嵌入式操作系統(tǒng)

　　歷史

　　事實上，在很早以前，嵌入式這個概念就已經(jīng)存在了。在通信方面，嵌入式系統(tǒng)在20世紀60年代就用于對電子機械電話交換的控制，當時被稱為“存儲式程序控制系統(tǒng)”（Stored Program Control）。

　　嵌入式計算機的真正發(fā)展是在微處理器問世之后。1971年11月，Intel公司成功地把算術(shù)運算器和控制器電路集成在一起，推出了第一款微處理器Intel 4004，其后各廠家陸續(xù)推出了許多8位、16位的微處理器，包括Intel 8080/8085、8086，Motorola 的6800、68000，以及Zilog的Z80、Z8000等。以這些微處理器作為核心所構(gòu)成的系統(tǒng)，廣泛地應(yīng)用于儀器儀表、醫(yī)療設(shè)備、機器人、家用電器等領(lǐng)域。微處理器的廣泛應(yīng)用形成了一個廣闊的嵌入式應(yīng)用市場，計算機廠家開始大量地以插件方式向用戶提供OEM產(chǎn)品，再由用戶根據(jù)自己的需要選擇一套適合的CPU板、存儲器板以及各式I/O插件板，從而構(gòu)成專用的嵌入式計算機系統(tǒng)，并將其嵌入到自己的系統(tǒng)設(shè)備中。

　　為靈活兼容考慮，出現(xiàn)了系列化、模塊化的單板機。流行的單板計算機有Intel公司的iSBC系列、Zilog公司的MCB等。后來人們可以不必從選擇芯片開始來設(shè)計一臺專用的嵌入式計算機，而是只要選擇各功能模塊，就能夠組建一臺專用計算機系統(tǒng)。用戶和開發(fā)者都希望從不同的廠家選購最適合的OEM產(chǎn)品，插入外購或自制的機箱中就形成新的系統(tǒng)，這樣就希望插件是互相兼容的，也就導(dǎo)致了工業(yè)控制微機系統(tǒng)總線的誕生。1976年Intel公司推出Multibus，1983年擴展為帶寬達40MB/s的MultibusⅡ。1978年由Prolog設(shè)計的簡單STD總線廣泛應(yīng)用于小型嵌入式系統(tǒng)。

　　20世紀80年代可以說是各種總線層出不窮、群雄并起的時代。隨著微電子工藝水平的提高，集成電路制造商開始把嵌入式應(yīng)用中所需要的微處理器、I/O接口、A/D、D/A轉(zhuǎn)換、串行接口以及RAM、ROM等部件統(tǒng)統(tǒng)集成到一個VLSI中，從而制造出面向I/O設(shè)計的微控制器，也就是我們俗稱的單片機，成為嵌入式計算機系統(tǒng)異軍突起的一支新秀。其后發(fā)展的DSP產(chǎn)品則進一步提升了嵌入式計算機系統(tǒng)的技術(shù)水平，并迅速地滲入到消費電子、醫(yī)用電子、智能控制、通信電子、儀器儀表、交通運輸?shù)雀鞣N領(lǐng)域。

　　20世紀90年代，在分布控制、柔性制造、數(shù)字化通信和信息家電等巨大需求的牽引下，嵌入式系統(tǒng)進一步加速發(fā)展。面向?qū)崟r信號處理算法的DSP產(chǎn)品向著高速、高精度、低功耗發(fā)展。Texas推出的第三代DSP芯片TMS320C30，引導(dǎo)著微控制器向32位高速智能化發(fā)展。在應(yīng)用方面，掌上電腦、手持PC機、機頂盒技術(shù)相對成熟，發(fā)展也較為迅速。特別是掌上電腦，1997年在美國市場上掌上電腦不過四五個品牌，而1998年底，各式各樣的掌上電腦如雨后春筍般紛紛涌現(xiàn)出來。此外，Nokia推出了智能電話，西門子推出了機頂盒，Wyse推出了智能終端，NS推出了WebPAD。裝載在汽車上的小型電腦，不但可以控制汽車內(nèi)的各種設(shè)備（如音響等），還可以與GPS連接，從而自動操控汽車。

