嵌入式操作系統(tǒng)有哪些？

下面介紹國外和國內(nèi)常用的實時操作系統(tǒng)。
1. 國外著名的實時操作系統(tǒng)
國外實時操作系統(tǒng)已經(jīng)從簡單走向成熟，有代表性的產(chǎn)品主要有VxWorks，QNX，Palm OS，Windows CE等，占據(jù)了機頂盒、PDA等的絕大部分市場。
其實，實時操作系統(tǒng)并不是一個新生的事物，從20世紀80年代起，國際上就有一些IT組織、公司開始進行商用嵌入式系統(tǒng)和專用操作系統(tǒng)的研發(fā)。
(1) VxWorks
VxWorks操作系統(tǒng)是美國WindRiver公司于1983年設(shè)計開發(fā)的一種實時操作系統(tǒng)。VxWorks擁有良好的持續(xù)發(fā)展能力、高性能的內(nèi)核以及良好的用戶開發(fā)環(huán)境，在實時操作系統(tǒng)領(lǐng)域內(nèi)占據(jù)一席之地。它以其良好的可靠性和卓越的實時性被廣泛地應(yīng)用在通信、軍事、航空、航天等高精尖技術(shù)及實時性要求極高的領(lǐng)域中，如衛(wèi)星通信、軍事演習(xí)、導(dǎo)彈制導(dǎo)、飛機導(dǎo)航等。
?在美國的F-16、FA-18戰(zhàn)斗機，B-2隱形轟炸機和愛國者導(dǎo)彈上，甚至連1997年4月在火星表面登陸的火星探測器上也使用了VxWorks。它是目前嵌入式系統(tǒng)領(lǐng)域中使用最廣泛、市場占有率最高的系統(tǒng)。它支持多種處理器，如x86，i960，Sun Sparc，Moto--rola MC68xxx，MIPS RX000，Power PC， ARM ， StrongARM等。大多數(shù)的VxW---orksAPI是專有的。
(2) QNX
QNX是一個實時的、可擴充的操作系統(tǒng)；它部分遵循POSIX相關(guān)標準，如POSIX.1b 實時擴展；它提供了一個很小的微內(nèi)核以及一些可選的配合進程。
其內(nèi)核僅提供4種服務(wù)：進程調(diào)度、進程間通信、底層網(wǎng)絡(luò)通信和中斷處理，其進程在獨立的地址空間中運行。所有其他操作系統(tǒng)服務(wù)都實現(xiàn)為協(xié)作的用戶進程，因此QNX內(nèi)核非常小巧(QNX4．x大約為12KB)，而且運行速度極快。這個靈活的結(jié)構(gòu)可以使用戶根據(jù)實際的需求，將系統(tǒng)配置成微小的嵌入式操作系統(tǒng)或包括幾百個處理器的超級虛擬機操作系統(tǒng)。
POSIX 表示可移植操作系統(tǒng)接口(Portable Operating SystemInterface,縮寫為POSIX 是為了讀音更像UNIX)
電氣和電子工程師協(xié)會(IEEE）最初開發(fā)POSIX 標準,是為了提高UNIX 環(huán)境下應(yīng)用程序的可移植性。
然而,POSIX 并不局限于UNIX.許多其它的操作系統(tǒng),例如DEC OpenVMS 和Windows NT ,都支持POSIX標準,尤其是IEEE Std.1003.1-1990(1995 年修訂)或POSIX.1, POSIX.1 提供了源代碼級別的C 語言應(yīng)用編程接口（API）給操作系統(tǒng)的服務(wù)程序,例如讀寫文件.
