郭 杰

（西安航空學(xué)院 計(jì)算機(jī)學(xué)院，陜西 西安 710077）

計(jì)算機(jī)嵌入式操作系統(tǒng)分析

郭 杰

（西安航空學(xué)院 計(jì)算機(jī)學(xué)院，陜西 西安 710077）

隨著嵌入式操作系統(tǒng)的快速發(fā)展，其整體構(gòu)造也在不斷地復(fù)雜化，因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)不斷復(fù)雜導(dǎo)致操作系統(tǒng)的重要性日益突出，由此產(chǎn)生了嵌入式操作系統(tǒng)。在計(jì)算機(jī)中嵌入式操作系統(tǒng)的出現(xiàn)和應(yīng)用可以有效降低系統(tǒng)在開(kāi)發(fā)工作中的工作量，這樣不僅能夠有效提高整體操作系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)效率，同樣也提高了整個(gè)系統(tǒng)的科學(xué)性。文章主要對(duì)嵌入式操作系統(tǒng)相關(guān)理論進(jìn)行了分析。

嵌入式系統(tǒng)；嵌入式操作系統(tǒng)；計(jì)算機(jī)

隨著現(xiàn)代技術(shù)的快速發(fā)展，計(jì)算機(jī)嵌入式系統(tǒng)發(fā)展更加復(fù)雜，操作系統(tǒng)的重要性日益突出，在這種背景下基于現(xiàn)代技術(shù)的嵌入式操作系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。從當(dāng)前主流的計(jì)算機(jī)嵌入式操作系統(tǒng)來(lái)看，系統(tǒng)包括系統(tǒng)內(nèi)核、標(biāo)準(zhǔn)化瀏覽器以及底層驅(qū)動(dòng)軟件等重要部分。本文在研究中分析了計(jì)算機(jī)嵌入式系統(tǒng)相關(guān)理論，并研究了計(jì)算機(jī)嵌入式操作系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)。

1 嵌入式操作系統(tǒng)的發(fā)展

隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，通過(guò)與先進(jìn)技術(shù)相結(jié)合，計(jì)算機(jī)嵌入式操作系統(tǒng)日益完善，功能日益強(qiáng)大，從嵌入式操作系統(tǒng)的發(fā)展歷史來(lái)看，其先后經(jīng)歷了4個(gè)階段：

在計(jì)算機(jī)嵌入式系統(tǒng)發(fā)展的第一個(gè)階段，系統(tǒng)沒(méi)有嵌入算法，并且系統(tǒng)是以單芯片控制組片作為核心的。在這一階段計(jì)算機(jī)嵌入式操作系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，并且系統(tǒng)的功能也十分少，在工作時(shí)工作效率比較低，并且控制系統(tǒng)的存儲(chǔ)容量很小，幾乎沒(méi)有任何用戶接口。

第二階段的計(jì)算機(jī)嵌入式操作系統(tǒng)主要是嵌入CPU作為重要的基礎(chǔ)，在這一階段嵌入式操作系統(tǒng)的種類比較多，但是操作系統(tǒng)的通用性十分差。在具體工作中一些處理機(jī)處于過(guò)載的狀態(tài)，而其他的處理機(jī)則處于輕載狀態(tài)。將過(guò)載的處理機(jī)當(dāng)中的任務(wù)轉(zhuǎn)到處于空閑狀態(tài)中的處理機(jī)，其根本目標(biāo)是為了能夠提高系統(tǒng)的整體運(yùn)行性能。

第三階段指的是通用的計(jì)算嵌入式操作系統(tǒng)階段。這一階段的嵌入式計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)根據(jù)其調(diào)度策略選擇的不同，性能評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)可以被分為動(dòng)態(tài)和靜態(tài)兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。其中動(dòng)態(tài)標(biāo)準(zhǔn)指的主要是高性能的任務(wù)的平均等待時(shí)間和相應(yīng)時(shí)間；靜態(tài)標(biāo)準(zhǔn)指的主要是處理機(jī)中的負(fù)載處于平衡狀態(tài)中。