　　21世紀無疑是一個網(wǎng)絡(luò)的時代，使嵌入式計算機系統(tǒng)應(yīng)用到各類網(wǎng)絡(luò)中去也必然是嵌入式系統(tǒng)發(fā)展的重要方向。

　　特點

　　1）系統(tǒng)內(nèi)核小

　　由于嵌入式系統(tǒng)一般是應(yīng)用于小型電子裝置的，系統(tǒng)資源相對有限，所以內(nèi)核較之傳統(tǒng)的操作系統(tǒng)要小得多。比如Enea公司的OSE分布式系統(tǒng)，內(nèi)核只有5K。

　　2）專用性強

　　嵌入式系統(tǒng)的個性化很強，其中的軟件系統(tǒng)和硬件的結(jié)合非常緊密，一般要針對硬件進行系統(tǒng)的移植，即使在同一品牌、同一系列的產(chǎn)品中也需要根據(jù)系統(tǒng)硬件的變化和增減不斷進行修改。同時針對不同的任務(wù)，往往需要對系統(tǒng)進行較大更改，程序的編譯下載要和系統(tǒng)相結(jié)合，這種修改和通用軟件的“升級”是完全兩個概念。

　　3）系統(tǒng)精簡

　　嵌入式系統(tǒng)一般沒有系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件的明顯區(qū)分，不要求其功能設(shè)計及實現(xiàn)上過于復(fù)雜，這樣一方面利于控制系統(tǒng)成本，同時也利于實現(xiàn)系統(tǒng)安全。

　　4）高實時性

　　高實時性的系統(tǒng)軟件(OS)是嵌入式軟件的基本要求。而且軟件要求固態(tài)存儲，以提高速度；軟件代碼要求高質(zhì)量和高可靠性。

　　5）多任務(wù)的操作系統(tǒng)

　　嵌入式軟件開發(fā)要想走向標準化，就必須使用多任務(wù)的操作系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用程序可以沒有操作系統(tǒng)直接在芯片上運行；但是為了合理地調(diào)度多任務(wù)、利用系統(tǒng)資源、系統(tǒng)函數(shù)以及和專用庫函數(shù)接口，用戶必須自行選配RTOS（Real－Time Operating System）開發(fā)平臺，這樣才能保證程序執(zhí)行的實時性、可靠性，并減少開發(fā)時間，保障軟件質(zhì)量。

　　6）需要開發(fā)工具和環(huán)境

　　嵌入式系統(tǒng)開發(fā)需要開發(fā)工具和環(huán)境。由于其本身不具備自主開發(fā)能力，即使設(shè)計完成以后用戶通常也是不能對其中的程序功能進行修改的，必須有一套開發(fā)工具和環(huán)境才能進行開發(fā)，這些工具和環(huán)境一般是基于通用計算機上的軟硬件設(shè)備以及各種邏輯分析儀、混合信號示波器等。開發(fā)時往往有主機和目標機的概念，主機用于程序的開發(fā)，目標機作為最后的執(zhí)行機，開發(fā)時需要交替結(jié)合進行。

　　核心

　　嵌入式系統(tǒng)的核心是嵌入式微處理器。嵌入式微處理器一般具備以下4個特點：

　　1）對實時任務(wù)有很強的支持能力，能完成多任務(wù)并且有較短的中斷響應(yīng)時間，從而使內(nèi)部的代碼和實時內(nèi)核心的執(zhí)行時間減少到最低限度。

　　2）具有功能很強的存儲區(qū)保護功能。這是由于嵌入式系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)已模塊化，而為了避免在軟件模塊之間出現(xiàn)錯誤的交叉作用，需要設(shè)計強大的存儲區(qū)保護功能，同時也有利于軟件診斷。

　　3）可擴展的處理器結(jié)構(gòu)，以能最迅速地開發(fā)出滿足應(yīng)用的最高性能的嵌入式微處理器。

　　4）嵌入式微處理器必須功耗很低，尤其是用于便攜式的無線及移動的計算和通信設(shè)備中靠電池供電的嵌入式系統(tǒng)更是如此，如需要功耗只有mW甚至μW級。

