嵌入式操作系統(tǒng)

1、第7章 嵌入式操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)基本概念操作系統(tǒng)基本概念n計算機硬件和軟件兩個組成部分。軟件包括應(yīng)用軟件和系統(tǒng)軟件，操作系統(tǒng)是現(xiàn)代通用計算機中最重要的系統(tǒng)軟件 n操作系統(tǒng)是一組管理程序，管理計算機的硬件資源和軟件資源，為應(yīng)用軟件的提供運行“平臺”，使用戶更方便、有效地使用計算機。n主要功能包括：接口管理、處理器管理、存儲管理、設(shè)備管理、文件管理等 嵌入式嵌入式OS與通用與通用OS相同點相同點n嵌入式OS同樣具有通用OS的幾個基本功能n能夠有效管理越來越復(fù)雜的系統(tǒng)資源n把硬件虛擬化，使得開發(fā)人員從繁忙的驅(qū)動程序移植和維護中解脫出來n提供庫函數(shù)、驅(qū)動程序、工具集以及應(yīng)用程序 嵌入式嵌入式OS及軟件的

2、固化及軟件的固化8Mx16位位 flash嵌入式系統(tǒng)不一定需要操作系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)不一定需要操作系統(tǒng)n在PC機中，操作系統(tǒng)是必不可少的系統(tǒng)軟件 n嵌入式系統(tǒng)中不一定有操作系統(tǒng)n功能簡單系統(tǒng)中，即沒有支持操作系統(tǒng)運行的硬件資源，也沒有使用操作系統(tǒng)的必要 n高性能嵌入式系統(tǒng)完成復(fù)雜的功能，如果仍延續(xù)基于裸機的開發(fā)方式，軟件工作量過于龐大，甚至是不可能完成的任務(wù)，這時需要使用操作系統(tǒng) 兩類嵌入式系統(tǒng)兩類嵌入式系統(tǒng)n基于裸機的系統(tǒng)裸機的系統(tǒng)設(shè)計中，用戶軟件不僅要實現(xiàn)應(yīng)用功能，還需要完成硬件初始化、設(shè)備管理、中斷管理、內(nèi)存分配等所有的軟件任務(wù)，工作繁瑣，但靈活性強n基于操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)，在設(shè)計嵌入式系統(tǒng)應(yīng)

3、用軟件時可專注于應(yīng)用功能的設(shè)計，而不需在系統(tǒng)管理上耗費過多的精力。但資源占用大，帶來額外的成本。 嵌入式操作系統(tǒng)特點嵌入式操作系統(tǒng)特點 n模塊化，可定制 n實時性強 n穩(wěn)定性要求高 n代碼有固化的要求 n具有良好的硬件適應(yīng)性，便于移植 嵌入式系統(tǒng)的組成嵌入式系統(tǒng)的組成嵌入式系統(tǒng)硬件抽象層嵌入式系統(tǒng)硬件抽象層n硬件抽象層硬件抽象層是一組系統(tǒng)軟件，通過統(tǒng)一的編程接口為操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件提供一個抽象化的運行平臺 n硬件抽象層位于操作系統(tǒng)和硬件之間，實現(xiàn)對硬件的操作，并通過標(biāo)準(zhǔn)化的接口為操作系統(tǒng)提供服務(wù)，向操作系統(tǒng)提供硬件平臺的信息，并根據(jù)操作系統(tǒng)的要求完成對硬件的操作 n只要在硬件平臺上實現(xiàn)硬件抽象

4、層，那么操作系統(tǒng)就可以移植到該平臺上 n板級支持包板級支持包BSP（Board Support Package）是硬件抽象層的一種實現(xiàn)，很多情況下，二者表達的是同一個含義 嵌入式系統(tǒng)硬件抽象層結(jié)構(gòu)嵌入式系統(tǒng)硬件抽象層結(jié)構(gòu) 實時計算機系統(tǒng)概述實時計算機系統(tǒng)概述 n實時系統(tǒng)是能及時響應(yīng)外部發(fā)生的隨機事件，并以足夠快的速度完成對事件處理的計算機系統(tǒng)n實時系統(tǒng)的正確性不僅依賴系統(tǒng)計算的邏輯結(jié)果，還依賴于產(chǎn)生這個結(jié)果的時間n計算機系統(tǒng)是一個激勵-響應(yīng)系統(tǒng)，激勵-響應(yīng)周期T，代表著計算機的響應(yīng)能力。應(yīng)用對象所規(guī)定的響應(yīng)時間Ta，若TTa，這個系統(tǒng)便是實時系統(tǒng)。實時系統(tǒng)特點實時系統(tǒng)特點 n實時系統(tǒng)具有復(fù)雜的

