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1、分类号T P 2 7 3U D C密级学校代号学号Y7 8 6 3 3 91 0 5 6 12 0 0 2 3 5 2 0 0 2 0 10 5 2华南理工大学硕士学位论文基于A R M 和u C l i n u x 的网络监控系统的设计和实现苏海军指导教师：旦筮基副熬攫自塑丝型堂皇工程堂瞳申请学位级别：王堂亟专业名称：蕉制堡迨量控剑王猩论文提交日期：2 Q Q 生目论文答辩日期：2 Q Q 生旦学位授予单位和日期：坐直堡王太堂答辩委员会主席：盛竖闺论文评阅人：旦垫塞型垄到鸯望一摘要摘要I n t e r n e t 现已成为社会重要的基础信息设施之一，是信息流通的重要渠道。如果嵌入式系统能够
2、连接到I n t e m e t，则可以方便、低廉地将信息传送到几乎世界上的任何一个地方。作为普及计算机的支撑技术，嵌入式系统正逐步应用到越来越多的领域，包括智能过程控制、航空航天、交通、飞行控制、通信、多媒体、办公自动化、实时模拟、虚拟现实、医疗电子、军事电子、信息家电等领域。嵌入式应用软件的开发需要强大的开发工具和操作系统的支持。目前流行的嵌入式操作系统有W i n d o w sC E、V x W o r k s、p S O S、P a l mO S 等，它们均是国外的产品，而且源码不公开。嵌入式L i n u x 的出现给广大用户很大的自主权，用户可以根据自己的要求裁减内核和增加模块功
3、能。对我国的计算机行业来说，也便于开发自主知识产权的操作系统。本文采用源码开放的u C l i n u x 操作系统。它秉承了标准L i n u x 的优良特性，经过各方面的小型化改造，形成了一个高度优化的、代码紧凑的嵌入式L i n u x。虽然它的体积很小，却仍然保留了L i n u x 的大多数的优点：稳定、良好的移植性、优秀的网络功能、对各种文件系统完备的支持和标准丰富的A P I。本文在对u C l i n u x 的机理和移植等技术进行深入研究的基础上，针对某公司和广大用户提出对远程或异地调试的设备能够实现网络监控和诊断功能的实际需求，采用$3 C 4 5 1 0 B 微处理器为核
4、心的硬件平台和基于u C l i n u x 操作系统设计并实现了该功能的网络监控系统。该系统有广泛的应用前景和现实意义。本文对嵌入式系统及其发展阶段、特点进行了简要叙述，对几种流行的嵌入式系统进行了比较，介绍了几种嵌入式处理器。详细分析了u C l i n u x 操作系统的文件结构、内存管理、进程处理等问题。在系统硬件设计中，介绍了关键部分的电路设计。本文对建立嵌入式系统开发环境、u C l i n u x 内核编译做了详细说明。系统调试需要了解启动代码的工作原理和F l a s h 的擦除、烧写方法等，这些均在文章中做了的介绍。本文主要功能是在S 3 C 4 5 1 0 B 上实现动态W
5、 e b 技术和局域网内的数据监控。课题所做的工作包括下位机的硬件系统设计，软件系统设计，温度数据传输，L C D显示等。关键词：嵌入式系统；u C l i n u x；内存管理；网络服务器竺童堡三奎堂堡主堂垡垒塞A b s t r a c tN o w a d a y sI n t e r n e th a sb e e no n eo fi m p o r t a n tf o u n d a t i o n a li n f o r m a t i o ne s t a b l i s h m e n t si nt h ew o r l d，a n db e c o m et h ei
6、 m p o r t a n tw a yo fi n f o r m a t i o n a lc i r c u l a t i o n I fe m b e d d e ds y s t e mc a nc o n n e c tw i t hI n t e r n e t，t h ei n f o r m a t i o nc a nb ea l m o s tc o n v e y e dc o n v e n i e n t l yt oa n y p l a c eo ft h ew o r l d W i t ha ni m p o r t a n tt e c h n o l
7、 o g yt op o p u l a r i z ec o m p u t e r，t h ee m b e d e ds y s t e mi su s e dt om o r ea n dm o r ef i e l d s，i n c l u d i n gi n t e l l i g e n tp r o c e s sc o n t r o l，n a v i g a t i o na n ds p a c e f l i g h t，t r a f f i c，f l i g h tt e c h n o l o g y，c o m m u n i c a t i o n，m
