它是从整体上为有限资源的平台设计的多线程、完整优先权、多任务的操作系统。它的模块化设计允许它对从掌上电脑到专用的工业控制器的用户电子设备进行定制。
根据国际电气和电子工程师协会的定义,嵌入式系统是“用于控制、监视或者辅助操作机器和设备的装置”。具体一点讲,嵌入式系统指的是以应用为中心、以计算机技术为基础、软硬件可裁剪、适用于应用系统,对功能、可靠性、成本、体积、功耗等方面特殊严格要求的专用计算机系统。
嵌入式操作系统是为嵌入式设备设计的操作系统。嵌入式设备通常用于特定的应用场合,例如智能家居、汽车、医疗器械等等。因此,与桌面或服务器操作系统不同,嵌入式操作系统需要在资源受限的情况下提供特定的功能和可靠性。嵌入式操作系统一般具有小巧、高效、低功耗等特点,可以在有限的硬件资源下实现多种任务。
嵌入式系统涉及先进的计算机技术、半导体技术、电子技术、通信和软件等各个行业。是一个技术密集、资金密集、高度分散、不断创新的知识集成系统。(3)嵌入式系统的硬件和软件都必须具备高度可定制性。(4)嵌入式系统的生命周期相当长。
嵌入式系统是将先进的计算机技术、半导体技术和电子技术与各个行业的具体应用相结合后的产物。这一点就决 定了它必然是一个技术密集、资金密集、高度分散、不断创新的知识集成系统。
嵌入式系统是一种专用的计算机系统,作为装置或设备的一部分。通常,嵌入式系统是一个控制程序存储在ROM中的嵌入式处理器控制板。事实上,所有带有数字接口的设备,如手表、微波炉、录像机、汽车等,都使用嵌入式系统,有些嵌入式系统还包含操作系统,但大多数嵌入式系统都是由单个程序实现整个控制逻辑。
专用性很强:嵌入式操作系统的优势在于个性化很强,其中的软件系统和硬件的结合非常紧密,一般要针对硬件进行系统的移植,即使在同一品牌、同一系列的产品中也需要根据系统硬件的变化和增减不断进行修改。同时针对不同的任务,往往需要对系统进行较大更改,程序的编译下载要和系统相结合。
嵌入式操作系统运行在嵌入式智能芯片环境中,对整个智能芯片以及它所操作、控制各种部件装置等资源进行统一协调、处理、指挥和控制。其主要特点:①微型化。从性能和成本角度考虑,希望占用资源和系统代码量少,如内存少、字长短、运行速度有限、能源少(用微小型电池)。②可定制。
主要特点有:系统内核小。嵌入式系统一般是应用于小型电子装置的, 资源相对有限,所以内核较之传统的操作系统要小。专用性强。嵌入式系统的个性化强,其中的软件系统和硬件的结合紧密,一般硬件系统要进行的移植,即使同一品牌、同一系列的产品中也需根据系统硬件的变化和增减进行修改。
嵌入式操作系统运行在智能芯片环境中,其特点有:微型化、可定制、实时性、可靠性、易移植性。
嵌人式操作系统的最大特点就是可定制性,即能够提供对内核进行配置或剪裁等功能,可以根据应用需要有选择地提供或不提供某些功能,以减少系统开销。
嵌入式Linux最大的特点就是源代码公开并且遵循GPL协议,在近几年里成为研究热点,据IDG预测嵌入式Linux将占未来两年的嵌入式操作系统份额的50%。由于其源代码公开,人们可以任意修改,以满足自己的应用,并且查错也很容易。遵从GPL,无须为每例应用交纳许可证费。有大量的应用软件可用。
嵌入式操作系统将是未来嵌入式系统中必不可少的组件,其未来发展趋势包括 :定制化:嵌入式操作系统将面向特定应用提供简化型系统调用接口,专门支持一种或一类嵌入式应用。嵌入式操作系统同将具备可伸缩性、可裁减的系统体系结构,提供多层次的系统体系结构。