POSIX.1 已經(jīng)被國際標準化組織(ISO)所接受，被命名為ISO/IEC 9945-1:1990 標準。
POSIX 現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)展成為一個非常龐大的標準族，某些部分正處在開發(fā)過程中。POSIX 與IEEE 1003 和2003 家族的標準是可互換的
(3) Palm OS
?3Com公司的Palm OS在掌上電腦和PDA市場上占有很大的市場份額。它有開放的操作系統(tǒng)應(yīng)用程序接口(API)，開發(fā)商可以根據(jù)需要自行開發(fā)所需的應(yīng)用程序。
?目前共有3500多個應(yīng)用程序可以運行在Palm Pilot上。其中大部分應(yīng)用程序均為其他廠商和個人所開發(fā)，使Palm Pilot的功能得以不斷增多。這些軟件包括計算器、各種游戲、電子寵物、地理信息等。在開發(fā)環(huán)境方面，可以在Windows 95/98/NT以及Macintosh下安裝Palm Pilot Desktop。 Palm Pilot可以與流行的PC平臺上的應(yīng)用程序(如Word，Excel等)進行數(shù)據(jù)交換。
(4) Windows CE
??Microsoft Windows CE是從整體上為有限資源的平臺設(shè)計的多線程、完整優(yōu)先權(quán)、多任務(wù)的操作系統(tǒng)。它的模塊化設(shè)計允許它對從掌上電腦到專用的工業(yè)控制器的用戶電子設(shè)備進行定制。操作系統(tǒng)的基本內(nèi)核至少需要200KB的ROM。
(5) LynxOS
??Lynx Real-time Systems的LynxOS是一個分布式、嵌入式、可規(guī)模擴展的實時操作系統(tǒng),它遵循POSIX.1a，POSIX.1b和POSIX.1c標準。
??LynxOS支持線程概念，提供256個全局用戶線程優(yōu)先級；提供一些傳統(tǒng)的、非實時系統(tǒng)的服務(wù)特征，包括基于調(diào)用需求的虛擬內(nèi)存， 一個基于Motif的用戶圖形界面，與工業(yè)標準兼容的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)以及應(yīng)用開發(fā)工具。
?Motif?是開放軟件基金（OSF）于1989年推出的一個圖形用戶界面系統(tǒng)。
由于它融合了多種圖形用戶界面產(chǎn)品中的優(yōu)點，因此得到了?OSF?的所有成員及廣大第三方廠商的廣泛支持。
目前?Motif?已作為軟件產(chǎn)品在?OS/2、Unix、Sys?V、OSF/1、VMS、Macintosh?OS、Ultrix?等48中操作系統(tǒng)平臺上實現(xiàn)，并可在PC、工作站、小型機和大型機等各種計算機系統(tǒng)上運行。
為了講清楚?Motif?是什么概念.先講一下圖形用戶界面系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)（詳細的知識大家查閱），一般的圖形用戶界面系統(tǒng)由六個層次構(gòu)成：桌面管理系統(tǒng)、用戶模型、窗口模型、顯示模型、操作系統(tǒng)、硬件平臺.Motif?位于用戶模型層.它建立在?X?Window?系統(tǒng)之上,也就是說它以?X?Window?系統(tǒng)做顯示模型的窗口模型。?
?Motif?由工具箱（Motif?Toolkit）、用戶界面語言（UI-L）、窗口管理程序（MWM）、風(fēng)格指南文檔（Style?Guide）等四部分組成：
Motif?Toolkit?是一個具體的?X?Toolkit?產(chǎn)品，它包括?Xt?Intrinsics、Motif?對象元類集合和操縱這個對象元類集合的簡便函數(shù)等三個部分。
利用?Motif?開發(fā)的應(yīng)用程序通常可分為兩個部分：一部分是有關(guān)應(yīng)用程序界面的代碼；另一部分是關(guān)于應(yīng)用程序具體功能的代碼。一般來說，應(yīng)用程序中這兩個部分是不會相互干擾的。比如說菜單項位置的變動、標圖的更換就都不會影響應(yīng)用程序的功能。基于上述事實，Motif?引入了用戶界面語言來解決用戶界面的描述問題。