　　分類

　isplay: none"> 　從硬件和軟件進行劃分

　　基于硬件

　　嵌入式微處理器（Micro Processor Unit，MPU）

　　嵌入式微處理器是由通用計算機中的CPU演變而來的。它的特征是具有32位以上的處理器，具有較高的性能，當然其價格也相應(yīng)較高。但與計算機處理器不同的是，在實際嵌入式應(yīng)用中，只保留和嵌入式應(yīng)用緊密相關(guān)的功能硬件，去除其他的冗余功能部分，這樣就以最低的功耗和資源實現(xiàn)嵌入式應(yīng)用的特殊要求。和工業(yè)控制計算機相比，嵌入式微處理器具有體積小、重量輕、成本低、可靠性高的優(yōu)點。主要的嵌入式處理器類型有Am186/88、386EX、SC-400、Power PC、68000、MIPS、ARM/ StrongARM系列等。

　　其中Arm/StrongArm是專為手持設(shè)備開發(fā)的嵌入式微處理器，屬于中檔的價位。

　　嵌入式微控制器(Microcontroller Unit， MCU)

　　嵌入式微控制器的典型代表是單片機，從70年代末單片機出現(xiàn)到今天，雖然已經(jīng)經(jīng)過了20多年的歷史，但這種8位的電子器件在嵌入式設(shè)備中仍然有著極其廣泛的應(yīng)用。單片機芯片內(nèi)部集成ROM/EPROM、RAM、總線、總線邏輯、定時/計數(shù)器、看門狗、I/O、串行口、脈寬調(diào)制輸出、A/D、D/A、Flash RAM、EEPROM等各種必要功能和外設(shè)。和嵌入式微處理器相比，微控制器的最大特點是單片化，體積大大減小，從而使功耗和成本下降、可靠性提高。微控制器的片上外設(shè)資源一般比較豐富，適合于控制，因此稱微控制器。

　　由于MCU低廉的價格，優(yōu)良的功能，所以擁有的品種和數(shù)量最多，比較有代表性的包括8051、MCS-251、MCS-96/196/296、P51XA、C166/167、68K系列以及 MCU 8XC930/931、C540、C541，并且有支持I2C、CAN-Bus、LCD及眾多專用MCU和兼容系列，MCU占嵌入式系統(tǒng)約70%的市場份額，Atmel出產(chǎn)的Avr單片機由于其集成了FPGA等器件，所以具有很高的性價比，勢必將推動單片機獲得更高的發(fā)展。

　　嵌入式DSP處理器(Embedded Digital Signal Processor， EDSP)

　　DSP處理器是專門用于信號處理方面的處理器，其在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和指令算法方面進行了特殊設(shè)計，具有很高的編譯效率和指令的執(zhí)行速度。在數(shù)字濾波、FFT、譜分析等各種儀器上DSP獲得了大規(guī)模的應(yīng)用。

　　DSP的理論算法在70年代就已經(jīng)出現(xiàn)，但是由于專門的DSP處理器還未出現(xiàn)，所以這種理論算法只能通過MPU等由分立元件實現(xiàn)。MPU較低的處理速度無法滿足DSP的算法要求，其應(yīng)用領(lǐng)域僅僅局限于一些尖端的高科技領(lǐng)域。隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)發(fā)展，1982年世界上誕生了首枚DSP芯片。其運算速度比MPU快了幾十倍，在語音合成和編碼解碼器中得到了廣泛應(yīng)用。至80年代中期，隨著CMOS技術(shù)的進步與發(fā)展，第二代基于CMOS工藝的DSP芯片應(yīng)運而生，其存儲容量和運算速度都得到成倍提高，成為語音處理、圖像硬件處理技術(shù)的基礎(chǔ)。到80年代后期，DSP的運算速度進一步提高，應(yīng)用領(lǐng)域也從上述范圍擴大到了通信和計算機方面。90年代后，DSP發(fā)展到了第五代產(chǎn)品，集成度更高，使用范圍也更加廣闊。

　　最為廣泛應(yīng)用的是TI的TMS320C2000/C5000系列，另外如Intel的MCS-296和Siemens的TriCore也有各自的應(yīng)用范圍。

　　嵌入式片上系統(tǒng)(System On Chip)