8、 u l t i m e d i a，o f f i c i a la u t o m a t i o n，r e a l t i m es i m u l a t i o n，v i r t u a lr e a l i t y，m e d i c a lt r e a t m e n te l e c t r o n，m i l i t a r ye l e c t r o n，i n f o r m a t i o n a lh o m ee l e c t r i c，a n dS Of o r t h D e v e l o p i n ge m b e d d e da p p l
9、 y i n gs o f t w a r en e e dd e p e n do ns t r o n gd e v e l o p i n gt o o l sa n do p e r a t i n gs y s t e m s W i n d o w sC E，V x W o r k s，p S O Sa n dP a l m O Si sv e r yp o p u l a r，b u tt h e ya r ef o r e i g np r o d u c t s，a n dt h e i rk e r n e l sa r en o to p e n T h ee m b e
10、 d d e dL i n u xg i v e sm a n yu s e r sf r e e d o mr i g h t s T h eu s e r sc a nr e d u c ek e r n e la n di n c r e a s ef u n c t i o n a lm o d u l e sa c c o r d i n gt ot h e i rr e q u e s t s T h e ya l s ou n d e r s t a n dt h ek e r n e lm e c h a n i s mo fL i n u x A sf a ra sC h i
11、 n e s ec o m p u t e ri n d u s t r yi sc o n c e r n e d，i ti sd e v e l o p e dc o n v e n i e n t l yC h i n e s eo p e r a t i n gs y s t e m I ti su s e dp u b l i cu C l i n u xk e r n e li nt h i sp r e j e c t u C l i n u xk e e p sm a n yc h a r a c t e r so fL i n u x B ym i n i-r e b u i
12、 l d i n g，u C l i n u xb e c o m e sak i n d o ft h ee m b e d d e dL i n u xc o n t a c t i n gc o d ea n do p t i m i z i n gh i g h l y T h o u g hu C l i n u xi sv e r ys m a l l，i tr e t a i n sm a n ym e r i t so fL i n u x：s t a b i l i z i n g，t r a n s p l a n t e de a s i l y，g o o dn e t
13、f u n c t i o n，p e r f e c tf i l es y s t e ma n dm a n yA P If u n c t i o n s B a s e do nt h ei n d e p t hs t u d yo fu C l i n u xm e c h a n i s ma n dt r a n s p l a t et e c h n o l o g y，c o m b i n e dw i t hs o m ec o m p a n ya n dm a n yu s e r s r e q u e s tt om o n i t o ra n dd i
14、a g n o s et h ed e b u g g i n ge q u i p m e n t sw h i c ha r ei nt h ed i s t a n c eo ri no t h e rp l a c eb yt h en e t，t h i sp a p e ru s e s$3 C 4 5 1 0 Bm i c r o p r o c e s s o ra sk e r n e l e dh a r d w a r ea n du C l i n u xa st h eo p e r a t i n gs y s t e m，d e s i g n sa n di m
