嵌入式操作系统的内核
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3
嵌入式操作系统技术现状
❖ 适应不同的嵌入式硬件平台，具有可移 植、可伸缩能力。
❖ 采用的主要技术： 编程语言普遍采用高级语言实现，主 要以C语言为主。 体系结构采用分层和模块化结构或微 内核结构。
4
嵌入式操作系统技术现状（续）
❖ 分层和模块化结构，将操作系统分为：
❖硬件无关层 ❖硬件抽象层 ❖硬件相关层
采用内存静态分配策略和零拷贝技术保证确 定性。
内存管理不采用虚存管理机制
采用优先级继承和优先级天花板两种技术解
决优先级反转（倒置）问题
6
嵌入式操作系统技术现状（续）
❖ 可靠性和高可用 ❖ 采用的主要技术：
利用存储管理单元（MMU）、用户态和核心 态机制，实现操作系统与应用程序的隔离， 以及应用程序和应用程序之间的隔离，以防 止应用程序破坏操作系统的代码、数据。
8
行业标准
❖ 行业性嵌入式软硬件平台
❖ 嵌入式系统是以应用为中心的系统， 不会象PC一样只有一种平台
❖ 吸取PC的成功经验，形成不同行业的 标准。
❖ 统一的行业标准具有开放、设计技术 共享、软硬件重用、构件兼容、维护 方便和合作生产的特点，是增强行业 性产品竞争能力的有效手段。
9
1.嵌入式实时系统基础
10
1s
100ms
10ms
1ms
100us 10us 1us
语音和 声音系统
过程模拟和 网络控制
飞行模拟
机器人 控制器
遥感勘测 控制地震
分析
火警系统
过程 控制系统
和 工业 自动化
医疗诊断和 实验自动化
Biblioteka Baidu
图2-1
实时应用对响应时间的 需求
11
2.嵌入式实时操作系统及发展
❖ 广泛使用的有三种操作系统即多道批处理操作系 统、分时操作系统以及实时操作系统。
17
嵌入式实时操作系统正向实时超微内 核、定制化（ASOS）和支持无线网络、低 功耗及动态加载等方向发展。
超微内核是一种非常紧凑的基本内核代码层, 为嵌入式应用提
供了可抢占, 快而确定的实时服务, 在它的基础上可以灵活地构 造各种类型的、与现成系统兼容的、可伸缩的嵌入式实时操作 系统。因此能满足应用代码的可重用和可伸缩性(scalability)的需 求。
大家好
1
嵌入式操作系统的内核
2
嵌入式操作系统发展
近十年来，嵌入式操作系统得到飞速的发展 从支持8位微处理器到16位、32位甚至64位 微处理器； 从支持单一品种的微处理器芯片到支持多品种 微处理器芯片； 从只有内核到除了内核外还提供其他功能模块， 如文件系统，TCP/IP网络系统，窗口图形系 统等。
7
嵌入式操作系统的发展趋势
❖ 体系结构向微内核方向发展
可伸缩、可移植、可剪裁、可配置
❖ 行业的标准：多种操作系统平台，应用决定操 作系统
❖ 结构紧凑、功能强大 ❖ 高可用（High Available）、高可靠（High
Reliable ）、支持多处理器和分布式计算 ❖ 可动态加载和升级软件 ❖ 与开发工具有机的结合起来
16
❖ 嵌入式操作系统从八十年代初出现商业化 产品，经过近二十年的发展，到目前为止， 国际市场上已出现了近百个嵌入式操作系 统家族，支持不同处理器的200多个产品。
强实时
Wind River公司的VxWorks pSOS+
Microtec Research公司(MRI)的VRTX
弱实时
3 COM的PalmOS、 微软的Windows CE、 版本众多的嵌入式Linux。
每层再划分功能模块 移植工作集中在硬件相关层，与其余两层无关 功能的伸缩集中在模块上，从而确保了系统具
有良好的可移植性和可伸缩性。
5
嵌入式操作系统技术现状（续）
❖ 良好的实时性:时间确定性是嵌入式实时操作系 统必备的特点，特别对于强实时嵌入式系统而 言尤为重要。
❖ 采用的主要技术：
采用实时调度算法。主要采用静态优先级的 可抢占式调度、比率单调算法等。
❖ 多道批量处理系统一般用于计算中心较大的计 算机系统中。由于它的硬件设备比较全，价格较 高，所以此类系统十分注意CPU及其它设备的充 分利用，追求高的吞吐量，不具备实时性。分时 系统的主要目的是让多个计算机用户能共享系统 的资源，能及时地响应和服务于联机用户，只具 有很弱的实时功能，
12
IEEE的实时UNIX分委会认为实时操作系统应具备 以下的几点：
1.异步的事件响应 2.切换时间和中断延迟时间确定 3.优先级中断和调度 4.抢占式调度 5.内存锁定 6.连续文件 7.同步
13
嵌入式操作系统
❖ 嵌入式操作系统常常有实时要求