　　SoC追求產(chǎn)品系統(tǒng)最大包容的集成器件，是嵌入式應(yīng)用領(lǐng)域的熱門話題之一。SOC最大的特點是成功實現(xiàn)了軟硬件無縫結(jié)合，直接在處理器片內(nèi)嵌入操作系統(tǒng)的代碼模塊。而且SOC具有極高的綜合性，在一個硅片內(nèi)部運用VHDL等硬件描述語言，實現(xiàn)一個復(fù)雜的系統(tǒng)。用戶不需要再像傳統(tǒng)的系統(tǒng)設(shè)計一樣，繪制龐大復(fù)雜的電路板，一點點的連接焊制，只需要使用精確的語言，綜合時序設(shè)計直接在器件庫中調(diào)用各種通用處理器的標準，然后通過仿真之后就可以直接交付芯片廠商進行生產(chǎn)。由于絕大部分系統(tǒng)構(gòu)件都是在系統(tǒng)內(nèi)部，整個系統(tǒng)就特別簡潔，不僅減小了系統(tǒng)的體積和功耗，而且提高了系統(tǒng)的可靠性，提高了設(shè)計生產(chǎn)效率。

　　由于SOC往往是專用的，所以大部分都不為用戶所知，比較典型的SOC產(chǎn)品是Philips的Smart XA。少數(shù)通用系列如Siemens的TriCore，Motorola的M-Core，某些ARM系列器件，Echelon和Motorola聯(lián)合研制的Neuron芯片等。

　　預(yù)計不久的將來，一些大的芯片公司將通過推出成熟的、能占領(lǐng)多數(shù)市場的SOC芯片，一舉擊退競爭者。SOC芯片也將在聲音、圖像、影視、網(wǎng)絡(luò)及系統(tǒng)邏輯等應(yīng)用領(lǐng)域中發(fā)揮重要作用。

　　基于軟件

　　從軟件方面劃分，主要可以依據(jù)操作系統(tǒng)的類型。嵌入式系統(tǒng)的軟件主要有兩大類：實時系統(tǒng)和分時系統(tǒng)。其中實時系統(tǒng)又分為兩類：硬實時系統(tǒng)和軟實時系統(tǒng)。

　　實時嵌入系統(tǒng)是為執(zhí)行特定功能而設(shè)計的，可以嚴格的按時序執(zhí)行功能。其最大的特征就是程序的執(zhí)行具有確定性。在實時系統(tǒng)中，如果系統(tǒng)在指定的時間內(nèi)未能實現(xiàn)某個確定的任務(wù)，會導(dǎo)致系統(tǒng)的全面失敗，則系統(tǒng)被稱為硬實時系統(tǒng)。而在軟實時系統(tǒng)中，雖然響應(yīng)時間同樣重要，但是超時卻不會導(dǎo)致致命錯誤。一個硬實時系統(tǒng)往往在硬件上需要添加專門用于時間和優(yōu)先級管理的控制芯片，而軟實時系統(tǒng)則主要在軟件方面通過編程實現(xiàn)時限的管理。比如Windows CE就是一個多任務(wù)分時系統(tǒng)，而Ucos-II則是典型的實時操作系統(tǒng)。

　　組成

　　硬件層

　　硬件層中包含嵌入式微處理器、存儲器（SDRAM、ROM、Flash等）、通用設(shè)備接口和I/O接口（A/D、D/A、I/O等）。在一片嵌入式處理器基礎(chǔ)上添加電源電路、時鐘電路和存儲器電路，就構(gòu)成了一個嵌入式核心控制模塊。其中操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序都可以固化在ROM中。

　　嵌入式微處理器

　　嵌入式系統(tǒng)硬件層的核心是嵌入式微處理器，嵌入式微處理器與通用CPU最大的不同在于嵌入式微處理器大多工作在為特定用戶群所專用設(shè)計的系統(tǒng)中，它將通用CPU許多由板卡完成的任務(wù)集成在芯片內(nèi)部，從而有利于嵌入式系統(tǒng)在設(shè)計時趨于小型化，同時還具有很高的效率和

　　嵌入式操作系統(tǒng)