在第四個(gè)階段，是以Internet作為基礎(chǔ)的嵌入式操作系統(tǒng)。在第四個(gè)階段，嵌入式操作系統(tǒng)發(fā)展迅速。從目前的實(shí)際情況來(lái)看，很多計(jì)算機(jī)嵌入系統(tǒng)還孤立于Internet之外，負(fù)載量的大小決定在某一處理機(jī)當(dāng)中的執(zhí)行性能和響應(yīng)時(shí)間。當(dāng)前主流的嵌入式操作系統(tǒng)，其中包括QNX，Symbian，W inCE等等。

2 計(jì)算機(jī)嵌入式操作系統(tǒng)的特點(diǎn)分析

計(jì)算機(jī)嵌入式操作系統(tǒng)和傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)相比其主要特點(diǎn)體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

首先，計(jì)算機(jī)嵌入式操作系統(tǒng)在其開(kāi)發(fā)中有具體的應(yīng)用方向，是為了滿足具體的需要。在計(jì)算機(jī)嵌入式操作系統(tǒng)當(dāng)中，其CPU相對(duì)一般的、通用的CPU指定了用戶的類型，這樣使CPU的針對(duì)性更強(qiáng)，更能夠滿足用戶的需求。嵌入式操作系統(tǒng)整體功耗低、體積也十分小，因此也可以將嵌入式操作系統(tǒng)當(dāng)中大部分板卡設(shè)計(jì)到一個(gè)十分小的芯片上，這樣使得其占據(jù)的空間更小，也方便了對(duì)其進(jìn)行移動(dòng)，還可以有效增強(qiáng)操作系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)的耦合性。其次，嵌入式操作系統(tǒng)融合多種技術(shù)，其中不僅包含相關(guān)技術(shù)，同時(shí)也有半導(dǎo)體和電子技術(shù)，通過(guò)將計(jì)算機(jī)技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)和電子技術(shù)相互融合，能夠確保系統(tǒng)具有很強(qiáng)的應(yīng)用性。再次，在進(jìn)行計(jì)算機(jī)嵌入式操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，必須要保證系統(tǒng)軟硬件部分有很好的效率。為了提高系統(tǒng)軟硬的效率，在進(jìn)行具體設(shè)計(jì)的過(guò)程中需要將不必要內(nèi)容全部去除，這樣不僅可以提高對(duì)芯片空間的使用效率，還能保證系統(tǒng)整體性能的提升。在具體工作的過(guò)程當(dāng)中，由于系統(tǒng)具有更高的運(yùn)行效率，速度更快，因此有更強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。第四，在進(jìn)行計(jì)算機(jī)嵌入式操作系統(tǒng)研發(fā)時(shí)，要認(rèn)真分析系統(tǒng)的具體功能和作用，這樣在進(jìn)行系統(tǒng)開(kāi)發(fā)時(shí)，才能將多種功能有效的糅合在一起，從而使系統(tǒng)的適用性更強(qiáng)。最后，嵌入式操作系統(tǒng)在工作的過(guò)程，為了提高系統(tǒng)的整體性能，需要將計(jì)算機(jī)嵌入式操作系統(tǒng)的軟件部分存儲(chǔ)在自身的存儲(chǔ)芯片當(dāng)中，不能將其設(shè)計(jì)在外在的載體上，如此設(shè)計(jì)可以提高整個(gè)系統(tǒng)的可靠性以及其穩(wěn)定性。

從當(dāng)前計(jì)算機(jī)嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn)來(lái)看，系統(tǒng)具有很強(qiáng)的開(kāi)放性和伸縮性，并且實(shí)時(shí)性也比較好，這種實(shí)時(shí)性可以應(yīng)用到各種需要控制的設(shè)備當(dāng)中，同時(shí)由于嵌入式操作系統(tǒng)的穩(wěn)定性比較強(qiáng)，交互性相對(duì)比較弱，這就確保了系統(tǒng)可以為其使用者提供穩(wěn)定的服務(wù)。

3 嵌入式操作系統(tǒng)分類

嵌入式系統(tǒng)是為了實(shí)現(xiàn)功能進(jìn)行開(kāi)發(fā)的，系統(tǒng)在具體工作的過(guò)程當(dāng)中，如果沒(méi)有在預(yù)定的時(shí)間內(nèi)完成任務(wù)，那么這一系統(tǒng)則是硬實(shí)時(shí)系統(tǒng)。軟實(shí)時(shí)系統(tǒng)中，雖然響應(yīng)的時(shí)間也很重要，但即使是系統(tǒng)超過(guò)了時(shí)間也不會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的錯(cuò)誤。目前，嵌入式操作系統(tǒng)門(mén)類不斷增多，應(yīng)用范圍日益廣泛，也更加先進(jìn)，但是從整體上看可以將嵌入式系統(tǒng)商用、專用以及開(kāi)放系統(tǒng)3大類。

