三种嵌入式操作系统的分析与比较

专题论述‘１５‘三种嵌入式操作系统的分析与比较重庆三峡学院摘要介绍三种常用的嵌入式操作系统熊Ｐａｌｍ江ｏｓ、ｗｌｎｄｏｗｓＣＥ、Ｌｉｎｕ。；在此基础上，分析、比较这三种嵌入式操作系统，给由它们之间的异同点厦各自的适用范围。关键词嵌入式系统嵌入式操作系统Ｐａｌｍ。ｓ１嵌入式系统与嵌入式操作系统１１嵌入式系统嵌入式系统是以嵌入式计算机为技术核心，面向用户、面向产品、面向应用，软硬件可裁减的，适用于对功能、可靠性、成本、体积、功耗等综合性能有严格要求的专用计算机系统。嵌Ａ式系统应具有的特点是：高可靠性；在恶劣的环境或突然断电的情况下，系统仍然能够正常工作；许多嵌入式应用要求实时性，这就要求嵌入式操作系统具有实时处理能力；嵌入式系统和具体应用有机地结台在一起，它的升级换代也是和具体产品同步进行；嵌入式系统中的软件代码要求高质量、高可靠性，一般都固化在只读存储器中或闪存中，也就是说软件要求筒态化存储，而不是存储在磁盘等载体中。１２嵌入式操作系统嵌人式操作系统Ｅｏｓ（ＥｍｂｅｄｄｅｄＯｐｅｒａｔｉｎｇｓｙｓｔｅｍ）是一种用途广泛的系统软件，过去它主要应用于工业控制和国防系统领域。ＥｏＳ负责嵌入系统的全部软、硬件资源的分配、调度工作，控制、协调并发活动；它必须体现其所在系统的特征，能够通过装卸某些模块来达到系统所要求的功能。目前，已推出一些应用比较成功的ＥＯｓ产品系列。随着Ｉｎｔｅｒｎｅｔ技术的发展、信息家电的普及应用及ＥＯＳ的微型化和专业化，Ｅ０ｓ开始从单一的弱功能向高专业化的强功能方向发展。嵌入式操作系统在系统实时高效性、硬件的相关依赖性，软件固态化以及应用的专用性等方面具有较为突出的特点。Ｅ０ｓ是相对于一般操作系统而言的，它除具备了一般操作系统最基本的功能，如任务调度、同步机制、中断处理、文件功能等外，还有以下特点：①可装卸性。开放性、可伸缩性的体系结梅。②强实时性。ＥＯＳ实时性一般较强，可用于各种设备控制当中。万方数据ｗ幽５ｃＥ№丁Ｐ；伯Ａ③统一的接口。提供各种设备驱动接口。④操作方便、简单、提供友好的图形ＧｕＩ，图形⑤提供强大的网络功能，支持ＴｃＰ／ＩＰ协议及＠强稳定性，弱交互性。嵌入式系统一旦开始⑦固化代码。在嵌人系统中，嵌入式操作系统⑧更好的硬件适应性，也就是良好的移植性。国际上用于信息电器的嵌入式操作系统有４０种Ｏｓ，全球占有份额达ＣＥ不过２９％。在０ｓ更以８０％的占有率远超ｗｉｎ—ｃＥ。开放源代码的Ｌｉｎｕｘ很适于做信息家电三种常用的嵌入式操作系统１ＰａＩｍＯＳＰａｌｍ是３ｃｏｍ公司的产品，其操作系统为Ｐａｌｍｏｓ是一种３２位的嵌入式操作系统。界面，追求易学易用。