15、 p l e m e n t st h ef u n c t i o n so ft h en e tm o n i t o rs y s t e m I th a sa b r o a dp r o s p e c ta n da c t u a ls e n s e T h ep a p e rb r i e f l yd e s c r i b e st h ee m b e d e ds y s t e ma n di t sd e v e l o p i n gp h r a s e sa n dc h a r a c t e r i s t i c s，c o m p a r e
16、sw i t hs o m ep r e v a i le m b e d e ds y s t e m s，i n t r o d u c e ss o m ek i n d so fe m b e d e dp r o c e s s o r I td e t a i l e d l ya n a l y s e st h ef i l es t r u c t u r e，m e m o r ym a n a g e m e n t，p r o c e s sm a n a g e m e n t，a n dS Of o r t h I nt h ep a r to ft h eh a
17、r d w a r ed e s i g n，i ti n t r o d u c e st h eA b s t r a c td e s i g no ft h em a i np a r t s I ti l l u m i n a t e sh o wt os e tu pt h ee m b e d e ds y s t e me n v i r o n m e n ta n dh o wt oc o m p i l eu C l i n u xk e r n e li nd e t a i l I no r d e rt od e b u gt h es y s t e m，i t
18、i n t r o d u c e st h er u n n i n gt h e o r yo ft h es t a r t u pc o d e sa n dh o wt oe r a s ea n dw r i t eF l a s h T h em a i nf u n c t i o n so ft h ep r o j e c ta r et or e a l i z ed y n a m i cW e bt e c h n o l o g yi n$3 C 4 510 Ba n dt om o n i t o rd a t ai nt h el o c a la r e an
19、 e t w o r k T h em a i nt a s k sa r et od e s i g nh a r d w a r es y s t e m，s o f t w a r es y s t e m，c o n v e y i n gt e m p e r a t u r er e a d i n gm o d u l ea n dL C Ds h o w i n gm o d u l e K e y w o r d s：E m b e d d e ds y s t e m，u C l i n u x，M e m o r ym a n a g e，W e bs e r v e r
20、I t i华南理工大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：氟诲军日期：2 啮年月萝日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华南理工大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩
21、印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密口，在一年解密后适用本授权书。本学位论文属于不保密面。(请在以上相应方框内打“”)作者签名：导师签名：承涛军日期：2 u 屿年月孑日日期：猫么月8 日第一章绪论第一章绪论计算机是帮助人们思考的机器，一点也不具备行动的能力。当我们把计算机嵌入各种装置之中，让它发挥指挥控制的作用，这些本来已经具有行动能力的装置一下子就智能化了。大到穿梭太空的火箭、卫星，小到我们掌中的手机、录音机，都是嵌入式系统大显身手的地方。从消费型电子产品到各种工业设备，嵌入式系统已渗透于我们日常生活的各个角落。I n t e r n e t 的增长以及无线通信的繁荣，为嵌入式系统提
22、供了广阏的发展空间。1 1 嵌入式系统概述1 1 1 嵌入式系统定义嵌入式系统被定义为：以应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬件可裁剪、适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。嵌入式计算机在应用数量上远远超过了各种通用计算机，一台通用计算机的外部设备中就包含了5 一l O 个嵌入式微处理器，键盘、鼠标、软驱、硬盘、显示卡、显示器、M o d e m、网卡、声卡、打印机、扫描仪、数字相机、U S B 集线器等均是由嵌入式处理器控制的。在制造工业、过程控制、通讯、仪器、仪表、汽车、船舶、航空、航天、军事装备、消费类产品等方面均是嵌入式计算机的应用领域。嵌入式系统是将