5、約束性約束性：時間約束、資源約束、執(zhí)行順序約束和性能約束 n實時任務(wù)的執(zhí)行具有可預(yù)測性可預(yù)測性：系統(tǒng)能夠?qū)崟r任務(wù)的執(zhí)行時間進行預(yù)測，判斷是否能夠滿足任務(wù)的時限要求。是實時系統(tǒng)最基本的性能指標(biāo) n實時系統(tǒng)具有高可靠性高可靠性的要求n實時系統(tǒng)需要與外部環(huán)境進行交互與外部環(huán)境進行交互n實時系統(tǒng)需要滿足一定的峰值負(fù)荷要求滿足一定的峰值負(fù)荷要求硬實時系統(tǒng)與軟實時系統(tǒng)硬實時系統(tǒng)與軟實時系統(tǒng)n在硬實時系統(tǒng)硬實時系統(tǒng)中，系統(tǒng)要確保在最壞情況下的服務(wù)時間，即對事件響應(yīng)時間的截止期限必須得到滿足。在這樣的系統(tǒng)里，如果一個事件在規(guī)定期限內(nèi)不能得到及時處理則會導(dǎo)致致命的系統(tǒng)錯誤。n在軟實時系統(tǒng)軟實時系統(tǒng)中，從統(tǒng)計的

6、角度看，任務(wù)能夠得到足夠的處理時間，到達系統(tǒng)的事件也能夠在截止期限前得到處理，但系統(tǒng)不能保證時刻都能滿足這樣的條件，截止期限條件偶爾沒得到滿足時并不會帶來致命的系統(tǒng)錯誤。n滿足硬實時的系統(tǒng)一定滿足軟實時的要求，反之未必嵌入式系統(tǒng)實時性嵌入式系統(tǒng)實時性 n嵌入式系統(tǒng)是一種計算機，基于硬件平臺，用軟件實現(xiàn)事件的檢測、數(shù)據(jù)的收發(fā)、信息的處理、控制信號的產(chǎn)生n嵌入式系統(tǒng)與應(yīng)用對象之間的交互往往有時間限制，這就是嵌入式系統(tǒng)的實時性特點n嵌入式系統(tǒng)激勵-響應(yīng)時間T包括硬件響應(yīng)時間Th和軟件響應(yīng)時間Ts n軟件響應(yīng)時間是主要因素，這增加了系統(tǒng)實時設(shè)計的復(fù)雜性 系統(tǒng)性能與實時性的關(guān)系系統(tǒng)性能與實時性的關(guān)系n系

7、統(tǒng)運行速度高不代表實時性好 n同樣的硬件、軟件設(shè)計，速度快的系統(tǒng)實時性會更強 n當(dāng)系統(tǒng)不能滿足實時性要求時，可以通過提高系統(tǒng)的運行速度來彌補，但會帶來負(fù)面影響：功耗加大、電磁兼容性能下降、可靠性降低 裸機中的實時軟件設(shè)計裸機中的實時軟件設(shè)計 前前/后臺的程序結(jié)構(gòu)后臺的程序結(jié)構(gòu) ：實時性要求高的任務(wù)放在中斷服務(wù)程序（前臺）中，實時性要求高的任務(wù)放在中斷服務(wù)程序（前臺）中，而其它實時性要求低的任務(wù)放在主程序（后臺）中而其它實時性要求低的任務(wù)放在主程序（后臺）中 嵌入式操作系統(tǒng)實時性嵌入式操作系統(tǒng)實時性 n實時性反映了設(shè)備“及時”處理事件的能力n嵌入式操作系統(tǒng)管理著嵌入式計算機的硬件、軟件資源，必須

8、支持實時任務(wù)調(diào)度，才能確保整個系統(tǒng)對事件響應(yīng)的實時性n運行在嵌入式實時系統(tǒng)中，支持系統(tǒng)實現(xiàn)實時任務(wù)調(diào)度的操作系統(tǒng)，稱為嵌入式實時操作系統(tǒng)嵌入式實時操作系統(tǒng) n按系統(tǒng)對事件響應(yīng)的時間約束，嵌入式操作系統(tǒng)有硬實時和軟實時兩種類型 實時實時OS與通用與通用OS設(shè)計目標(biāo)設(shè)計目標(biāo)n通用操作系統(tǒng)中，強調(diào)的是系統(tǒng)的平均表現(xiàn)系統(tǒng)的平均表現(xiàn) n嵌入式實時操作系統(tǒng)首要目標(biāo)不是提高系統(tǒng)的平均表現(xiàn)，而是通過資源管理、任務(wù)調(diào)度，確保每通過資源管理、任務(wù)調(diào)度，確保每個實時任務(wù)在最壞情況下也能滿足其實時性要求個實時任務(wù)在最壞情況下也能滿足其實時性要求 n通用操作系統(tǒng)注重的是整體表現(xiàn)整體表現(xiàn)，實時操作系統(tǒng)注重的是每個任務(wù)的表