其它协议，提供ＴｃＰ／ｕＤＰ／ＩＰ／ＰＰＰ协议支持及统一的ＭＡｃ访问层接口，为各种移动计算设备预留接口。运行就不需要用户过多的干预，这就要负责系统管理的Ｅ０ｓ具有较强的稳定性。嵌入式操作系统的用户接口一般不提供操作命令，它通过系统调用命令向用户程序提供服务。和应用软件被固化在嵌入式系统计算机的ＲＯＭ中。辅助存储器在嵌入式系统中很少使用，因此，嵌入式操作系统的文件管理功能应该能够很容易地拆卸，而用各种内存文件系统。左右。现在，市场上非常流行的Ｅｏｓ产品，包括３ｃｏｍ公司下属子公司的ｐａｌｍ５０蹦，ＭｉｃｒｏｓｏｆＩ公司的Ｗｉｎｄｏｗｓ美国市场，ＰａＩｍｄｏｗｓ的开发。比如：中科红旗软件技术有限公司开发的红旗嵌入式Ｌｉｎｕｘ和美商网虎公司开发的基于ｘ“ｎｕｘ的嵌人式操作系统“夸克”。“夸克”是目前全世界最小的Ｉ，ｉｎｕｘ，它有两个很突出的特点，就是体积小和使用ＧＣＳ编码。２２ＯＳ。ＰａｌｍＰａＩｍ提供了串行通信接口和红外线传翰接口，利用．１６．《单片机与嵌＾式系统应用》２００３合订车ｆ１～６）它可以方便地与其它外部设备通信、传输数据；据有开放的（）ｓ应用程序接口，开发商可根据需要自行开发所需的应用程序。Ｐａｌｍ０ｓ是一套具有极强开放性的系统，现在有大约数千种专门为Ｐａｌｍ０ｓ编写的应用程序，从程序内容上看，小到个人管理、游戏，大到行业解决方案，ＰａｌｍＯｓ无所不包。在丰富的软件支持下，基于ＰａｌｍＯＳ的掌上电脑功能得以不断扩展。Ｐａｌｍ（】ｓ是一套专门为掌上电脑开发的ｏｓ。在编写程序时，ＰａｌｍＯｓ充分考虑了掌上电脑内存相对２２ＷｉｎｄＯｗｓＣＥｗｌｎｄ。ｗｓＣＥ是微软开发的一个开放的、可升级的３２位嵌入式操作系统，是基于掌上型电脑类的电子设备操作系统。它是精简的ｗｌｎｄｏｗｓ９５。ｗｉｎ—ｄｃ肿ｃＥ的图形用户界面相当出色。其中【：Ｅ中的ｃ代表袖珍（ｃｏｍｐａｃｔ）、消费（ｃ（ＪⅡｓｕｍｅｒ）、通信能力（ｃｏｎｎｅｃｔｉｖｌｔｙ）和伴侣（ｃｏｍｐａｎｉｏｎ）｝Ｅ代表电子产品（ＥＩｅｃｔｒｏｎｉｃｓ）。与ｗｌｎｄｏｗｓ９５／９８、ｗｉｎｄｏｗｓＮＩ、不同的是，ＷｉｎｄｏｗｓｃＥ是所有源代码全部由微软自较小的情况，因此它只占有非常小的内存，由于基于行开发的嵌入式新型操作系统，其操作界面虽来源于Ｐａｌｍｏｓ编写的应用程序占用的空间也非常小（通常只有几十ＫＢ），所以，基于Ｐａｌｍｏｓ的掌上电脑（虽然只有几ＭＢ的ＲＡＭ）可以运行众多应用程序。由于ＰａＩｍ产品的最大特点是使用简便、机体轻巧．因此头定了Ｐａｌｍ０ｓ应具有以下特点。①操作系统的节能功能。由于掌上电脑要求使用电源尽可能小，因此在ＰａＩｍｏｓ的应用程序中，如果投有事件运行，则系统设备进入半休眠（ｄｏｚｅ）的状态；如果应用程序停止活动一段时问，则系统自动进入休眠‘ｓｌｅｅｐ）状态。