23、先进的计算机技术、半导体技术和电子技术和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。1 1 2 嵌入式系统发展阶段嵌入式系统的出现至今已经有3 0 多年的历史，近几年来，计算机、通信、消费电子的一体化趋势日益明显，嵌入式技术已成为一个研究热点。纵观嵌入式技术的发展过程，大致经历四个阶段。第一阶段是以单芯片为核心的可编程控制器形式的系统，具有与监测、伺服、指示设备相配合的功能。这类系统大部分应用于一些专业性强的工业控制系统中，一般没有操作系统的支持，通过汇编语言编程对系统进行直接控制。这一阶段系华南理工大学硕士学位论文统的主要
24、特点是：系统结构和功能相对单一，处理效率较低，存储容量较小，几乎没有用户接口。由于这种嵌入式系统使用简单、价格低，以前在国内工业领域应用较为普遍，但是已经远不能适应高效的、需要大容量存储的现代工业控制和新兴信息家电等领域的需求。第二阶段是以嵌入式C P U 为基础、以简单操作系统为核心的嵌入式系统。主要特点是：C P U 种类繁多，通用性比较弱；系统开销小，效率高；操作系统达到一定的兼容性和扩展性；应用软件较专业化，用户界面不够友好。第三阶段是以嵌入式操作系统为标志的嵌入式系统。主要特点是：嵌入式操作系统能运行于各种不同类型的微处理器上，兼容性好；操作系统内核小、效率高，并且具有高度的模块化和
25、扩展性：具备文件和目录管理、多任务、网络支持、图形窗口以及用户界面等功能：具有大量的应用程序接口A P ，开发应用程序较简单；嵌入式应用软件丰富。第四阶段是以I n t e r n e t 为标志的嵌入式系统。这是个正在迅速发展的阶段。目前大多数嵌入式系统还孤立于I n t e r n e t 之外，但随着I n t e r n e t 的发展以及I n t e r n e t技术与信息家电、工业控制技术结合日益密切，嵌入式设备与I n t e r n e t 的结合将代表嵌入式系统的未来。综上所述，嵌入式系统技术日益完善，3 2 位微处理器在该系统中占主导地位，嵌入式操作系统已经从简单走向成
26、熟，它与网络、I n t e r n e t 结合曰益密切，因而，嵌入式系统应用将日益广泛。1 1 3 嵌入式处理器分类嵌入式系统的核心部件是各种类型的嵌入式处理器，目前据不完全统计，全世界嵌入式处理器的品种总量已经超过1 0 0 0 多种，流行体系结构有3 0 几个系列，其中8 0 5 l 体系的占有多半。生产8 0 5 l 单片机的半导体厂家有2 0 多个，共3 5 0多种衍生产品，仅P h i l i p s 就有近1 0 0 种。现在几乎每个半导体制造商都生产嵌入式处理器，越来越多的公司有自己的处理器设计部门。嵌入式处理器的寻址空间一般从6 4 k B 到1 6 M B，处理速度从0
27、1M I P S 到2 0 0 0M I P S，常用封装从8 个引脚到1 4 4 个引脚。根据其现状，嵌入式计算机可以分成下面几类。1 嵌入式微处理器(E m b e d d e dM i c r o p r o c e s s o rU n i t E M P U)嵌入式微处理器的基础是通用计算机中的C P U。在应用中，将微处理器装配在专门设计的电路板上，只保留和嵌入式应用有关的母板功能，这样可以大幅度减小系统体积和功耗。为了满足嵌入式应用的特殊要求，嵌入式微处理器虽然在功能上和标准微处理器基本是样的，但在工作温度、抗电磁干扰、可靠性等方面一般都做了各种增强。2第一章绪论和工业控制计算机
28、相比，嵌入式微处理器具有体积小、重量轻、成本低、可靠性高的优点，但是在电路板上必须包括R O M、R A M、总线接口、各种外设等器件，从而降低了系统的可靠性，技术保密性也较差。嵌入式微处理器及其存储器、总线、外设等安装在一块电路板上，称为单板计算机。如S T D B U S、P C I 0 4等。近年来，德国、日本的一些公司又开发出了类似“火柴盒”式名片大小的嵌入式计算机系列O E M 产品。嵌入式处理器目前主要有A m l 8 6 8 8、3 8 6 E X、S C 4 0 0、P o w e rP C、M o t o r o l a6 8 0 0 0、M I P S、A R M 系列等。
29、2 嵌入式微控制器(M i c r o c o n t r o l l e rU n i t，M C U)嵌入式微控制器又称单片机，顾名思义，就是将整个计算机系统集成到一块芯片中。嵌入式微控制器一般以某一种微处理器内核为核心，芯片内部集成R O M E P R O M、R A M、总线、总线逻辑、定时计数器、W a t c h D o g、I O、串行口、脉宽调制输出、A，D、D A、F l a s h R A M、E E P R O M 等各种必要功能和外设。为适应不同的应用需求，一般个系列的单片机具有多种衍生产品，每种衍生产品的处理器内核都是一样的，不同的是存储器和外设的配置及封装。这样可