此外,为了提升用户体验,嵌入式操作系统正逐步融入更多多媒体技术,如Java、Web和WAP等,以提供更友好、直观的人机交互界面。这使得用户可以更轻松地与设备进行交互,满足日益增长的个性化需求。
未来嵌入式实时操作系统(RTOS)的应用将呈现出多元化的趋势,主要可以划分为三个领域:首先,系统级RTOS将主要在小型计算机系统中发挥实时控制作用。这个领域以往由Unix主导,但Sun通过并购增强了其Solaris与Chorus OS的竞争力。
世纪90年代,在分布控制、柔性制造、数字化通信和信息家电等巨大需求的牵引下,嵌入式系统进一步飞速发展,而面向实时信号处理算法的DSP产品则向着高速度、高精度、低功耗的方向发展。随着硬件实时性要求的提高,嵌入式系统的软件规模也不断扩大,逐渐形成了实时多任务操作系统(RTOS),并开始成为嵌入式系统的主流。
通用计算机系统与嵌入式计算机系统的专业化分工发展,导致20世纪末、21世纪初,计算机技术的飞速发展。计算机专业领域集中精力发展通用计算机系统的软、硬件技术,不必兼顾嵌入式应用要求,通用微处理器迅速从2838486到奔腾系列;操作系统则迅速扩张计算机基于高速海量的数据文件处理能力,使通用计算机系统进入到尽善尽美阶段。
第三阶段是以嵌入式操作系统为标志的嵌入式系统。
一般情况下,嵌入式操作系统可以分为两类,一类是面向控制、通信等领域的实时操作系统,如WindRiver公司的VxWorks、ISI的pSOS、QNX系统软件公司的QNX、ATI的Nucleus等;另一类是面向消费电子产品的非实时操作系统,这类产品包括个人数字助理(PDA)、移动电话、机顶盒、电子书、WebPhone等。
抢占式调度的优点是实时性好、反应快,调度算法相对简单,可优先保证高优先级任务的时间约束,其缺点是上下文切换多。而非抢占式调度是指不允许任务在执行期间被中断,任务一旦占用处理器就必须执行完毕或自愿放弃。其优点是上下文切换少;缺点是在一般情况下,处理器有效资源利用率低,可调度性不好。
实时操作系统阶段 20世纪90年代,在分布控制、柔性制造、数字化通信和信息家电等巨大需求的牵引下,嵌入式系统进一步飞速发展,而面向实时信号处理算法的DSP产品则向着高速度、高精度、低功耗的方向发展。
1、随着20世纪90年代的到来,RTOS在嵌入式系统设计中的主导地位日益稳固,众多工程师纷纷选择使用预置的RTOS,而非自建。技术发展方面,呈现了以下几个关键点:首先,为适应日益多样化的微处理器,RTOS的设计趋向于更加灵活和可移植。新的处理器技术推动了RTOS能在短时间内支持多种硬件平台,提升了其适用性。
2、首先,系统级RTOS将主要在小型计算机系统中发挥实时控制作用。这个领域以往由Unix主导,但Sun通过并购增强了其Solaris与Chorus OS的竞争力。微软则通过嵌入式NT版本挑战传统格局,而嵌入式Linux凭借开放源码和丰富的软件资源,也逐渐崭露头角。
3、嵌入式实时操作系统的历程可以追溯到1981年,当时Ready System推出了世界上首个商业嵌入式实时内核VRTX32,标志着这一技术的诞生。那时,市场上的产品大多局限于支持16位微处理器,如68k和8086,RTOS主要以销售二进制代码的形式存在,包括IPI公司的MTOS和PSOS,主要用于军事和电信设备。
4、可以看出,进入20世纪90年代后,RTOS在嵌入式系统设计中的主导地位已经确定,越来越多的工程师使用RTOS,更多的新用户愿意选择购买而不是自己开发。我们注意到,RTOS的技术发展有以下一些变化:1. 因为新的处理器越来越多,RTOS自身结构的设计更易于移植,以便在短时间内支持更多种微处理器。