②台理的内存管理。ＰａＪｍ的存储器全部是可读写的快速ＲＡＭ，动态ＲＡＭ（ＤｙｎａｍｉｃＲＡＭ）类似于Ｐｃ机上的ＲＡＭ，它为全局变量和其它不需永久保存的数据提供临时的存储空间｝存储ＲＡＭ（ｓｔｏｒ—ａｇｅＲＡＭ）类似于Ｐｃ机上的硬盘，可以永久保存应用程序和数据。③ＰａｌｍＯｓ的数据是以数据库（ｄａｔａｂａｓｅ）的格式来存储的。数据库是由一组记录（ｒｅｃｏｒｄ５）和一些数据库头信息组成的。为保证程序处理速度和存储器空间，在处理数据的时候，ＰａｌｍＯＳ不是把数据从存储堆（ｓｔｏ姐ｇｅＨｅａｐ）拷贝到动态堆（ＤｙｎａｍｉｃＨｅａｐ）后再进行处理，而是在存储堆中直接处理。为避免错误地调用存储器地址，ＰａｌｍＯｓ规定，这一切都必须调用其内存管理器里的ＡＰＩ来实现。ＰａｌｍＯｓ与同步软件（Ｈｏｔｓｙｎｃ）结台可以使掌上电脑与Ｐｃ机上的信息实现同步，把台式祝的功能扩展到了掌上电脑。ＰａＩｍ应用范围相当广泛，如：联络及工作表管理，电子邮件及互联网通信、销售人员及组别自动化等等。Ｐａｌｍ外围硬件也十分丰富，有数码相机、ＧＰｓ接收器、调制解调器、ＧＳＭ无线电话、数码音频播放设备、便携键盘、语音记录器、条码扫描、无线寻呼接收器、探测仪。其中Ｐａｌｍ与ＧＰＳ结合的应用，不但可以作导航定位，还可以结合ＧＰＳ作气候的监测、地名调查等。万方数据９５／９８，但ｗｉｎｄｏｗｓｃＥ是基于ｗ】ｎ３２ＡＰＩｃＥ具ｃＥ不仅继承了传ＣＥ平台９５／９８上的编程工具（如ＶｉｓｕＢａｓ、ｃ、Ｖｉｓｕａｌｃ＋＋等）、使用同样的函数、使用同ｃＥ平台上继续使用。ｗｉｎｄｏｗｓｃＥ的设计目标是：模块化及可伸缩ＣＥ的嵌＾系统通ＷｉｎｄｏｗｓｃＥ的特点有：①具有灵活的电源管理功能，包括睡眠／唤醒②使用了对象存储（ｏｂｊｅｃｔ５ｔｏｒｅ）技术，包括文③拥有良好的通信能力。广泛支持各种通信硬９ｘ／ＮＴ的最佳集成和通信。④支持嵌套中断。允许更高优先级别的中断首⑤更好的线程响应能力。对高级别ＩｓＴ（中断ｗｌｎｄｏｗｓ重新开发的、新型的信息设备平台。ｗｉｎｄｏｗｓ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。ｗｉｎｄｏｗｓ统的ｗｉｎｄｏｗｓ图形界面，并且在ｗｉｎｄｏｗｓ上可以使用Ｗｉｎｄｏｗｓａｌ样的界面风格，使绝太多数的应用软件只需简单的修改和移植就可以在Ｗｉｎｄｏｗｓ性、实时性能好，通信能力强大，支持多种ＣＰｕ。它的设计可以满足多种设备的需要，这些设备包括了工业控制器、通信集线器以及销售终端之类的企业设备，还有像照相机、电话和家用娱乐器材之类的消费产品。一个典型的基于Ｗｊｎｄｏｗｓ常为某个特定用途而设计，并在不联机的情况下工作。