA。
Palm
OS是一种32位的嵌入式操作系
统。Palm 0S是一套专门为掌上电脑开发
的0S。PaIm产品的最大特点是使用简便、
机体轻巧。Palm提供了串行通信接口和红
外线传输接口,利用它可以方便地与其它
从软件方面来看,对于嵌入式系统来
讲,首先重要的是操作系统,与其他操作
系统不同的特性在于:微内核结构,任务
调度,实时性,内存管理,内核加载方式。
以下是对这几点的分析:
[3】张雄伟,等.DSP芯片的原理与开发应用
fMl.电子工业出版社,2003.
【4】沈文斌.嵌入式硬件系统设计与开发实
S
外部设备通信,传输数据;拥有开放的0
例详解【M】.电子工业出版社,2005.
应用程序接口,开发商可根据需要自行开
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