3.象其他窗口管理程序一樣，Motif?的窗口管理程序提供了一個對屏幕上的窗口進行管理的手段，同時它頁強化了用戶界面視感的一致性.MWM?支持?Motif?風(fēng)格指南所描述的各種窗口操作及顯示窗口時的各種約定。
4.Motif?的風(fēng)格指南以文檔的形式說明了在?Motif?環(huán)境下開發(fā)應(yīng)用程序時應(yīng)遵守的規(guī)范。
(6) 嵌入式Linux
隨著Linux的迅速發(fā)展，嵌入式Linux現(xiàn)在已經(jīng)有許多的版本，包括強實時的嵌入式Linux(如新墨西哥工學(xué)院的RT-Linux和堪薩斯大學(xué)的KURT-Linux)和一般的嵌入式Linux 版本(如uClinux和Pocket Linux等)。
其中，RT-Linux通過把通常的Linux任務(wù)優(yōu)先級設(shè)為最低，而所有的實時任務(wù)的優(yōu)先級都高于它，以達到既兼容通常的Linux任務(wù)又保證強實時性能的目的。
另一種常用的嵌入式Linux是uClinux，它是針對沒有MMU的處理器而設(shè)計的。它不能使用處理器的虛擬內(nèi)存管理技術(shù)，它對內(nèi)存的訪問是直接的，所有程序中訪問的地址都是實際的物理地址。它專為嵌入式系統(tǒng)做了許多小型化的工作。
由于嵌入式系統(tǒng)越來越追求數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化，因此原來在某些設(shè)備或領(lǐng)域中占主導(dǎo)地位的軟件系統(tǒng)越來越難以為繼，因為要達到上述要求，整個系統(tǒng)必須是開放的、提供標準的API，并且能夠方便地與眾多第三方的軟硬件溝通。
Linux主要特點如下：
Linux是開放源碼的，不存在黑箱技術(shù)，遍布全球的眾多Linux愛好者又是Linux開發(fā)的強大技術(shù)后盾；
Linux的內(nèi)核小、功能強大、運行穩(wěn)定、系統(tǒng)健壯、效率高；
Linux易于定制裁剪，在價格上極具競爭力；
Linux不僅支持x86 CPU，還可以支持其他數(shù)十種CPU芯片；
有大量的且不斷增加的開發(fā)工具，這些工具為嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)提供了良好的開發(fā)環(huán)境；
?Linux沿用了Unix的發(fā)展方式，遵循國際標準，可以方便地獲得眾多第三方軟硬件廠商的支持；
?Linux內(nèi)核的結(jié)構(gòu)在網(wǎng)絡(luò)方面是非常完整的，它提供了對十兆/百兆/千兆以太網(wǎng)、無線網(wǎng)絡(luò)、令牌網(wǎng)、光纖網(wǎng)、衛(wèi)星網(wǎng)等多種聯(lián)網(wǎng)方式的全面支持。
在圖像處理、文件管理及多任務(wù)支持等諸多方面，Linux的表現(xiàn)也都非常出色，不僅可以充當嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)平臺，本身也是嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用開發(fā)的好工具。
(7) uC/OS
uC/OS是源碼公開的實時嵌入式操作系統(tǒng)。
uC/OS-Ⅱ的主要特點如下：
公開源代碼，系統(tǒng)透明，很容易就能把操作系統(tǒng)移植到各個不同的硬件平臺上。
可移植性強，uC/OS-Ⅱ絕大部分源碼是用ANSI C寫的，可移植性 (Portable)較強。而與微處理器硬件相關(guān)的那部分是用匯編語言寫的，已經(jīng)壓到最低限度，使得uC/OS-Ⅱ 便于移植到其他微處理器上。
可固化，uC/OS-Ⅱ是為嵌入式應(yīng)用而設(shè)計的，這就意味著，只要開發(fā)者有固化(ROMable) 手段 (C編譯、連接、下載和固化) ，uC/OS-Ⅱ可以嵌入到開發(fā)者的產(chǎn)品中成為產(chǎn)品的一部分。
可裁剪，通過條件編譯可以只使用uC/OS-Ⅱ中應(yīng)用程序需要的那些系統(tǒng)服務(wù)程序，以減少產(chǎn)品中的uC/OS-Ⅱ所需的存儲器空間 (RAM和ROM) 。
占先式，uC/OS-Ⅱ完全是占先式 (Preemptive) 的實時內(nèi)核，這意味著uC/OS-Ⅱ總是運行就緒條件下優(yōu)先級最高的任務(wù)。大多數(shù)商業(yè)內(nèi)核也是占先式的，uC/OS-Ⅱ在性能上和它們類似。