它要求所使用的操作系统体积较小，内建有对中断的响应功能。模式。件系统、注册表及数据库。它还具有很多高性能、高效率的操作系统特性，包括按需换页、共享存储、交叉处理同步、支持大容量堆（ｈｅａｐ）等。件，亦支持直接的局域网连接以及拨号连接，并提供与Ｐｃ、内部网以及Ｉｎｔｅｒｎｅｔ的连接，还提供与ｗｉｎ—ｄｏｗｓ先得到响应，而不是等待低级别的ＩｓＲ完成。这使得该操作系统具有嵌入式操作系统所要求的实时性。服务线程）的响应时间上限的要求更加严格，在线程响应能力方面的改进，帮助开发人员掌握线程转换的专题论述具体时间，井通过增强的监控能力和对硬件的控制能力帮助他们创建新的嵌入式应用程序。⑥２５６个优先级别。可以使开发人员在控制嵌Ａ式系统的时序安排方面有更大的灵活性。⑦ｗｉｎｄｏｗｓＣＥ的ＡｐＩ是ｗｌｎ３２ＡＰＩ的～个子集，支持近１５００个ｗｌｎ３２ＡＰＩ。有了这些ＡＰｌ，足可以编写任何复杂的应用程序。当然，在ＷｌｎｄｏｗｓｃＥ系统中，所提供的ＡＰＩ也可阱随具体应用的需求而定。在掌上型电脑中，ｗＩｎｄｏｗｓｃＥ包含如下一些重要组件：Ｐｏｃｋｅｔｏｕｔｌｏｏｋ及其组件、语音录音机、移动频道、远程拨号访问、ｆＩ｝界时钟、计算器、多种输入法，ＧＢＫ字符集、中文ＴＴＦ字库、英汉双向词典、袖珍浏览器、电子邮件、ＰｏｃｋｅｔＯｆｆＩｃｅ、系统设置、ｗＩｎｄｏｗｓｃＥｓｅｒｖｉｃｅｓ软件。２３ＬｉｎｕｘＬｉｎｕｘ是一个类似于ｕｎｉｘ的操作系统。它起源于芬兰一个名为ＬｉｎｕｓＴｏｒｖａｌｄｓ的业余爱好，但是现在已经是最为流行的一款开放源代码的操作系统。Ｌｉｎｕｘ从１９９１年问世到现在，短短ｌｏ年的时间内已发展成为一个功能强大、设计完善的操作系统，伴随网络技术进步而发展起来的Ｌｉｎｕｘ０ｓ已成为Ｍｉ—ｃｒｏｓｏ＾公司的Ｄｏｓ和Ｗｉｎｄｏｗｓ９５／９８的强劲对手。Ｌｉｎｕｘ系统不仅能够运行于Ｐｃ平台，还在嵌入式系统方面大放光芒，在各种嵌入式Ｉ。ｉｎｕｘｏｓ迅速发展的状况下，ＬｊｎｕｘＯｓ逐渐形成了可与ｗｉｎｄｏｗｓｃＥ等ＥｏＳ进行抗衡的局面。目前正在开发的嵌入式系统中，４９％的项目选择Ｌｉｎｕｘ作为嵌人式操作系统。Ｌｉｎｕｘ现已成为嵌入式操作系统的理想选择。中科红旗软件技术有限公司开发的红旗嵌入式Ｉ。ｊ刀ｕｘ正在成为许多嵌Ａ式设备厂商的首选。在不到一年的时间内，红旗公司先后推出了ＰＤＡ、机顶盒、瘦客户机、交换机用的嵌入式Ｌｉｎｕｘ系统，并且投人了实际应用。现以红旗嵌入式Ｌｉｎｕｘ为例来讲解嵌人式Ｉ。ｉｎｕｘ０ｓ的特点：①精简的内核，性能高、稳定，多任务。②适用于不同的ｃＰｕ，支持多种体系结构，如ｘ８６、ＡＲＭ、ＭＩＰＳ、ＡＬＰＨＡ、ｓＰＡＲｃ等。