　　可靠性。

　　嵌入式微處理器的體系結(jié)構(gòu)可以采用馮·諾依曼體系或哈佛體系結(jié)構(gòu)；指令系統(tǒng)可以選用精簡指令系統(tǒng)（Reduced Instruction Set Computer，RISC）和復(fù)雜指令系統(tǒng)CISC（Complex Instruction Set Computer，CISC）。RISC計算機在通道中只包含最有用的指令，確保數(shù)據(jù)通道快速執(zhí)行每一條指令，從而提高了執(zhí)行效率并使CPU硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計變得更為簡單。

　　嵌入式微處理器有各種不同的體系，即使在同一體系中也可能具有不同的時鐘頻率和數(shù)據(jù)總線寬度，或集成了不同的外設(shè)和接口。據(jù)不完全統(tǒng)計，全世界嵌入式微處理器已經(jīng)超過1000多種，體系結(jié)構(gòu)有30多個系列，其中主流的體系有ARM、MIPS、PowerPC、X86和SH等。但與全球PC市場不同的是，沒有一種嵌入式微處理器可以主導(dǎo)市場，僅以32位的產(chǎn)品而言，就有100種以上的嵌入式微處理器。嵌入式微處理器的選擇是根據(jù)具體的應(yīng)用而決定的。

　　存儲器

　　嵌入式系統(tǒng)需要存儲器來存放和執(zhí)行代碼。嵌入式系統(tǒng)的存儲器包含Cache、主存和輔助存儲器。

　　1）Cache

　　Cache是一種容量小、速度快的存儲器陣列它位于主存和嵌入式微處理器內(nèi)核之間，在需要進行數(shù)據(jù)讀取操作時，微處理器盡可能的從Cache中讀取數(shù)據(jù)，而不是從主存中讀取，這樣就大大改善了系統(tǒng)的性能，提高了微處理器和主存之間的數(shù)據(jù)傳輸速率。Cache的主要目標就是：減小存儲器（如主存和輔助存儲器）給微處理器內(nèi)核造成的存儲器訪問瓶頸，使處理速度更快，實時性更強。

　　在嵌入式系統(tǒng)中Cache全部集成在嵌入式微處理器內(nèi)，可分為數(shù)據(jù)Cache、指令Cache或混合Cache，Cache的大小依不同處理器而定。一般中高檔的嵌入式微處理器才會把Cache集成進去。

　　2）主存

　　主存是嵌入式微處理器能直接訪問的寄存器，用來存放系統(tǒng)和用戶的程序及數(shù)據(jù)。它可以位于微處理器的內(nèi)部或外部，其容量為256KB~1GB，根據(jù)具體的應(yīng)用而定，一般片內(nèi)存儲器容量小，速度快，片外存儲器容量大。

　　常用作主存的存儲器有：

　　ROM類 NOR Flash、EPROM和PROM等。

　　RAM類 SRAM、DRAM和SDRAM等。

　　其中NOR Flash 憑借其可擦寫次數(shù)多、存儲速度快、存儲容量大、價格便宜等優(yōu)點，在嵌入式領(lǐng)域內(nèi)得到了廣泛應(yīng)用。

　　3）輔助存儲器

　　輔助存儲器用來存放大數(shù)據(jù)量的程序代碼或信息，它的容量大、但讀取速度與主存相比就慢的很多，用來長期保存用戶的信息。

　　嵌入式系統(tǒng)中常用的外存有：硬盤、NAND Flash、CF卡、MMC和SD卡等。

　　通用設(shè)備接口和I/O接口

　　嵌入式系統(tǒng)和外界交互需要一定形式的通用設(shè)備接口，如A/D、D/A、I/O等，外設(shè)通過和片外其他設(shè)備的或傳感器的連接來實現(xiàn)微處理器的輸入/輸出功能。每個外設(shè)通常都只有單一的功能，它可以在芯片外也可以內(nèi)置芯片中。外設(shè)的種類很多，可從一個簡單的串行通信設(shè)備到非常復(fù)雜的802.11無線設(shè)備。

　　嵌入式系統(tǒng)中常用的通用設(shè)備接口有A/D（模/數(shù)轉(zhuǎn)換接口）、D/A（數(shù)/模轉(zhuǎn)換接口），I/O接口有RS-232接口（串行通信接口）、Ethernet（以太網(wǎng)接口）、USB（通用串行總線接口）、音頻接口、VGA視頻輸出接口、I2C（現(xiàn)場總線）、SPI（串行外圍設(shè)備接口）和IrDA（紅外線接口）等。