30、以使单片机最大限度地和应用需求相匹配，功能不多不少，从而减少功耗和成本。和嵌入式微处理器相比，微控制器的最大特点是单片化，体积大大减小，从而使功耗和成本下降、可靠性提高。微控制器是目前嵌入式系统工业的主流。微控制器的片上外设资源一般比较丰富，适合于控制，因此称微控制器。嵌入式微控制器目前的品种和数量最多，比较有代表性的通用系列包括8 0 5 l、P 5 1 X A、M C S-2 5 l、M C S-9 6 1 9 6 2 9 6、C 1 6 6 1 6 7、M C 6 8 H C 0 5 1 l 1 2 1 6、6 8 3 0 0 等。另外还有许多半通用系列如：支持U S B 接口的M C
31、U8 x C 9 3 0 9 3 1、C 5 4 0、C 5 4 1；支持1 2 C、C A N B u s、L C D 及众多专用M C U 和兼容系列。目前M C U 占嵌入式系统约7 0 的市场份额。特别值得注意的是近年来提供X 8 6 微处理器的著名厂商A M D 公司，将A m l 8 6 C C C H C U 等嵌入式处理器称之为M i c r o c o n t r o l l e r，M o t o r o l a 公司把以P o w e rP C 为基础的P P C 5 0 5 和P P C 5 5 5 亦列入单片机行列。T I 公司亦将其T M S 3 2 0 c 2 x
32、 X x 系列D S P 做为M C U 进行推广。3 嵌入式D S P 处理器(E m b e d d e dD i g i t a lS i g n a lP r o c e s s o r，E D S P)D S P 处理器对系统结构和指令进行了特殊设计，使其适合于执行D S P 算法，编译效率较高，指令执行速度也较高。在数字滤波、F F T、谱分析等方面D S P 算法正在大量进入嵌入式领域，D S P 应用正从在通用单片机中以普通指令实现D S P功能，过渡到采用嵌入式D S P 处理器。嵌入式D S P 处理器有两个发展来源，一是D S P 处理器经过单片化、E M C 改造、增加
33、片上外设成为嵌入式D S P 处理器，T I 的T M S 3 2 0 c 2 0 0 0 c 5 0 0 0 等属于此范畴：二是在通用单片机或S O C 中增加D S P3华南理工大学硕士学位论文协处理器，例如I n t e l 的M C S 2 9 6 和I n f i n e o n(S i e m e n s)的T r i C o r e。推动嵌入式D S P 处理器发展的另一个因素是嵌入式系统的智能化，例如各种带有智能逻辑的消费类产品，生物信息识别终端，带有加解密算法的键盘，A D S L接入、实时语音压解系统，虚拟现实显示等。这类智能化算法一般都是运算量较大，特别是向量运算、指针线
34、性寻址等较多，而这些正是D S P 处理器的长处所在。嵌入式D S P 处理器比较有代表性的产品是T e x a sI n s t r u m e n t s 的T M$3 2 0 系列和M o t o r o l a 的D S P 5 6 0 0 0 系列。T M S 3 2 0 系列处理器包括用于控制的C 2 0 0 0 系列，移动通信的C 5 0 0 0 系列以及性能更高的C 6 0 0 0 和C 8 0 0 0 系列。D S P 5 6 0 0 0 目前已经发展成为D S P 5 6 0 0 0，D S P 5 6 1 0 0，D S P 5 6 2 0 0 和D S P 5 6 3
35、0 0 等几个不同系列的处理器。另外P h i l i p s 公司也推出了基于可重置嵌入式D S P 结构低成本、低功耗技术上制造的R E A LD S P 处理器。特点是具备双H a r v a r d 结构和双乘累加单元，应用目标是大批量消费类产品。4 嵌入式片上系统(S y s t e mO nC h i p l随着E D I 的推广和V L S I 设计的普及化，及半导体工艺的迅速发展，在一个硅片上实现一个更为复杂的系统的时代已来临，这就是S y s t e mO n C h i p(S O C)。各种通用处理器内核将作为S O C 设计公司的标准库，和许多其它嵌入式系统外设一样，成
36、为V L S I 设计中一种标准的器件，用标准的V H D L 等语言描述，存储在器件库中。用户只需定义出其整个应用系统，仿真通过后就可以将设计图交给半导体工厂制作样品。这样除个别无法集成的器件以外，整个嵌入式系统大部分均可集成到一块或几块芯片中去，应用系统电路板将变得很简洁，对于减小体积和功耗、提高可靠性非常有利。S O C 可以分为通用和专用两类。通用系列包括I n n n e o n(s i e m e n s)的T r i C o r e，M o t o r o l a 的M-C o r e，某些A R M 系列器件，E c h e l o n 和M o t o r o l a 联合研