◎能够提供完善的嵌人式ＧｕＩ以及嵌入式Ｘ－Ｗｊｎｄｏｗｓ．④提供嵌入式浏览器、邮件程序、ＭＰ３播放器、ＭＰＥＧ播放器、记事本等应用程序。⑤提供完整的开发工具和ｓＤＫ，葡时提供Ｐｃ上的开发版本。⑥用户可定制，可提供图形化的定制和配置万方数据‘１７‘工具。⑦常用嵌人式芯片的驱动集，支持大量的周边硬件设备，驱动丰富。⑧针对嵌人式的存储方案，提供实时版本和完善的嵌入式解决方案。⑧完善的中文支持，强大的技术支持，完整的文档。⑩开放源码，丰富的软件资源，广泛的软件开发者的支持，价格低廉，结构灵活，适用面广。３三种嵌入式操作系统的比较３１Ｕｎｕｘｏｓ与ｗｉｎｄｏｗｓｃＥ的比较嵌入式Ｌｉｎｕｘ０Ｓ与ｗｉｎｄｏｗｓＣＥ相比的优点：第一，Ｌｉｎｕｘ是开放源代码的，不存在黑箱技术，遍布全球的众多Ｌｉｎｕｘ爱好者都是Ｌｉｎｕｘ开发者的强大技术支持者；而ｗｉｎｄｏｗｓｃＥ是非开放性ｏｓ，使第三方很难实现产品的定制。第二，Ｌｉｎｕｘ的源代码随处可得，注释丰富，文档齐全，易于解决各种问题。第三，Ｌｉｎｕｘ的内核小、效率高Ｉ而ＷｉｎｄｏｗｓＣＥ在这方面是笨拙的，占用过多的ＲＡＭ，应用程序庞大。第四，Ｌｉｎｕｘ是开放源代码的Ｏｓ，在价格上极具竞争力，适合中国国情。ｗｉｎｄｏｗｓｃＥ的版权费用是厂家不得不考虑的因素。第五，Ｌｉｎｕｘ不仅支持ｘ８６芯片，还是一个跨平台的系统。到目前为止，它可以支持２０～３０种ｃＰｕ，很多ｃＰｕ（包括家电业的芯片）厂商都开始做Ｌｉｎｕｘ的平台移植工作，而且移植的速度远远超过Ｊａｖａ的开发环境。如果今天采用Ｌｉｎｕｘ环境开发产品，那么将来更换ｃＰｕ时就不会遇到更换平台的困扰。第六，Ｌｉｎｕｘ内核的结构在网络方面是非常完整的，它提供了对包括十兆位、百兆位及千兆位的以太网络，还有无线舟络、Ｔｏｋｅｎ—ｎｇ（令牌环）和光鲆甚至卫星的支持。第七，Ｌｉｎｕｘ在内楼结构的设计中考虑适应系统的可裁减性的要求，ｗｉｎｄ…ｃＥ在内核结构的设计中并未考虑适应系统的高度可裁减性的要求。嵌入式Ｌｊｎｕｘ（）Ｓ与ＷｉｒｌｄｏｗｓｃＥ相比的弱点：第一・是开发难度较高，需要很高的技术实力；第二，是核心调试工具不全，调试不太方便，尚没有根好的用户图小使用的内存，但是如果不仔细，将引起新的问题｝第四，有些Ｉｊｎｕｘ的应用程序需要虚拟内存，而嵌入式系形界面｝第三ｔ与某些商业０ｓ一样，嵌人式“ｎｕｘ占用较大的内存，当然ｔ人们可以去掉部分无用的功能来减统中并没有或不需要虚拟内存，所出并非所有的“ｍｔｘ应用程序都可以在嵌人式系统中运行。．１８．《单片机与嵌入式系统应用Ⅺ２００３合订本｛１～６）３２Ｐａｌｍ０ｓ与ｗｉｎｄｏｗｓｃＥ的比较结语３ｃ。