9、現(xiàn)每個任務(wù)的表現(xiàn)，更準(zhǔn)確地講是任務(wù)在最壞情況下的表現(xiàn) 嵌入式嵌入式RTOS與通用與通用OS設(shè)計上的差別設(shè)計上的差別n任務(wù)調(diào)度策略任務(wù)調(diào)度策略不同：通用OS為動態(tài)優(yōu)先級+時間片輪轉(zhuǎn)；實時OS為靜態(tài)表驅(qū)動方式和靜態(tài)優(yōu)先級搶占式調(diào)度方式 n內(nèi)存管理方式內(nèi)存管理方式不同：通用OS采用硬盤虛擬內(nèi)存，實時OS不采用虛擬內(nèi)存或?qū)μ摂M內(nèi)存進行特殊設(shè)計n中斷處理方式中斷處理方式不同：通用OS中斷處理程序的優(yōu)先級被設(shè)定為高于任何用戶進程；實時OS不合適采用這樣的中斷處理機制 n共享資源的互斥訪問機制共享資源的互斥訪問機制不同：通用OS采用信號量機制來解決共享資源的互斥訪問問題；實時OS中，往往對傳統(tǒng)的信號量機制進

10、行了一些擴展，避免普通信號量機制引起的優(yōu)先級倒置問題：優(yōu)先級繼承協(xié)議和優(yōu)先級頂置協(xié)議。嵌入式嵌入式RTOS與通用與通用OS設(shè)計上的差別設(shè)計上的差別(續(xù)續(xù))n系統(tǒng)調(diào)用以及系統(tǒng)內(nèi)部操作的時間開銷系統(tǒng)調(diào)用以及系統(tǒng)內(nèi)部操作的時間開銷有差別：實時OS中所有系統(tǒng)調(diào)用以及系統(tǒng)內(nèi)部操作的時間開銷都應(yīng)是有界的；通用操作系統(tǒng)中對這些時間開銷則未做如此限制n系統(tǒng)的可重入性系統(tǒng)的可重入性：通用OS核心態(tài)系統(tǒng)調(diào)用往往是不可重入的；實時OS中核心態(tài)系統(tǒng)調(diào)用往往設(shè)計為可重入的，確保系統(tǒng)的可預(yù)測性 n輔助工具輔助工具：實時操作系統(tǒng)額外提供了一些輔助工具，如實時任務(wù)在最壞情況下的執(zhí)行時間估算工具、系統(tǒng)的實時性驗證工具等 n實時

11、操作系統(tǒng)對系統(tǒng)硬件設(shè)計系統(tǒng)硬件設(shè)計也提出了一些要求 ：DMA、Cache評價一個實時操作系統(tǒng)評價一個實時操作系統(tǒng)n任務(wù)調(diào)度機制 n內(nèi)存管理：實模式和保護模式 n最小內(nèi)存開銷 n中斷禁止時間與中斷延遲時間 n任務(wù)切換時間 當(dāng)實時操作系統(tǒng)運行在核心態(tài)或執(zhí)行某些系統(tǒng)調(diào)用的時候，不會因為外部中斷的到來而中斷執(zhí)行，只有當(dāng)操作系統(tǒng)重新回到用戶態(tài)時才響應(yīng)外部中斷清求，這一過程所需的最大時間就是中斷禁止時間中斷禁止時間。 中斷延時時間中斷延時時間是指系統(tǒng)確認(rèn)中斷開始直到執(zhí)行中斷服務(wù)程序的第一條指令為止的整個過程所需要的時間。嵌入式操作系統(tǒng)選型嵌入式操作系統(tǒng)選型 n實時性 n系統(tǒng)定制能力 n可移植性 n可用的軟

12、件、硬件技術(shù)資源 n對網(wǎng)絡(luò)的支持能力 n對圖形界面的支持能力n語言支持 n系統(tǒng)的穩(wěn)定性 n對硬件資源的要求 n研發(fā)團隊已有技術(shù)條件 n系統(tǒng)的使用授權(quán)費用常用嵌入式操作系統(tǒng)常用嵌入式操作系統(tǒng)n桌面操作系統(tǒng)種類有限：Windows系列、Linux、UNIX等n嵌入式操作系統(tǒng)有幾十種：Windows CE、Nucleus、VxWorks、uC/OS、嵌入式Linux、QNX、pSOS等等n桌面操作系統(tǒng)因為其通用性，容易形成壟斷，而嵌入式操作系統(tǒng)因具有應(yīng)用針對性，種類繁多，百花齊放嵌入式嵌入式Linux Linux簡介簡介 nLinux最初由芬蘭赫爾辛基大學(xué)的學(xué)生（Linus Torvalds ）于1