　　中間層

　　硬件層與軟件層之間為中間層，也稱為硬件抽象層（Hardware Abstract Layer，HAL）或板級支持包（Board Support Package，BSP），它將系統(tǒng)上層軟件與底層硬件分離開來，使系統(tǒng)的底層驅(qū)動程序與硬件無關(guān)，上層軟件開發(fā)人員無需關(guān)心底層硬件的具體情況，根據(jù)BSP 層提供的接口即可進行開發(fā)。該層一般包含相關(guān)底層硬件的初始化、數(shù)據(jù)的輸入/輸出操作和硬件設(shè)備的配置功能。BSP具有以下兩個特點。

　　硬件相關(guān)性：因為嵌入式實時系統(tǒng)的硬件環(huán)境具有應(yīng)用相關(guān)性，而作為上層軟 件與硬件平臺之間的接口，BSP需要為操作系統(tǒng)提供操作和控制具體硬件的方法。

　　操作系統(tǒng)相關(guān)性：不同的操作系統(tǒng)具有各自的軟件層次結(jié)構(gòu)，因此，不同的操作系統(tǒng)具有特定的硬件接口形式。

　　實際上，BSP是一個介于操作系統(tǒng)和底層硬件之間的軟件層次，包括了系統(tǒng)中大部分與硬件聯(lián)系緊密的軟件模塊。設(shè)計一個完整的BSP需要完成兩部分工作：嵌入式系統(tǒng)的硬件初始化以及BSP功能，設(shè)計硬件相關(guān)的設(shè)備驅(qū)動。

　　嵌入式系統(tǒng)硬件初始化

　　系統(tǒng)初始化過程可以分為3個主要環(huán)節(jié)，按照自底向上、從硬件到軟件的次序依次為：片級初始化、板級初始化和系統(tǒng)級初始化。

　　片級初始化

　　完成嵌入式微處理器的初始化，包括設(shè)置嵌入式微處理器的核心寄存器和控制寄存器、嵌入式微處理器核心工作模式和嵌入式微處理器的局部總線模式等。片級初始化把嵌入式微處理器從上電時的默認狀態(tài)逐步設(shè)置成系統(tǒng)所要求的工作狀態(tài)。這是一個純硬件的初始化過程。

　　板級初始化

　　完成嵌入式微處理器以外的其他硬件設(shè)備的初始化。另外，還需設(shè)置某些軟件的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和參數(shù)，為隨后的系統(tǒng)級初始化和應(yīng)用程序的運行建立硬件和軟件環(huán)境。這是一個同時包含軟硬件兩部分在內(nèi)的初始化過程。

　　系統(tǒng)初始化

　　該初始化過程以軟件初始化為主，主要進行操作系統(tǒng)的初始化。BSP將對嵌入式微處理器的控制權(quán)轉(zhuǎn)交給嵌入式操作系統(tǒng)，由操作系統(tǒng)完成余下的初始化操作，包含加載和初始化與硬件無關(guān)的設(shè)備驅(qū)動程序，建立系統(tǒng)內(nèi)存區(qū)，加載并初始化其他系統(tǒng)軟件模塊，如網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、文件系統(tǒng)等。最后，操作系統(tǒng)創(chuàng)建應(yīng)用程序環(huán)境，并將控制權(quán)交給應(yīng)用程序的入口。

　　硬件相關(guān)的設(shè)備驅(qū)動程序

　　BSP的另一個主要功能是硬件相關(guān)的設(shè)備驅(qū)動。硬件相關(guān)的設(shè)備驅(qū)動程序的初始化通常是一個從高到低的過程。盡管BSP中包含硬件相關(guān)的設(shè)備驅(qū)動程序，但是這些設(shè)備驅(qū)動程序通常不直接由BSP使用，而是在系統(tǒng)初始化過程中由BSP將他們與操作系統(tǒng)中通用的設(shè)備驅(qū)動程序關(guān)聯(lián)起來，并在隨后的應(yīng)用中由通用的設(shè)備驅(qū)動程序調(diào)用，實現(xiàn)對硬件設(shè)備的操作。與硬件相關(guān)的驅(qū)動程序是BSP設(shè)計與開發(fā)中另一個非常關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。

