1概述

1.1什么是嵌入式系統

嵌入式系統一般指非PC系統，有計算機功能但又不稱之為計算機的設備或器材。他是以應用為中心，以計算機技術為基礎，并且軟硬件可裁減的，適用于對功能、可靠性、成本、體積、功耗等綜合性嚴格要求的專用計算機系統。

1.2嵌入式操作系統的發展

嵌入式技術的發展，大致經歷了4個階段：

第一階段是以單芯片為核心的可編程控制器形式的系統，同時具有與監測、伺服、指示設備相配合的功能。這種系統大部分應用于一些專業性極強的工業控制系統中，一般沒有操作系統的支持，通過匯編語言編程對系統進行直接控制，運行結束后清除內存。

第二階段是以嵌入式CPU為基礎、以簡單操作系統為核心的嵌入式系統。這一階段的操作系統具有一定的兼容性和擴展性，但用戶界面不夠友好。

第三階段是以嵌入式操作系統為標志的嵌入式系統。這一階段系統的主要特點是：嵌入式操作系統能運行于各種不同類型的微處理器上，兼容性好；操作系統內核精小、效率高，并且具有高度的模塊化和擴展性；具備文件和目錄管理、設備支持、多任務、網絡支持、圖形窗口以及用戶界面等功能；具有大量的應用程序接口（API），開發應用程序簡單；嵌入式應用軟件豐富。

第四階段是以基于Internet為標志的嵌入式系統，這是一個正在迅速發展的階段。目前大多數嵌入式系統還孤立于Internet之外，但隨著Internet的發展以及Internet技術與信息家電、工業控制技術等結合日益密切，嵌入式設備與Internet的結合將代表著嵌入式技術的真正未來。

1.3嵌入式操作系統的特點

與其他類型的操作系統相比，嵌入式操作系統具有以下一些特點。

（1）體積小

嵌入式系統有別于一般的計算機處理系統，他不具備像硬盤那樣大容量的存儲介質，而大多使用閃存（FlashMemory）作為存儲介質。這就要求嵌入式操作系統只能運行在有限的內存中，不能使用虛擬內存，中斷的使用也受到限制。因此，嵌入式操作系統必須結構緊湊，體積微小。

（2）實時性

大多數嵌入式系統都是實時系統，而且多是強實時多任務系統，要求相應的嵌入式操作系統也必須是實時操作系統（RTOS）。實時操作系統作為操作系統的一個重要分支已成為研究的一個熱點，主要探討實時多任務調度算法和可調度性、死鎖解除等問題。

（3）特殊的開發調試環境

提供完整的集成開發環境是每一個嵌入式系統開發人員所期待的。一個完整的嵌入式系統的集成開發環境一般需要提供的工具是編譯/連接器、內核調試/跟蹤器和集成圖形界面開發平臺。其中的集成圖形界面開發平臺包括編輯器、調試器、軟件仿真器和監視器等。

2嵌入式Linux

嵌入式Linux是按照嵌入式操作系統的要求而設計的一種小型操作系統。由一個Kernel（內核）及一些根據需要進行定制的系統模塊組成。其Kernel很小，一般只有幾百kB左右。即使加上其他必須的模塊和應用程序，所需的存儲空間也很小。他有多任務、多進程的系統特征，有些還具有實時性。一個小型的嵌入式Linux系統只需要引導程序、Linux微內核、初始化進程3個基本元素。運行嵌入式Linux的CPU可以是x86，Alpha，Sparc，MIPS，PPC等。與這些芯片搭配的主板都很小，與一張PCI卡大小相當，有的甚至更小。嵌入式Linux所需的存儲器不是軟磁盤、硬盤、Zip盤、CDROM，DVD這些眾所周知的常規存儲器，他使用Rom，CompactFlash，MSystems的DiskOnChip，Sony的MemoryStick，IBM的MicroDrive等體積極小與主板上的BIOS大小相近，存儲容量不太大的存儲器。他的內存可以使用普通的內存，也可以使用專用的RAM。與其他嵌入式操作系統相比，Linux的源代碼是開放的，不存在黑箱技術。Linux作為一種可裁剪的軟件平臺系統，是發展未來嵌入式設備產品的最佳資源。

3圖形用戶界面系統MiniGUI

3.1圖形用戶界面簡介

計算機用戶界面是指計算機與其使用者之間的對話接口，是計算機系統的重要組成部分。計算機的發展史不僅是計算機本身處理速度和存儲容量飛速提高的歷史，也是計算用戶界面不斷改進的歷史。用戶界面的重要性在于他極大地影響了最終用戶的使用，影響了計算機的推廣應用，甚至影響了人們的工作和生活。由于開發用戶界面的工作量極大，加上不同用戶對界面的要求也不盡相同，因此，用戶界面已成為計算機軟件研制中最困難的部分之一。