13、991年開始開發(fā) n1994年按完全自由擴散版權(quán)形式發(fā)布了Linux的第一個正式版本1.0n為鼓勵商業(yè)公司參與Linux的開發(fā)應(yīng)用，Linux后來轉(zhuǎn)向GPL General Public License 社會公眾享有運行、復(fù)制軟件的自由自由，發(fā)行傳播軟件的自由，獲得軟件源碼源碼的自由，改進軟件并將自己作出的改進版本向社會發(fā)行傳播的自由。只要這種修改文本在整體上或者其某個部分來源于遵循GPL的程序，該修改文本的整體就必須按照GPL流通，不僅該修改文本的源碼必須向社會公開，而且對于這種修改文本的流通不準(zhǔn)許附加修改者自己作出的限制 GNU/Linux Linux只是一個操作系統(tǒng)內(nèi)核，提供系統(tǒng)服務(wù)，如

14、任務(wù)管理、虛擬內(nèi)存、設(shè)備管理等。通常所說的Linux，指的是GNU/Linux，即采用Linux內(nèi)核的GNU操作系統(tǒng)，在該操作系統(tǒng)中，以Linux為內(nèi)核，使用了大量的GNU軟件，包括了shell程序、工具、程序庫、編譯器及工具，還有許多其他程序 GNUs Not Unix Richard StallmanGNU/Linux操作系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)操作系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)Linux內(nèi)核結(jié)構(gòu)內(nèi)核結(jié)構(gòu) 嵌入式嵌入式Linux n嵌入式Linux內(nèi)核由標(biāo)準(zhǔn)Linux內(nèi)核裁剪而來 n系統(tǒng)模塊化，支持用戶定制n經(jīng)過裁剪、壓縮后的系統(tǒng)內(nèi)核一般只有幾百KB n已有多種版本的嵌入式Linux操作系統(tǒng) n嵌入式Linux支持從F

15、LASH或ROM的啟動嵌入式嵌入式Linux的特點的特點n支持多種硬件平臺支持多種硬件平臺 ：x86、ARM、MIPS、ALPHA、PowerPC n高效穩(wěn)定的系統(tǒng)內(nèi)核高效穩(wěn)定的系統(tǒng)內(nèi)核 n開放源碼，軟件豐富開放源碼，軟件豐富 n完善的開發(fā)工具完善的開發(fā)工具：完整的工具鏈（Tool Chain），實現(xiàn)從操作系統(tǒng)定制及應(yīng)用軟件的設(shè)計、調(diào)試 n完善的網(wǎng)絡(luò)通信完善的網(wǎng)絡(luò)通信 n支持多種文件系統(tǒng)支持多種文件系統(tǒng)：EXT2、FAT32、ROMFS n支持多種圖形用戶界面支持多種圖形用戶界面：Microwindows、MiniGUI、Tiny X、Qt/Embedded Linux操作系統(tǒng)類型操作系統(tǒng)類型

16、nRTLinux nuClinuxnEOSnux、Midinux nRTLinux nLinux原本是個通用操作系統(tǒng)，沒有實時任務(wù)調(diào)度能力 n1996年，第一個Linux實時系統(tǒng)發(fā)布，這就是RTLinux。RTLinux的實時內(nèi)核處于Linux內(nèi)核和硬件平臺之間，為Linux內(nèi)核提供一個“虛擬機”環(huán)境 nRTLinux是一個硬實時的嵌入式Linux操作系統(tǒng) nRTLinux實現(xiàn)方法：另外設(shè)計一個實時內(nèi)核實時內(nèi)核，把標(biāo)準(zhǔn)的Linux內(nèi)核作為該實時內(nèi)核的一個進程，同用戶的實時進程一起調(diào)度。避免對Linux內(nèi)核的大規(guī)模改動，也有利于充分利用Linux現(xiàn)有的豐富軟件資源 RTLinux操作系統(tǒng)原理操作

17、系統(tǒng)原理 uClinux nMMU實現(xiàn)虛擬地址到物理地址的轉(zhuǎn)換以及任務(wù)內(nèi)存空間的保護 n標(biāo)準(zhǔn)Linux在硬件上需要MMU支持n為了能在沒有集成MMU的低成本嵌入式微處理器上運行，改造Linux內(nèi)核uCLinuxuCLinux與標(biāo)準(zhǔn)與標(biāo)準(zhǔn)LinuxnuCLinux是精巧的Linux版本，適合低成本、小型化嵌入式系統(tǒng) n具有標(biāo)準(zhǔn)Linux的大多數(shù)優(yōu)點：穩(wěn)定、可移植性好、對網(wǎng)絡(luò)的支持好、支持多種文件系統(tǒng)、支持豐富的標(biāo)準(zhǔn)化用戶應(yīng)用編程接口 n支持多種不同體系結(jié)構(gòu)的硬件平臺 nuClinux同標(biāo)準(zhǔn)Linux的最大區(qū)別就在于內(nèi)存管理最大區(qū)別就在于內(nèi)存管理。不能使用標(biāo)準(zhǔn)Linux的虛擬地址管理技術(shù)，而是采用