3.1 商用系統(tǒng)

供商業(yè)使用的操作系統(tǒng)整體功能比較多，其輔助的工具也比較齊全，當(dāng)前商用嵌入式操作系統(tǒng)的應(yīng)用范圍十分廣泛。在眾多的商用嵌入式操作系統(tǒng)當(dāng)中，比較著名的有W indows，Hopen等等。

3.2 專用系統(tǒng)

專用系統(tǒng)是相關(guān)公司根據(jù)本公司生產(chǎn)的產(chǎn)品制作的專門(mén)的嵌入式操作系統(tǒng)，該系統(tǒng)一般是不對(duì)用戶公開(kāi)的。專用嵌入式操作系統(tǒng)的針對(duì)性雖然強(qiáng)，并且同商用系統(tǒng)相比其可靠性更好，但是專用嵌入式操作系統(tǒng)的具體功能比較弱。

3.3 開(kāi)放系統(tǒng)

開(kāi)放式系統(tǒng)是最近幾年發(fā)展起來(lái)的操作系統(tǒng)。從整體上看具有功能簡(jiǎn)單、技術(shù)支持、系統(tǒng)穩(wěn)定比較差，但是對(duì)實(shí)時(shí)任務(wù)卻能夠提供有效支持。在進(jìn)行開(kāi)放式嵌入操作系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)和設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)開(kāi)發(fā)工作人員提出了比較高的要求。

4 計(jì)算機(jī)嵌入式操作系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，適用于各種情況的嵌入式操作系統(tǒng)層出不窮，不同系統(tǒng)的特點(diǎn)存在有很大的差距。在進(jìn)行嵌入式操作系統(tǒng)研究的過(guò)程中，加強(qiáng)對(duì)已有系統(tǒng)的分析和研究工作，能夠使系統(tǒng)開(kāi)發(fā)更加順利，可以有效避免系統(tǒng)開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的問(wèn)題。

4.1 主機(jī)、目標(biāo)機(jī)的體系結(jié)構(gòu)

在當(dāng)前的操作系統(tǒng)開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)工作當(dāng)中，主機(jī)和目標(biāo)機(jī)方法是一種常見(jiàn)的應(yīng)用方法。在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，采用凹凸及方法會(huì)因?yàn)楣ぞ呷狈?dǎo)致無(wú)法進(jìn)行掌控，這無(wú)疑增加了系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的難度。在系統(tǒng)開(kāi)發(fā)時(shí)，如果主機(jī)、目標(biāo)機(jī)選擇將開(kāi)發(fā)的工具放在主機(jī)上，在目標(biāo)機(jī)上放操作系統(tǒng)和核心模塊，目標(biāo)機(jī)上操作系統(tǒng)提供對(duì)跟蹤調(diào)試進(jìn)行支持的手段。這樣，設(shè)計(jì)者就能夠在目標(biāo)機(jī)上對(duì)嵌入式操作系統(tǒng)和相關(guān)應(yīng)用軟件進(jìn)行運(yùn)行，開(kāi)發(fā)和調(diào)適就可以通過(guò)主機(jī)進(jìn)行，這樣可以使嵌入式操作系統(tǒng)變得更加簡(jiǎn)單。

4.2 劃分模塊

當(dāng)前嵌入式系統(tǒng)在諸多領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，根據(jù)不同的應(yīng)用目的，期功能和結(jié)構(gòu)也存在明顯差異。因此，在進(jìn)行操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)需要以應(yīng)用目的為基礎(chǔ)，對(duì)其功能和結(jié)構(gòu)進(jìn)行仔細(xì)劃分，增強(qiáng)操作系統(tǒng)針對(duì)性和靈活性。目前，增強(qiáng)操作系統(tǒng)的模塊性是嵌入式操作系統(tǒng)發(fā)展的一個(gè)重要的方向。其具體的實(shí)施方法主要是將嵌入式操作系統(tǒng)中的一些核心的功能獨(dú)立出來(lái)，將其設(shè)計(jì)成獨(dú)立的方便拆卸的模塊。