GUI在嵌入式系統或者實時系統中的地位將越來越重要，這些系統對GUI的基本要求包括：

①輕型、占用資源少。

②高性能。

③高可靠性。

④可配置。

3.2MiniGUI圖形用戶系統

3.2.1MiniGUI特色

MiniGUI由原清華大學教師魏永明先生開發，是中國人做得較好的自由軟件之一。MiniGUI是一種面向嵌入式系統或者實時系統的圖形用戶界面支持系統。他主要運行于Linux控制臺，實際可以運行在任何一種具有POSIX線程支持的POSIX兼容系統上。MiniGUI同時也是國內最早出現的幾個自由軟件項目之一。

MiniGUI的主要特色有：

（1）遵循LGPL條款的純自由軟件。

（2）提供了完備的多窗口機制。包括多個單獨線程中運行的多窗口；單個線程中主窗口的附屬；對話框和預定義的控件類（按鈕、單行和多行編輯框、列表框、進度條、工具欄等）。

（3）消息傳遞機制。

（4）多字符集和多字體支持。

（5）BMP，GIF，JPEG，PCX等常見圖像文件的支持。

（6）Windows的資源文件支持，如位圖、圖標、光標、插入符、定時器、加速鍵等。

（7）小巧

包含全部功能的庫文件大小為300kB左右。

（8）可配置

可根據項目需求進行定制配置和編譯。

（9）高穩定性和高性能。

（10）可移植性好。

（11）圖形抽象層

圖形抽象層對頂層API基本沒有影響，但大大方便了MiniGUI應用程序的移植、調試等工作。目前包含2個圖形引擎，SVGALib和LibGGI，利用LibGGI時，可在XWindow上運行MiniGUI應用程序，并可非常方便地進行調試。與圖形抽象層相關的還有輸入事件的抽象層。

3.2.2MiniGUI的體系結構

從整體結構上看，MiniGUI是分層設計的，層次結構如圖1所示。在最底層，GAL和IAL提供底層圖形接口以及鼠標和鍵盤的驅動；中間層是MiniGUI的核心層，包括窗口系統必不可少的各個模塊；最頂層是API，即編程接口。GAL和IAL為MiniGUI提供了底層的Linux控制臺或者XWindow上的圖形接口以及輸入接口，而Pthread用于提供內核級線程支持的C函數庫。

利用GAL和IAL，大大提高了MiniGUI的可移植性，并且使程序的開發和調試變得更加容易。可以在XWindow上開發和調試自己的MiniGUI程序，通過重新編譯就可以讓MiniGUI應用程序運行在特殊的嵌入式硬件平臺上。

MiniGUI本身運行在多線程模式下，他的許多模塊都以單獨的線程運行，同時，MiniGUI還利用線程來支持多窗口。從本質上講，每個線程有一個消息隊列，消息隊列是實現線程數據交換和同步的關鍵數據結構。一個線程向消息隊列中發送消息，而另一個線程從這個消息隊列中獲取消息，同一個線程中創建的窗口可共享同一個消息隊列。

多線程有一定的好處，但不方便的是不同的線程共享同一個地址空間，因此，客戶線程可能會破壞系統服務器線程的數據，但有一個重要的優勢是，由于共享地址空間，線程之間就沒有額外的數據復制開銷。由于MiniGUI是面向嵌入式或實時控制系統的，因此，這種應用環境下的應用程序往往具有單一的功能，從而使得采用多線程而非多進程模式實現圖形界面有了一定的實際意義，也更加符合MiniGUI之“Mini”的特色。

在多線程環境中，與多進程間的通訊機制類似，線程之間也有交互和同步的需求。比如，用來管理窗口的線程維持全局的窗口列表，而其他線程不能直接修改這些全局的數據結構，而必須依據“先來先服務”的原則，依次處理每個線程的請求，這就是一般性的C/S模式。MiniGUI利用線程之間的同步操作實現了客戶線程和服務器線程之間的微C/S機制，之所以這樣命名，是因為客戶和服務器是同一進程中的不同線程。

4MiniGUI在雷達顯示界面上的應用

我們自主裁剪了Linux系統，并在此基礎上安裝了基于SVGALib圖形引擎的MiniGUI輕量級圖形用戶界面支持系統，基于MiniGUI編寫了圖形用戶界面雷達終端顯示應用程序。

5結語

嵌入式Linux系統是源代碼開放的一種可裁剪的軟件平臺系統，不存在黑箱技術。他的小巧、穩定、多任務、可配置、高性能、高可靠性、硬件的良好支持和價格的優勢，尤其網絡功能的強大，使他迅速成長發展，受到廣大開發人員的青睞。

MiniGUI是國人自行開發研制的適合嵌入式系統的輕量級圖形用戶界面支持系統，他采用WIN32體系架構，提供了完備的多窗口機制、對話框和預定義的控件類，消息傳遞機制等，大大地簡化了開發人員的界面設計。

但是，國產的嵌入式操作系統在技術含量、兼容性、市場運作模式等方面也還有很多工作要做，我們應該在跟蹤國外嵌入式操作系統的最新技術的同時，堅持自主產權，力爭找到自己的突破點，探索出一條自己的發展道路。Linux正提供了一個這樣的平臺。