18、實地址進行內(nèi)存管理。所有程序都直接使用真實的物理地址。操作系統(tǒng)不提供對內(nèi)存空間保護 nuClinux并不是為了解決Linux實時性而設(shè)計的，在這方面與標(biāo)準(zhǔn)Linux并無實質(zhì)的差別 uCLinux內(nèi)核結(jié)構(gòu)內(nèi)核結(jié)構(gòu) uC/OS-II uC/OS-IIn1992年是美國工程師Jean J.Labrosse設(shè)計成功uC/OS，1998年推出uC/OS升級版，即uC/OS-II n是支持可搶占式任務(wù)調(diào)度的嵌入式實時多任務(wù)操作系統(tǒng)實時操作系統(tǒng)n廣泛應(yīng)用在消費類電子產(chǎn)品、醫(yī)療器械、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、工業(yè)控制等領(lǐng)域 作者：作者： （美）（美）Jean J.Labrosse著，著，邵貝貝邵貝貝 等譯等譯出出 版版 社：

19、社： 北京航天航空大學(xué)出版社北京航天航空大學(xué)出版社出版時間：出版時間： 2003-5-1 uC/OS-II特點特點n開放源代碼n良好的可移植性 n支持軟件固化 n可按應(yīng)用需要進行系統(tǒng)裁減 n支持搶占式任務(wù)調(diào)度 n支持多任務(wù)n任務(wù)運行時間具有確定性 n采用獨立的任務(wù)棧 n提供基本的系統(tǒng)服務(wù) n支持中斷管理 n良好的穩(wěn)定性和可靠性 uC/OS的搶占式任務(wù)調(diào)度的搶占式任務(wù)調(diào)度 uC/OS-II操作系統(tǒng)任務(wù)狀態(tài)操作系統(tǒng)任務(wù)狀態(tài)uC/OS-II移植的條件移植的條件n處理器的C編譯器能產(chǎn)生可重入代碼 nC語言可以打開和關(guān)閉中斷 n處理器支持中斷，并且能產(chǎn)生定時中斷 n處理器支持能夠容納一定量數(shù)據(jù)的硬件堆棧

20、 n處理器有將堆棧指針或其它CPU寄存器讀出并存儲到堆棧或內(nèi)存中的指令 uC/OS硬件軟件體系結(jié)構(gòu)硬件軟件體系結(jié)構(gòu) VxWorks VxWorksn來自Wind River System(09年6月，Intel 收購)n高可靠、硬實時的嵌入式操作系統(tǒng) n工業(yè)控制、軍事裝備、航空/航天、通信設(shè)備 n提供完善的軟件開發(fā)環(huán)境，支持多種調(diào)試手段 n包括了進程管理、存儲管理、設(shè)備管理、文件系統(tǒng)管理、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議及系統(tǒng)應(yīng)用等幾個部分 n微內(nèi)核操作系統(tǒng)微內(nèi)核操作系統(tǒng)，在內(nèi)核中只保留實現(xiàn)操作系統(tǒng)服務(wù)的最基本功能，而用模塊化的用戶態(tài)服務(wù)器完成操作系統(tǒng)中比較高級的操作 VxWorks系統(tǒng)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)結(jié)構(gòu) VxWorks操

21、作系統(tǒng)特點操作系統(tǒng)特點 n采用高性能的微內(nèi)核結(jié)構(gòu)支持所有的實時特征高性能的微內(nèi)核結(jié)構(gòu)支持所有的實時特征：快速任務(wù)切換、微秒級的中斷處理、搶占式和時間片輪轉(zhuǎn)任務(wù)調(diào)度 n系統(tǒng)具有高可靠性 n系統(tǒng)具有強實時性 n支持按需定制 n具有良好的可移植性 ：ARM、XScale、MIPS、PowerPC和X86 n提供豐富的網(wǎng)絡(luò)支持 Tornado開發(fā)環(huán)境三個組成開發(fā)環(huán)境三個組成 n運行在開發(fā)機和目標(biāo)機上的系列交叉開發(fā)工具和系列交叉開發(fā)工具和實用程序?qū)嵱贸绦颍蓪δ繕?biāo)機上的應(yīng)用進行跟蹤和調(diào)試 n運行在目標(biāo)機上的高性能、可裁剪的嵌入式實時嵌入式實時操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)VxWorksn連接宿主機和目標(biāo)機的多種通訊模