實時多任務(wù)，uC/OS-Ⅱ不支持時間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度法 (Round-roblin Scheduling) 。 該調(diào)度法適用于調(diào)度優(yōu)先級平等的任務(wù)。
可確定性，全部uC/OS-Ⅱ的函數(shù)調(diào)用與服務(wù)的執(zhí)行時間具有可確定性。
由于uC/OS-II僅是一個實時內(nèi)核，這就意味著它不像其他實時操作系統(tǒng)那樣提供給用戶的只是一些API函數(shù)接口，有很多工作往往需要用戶自己去完成。
把uC/OS-Ⅱ移植到目標硬件平臺上也只是系統(tǒng)設(shè)計工作的開始，后面還需要針對實際的應(yīng)用需求對uC/OS-Ⅱ進行功能擴展，包括底層的硬件驅(qū)動、文件系統(tǒng)、用戶圖形接口 (GUI) 等，從而建立一個實用的RTOS。
? 2. 國內(nèi)著名的實時操作系統(tǒng)
??國內(nèi)的實時操作系統(tǒng)研究開發(fā)有兩種類型。
??一類是中國自主開發(fā)的實時操作系統(tǒng)，如電子科技大學(xué)嵌入式實時教研室和科銀公司聯(lián)合研制開發(fā)的實時操作系統(tǒng)Delta OS (道系統(tǒng)) 、凱思公司的Hopen OS (女媧計劃) 、中科院北京軟件工程研制中心開發(fā)的CASSPDA以及浙江大學(xué)自行研制開發(fā)的嵌入式操作系統(tǒng)HBOS等；
??另一類是基于國外操作系統(tǒng)二次開發(fā)完成的，這類操作系統(tǒng)大多是專用系統(tǒng)，在此就不對這類系統(tǒng)進行介紹了。
(1) DeltaOS
DeltaOS是電子科技大學(xué)嵌入式實時教研室和科銀公司 (專門從事嵌入式開發(fā)) 聯(lián)合研制開發(fā)的全中文的嵌入式操作系統(tǒng)，提供強實時和嵌入式多任務(wù)的內(nèi)核,任務(wù)響應(yīng)時間快速、確定，不隨任務(wù)負載大小改變,絕大部分的代碼由C語言編寫，具有很好的移植性。
它適用于內(nèi)存要求較大、可靠性要求較高的嵌入式系統(tǒng)，主要包括嵌入式實時內(nèi)核DeltaCORE、嵌入式TCP/IP組件DeltaNET、嵌入式文件系統(tǒng)DeltaFILE以及嵌入式圖形接口DeltaGUI 等。
同時，它還提供了一整套的嵌入式開發(fā)套件LamdaTOOL，是國內(nèi)嵌入式領(lǐng)域內(nèi)不可多得的一整套嵌入式開發(fā)應(yīng)用解決方案，已成功應(yīng)用于通信、網(wǎng)絡(luò)、信息家電等多個應(yīng)用領(lǐng)域。
(2) Hopen OS
Hopen OS是凱思集團自主研制開發(fā)的實時操作系統(tǒng)，由一個體積很小的內(nèi)核及一些可以根據(jù)需要進行定制的系統(tǒng)模塊組成。其核心Hopen Kernel的規(guī)模一般為10KB左右，占用空間小，并具有實時、多任務(wù)、多線程的系統(tǒng)特征。
(3) EEOS
EEOS是中科院計算所組織開發(fā)的開放源碼的實時操作系統(tǒng)。該實時操作系統(tǒng)重點支持p-Java，要求一方面小型化，一方面能重用Linux的驅(qū)動和其他模塊。
中科院計算所將在2-3年內(nèi)持續(xù)加大投資，以期將其擴展成能力強，功能完善，且穩(wěn)定、可靠的嵌入式操作系統(tǒng)平臺。這包含E2實時操作系統(tǒng)、E2工具鏈及E2仿真開發(fā)環(huán)境的完整環(huán)境。
(4) HBOS
HBOS系統(tǒng)是浙江大學(xué)自主研制開發(fā)的全中文實時操作系統(tǒng)。它具有實時、多任務(wù)等特征，能提供瀏覽器、網(wǎng)絡(luò)通信和圖形窗口等服務(wù)；可供進行一定的定制或二次開發(fā)；能為應(yīng)用軟件開發(fā)提供API接口支持；可用于信息家電、智能設(shè)備和儀器儀表等領(lǐng)域開發(fā)應(yīng)用。
在HBOS系統(tǒng)平臺下，已經(jīng)成功地開發(fā)出機頂盒和數(shù)據(jù)采集等系統(tǒng)。
3. 操作系統(tǒng)選擇
?表 1-1給出了幾種國內(nèi)流行嵌入式操作系統(tǒng)比較。