　　系統(tǒng)軟件層

　　系統(tǒng)軟件層由實時多任務(wù)操作系統(tǒng)（Real-time Operation System，RTOS）、文件系統(tǒng)、圖形用戶接口（Graphic User Interface，GUI）、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)及通用組件模塊組成。RTOS是嵌入式應(yīng)用軟件的基礎(chǔ)和開發(fā)平臺。

　　嵌入式操作系統(tǒng)

　　嵌入式操作系統(tǒng)（Embedded Operation System，EOS）是一種用途廣泛的系統(tǒng)軟件，過去它主要應(yīng)用與工業(yè)控制和國防系統(tǒng)領(lǐng)域。EOS負責嵌入系統(tǒng)的全部軟、硬件資源的分配、任務(wù)調(diào)度，控制、協(xié)調(diào)并發(fā)活動。它必須體現(xiàn)其所在系統(tǒng)的特征，能夠通過裝卸某些模塊來達到系統(tǒng)所要求的功能。已推出一些應(yīng)用比較成功的EOS產(chǎn)品系列。隨著Internet技術(shù)的發(fā)展、信息家電的普及應(yīng)用及EOS的微型化和專業(yè)化，EOS開始從單一的弱功能向高專業(yè)化的強功能方向發(fā)展。嵌入式操作系統(tǒng)在系統(tǒng)實時高效性、硬件的相關(guān)依賴性、軟件固化以及應(yīng)用的專用性等方面具有較為突出的特點。EOS是相對于一般操作系統(tǒng)而言的，它除具有了一般操作系統(tǒng)最基本的功能，還有以下功能：如任務(wù)調(diào)度、同步機制、中斷處理、文件處理等。

　　應(yīng)用

　　工業(yè)控制

　　基于嵌入式芯片的工業(yè)自動化設(shè)備將獲得長足的發(fā)展，已經(jīng)有大量的8、16、32 位嵌入式微控制器在應(yīng)用中，網(wǎng)絡(luò)化是提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量、減少人力資源主要途徑，如工業(yè)過程控制、數(shù)字機床、電力系統(tǒng)、電網(wǎng)安全、電網(wǎng)設(shè)備監(jiān)測、石油化工系統(tǒng)。就傳統(tǒng)的工業(yè)控制產(chǎn)品而言，低端型采用的往往是8位單片機。但是隨著技術(shù)的發(fā)展，32位、64位的處理器逐漸成為工業(yè)控制設(shè)備的核心，在未來幾年內(nèi)必將獲得長足的發(fā)展。

　　交通管理

　　在車輛導(dǎo)航、流量控制、信息監(jiān)測與汽車服務(wù)方面，嵌入式系統(tǒng)技術(shù)已經(jīng)獲得了廣泛的應(yīng)用，內(nèi)嵌GPS模塊，GSM模塊的移動定位終端已經(jīng)在各種運輸行業(yè)獲得了成功的使用。GPS設(shè)備已經(jīng)從尖端產(chǎn)品進入了普通百姓的家庭，只需要幾千元，就可以隨時隨地找到你的位置。

　　信息家電

　　這將稱為嵌入式系統(tǒng)最大的應(yīng)用領(lǐng)域，冰箱、空調(diào)等的網(wǎng)絡(luò)化、智能化將引領(lǐng)人們的生活步入一個嶄新的空間。即使你不在家里，也可以通過電話線、網(wǎng)絡(luò)進行遠程控制。在這些設(shè)備中，嵌入式系統(tǒng)將大有用武之地。

　　家庭智能管理

　　水、電、煤氣表的遠程自動抄表，安全防火、防盜系統(tǒng)，其中嵌有的專用控制芯片將代替?zhèn)鹘y(tǒng)的人工檢查，并實現(xiàn)更高，更準確和更安全的性能。在服務(wù)領(lǐng)域，如遠程點菜器等已經(jīng)體現(xiàn)了嵌入式系統(tǒng)的優(yōu)勢。