22、塊多種通訊模塊，支持以太網(wǎng)、RS-232串口、ICE（In Circuit Emulator）、ROM仿真器等 Tornado 核心工具核心工具 nC/C+編譯環(huán)境 n圖形化的交叉調(diào)試器CrossWindn命令行執(zhí)行工具WindShelln目標(biāo)機系統(tǒng)狀態(tài)瀏覽器Browsern診斷分析工具WindViewn集成仿真器 VxSimTornado開發(fā)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)開發(fā)系統(tǒng)結(jié)構(gòu) VxWorks與勇氣號與勇氣號n內(nèi)置一個特制的抗輻射20MHz PowerPC CPUn配置有128MB內(nèi)存n 采用VxWorks嵌入式操作系統(tǒng)n勇氣號的軟件可遠(yuǎn)程無線升級Windows XP Embedded Windows Em

23、bedded Microsoft的嵌入式操作系統(tǒng)產(chǎn)品與技術(shù)的總稱，這些操作系統(tǒng)為開發(fā)人員提供了與桌面Windows相同/相似的工具和技術(shù)，有利于將以服務(wù)為導(dǎo)向的下一代智能互聯(lián)型設(shè)備快速投放市場 Windows Embedded產(chǎn)品系列產(chǎn)品系列 nWindows CE nWindows XP Embedded/Windows Embedded Standard 2009nWindows Embedded POSReady nWindows Embedded Enterprise nWindows Embedded NavReady Windows XP Embedded 兼容性：兼容性：nWin

24、dows XP Professional桌面操作系統(tǒng)的組件化版本 n與XP Professional在軟件上完全兼容 n充分利用PC工業(yè)長期積累起來的豐富軟、硬件資源 特點：特點：nXP Embedded具有靈活的系統(tǒng)定制能 nXP Embedded支持靈活的啟動和存儲選項 XP Embedded不具備的不具備的XP功能功能 nWindows文件保護 (WFP) nWindows XP 漫游 nWindows 安裝程序 n聯(lián)機產(chǎn)品激活 n。Windows XP Embedded開發(fā)工具開發(fā)工具 n目標(biāo)機分析器：目標(biāo)機分析器：自動采集系統(tǒng)所有設(shè)備的信息，并生成報告文件，從而為系統(tǒng)開發(fā)者簡化了目標(biāo)

25、機結(jié)構(gòu)分析的工作 n目標(biāo)機設(shè)計器：目標(biāo)機設(shè)計器：選擇組件、配置系統(tǒng)并最終生成一個用戶定制的操作系統(tǒng)映像 n組件設(shè)計器：組件設(shè)計器：設(shè)計自定義的操作系統(tǒng)組件 n組件數(shù)據(jù)庫管理器：組件數(shù)據(jù)庫管理器：維護已有的操作系統(tǒng)組件，還可向組件庫載入用戶自定義的組件 Windows Embedded Studio定制XP Embedded步驟 n配置目標(biāo)機系統(tǒng)配置目標(biāo)機系統(tǒng)，在目標(biāo)機上加載桌面操作系統(tǒng)，并運行目標(biāo)分析器探測系統(tǒng)硬件配置信息。n為目標(biāo)機準(zhǔn)備好存儲介質(zhì)為目標(biāo)機準(zhǔn)備好存儲介質(zhì)，并做好格式化。n開發(fā)系統(tǒng)基于目標(biāo)機的硬件設(shè)備配置信息， 創(chuàng)建基本創(chuàng)建基本的操作系統(tǒng)配置的操作系統(tǒng)配置，還可向配置中加入其它組

26、件。n進行組件的依賴性檢查組件的依賴性檢查，解決依賴性問題。n創(chuàng)建創(chuàng)建用戶定制的XP Embedded操作系統(tǒng)的映像。n將定制的操作系統(tǒng)映像存入目標(biāo)機映像存入目標(biāo)機存儲介質(zhì)。n在目標(biāo)機上引導(dǎo)并測試引導(dǎo)并測試定制的操作系統(tǒng)映像。XPe操作系統(tǒng)定制流程操作系統(tǒng)定制流程 嘗試嘗試Windows XP Embeddedn 下載Windows XP embedded（75.214MB），已定制好的XP Embedded二進制映象文件，在PC上運行。http:/ 微軟試用版開發(fā)系統(tǒng)下載http:/ CE Windows CE nC：Compact、Consumer、Connectivity、Compani

27、onnE：Electronicsn應(yīng)用對象是小型消費類的電子產(chǎn)品，如PDA、智能手機、數(shù)碼影音產(chǎn)品、Internet網(wǎng)絡(luò)終端n繼承了傳統(tǒng)Windows桌面操作系統(tǒng)的圖形界面風(fēng)格 n支持Win32應(yīng)用程序編程接口，其開發(fā)工具也與桌面操作系統(tǒng)工具類似，甚至使用統(tǒng)一的開發(fā)平臺 n完全自主重新開發(fā)的新型嵌入式操作系統(tǒng) Windows CE發(fā)展發(fā)展n1996年，Microsoft針對Pocket PC市場發(fā)布了Windows CE 1.0 n1997年，組件化的Windows CE 2.0發(fā)布 n2000年，Windows CE 3.0發(fā)布，支持實時處理以及高級多媒體技術(shù) n2002年，Windows