37、制的N e u r o n芯片等。专用S O C 一般专用于某个或某类系统中，不为一般用户所知。一个有代表性的产品是P h i l i p s 的S m a r t X A，它将X A 单片机内核和支持超过2 0 4 8 位复杂R S A 算法的C C U 单元制作在一块硅片上，形成个可加载J A V A 或C 语言的专用的S O C，可用于公众互联网如I n t e r n e t 安全方面。1。1 4 嵌入式系统特点任何嵌入式系统都包括硬件和软件两个方面。硬件包括微处理器、存储器、I O 端口和图形控制器。软件包括操作系统和应用软件，应用软件控制着嵌入式系统的运作和行为，而操作系统则为应用
38、程序提供必要的底层支持，它一般是通过提供应用编程接口来实现的。下面介绍操作系统的软硬件特性。4第一章绪论1 硬件特性体积小，继承效率高。嵌入式系统总是去除冗余，力争用最小的系统完成目标功能。面向特定应用的特性。具体嵌入式系统只能适应某一特定应用，针对另一应用就需要重新设计硬件系统。低功耗，电磁兼容性好，能在恶劣环境下工作，即使死机也要求能够快速重启。2 软件特性嵌入式软件的研发与硬件紧密相关。由于嵌入式软件的开发是针对具体硬件平台运行的，它往往牵涉硬件驱动方面的一些软硬件结合部分。软件代码要求高效率和高可靠性。由于嵌入式系统中的软件运行空间有限，内存空间非常宝贵，在软件的编程过程中必须严格考虑
39、软件的运行效率，同时选用高质量的编译工具。软件一般固化在F l a s h 或R O M 中。1 2 嵌入式系统比较从八十年代起，国际上就有一些I T 组织、公司，开始进行商用嵌入式系统和专用操作系统的研发。这其中涌现了一些著名的嵌入式系统：1 W i n d o w sC EM i c r o s o f tW i n d o w sC E 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于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。操作系统的基本内核需要至少2 0 0 K 的R O M。2 V X W o r k sV x W o r k
40、 s 是目前嵌入式系统领域中使用最广泛、市场占有率最高的系统。它支持多种处理器，如x 8 6、i 9 6 0、S u nS p a r e、M o t o r o l aM C 6 8 x x x、M I P SR X 0 0 0、P o w e r P C 等等。大多数的V x W o r k s A P I 是专有的。采用G N U 的编译和调试器。3 p S O Sl S I 公司已经被W i n R i v e r 公司兼并，现在p S O S 属于W i n d R i v e r 公司的产品。这个系统是一个模块化、高性能的实时操作系统，专为嵌入式微处理器设计，提供一个完全多任务环境
41、，在定制的或是商业化的硬件上提供高性能和高可靠性。可以让开发者根据操作系统的功能和内存需求定制成每一个应用所需的系统。开发者可以利用它来实现从简单的单个独立设备到复杂的、网络化的多处理器系统。4 Q N XQ N X 是一个实时的、可扩充的操作系统，它部分遵循P O S I X 相关标准，如：5华南理工大学硕士学位论文P O S I X 1 b 实时扩展。它提供了一个很小的微内核以及一些可选的配合进程。其内核仅提供4 种服务：进程调度、进程间通信、底层网络通信和中断处理，其进程在独立的地址空间运行。所有其它O S 服务，都实现为协作的用户进程，因此Q N X内核非常小巧(Q N X 4 X 大
42、约为1 2 K b)而且运行速度极快。这个灵活的结构可以使用户根据实际的需求，将系统配置成微小的嵌入式操作系统或是包括几百个处理器的超级虚拟机操作系统。5 P a l m O S3 C o m 公司的P a l mO S 在P D A 市场上占有很大的市场份额，它有开放的操作系统应用程序接口(A P I)，开发商可以根据需要自行开发所需要的应用程序。6 O S 9M i c r o w a v e 的O S 9 是为微处理器的关键实时任务而设计的操作系统，广泛应用于高科技产品中，包括消费电子产品、工业自动化、无线通讯产品、医疗仪器、数字电视多媒体设备。它提供了很好的安全性和容错性。与其他的嵌入
43、式系统相比，它的灵活性和可升级性非常突出。7 L y n x O SL y n xR e a l t i m eS y s t e m s 的L y n x O S 是一个分布式、嵌入式、可规模扩展的实时操作系统，它遵循P O S I X 1 a、P O S I X I b 和P O S I X 1 c 标准。L y r n x O S 支持线程概念，提供2 5 6 个全局用户线程优先级；提供一些传统的、非实时系统的服务特征：包括基于调用需求的虚拟内存，一个基于M o t i f 的用户图形界面，与工业标准兼容的网络系统以及应用开发工具。8 嵌入式L i n u x嵌入式L i n u x 就