　　POS網(wǎng)絡(luò)

　　公共交通無接觸智能卡(Contactless Smartcard， CSC)發(fā)行系統(tǒng)，公共電話卡發(fā)行系統(tǒng)，自動售貨機，各種智能ATM終端將全面走入人們的生活，到時手持一卡就可以行遍天下。

　　環(huán)境工程與自然

　　水文資料實時監(jiān)測，防洪體系及水土質(zhì)量監(jiān)測、堤壩安全，地震監(jiān)測網(wǎng)，實時氣象信息網(wǎng)，水源和空氣污染監(jiān)測。在很多環(huán)境惡劣，地況復(fù)雜的地區(qū)，嵌入式系統(tǒng)將實現(xiàn)無人監(jiān)測。

　　機器人

　　嵌入式芯片的發(fā)展將使機器人在微型化，高智能方面優(yōu)勢更加明顯，同時會大幅度降低機器人的價格，使其在工業(yè)領(lǐng)域和服務(wù)領(lǐng)域獲得更廣泛的應(yīng)用。

　　這些應(yīng)用中，可以著重于在控制方面的應(yīng)用。就遠程家電控制而言，除了開發(fā)出支持TCP/IP的嵌入式系統(tǒng)之外，家電產(chǎn)品控制協(xié)議也需要制訂和統(tǒng)一，這需要家電生產(chǎn)廠家來做。同樣的道理，所有基于網(wǎng)絡(luò)的遠程控制器件都需要與嵌入式系統(tǒng)之間實現(xiàn)接口，然后再由嵌入式系統(tǒng)來控制并通過網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)控制。所以，開發(fā)和探討嵌入式系統(tǒng)有著十分重要的意義。

　　機電產(chǎn)品應(yīng)用

　　相對于其他的領(lǐng)域，機電產(chǎn)品可以說是嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用最典型最廣泛的領(lǐng)域之一。單片機到工控機、SOC在各種機電產(chǎn)品中均有著巨大的市場。

　　移動互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域

　　移動互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域很多也需要嵌入式開發(fā)技術(shù)

　　趨勢

　　嵌入式操作系統(tǒng)將是未來嵌入式系統(tǒng)中必不可少的組件，其未來發(fā)展趨勢包括[1]：

　　1、定制化：嵌入式操作系統(tǒng)將面向特定應(yīng)用提供簡化型系統(tǒng)調(diào)用接口，專門支持一種或一類嵌入式應(yīng)用。嵌入式操作系統(tǒng)同將具備可伸縮性、可裁減的系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)，提供多層次的系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)。嵌入式操作系統(tǒng)將包含各種即插即用的設(shè)備驅(qū)動接口；

　　2、節(jié)能化：嵌入式操作系統(tǒng)繼續(xù)采用微內(nèi)核技術(shù)，實現(xiàn)小尺寸、微功耗、低成本以支持小型電子設(shè)備。同時，提高產(chǎn)品的可靠性和可維護性。嵌入式操作系統(tǒng)將形成最小內(nèi)核處理集，減小系統(tǒng)開銷，提高運行效率，并可用于各種非計算機設(shè)備；

　　3、人性化：嵌入式操作系統(tǒng)將提供精巧的多媒體人機界面，以滿足不斷提高的用戶需求；

　　4、安全化：嵌入式操作系統(tǒng)應(yīng)能夠提供安全保障機制，源碼的可靠性越來越高；

　　5、網(wǎng)絡(luò)化：面向網(wǎng)絡(luò)、面向特定應(yīng)用，嵌入式操作系統(tǒng)要求配備標準的網(wǎng)絡(luò)通信接口。嵌入式操作系統(tǒng)的開發(fā)將越來越易于移植和聯(lián)網(wǎng)。嵌入式操作系統(tǒng)將具有網(wǎng)絡(luò)接入功能，提供TCP/UDP/IP/PPP協(xié)議支持及統(tǒng)一的 MAC 訪問層接口，為各種移動計算設(shè)備預(yù)留接口；

　　6、標準化：隨著嵌入式操作系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用的發(fā)展，信息交換、資源共享機會增多等問題的出現(xiàn)，需要建立相應(yīng)的標準去規(guī)范其應(yīng)用。