4.3 加強(qiáng)對(duì)現(xiàn)有資源的管理

雖然，在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的支撐下進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)有多便利，但是要重新設(shè)計(jì)一個(gè)新的系統(tǒng)其花費(fèi)的時(shí)間仍舊比較長(zhǎng)。為了有效節(jié)省系統(tǒng)開(kāi)發(fā)時(shí)間，節(jié)省系統(tǒng)開(kāi)發(fā)成本，在進(jìn)行軟件開(kāi)發(fā)和設(shè)計(jì)時(shí)，要加強(qiáng)對(duì)已有的系統(tǒng)資源的利用，將適用的資源應(yīng)用到系統(tǒng)開(kāi)發(fā)工作當(dāng)中不僅能夠節(jié)省時(shí)間，還能使開(kāi)發(fā)的系統(tǒng)適用性更強(qiáng)。

4.4 制訂科學(xué)的API標(biāo)準(zhǔn)

在進(jìn)行嵌入式操作系統(tǒng)具體開(kāi)發(fā)時(shí)，為了保證設(shè)計(jì)的系統(tǒng)的透明性和無(wú)關(guān)性，滿足使用者的具體需求，在進(jìn)行系統(tǒng)開(kāi)發(fā)和設(shè)計(jì)時(shí)必須認(rèn)真考慮用戶提供的標(biāo)準(zhǔn)和API，這樣才能增強(qiáng)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的針對(duì)性，滿足用戶實(shí)際需要。在進(jìn)行操作系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，為了保證系統(tǒng)整體性能還需要在設(shè)計(jì)的過(guò)程中嚴(yán)格遵循以下原則：在進(jìn)行操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)要利用最新的相關(guān)計(jì)算機(jī)技術(shù)，保證整個(gè)系統(tǒng)的性價(jià)比會(huì)更高；在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)要保證設(shè)計(jì)的系統(tǒng)和操作系統(tǒng)之間匹配性良好；在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)的過(guò)程中在保證各項(xiàng)功能的基礎(chǔ)上，要保證設(shè)計(jì)精簡(jiǎn)，節(jié)約系統(tǒng)開(kāi)發(fā)成本。

5 結(jié)語(yǔ)

目前，隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的不斷更新、變革，在進(jìn)嵌入式操作系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)中需要充分和現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)以及通信技術(shù)結(jié)合起來(lái)，努力促進(jìn)計(jì)算機(jī)硬件設(shè)備的不斷進(jìn)步。從整體上看，嵌入式操作系統(tǒng)在計(jì)算機(jī)當(dāng)中發(fā)揮著十分重要的作用，只有根據(jù)時(shí)代發(fā)展的需要，不斷將最新的技術(shù)融入嵌入式操作系統(tǒng)的設(shè)計(jì)當(dāng)中，才能對(duì)系統(tǒng)功能進(jìn)行不斷優(yōu)化，才能適應(yīng)新的需要。

[1]許四平.計(jì)算機(jī)嵌入式操作系統(tǒng)初探[J].電子技術(shù)與軟件工程，2015（10）：205-206.

[2]黃良峰.計(jì)算機(jī)嵌入式操作系統(tǒng)研究[J].吉林廣播電視大學(xué)學(xué)報(bào)，2012（5）：128-129.

[3]張曉瑩.計(jì)算機(jī)嵌入式操作系統(tǒng)初探[J].信息與電腦（理論版），2012（3）：32-35.

[4]孫瑞.淺析計(jì)算機(jī)嵌入式操作系統(tǒng)[J].科技資訊，2012（21）：15.

Analysis on the embedded operating system of computer

Guo Jie
（Computer College of Xi’an Aeronautical University, Xi’an 710077, China）

W ith the rapid development of embedded operating system, the overall structure constantly becomes complicated. More and more complex structure makes the operating system become increasingly important, so the embedded operating system comes into being. Ιn the computer, the appearance and application of the embedded operating system can effectively reduce the workload of the system in its development process, which not only can effectively improve the development efficiency of the whole operating system, but also strengthen the scientific nature of the whole system. The paper w ill mainly analyze the relative theories of the embedded operating system.

embedded system; embedded operating system; computer

郭杰（1980— ），男，陜西西安，碩士研究生，工程師；研究方向：計(jì)算機(jī)硬件課程嵌入式于網(wǎng)絡(luò)教學(xué)。