通用作業系統的發展歷史 現狀 趨勢

時間 2021-08-13 07:20:49

1樓:匿名使用者

1.1 歷史與現狀

雖然嵌入式系統是近幾年才開始真正風靡起來的,但事實上嵌入式這個概念卻很早就已經存在了,從上個世紀70年代微控制器的出現到今天各種嵌入式微處理器、微控制器的廣泛應用,嵌入式系統少說也有了近30年的歷史。縱觀嵌入式系統的發展歷程,大致經歷了以下四個階段:

* 無作業系統階段

嵌入式系統最初的應用是基於微控制器的,大多以可程式設計控制器的形式出現,具有監測、伺服、裝置指示等功能,通常應用於各類工業控制和飛機、導彈等**裝備中,一般沒有作業系統的支援,只能通過組合語言對系統進行直接控制,執行結束後再清除記憶體。這些裝置雖然已經初步具備了嵌入式的應用特點,但僅僅只是使用8位的cpu晶片來執行一些單執行緒的程式,因此嚴格地說還談不上"系統"的概念。

這一階段嵌入式系統的主要特點是:系統結構和功能相對單一,處理效率較低,儲存容量較小,幾乎沒有使用者介面。由於這種嵌入式系統使用簡便、**低廉,因而曾經在工業控制領域中得到了非常廣泛的應用,但卻無法滿足現今對執行效率、儲存容量都有較高要求的資訊家電等場合的需要。

* 簡單作業系統階段

20世紀80年代,隨著微電子工藝水平的提高,ic製造商開始把嵌入式應用中所需要的微處理器、i/o介面、序列介面以及ram、rom等部件統統整合到一片vlsi中,製造出面向i/o設計的微控制器,並一舉成為嵌入式系統領域中異軍突起的新秀。與此同時,嵌入式系統的程式設計師也開始基於一些簡單的"作業系統"開發嵌入式應用軟體,大大縮短了開發週期、提高了開發效率。

這一階段嵌入式系統的主要特點是:出現了大量高可靠、低功耗的嵌入式cpu(如power pc等),各種簡單的嵌入式作業系統開始出現並得到迅速發展。此時的嵌入式作業系統雖然還比較簡單,但已經初步具有了一定的相容性和擴充套件性,核心精巧且效率高,主要用來控制系統負載以及監控應用程式的執行。

* 實時作業系統階段

20世紀90年代,在分佈控制、柔性製造、數字化通訊和資訊家電等巨大需求的牽引下,嵌入式系統進一步飛速發展,而面向實時訊號處理演算法的dsp產品則向著高速度、高精度、低功耗的方向發展。隨著硬體實時性要求的提高,嵌入式系統的軟體規模也不斷擴大,逐漸形成了實時多工作業系統(rtos),並開始成為嵌入式系統的主流。

這一階段嵌入式系統的主要特點是:作業系統的實時性得到了很大改善,已經能夠執行在各種不同型別的微處理器上,具有高度的模組化和擴充套件性。此時的嵌入式作業系統已經具備了檔案和目錄管理、裝置管理、多工、網路、圖形使用者介面(gui)等功能,並提供了大量的應用程式介面(api),從而使得應用軟體的開發變得更加簡單。

* 面向internet階段

21世紀無疑將是一個網路的時代,將嵌入式系統應用到各種網路環境中去的呼聲自然也越來越高。目前大多數嵌入式系統還孤立於internet之外,隨著internet的進一步發展,以及internet技術與資訊家電、工業控制技術等的結合日益緊密,嵌入式裝置與internet的結合才是嵌入式技術的真正未來。

資訊時代和數字時代的到來,為嵌入式系統的發展帶來了巨大的機遇,同時也對嵌入式系統廠商提出了新的挑戰。目前,嵌入式技術與internet技術的結合正在推動著嵌入式技術的飛速發展,嵌入式系統的研究和應用產生了如下新的顯著變化:

1. 新的微處理器層出不窮,嵌入式作業系統自身結構的設計更加便於移植,能夠在短時間內支援更多的微處理器。

2. 嵌入式系統的開發成了一項系統工程,開發廠商不僅要提供嵌入式軟硬體系統本身,同時還要提供強大的硬體開發工具和軟體支援包。

3. 通用計算機上使用的新技術、新觀念開始逐步移植到嵌入式系統中,如嵌入式資料庫、移動**、實時corba等,嵌入式軟體平臺得到進一步完善。

4. 各類嵌入式linux作業系統迅速發展,由於具有源**開放、系統核心小、執行效率高、網路結構完整等特點,很適合資訊家電等嵌入式系統的需要,目前已經形成了能與windows ce、palm os等嵌入式作業系統進行有力競爭的局面。

5. 網路化、資訊化的要求隨著internet技術的成熟和頻寬的提高而日益突出,以往功能單一的裝置如**、手機、冰箱、微波爐等功能不再單一,結構變得更加複雜,網路互聯成為必然趨勢。

6. 精簡系統核心,優化關鍵演算法,降低功耗和軟硬體成本。

7. 提供更加友好的多**人機互動介面。

1.2 體系結構

根據國際電氣和電子工程師協會(ieee)的定義,嵌入式系統是"控制、監視或者輔助裝置、機器和車間執行的裝置"(devices used to control, monitor, or assist the operation of equipment, machinery or plants)。一般而言,整個嵌入式系統的體系結構可以分成四個部分:嵌入式處理器、嵌入式外圍裝置、嵌入式作業系統和嵌入式應用軟體,如圖1所示。

圖1 嵌入式系統的組成

* 嵌入式處理器

嵌入式系統的核心是各種型別的嵌入式處理器,嵌入式處理器與通用處理器最大的不同點在於,嵌入式cpu大多工作在為特定使用者群所專門設計的系統中,它將通用cpu中許多由板卡完成的任務整合到晶片內部,從而有利於嵌入式系統在設計時趨於小型化,同時還具有很高的效率和可靠性。

嵌入式處理器的體系結構經歷了從cisc(複雜指令集)至risc(精簡指令集)和compact risc的轉變,位數則由4位、8位、16位、32位逐步發展到64位。目前常用的嵌入式處理器可分為低端的嵌入式微控制器(micro controller unit,mcu)、中高階的嵌入式微處理器(embedded micro processor unit,empu)、用於計算機通訊領域的嵌入式dsp處理器(embedded digital signal processor,edsp)和高度整合的嵌入式片上系統(system on chip,soc)。

目前幾乎每個半導體製造商都生產嵌入式處理器,並且越來越多的公司開始擁有自主的處理器設計部門,據不完全統計,全世界嵌入式處理器已經超過1000多種,流行的體系結構有30多個系列,其中以arm、powerpc、mc 68000、mips等使用得最為廣泛。

2樓:匿名使用者

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