嵌入式操作系统比较与选型原则

摘 要

嵌入式系统，是以应用为核心，适合对成本、功能、体积和可靠性等要求较为严格的专用计算机系统。该系统具有软件代码小、响应迅速等特征，在多任务体系中得到了广泛应用。文章将对几种常见的嵌入式操作系统进行比较，并提出其选型原则。

【关键词】嵌入式系统 选型原则 Intemet

嵌入式操作系统，是嵌入式系统（硬、软件系统）中最为核心的组成部分，主要包含底层驱动，如设备驱动接口、系统内核、图形界面等硬件组成部位。嵌入式操作系统，充分融合了通用操作系统的优点，通过对复杂性系统资源实行有效管理、虚拟化硬件等，降低了开发人员移植、维护驱动程序的难度，并提供驱动程度、库函数及应用程序等。相比通用操作系统，嵌入式操作系统还表现出软件固态化、系统高效性、专用性等应用优势。

1 嵌入式操作系统的发展阶段

嵌入式操作系统，主要历经了下列四个发展阶段：

阶段1：嵌入算法。该阶段无操作系统，是以单芯片为主导、可编程控制器形式的操作系统，具有伺服、监测、指示设备等功能。常用于某些专业性较强的工业控制系统，经汇编语言编程予以直接操控，运行完毕后将内存清除。缺点：系统结构与功能相对单一，储存容量低，处理效率不高，且无用户接口。

阶段2：基于嵌入式CPU的嵌入式系统。该阶段，嵌入式操作系统较为简单，且多见CPU。CPU类型多样，通用性比不良；系统效率高，开销不大；通常，安装系统仿真器，操作系统兼容性、扩展性较好；应用软件相对较为专业，但用户界面不佳；系统多用以监控系统负载或程序运行。

阶段3：嵌人式实时操作系统阶段。嵌入式系统多以嵌入式操作系统为主。该系统可在各类微处理器运行，兼容性良好；系统内核精湛、效率极高，有着良好的模块化与扩展性；具有管理文件、多任务、设备支持、图形窗口等多项功能；程序接口（APl）和且嵌入式应用软件多样。

阶段4：嵌入式快速发展时期。多见以Intemet为支撑的嵌入式系统。伴随Intemet技术的发展，嵌入式设备与Intemet融合，将推动嵌入式技术迈向新征程。

2 常见的嵌入式操作系统比较

2.1 VxWorks

VxWorks操作系统，由美国WindRiver公司设计研发（1983年）。作为嵌入式实时操作系统（RTOS），它是Tornado嵌入式开发的核心部分，在嵌人式操作领域较为熟悉。优点：VxWorks系统的微内核结构具有可裁剪性、任务管理效率高、通讯较为灵活；符合POSIX 1003.1b实时扩展，并支持TCP、IP等网络协议和物理介质。缺点：价格高。操作系统开发环境为专有，价格通常高于10万RMB，且支持硬件少。

2.2 Windows CE

Windows CE、Windows系列兼容性较好，这为Windows CE推广提供了可能。WinCE3.0，是以小容量、智能化、32位为主的实时嵌人式操作系统。为构建以掌上、无线设备为服务群的移动应用平台，操作系统内核需200KB以上的ROM。介于嵌入式产品成本、体积等要求严格，需尽量控制处理器所占空间。而嵌入式操作系统在小内存中运行（ROM或者是快闪存储器），对操作系统效率和规模要求较高。Windows CE有下列缺陷：无开放源代码，应用开发人员无法定制产品；效率低、功耗大，占用内存多；需版权许可费。

2.3 嵌入式Linux

嵌入式操作系统的新晋成员，显著特征为：源代码公开且遵守GPL协议。据IDG预测，嵌入式Linux有望成为未来年嵌入式操作系统的核心，占50%。介于源代码公开，人们可自行修改和查错，满足各自应用需求。Internet时代，卓越的网络功能极为关键。稳定，是Linux自身的优势，内核精悍，运行占用少，支持多硬件。嵌入式Linux的缺点：需添加实时软件模块，以保证Linux体系的实时性能。

2.4 μC/OS一Ⅱ

μC/OS一Ⅱ为嵌入式专用设计，是公开源代码的实时内核，适合8位、16位与32位单片机等。主要特征：公开源代码，为移植操作系统提供便利；源代码均为C语言编写，具有可移植性；可固化；可裁剪性；占先式，于运行状态下优先级最佳任务；多任务，可管理不同优先级别的64个任务；函数服务、调用执行时间易确定；实用性，已有成功案例。缺点：μC/OS一Ⅱ仅为实时内核，只能给用户提供某些API函数接口，需由用户自行完成其它工作。

3 嵌入式操作系统的选型原则

3.1 可移植性

开发嵌入式软件时，应重点考虑可移植性问题。一款好的软件，移植性相对较好，能在不同平台、系统上运行，无关于操作系统。软件的通用性与性能往往是矛盾的，通用性一般需以损失软件某些优化性能作为代价。实际中，开发适用于某特定环境的嵌入式浏览器，频率较小。反之，当产品与操作系统结合，通常能发挥产品自身特色。

3.2 可利用资源

产品开发与学术研究不同，其宗旨在于在保证质量、降低成本的基础上，推出用户需要的产品。认真研发产品特色，并由操作系统或第三方添加其它功能。操作系统选型时，可利用资源也极为重要。Linux与WinCE均有很多资源被利用，这也是其优势所在。部分实时操作系统相对封闭，很多功能都需自行开发，这就降低了开发进度。因此，选择嵌入式系统时应将可利用资源作为考虑重点。

3.3 系统定制能力

信息产品的用户需求各异，这就要求系统有较好的定制能力。应抓住产品对系统底层的改动需求，挖掘产品的自身特色。Linux由于源代码开放，定制能力上有先天优势。而WinCE3.0原码的不断开放、嵌入式领域微软的融入，系统的定制能力也有所提升。

3.4 开发成本

不论什么产品，成本问题都必须考虑在内。操作系统选型，也不例外。Linux免费、WinCE等需缴纳许可证费，但这并非问题的答案。成本，必须综合考虑系统选型后对硬件设备、人才培养和公司管理等因素的影响。只有权衡各方面进行选型，才能保证操作系统的长久性。

4 结论

总之，嵌入式系统类型多样，且有着各自的优缺点。实际应用中，我们应根据不同条件和要求，选择相应的操作系统，简化开发程序，研发出更好的嵌入式系统。

参考文献

[1]胡庆武，于颖.基于uClinux嵌入式操作系统的串行接口电路设计[J].电脑知识与技术，2014（13）.

作者单位

宁波南车时代传感技术有限公司 浙江省宁波市 315000