早期:嵌入式操作系统 = 实时操作系统 近期:
❖1)手持计算机和掌上计算机的出现; ❖2)CPU速度的提高; ❖3)常规操作系统增加实时进程调度的支持,如
❖ 实时计算（real-time computing）是许多重要应 用领域中的关键技术。这些领域包括：过程控制、 核电站、智能车辆公路系统、航空、飞行控制、 通信、多媒体、办公自动化、自动化控制、计算 机外设、消费电子、实时模拟、虚拟现实、医疗 应用和军事等。几乎所有的安全关键（safety critical）系统和许多嵌入式计算机系统都是实时 系统。实时计算正变得越来越重要和普遍。
POSIX.4
嵌入式操作系统 <>实时操作系统
14
实时操作系统可以分为两种：一般实时操作 系统和嵌入式实时操作系统
15
嵌入式实时操作系统的发展
嵌入式实时操作系统得到飞速的发展， 从支持8位微处理器到16位、32位甚至64位， 从支持单一品种的微处理器芯片到支持多 品种微处理器芯片, 从只有实时内核到除了 内核外还提供其他功能模块如：高速文件 系统，TCP/IP网络系统，窗口系统。
18
❖ DeltaCORE2.0是一个强实时、嵌入式多任务操作 系统内核。其目标CPU为Intel® 80x86， ARM,MPC860,MIPS运行方式为平面保护模式（flat protected mode），适用于内存要求较大、可靠性 要求较高的嵌入式系统。
❖ DeltaCORE2.0的任务响应时间快速、确定，并 且不随负载大小改变。DeltaCORE2.0提供任务扩 展处理接口，用户可以通过这些接口扩展内核处理 任务的功能。DeltaCORE2.0绝大部分源代码用C语 言编写，具有良好的可移植性。DeltaCORE2.0提 供系统配置表，用户可以根据应用的具体情况配置 内核的规模。
嵌入式操作系统技术现状
❖ 适应不同的嵌入式硬件平台，具有可移 植、可伸缩能力。
❖ 采用的主要技术： 编程语言普遍采用高级语言实现，主 要以C语言为主。 体系结构采用分层和模块化结构或微 内核结构。
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嵌入式操作系统技术现状（续）
❖ 分层和模块化结构，将操作系统分为：
❖硬件无关层 ❖硬件抽象层 ❖硬件相关层
采用内存静态分配策略和零拷贝技术保证确 定性。
内存管理不采用虚存管理机制
采用优先级继承和优先级天花板两种技术解
决优先级反转（倒置）问题
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嵌入式操作系统技术现状（续）
❖ 可靠性和高可用 ❖ 采用的主要技术：
利用存储管理单元（MMU）、用户态和核心 态机制，实现操作系统与应用程序的隔离， 以及应用程序和应用程序之间的隔离，以防 止应用程序破坏操作系统的代码、数据。
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行业标准
❖ 行业性嵌入式软硬件平台
❖ 嵌入式系统是以应用为中心的系统， 不会象PC一样只有一种平台
❖ 吸取PC的成功经验，形成不同行业的 标准。
❖ 统一的行业标准具有开放、设计技术 共享、软硬件重用、构件兼容、维护 方便和合作生产的特点，是增强行业 性产品竞争能力的有效手段。
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1.嵌入式实时系统基础
10
1s
100ms
10ms
1ms
100us 10us 1us
语音和 声音系统
过程模拟和 网络控制
飞行模拟
机器人 控制器
遥感勘测 控制地震
分析
火警系统
过程 控制系统
和 工业 自动化
医疗诊断和 实验自动化
Biblioteka Baidu
图2-1
实时应用对响应时间的 需求
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2.嵌入式实时操作系统及发展
❖ 广泛使用的有三种操作系统即多道批处理操作系 统、分时操作系统以及实时操作系统。
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嵌入式实时操作系统正向实时超微内 核、定制化（ASOS）和支持无线网络、低 功耗及动态加载等方向发展。
超微内核是一种非常紧凑的基本内核代码层, 为嵌入式应用提
供了可抢占, 快而确定的实时服务, 在它的基础上可以灵活地构 造各种类型的、与现成系统兼容的、可伸缩的嵌入式实时操作 系统。因此能满足应用代码的可重用和可伸缩性(scalability)的需 求。