28、CE 4.0發(fā)布 n2004年，Microsoft發(fā)布Windows CE 5.0 n2006年秋，Microsoft發(fā)布Windows CE 6.0，版本6.0開始，Windows CE改為Windows Embedded CE Windows CE特點特點 n系統(tǒng)經(jīng)過多年的廣泛應(yīng)用，有良好的可靠性n支持多種不同體系結(jié)構(gòu)CPU，有豐富的設(shè)備驅(qū)動程序資源n支持靈活的無線、有線網(wǎng)絡(luò)連接n高效率硬實時系統(tǒng)內(nèi)核，支持基于優(yōu)先級的搶占式任務(wù)調(diào)度n支持SQL Server CE數(shù)據(jù)庫n支持Internet Explorer for CEn支持高級電源管理n具有完善的多媒體處理能力n基于Win32編程接口

29、和豐富的功能組件，提供快速的系統(tǒng)和應(yīng)用開發(fā)支持n使用Unicode(Universal Character Set)字符編碼，提供多語言支持 Window CE及及XPe應(yīng)用應(yīng)用 Windows CEWindows CE窗口界面窗口界面 基于基于Windows CE的嵌入式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的嵌入式系統(tǒng)結(jié)構(gòu) WinCE操作系統(tǒng)組成操作系統(tǒng)組成 n操作系統(tǒng)內(nèi)核：內(nèi)核實現(xiàn)任務(wù)調(diào)度、內(nèi)存管理、異任務(wù)調(diào)度、內(nèi)存管理、異常處理及任務(wù)間通信常處理及任務(wù)間通信等功能，并為其它程序使用這些功能提供服務(wù)及編程接口。體現(xiàn)為NK.EXE進程 n多媒體支持模塊：為多媒體硬件設(shè)備提供標(biāo)準(zhǔn)化的驅(qū)動程序接口、為多媒體應(yīng)用程序提供豐富

30、的API、為各種格式的多媒體文件及流媒體提供編/解碼器 n圖形窗口事件子系統(tǒng)：為系統(tǒng)提供圖形用戶界面（GUI），體現(xiàn)為GWES.exe進程(GWES，Graphics、Windows and Events Subsystem )WinCE操作系統(tǒng)組成操作系統(tǒng)組成(續(xù)續(xù))n設(shè)備管理模塊：負(fù)責(zé)系統(tǒng)中的設(shè)備管理，包括設(shè)備列表管理、即插即用管理、I/O資源分配管理及驅(qū)動程序的加載、卸載和跟蹤已經(jīng)加載的驅(qū)動程序及其接口等 n通信服務(wù)與網(wǎng)絡(luò)模塊：實現(xiàn)了各種有線（如以太網(wǎng)、公用交換電話網(wǎng)等）、無線（如802.11a/b/g、紅外、藍(lán)牙等）的通信功能 n對象存儲：Windows CE啟動后把系統(tǒng)使用的RAM區(qū)

31、域分為對象存儲區(qū)和程序內(nèi)存區(qū)兩個部分，并且默認(rèn)各使用一半RAM。對象存儲區(qū)采用RAM文件系統(tǒng)來保存文件，應(yīng)用程序內(nèi)存區(qū)域留給所有應(yīng)用程序運行時使用 WinCE操作系統(tǒng)組成操作系統(tǒng)組成(續(xù)續(xù))nCore DLL：作為應(yīng)用層與操作系統(tǒng)層的一個橋梁，將應(yīng)用層對操作系統(tǒng)的調(diào)用傳遞給操作系統(tǒng)相應(yīng)的模塊，并觸發(fā)對相應(yīng)進程的本地過程調(diào)用n應(yīng)用與服務(wù)開發(fā)模塊：應(yīng)用與服務(wù)開發(fā)模塊：為應(yīng)用程序開發(fā)提供編程接口和服務(wù)支持的庫模塊，這些庫模塊一般都是一些DLL WinCE應(yīng)用層應(yīng)用層n由Windows CE操作系統(tǒng)自帶的應(yīng)用程序，如文檔編輯軟件、多媒體播放軟件等n用戶根據(jù)產(chǎn)品需要自主設(shè)計的應(yīng)用軟件，完成用戶的特定需求