ｍ公司的Ｐａｌｍ０Ｓ是掌上电脑市场中较为ＰａＩｍＯＳ、ＷＩｎｄｏｗｓＣＥ、Ｌｌｎｕｘ这三种嵌入式操优秀的嵌入式操作系统，是针对这一ｆ行场专门设计的作系统各有不同的特点，不同的用途；但Ｉ一・ｎｕｘ比系统。它有开放的操作系统应用程序接口（ＡＰＩ），支Ｐａｌｍｏｓ和ｗｌｎｄｏｗｓｃＥ更小、更稳定，而且Ｉ加Ｌｌｘ持开发商根据需要自行开发所需的应用程序，具有十是开放的Ｏｓ，在价格上极具竞争力。如今整个市场分丰富的应用程序。在掌上电脑市场上独占其霸主尚未成型，嵌＾式操作系统也未形成统一的国际标地位已久。准，而且Ｌｉｎｕｘ的一系列特征叉为我们开发国产的嵌从技术层面上讲，Ｐａｌｍ（）ｓ是ｒ一套专门为掌上电入式操作系统提供了方便，因此，我们有机会在这个脑开发的操作系统，具有许多ｗ・ｎｄ。ｗｓｃＥ无法比拟未成熟的市场上占有一席之地。Ｊ一的优势；ｗｉｎｄｏｗｓＣＥ过于臃肿，不适合应用在廉价的掌上电脑中。参考文献Ｐａｌｍ（）ｓ是一套具有檄强开放性的系统。开发ｌ赵海嵌入式Ｉｎｔ…ｅｔ＿一２ｌ世纪的一场信息技术革命者向用户免费提供ＰａＩｍｏｓ的开发工具，允许用户北京：清华大学出版社，２。０１利用该工具在ＰａＩｍ０ｓ基础上方便地编写、修改相２Ｔ日ｎｅｎｂ…ＡｎｄｒｅｗＳＭｏｄｅｍ０ｐｅｒａｔｌｎｇＳｙｓｔｅｍＮｅｗ关软件。与之相比，ｗｌｎｄ。ｗｓｃＥ的开发工具就显得Ｊｅｒｓｅｙ：ＰｒｅｎｔｌｃｅＨａＩｌ，１９９９复杂多了，这使得一般用户很难掌握。这也是Ｐａｌｍ３０ｓ与ｗｉｎｄｏｗｓｃＥ的另一个主要区别。ｔｐ：／／…ｈｏＬｓｙｓｔｅｍ．ｃｏｍ吕京建，肖海桥．面向ｚ１世纪的嵌人式系统综述ｈＰ我们从常用ＥＯｓ的大小、可开发定制、互操作４毛德操，胡希明Ｉ加ｕｘ内棱源代码情景分析．杭州：浙江性、通用性、实时性及应用领域几个方面，通过表１来大学出版社，２００１归纳如下。棱心几十ＫＢ．整个核心占５００ＫＢ的ＲｏＭ和２５０ＫＢ的ＲＡＭ。整个太小嵌＾环境也不大ｗｍｄｏｗｓＨＢｒｄｗ咻Ａｂ蛳ｄｏｎ岫盯）、ＷｉｎｄｏｗｓＣＥＫ啪０１、ｃＥ操作系统，包括硬件抽象层ＣＨＡＬ和躲釜能勰篇豁轰黧ｕ咐、ＧＤｌ、文件系统和数据库．大约共１５ＭＢ可开发定制可以方便地开发定用户开发定制不方便，受Ｍ如ｒｏｓ曲公司限制较多制；鑫翼？栗鐾需畿龇刊鼬卸装用互操作性互操作性强番ｉ箍等掌萎：诬≯““可通过伽Ｍ舶翻互操作性报强通用性适应于多种四ｕ和适应于多种ｃＰｕ和多种硬件平台不仅适应于ｘ８６芯片，井且可以支持３０多多种硬件平台种ｃＰｕ和多种硬件平台，开发和使用都很容易实时性比较好比撞好报好适用的应用应用领域较广．特应用领域较广，ｗｈｄｏ帅ｃＥ是为新一代非传境的Ｐｃ领域别适于举上电脑的设备而设计的，这些设备包括掌上电脑、手持电脑器龋盆瓣糯譬篱星孚霪篇开发阻及用于车载电脑等息家电的开发万方数据