大家好
1
嵌入式操作系统的内核
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嵌入式操作系统发展
近十年来，嵌入式操作系统得到飞速的发展 从支持8位微处理器到16位、32位甚至64位 微处理器； 从支持单一品种的微处理器芯片到支持多品种 微处理器芯片； 从只有内核到除了内核外还提供其他功能模块， 如文件系统，TCP/IP网络系统，窗口图形系 统等。
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嵌入式操作系统的发展趋势
❖ 体系结构向微内核方向发展
可伸缩、可移植、可剪裁、可配置
❖ 行业的标准：多种操作系统平台，应用决定操 作系统
❖ 结构紧凑、功能强大 ❖ 高可用（High Available）、高可靠（High
Reliable ）、支持多处理器和分布式计算 ❖ 可动态加载和升级软件 ❖ 与开发工具有机的结合起来
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❖ 嵌入式操作系统从八十年代初出现商业化 产品，经过近二十年的发展，到目前为止， 国际市场上已出现了近百个嵌入式操作系 统家族，支持不同处理器的200多个产品。
强实时
Wind River公司的VxWorks pSOS+
Microtec Research公司(MRI)的VRTX
弱实时
3 COM的PalmOS、 微软的Windows CE、 版本众多的嵌入式Linux。
每层再划分功能模块 移植工作集中在硬件相关层，与其余两层无关 功能的伸缩集中在模块上，从而确保了系统具
有良好的可移植性和可伸缩性。
5
嵌入式操作系统技术现状（续）
❖ 良好的实时性:时间确定性是嵌入式实时操作系 统必备的特点，特别对于强实时嵌入式系统而 言尤为重要。
❖ 采用的主要技术：
采用实时调度算法。主要采用静态优先级的 可抢占式调度、比率单调算法等。
❖ 多道批量处理系统一般用于计算中心较大的计 算机系统中。由于它的硬件设备比较全，价格较 高，所以此类系统十分注意CPU及其它设备的充 分利用，追求高的吞吐量，不具备实时性。分时 系统的主要目的是让多个计算机用户能共享系统 的资源，能及时地响应和服务于联机用户，只具 有很弱的实时功能，
12
IEEE的实时UNIX分委会认为实时操作系统应具备 以下的几点：
1.异步的事件响应 2.切换时间和中断延迟时间确定 3.优先级中断和调度 4.抢占式调度 5.内存锁定 6.连续文件 7.同步
13
嵌入式操作系统
❖ 嵌入式操作系统常常有实时要求
早期:嵌入式操作系统 = 实时操作系统 近期:
❖1)手持计算机和掌上计算机的出现; ❖2)CPU速度的提高; ❖3)常规操作系统增加实时进程调度的支持,如
❖ 实时计算（real-time computing）是许多重要应 用领域中的关键技术。这些领域包括：过程控制、 核电站、智能车辆公路系统、航空、飞行控制、 通信、多媒体、办公自动化、自动化控制、计算 机外设、消费电子、实时模拟、虚拟现实、医疗 应用和军事等。几乎所有的安全关键（safety critical）系统和许多嵌入式计算机系统都是实时 系统。实时计算正变得越来越重要和普遍。
POSIX.4
嵌入式操作系统 <>实时操作系统
14
实时操作系统可以分为两种：一般实时操作 系统和嵌入式实时操作系统
15
嵌入式实时操作系统的发展
嵌入式实时操作系统得到飞速的发展， 从支持8位微处理器到16位、32位甚至64位， 从支持单一品种的微处理器芯片到支持多 品种微处理器芯片, 从只有实时内核到除了 内核外还提供其他功能模块如：高速文件 系统，TCP/IP网络系统，窗口系统。
18
❖ DeltaCORE2.0是一个强实时、嵌入式多任务操作 系统内核。其目标CPU为Intel® 80x86， ARM,MPC860,MIPS运行方式为平面保护模式（flat protected mode），适用于内存要求较大、可靠性 要求较高的嵌入式系统。
❖ DeltaCORE2.0的任务响应时间快速、确定，并 且不随负载大小改变。DeltaCORE2.0提供任务扩 展处理接口，用户可以通过这些接口扩展内核处理 任务的功能。DeltaCORE2.0绝大部分源代码用C语 言编写，具有良好的可移植性。DeltaCORE2.0提 供系统配置表，用户可以根据应用的具体情况配置 内核的规模。