32、，用戶軟件是產(chǎn)品個性化的主要體現(xiàn) Windows CE文件系統(tǒng)文件系統(tǒng) nWindows CE文件系統(tǒng)和所有與文件相關(guān)的API都是通過FileSys.exe進程來管理 n包括幾個組成部分：ROM文件系統(tǒng)、對象存儲和存儲管理器 n所有文件和文件系統(tǒng)都存在于從根（“”）開始的單個命名空間中 n對象存儲是一個內(nèi)存堆，包含RAM系統(tǒng)注冊表、RAM文件系統(tǒng)和屬性數(shù)據(jù)庫 nROM文件系統(tǒng)連接到統(tǒng)一文件系統(tǒng)中的“Windows”文件夾 n存儲管理器管理系統(tǒng)中的存儲設(shè)備，并管理基于這些存儲設(shè)備的文件系統(tǒng) Windows CE文件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)文件系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 存儲管理器組成存儲管理器組成n存儲設(shè)備驅(qū)動程序，存儲設(shè)備驅(qū)動

33、程序，外部存儲設(shè)備通常是塊設(shè)備，即以塊為單位進行訪問 n分區(qū)驅(qū)動程序分區(qū)驅(qū)動程序，分區(qū)驅(qū)動程序是存儲驅(qū)動程序的轉(zhuǎn)換器 n文件系統(tǒng)驅(qū)動程序文件系統(tǒng)驅(qū)動程序，將存儲設(shè)備上的數(shù)據(jù)以文件和文件夾的形式組織起來，包括UDFS、FAT、TFAT等 n文件系統(tǒng)篩選器文件系統(tǒng)篩選器，對文件系統(tǒng)的調(diào)用首先要經(jīng)過篩選器的處理，隨后文件系統(tǒng)才能獲得這些調(diào)用，目的是實現(xiàn)文件訪問的特殊處理，如數(shù)據(jù)加密、壓縮及病毒掃描等 Windows CE物理內(nèi)存分配物理內(nèi)存分配nNK區(qū)區(qū) ：系統(tǒng)定制時在Config.bib配置文件中定義的一段RAM區(qū)域，Windows CE將NK區(qū)看作是ROM n對象存儲區(qū)對象存儲區(qū) n應(yīng)用程序內(nèi)存

34、區(qū)應(yīng)用程序內(nèi)存區(qū) Windows CE虛擬地址空間虛擬地址空間nWindows CE實現(xiàn)一個線性的32位虛擬地址空間n上半部2GB是內(nèi)核空間，下半部2GB是用戶空間 n用戶空間被分成64個32MB的Slot，其中SLOT0SLOT32由所有應(yīng)用程序使用，SLOT0由當(dāng)前占有CPU的進程使用，SLOT1由XIP DLL使用，其它SLOT用于進程，每個進程占用一個SLOT Windows CE虛擬內(nèi)存地址空間虛擬內(nèi)存地址空間 Windows CE系統(tǒng)調(diào)度系統(tǒng)調(diào)度 n多進程操作系統(tǒng)多進程操作系統(tǒng)：支持最多32個進程（Windows CE 6.0已擴展到32000個進程） n系統(tǒng)進程系統(tǒng)進程：Nk.e

35、xe（系統(tǒng)內(nèi)核）、Filesys.exe（文件管理器）、GWES.exe（圖形窗口事件子系統(tǒng)）、Device.exe（設(shè)備管理器）、Explorer.exe（Shell進程）、Server.exe（服務(wù)管理器進程）等 Windows CE的進程管理的進程管理 Windows CE線程優(yōu)先級線程優(yōu)先級 優(yōu)先級范圍線程分配對象096高實時性應(yīng)用程序的線程97152驅(qū)動程序線程153247低實時性應(yīng)用程序的線程248255普通非實時性應(yīng)用程序的線程Platform Builder系統(tǒng)定制工具系統(tǒng)定制工具 nWinCE系統(tǒng)軟件開發(fā)系統(tǒng)軟件開發(fā)：操作系統(tǒng)定制和應(yīng)用軟件開發(fā) nWinCE定制定制：700多

36、個可選組件，組件之間還可能存在依賴關(guān)系 nMicrosoft Platform Builder for Windows CE，簡稱Platform Builder或PB ：用于創(chuàng)建用戶自定義Windows CE操作系統(tǒng)的集成開發(fā)環(huán)境Platform Builder特性目特性目錄窗口錄窗口文本編文本編輯窗口輯窗口工作空工作空間窗口間窗口菜單與工具條菜單與工具條輸出信息窗口輸出信息窗口WinCE的定制的定制n用戶首先選擇目標(biāo)硬件平臺類型：CEPC x86、AMD Geode：x86、SAMSUNG SMDK2410等 n根據(jù)系統(tǒng)的配置及功能為目標(biāo)平臺添加各種需要的組件，并設(shè)置操作系統(tǒng)的其它配置參數(shù) n開始創(chuàng)建新的Windows CE映像 WinCE定制中的配置文件定制中的配置文件