44、是在嵌入式系统中使用的L i n u x，通常是将L i n u x 进行相应改造后，再用于嵌入式计算祝的操作系统，为嵌入式应用程序提供操作系统服务。与目前市场上的众多商业R T O S 相比，嵌入式L i n u x 有以下特点：(1)完全开放源代码。嵌入式L i n u x 开放源代码，使得学习、修改、剪裁L i n u x 成为可能，设计者可以对嵌入式L i n u x 进行二次开发，去掉操作系统的附加功能，只保留必须的操作系统功能，并且可以根据实际使用的需要优化操作系统的代码，从而降低整个系统开销与能耗。(2)成本低。只要遵守G P L 协议，嵌入式L i n u x 操作系统的源代码
45、可以自由获得。(3)丰富的使用软件支持。L i n u x 操作系统是一个完整的、功能强大的操作系统、提供了大量的使用程序和各种各样的应用软件。这些软件的正确性和有效性都经过了实际应用检验，可以根据需要，利用L i n u x 提供的丰富的软件支持迅速构建嵌入式应用的软件环境。9 g C O S I I是个完整的，可移植、固化、裁减的占先式实时多任务内核。I t C O S I I 是用A N S I 的c 语言编写的，包含-d,部分汇编语言代码，使之可供不同构架的微6第一章绪论处理器使用。至今，从8 位到6 4 位，p C O S I I 已在超过4 0 种不同构架的微处理器上运行。自1 9
46、 9 2 年起，“C O S I I 已在全世界从照相机到航空设备等各个领域得到广泛应用，这个R T O S 的健壮性、可靠性合安全性已经得到了广泛的证明。值得指出的是p C O S-I IV 2 5 2 通过了美国航空航天管理局(F A A)的安全认证，可以用于飞机、航天器等与人性命攸关的控制系统中。1 3 嵌入式L in u x 的现状由于嵌入式产品在体积、成本等方面有较严格的要求，处理器部分占用空间应尽可能小。系统的可用内存和外存数量也非常受限制，而嵌入式操作系统就运行在有限的内存(一般在R O M 或快闪存储器)中，因此就对操作系统的规模、效率等提出了较高的要求。正是嵌入式操作系统的特
47、殊要求为L i n u x 在嵌入式系统中的发展提供了广阔的舞台。由于L i n u x 的高度灵活性，程序员可以很容易地根据应用领域的特点对它进行定制开发，来满足自己的实际应用需要。而且由于L i n u x 固有的多任务、高效稳定的系统特征，使得L i n u x 成为嵌入式操作系统中的新贵。嵌入式L i n u x一般是按照嵌入式目标系统的要求而设计，由一个体积很小的内核及一些可以根据需要进行随意裁减的系统模块组成。一般来说整个系统所占用的空间不会超过几M 大小。目前，国外不少大学、研究机构和知名公司都加入了嵌入式L i n u x 的开发工作，较成熟的嵌入式L i n u x 产品不断
48、涌现，下面我们简单介绍几个较著名的系统。1 R T L i n u x：由美国新墨西哥理工学院开发的基于标准L i n u x 的嵌入式操作系统。截至目前为止，R T L i n u x 已成功地应用于从航天飞机的空间数据采集、科学仪器测控到电影特技图像处理等广泛的应用领域。R T L i n u x 开发者并没有针对实时操作系统的特性重写L i n u x 的内核。这样做工作量会非常大而且要保证兼容性也非常困难。R T L i n u x 的原理是采用双内核机构，即将L i n u x 的内核代码进行少量修改，将L i n u x 任务以及L i n u x 内核本身作为实时内核的一个优先级
49、最低的任务，而实时任务优先级高于普通L i n u x 任务，即在实时任务存在的情况下运行实时任务，否则才运行L i n u x 本身的任务。实时任务不同于L i n u x 普通进程，它是L i n u x 的内核模块的形式存在的。需要运行实时任务的时候，将这个实时任务的内核模块插入到内核中去。实时任务和L i n u x 一般进程的通信通过内存或者F I F O 通道来实现。2 K U R T _ l i n u xK U R Tl i n u x 采用了另外一种方式来获得实时性。K U R Tl i n u x 由美国K a n s a s7华南理工大学硕士学位论文大学研制。研制K U
50、R Tl i n u x 的最初目的是满足实时网络多媒体方面研究的需要。因为A T M 网络和多媒体网络既要求有很高的实时性，又要求全面的操作系统服务，因而决定改造L i n u x 来满足要求。通过直接对L i n u x 核心进行改造来实现目标，采用的方法比较简洁，却基本达到了目的。K U R Tl i n u x 强化了L i n u x 的时钟机制和调度机制。标准L i n u x 将时钟间隔定位1 0 m s，这显然无法满足实时操作的要求。K U R T l i n u x 通过修改L i n u x 的时钟模块，使得时钟得以a s 为单位在任何需要的时候都可以产生中断，又避免了不必