《嵌入式操作系统史话》之一:何为嵌入式操作系统?

2014-01-06 08:30:00 来源:EEFOCUS
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什么是嵌入式操作系统
谈论嵌入式操作系统的定义之前,应该先讨论一下关于嵌入式系统的定义。国内外专家学者和企业界人士的理解都不尽相同,具有代表性的意见有两种;一种是说嵌入式系统就是嵌入式的计算机系统,另外一种认为嵌入式系统是一种机电结合、软硬结合执行某种特殊功能的系统[1]。这两种意见各有侧重,前者主要来自计算机领域,后者来自电子信息领域。我认为随着未来智能技术的广泛采用,两种观点将会统一,也就是说未来机电整合的系统都将是智能(有计算机系统的存在)。那么所有可用于嵌入式系统的操作系统(OS)都可以称为嵌入式操作系统(以后简称为嵌入式OS),既然它是一个OS,那就必须具备OS的能力-设备、任务(进程)、文件和网络等管理功能。嵌入式OS要支持嵌入式系统广泛性的需求,它一定要具备诸如;实时性、扩展性、可靠性、可裁剪和固化(嵌入)等特点。这里就不一一细说。


嵌入式OS有哪些产品
20世纪70年代末,嵌入式OS商业产品已在美国和加拿大等国家出现,90年代末嵌入式OS的数量呈现井喷式增加,最鼎盛的时候有数百种之多,即使经过经过30多年的发展和淘汰,现在依然有数十余种。但是真正在市场上具有影响力,有一定的客户数量和成功的应用产品的嵌入式OS并不是很多,常见的有:PalmOS、Symbian、eCos、uCOS-II和III、VxWorks、pSOS、Nucleus、ThreadX 、Rtems 、QNX、INTEGRITY、OSE、C Executive 、CMX、SMX、emOS、Chrous、VRTX 、RTX、FreeRTOS、LynxOS、ITRON、RT-thread和Linux家族的各种版本比如uClinux、Android和Meego等,还有微软家族的WinCE、Windows Embedded Stanard、Windows Mobile等[2]。其中有些产品已经因为公司的收购而消失,比如Psos 、VRTX和Chrous等,还有的开源嵌入式OS因为缺少维护而逐渐放弃,比如eCos和Meego等, 关于这些OS的情况,我后面的文章还会有更多的介绍。


嵌入式OS的分类
通用的OS我们可以按照应用分成桌面和服务器两种版本,对嵌入式OS分类却是一件很困难的事情,原因是什么呢,因为嵌入式系统没有一个标准的平台。从特性看嵌入式OS可分为硬实时和软实时,从商业模式看分为开源和闭源(私有),从应用角度看分为通用的嵌入式OS和专用的嵌入式OS。比如VxWork就是硬实时、私有和专用的OS,而嵌入式Linux就是软实时、开源和通用OS,硬实时的嵌入式OS,我们一般是称为RTOS(实时多任务操作系统),历史上某些RTOS不是嵌入式OS,比如某些实时的Unix,它是运行在小型和微型计算机系统,今天多数类似的产品都已经发展成嵌入式OS,即可以运行在嵌入式系统上,一般称之为嵌入式实时多任务操作系统。


嵌入式OS的应用
可以说哪里有嵌入式的应用,哪里就有嵌入式OS的踪影。今天的嵌入式应用已经无处不在,嵌入式OS更是随处可见。但是必须强调,嵌入式OS对于系统的处理器和其他资源均有一定要求和占有,商业嵌入式OS要收取一定的开发和使用费用,即使是开源的嵌入式OS,你在开发中也或许要向商业公司购买技术服务费用。这些将导致最终的电子产品成本的增加 ,因此并不是所有的嵌入式应用都需要使用OS。 哪些应用适合也必须使用嵌入式OS呢,以下的是市场上一些热点应用:


无线通讯产品:比如手机、基站和无线交换机等无线通信设备大量使用嵌入式OS和中间件(通信协议等)[3]。


网络产品:比如路由器、交换机、接入设备和信息安全产品等大量使用RTOS和开源的Linux OS。


智能家电:比如智能电视、IP机顶盒、互联网冰箱等产品大量使用包括Android在内的嵌入式OS。


航空航天和军事装备:包括飞机、宇航器、舰船和武器装备等都在使用经过认证的RTOS,这个领域也是嵌入式OS最早开发的市场之一。


汽车电子:现代汽车和运输工具大量使用MCU技术,正在从采用私有的RTOS转向标准和开放的RTOS和通用的嵌入式OS技术,随着智能交通和车联网发展,汽车电子将给嵌入式OS发展带来一个新的春天。


物联网产业和技术:物联网和云计算是IT产业技术发展的两大推手。其中物联网技术和产业的发展都嵌入式系统和嵌入式OS的影响更大,需要嵌入式OS支持更加优秀的低功耗和无线网络技术,随着产业发展和成熟,需求会越来越大。 


结语
嵌入式OS是源自计算机专业的一种技术,但因其嵌入在一个复杂的电子系统之中,而且应用千变万化,所以其具有根深蒂固特殊性和多样性。我撰写的这组系列文章,试图从历史演变的视角帮助关注嵌入式系统发展和应用的读者了解嵌入式OS的过去、今天与未来,推动中国电子信息产业在嵌入式技术引领下的转型和创新。


参考资料:
[1]Shibu KV 著 伍薇译 《嵌入式系统原理、设计及开发》清华大学出版社
[2] Michael Barr Special Report: Choosing an RTOS https://www.embedded.com/electronics-blogs/other/4024563/Special-Report-Choosing-an-RTOS
[3] 何小庆“嵌入式LINUX在通讯设备中的应用”通讯产品世界2005年2月
[4]labrosse 著 《Embedded Software Know it All 》ELSEVIER 出版社

 

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系列之二:嵌入式OS的“摩托”系

摘要:摩托罗拉自1974年发布第一款MC6800 --8位微处理器到1979发布的MC68000(简称68K)-16/32位CPU之后,其芯片因为即可以使用在计算机系统中,也可以使用在嵌入式系统,很快成为当时行业的标准。最早开发嵌入式OS的公司,许多都是借助摩托罗拉的市场起家的……

系列之三:VRTX--商业嵌入式OS的开拓者

摘要:除了上一篇提到的OS-9以外,最早出现的嵌入式操作系统(简称为嵌入式OS)当属VRTX,因其在技术上创新性,得到用户和嵌入式系统公司的广泛支持,VRTX可称为商业嵌入式OS的开拓和领导者……

系列之四:μC/OS的故事(一)

摘要:μC/OS的故事起始于1989年。那时,我(注:即Jean Labrosse先生)加入到位于美国佛罗里达州劳德代尔堡市的Dynalco控制公司,并开始为大型工业往复式发动机设计全新的、基于微控制器的点火控制系统……
摘要:由于《μC/OS,The Real-Time Kernel》书写得很成功,在二十世纪90年代,使用μC/OS的工程师越来越多。开发者很容易就可以把操作系统移植到新的硬件平台上,开发了无数基于μC/OS的应用……

摘要:在讨论开源的嵌入式操作系统(简称嵌入式OS)之前,我们先把开源软件搞清楚。“开源软件”目前并没有明确定义,也没有标准许可证。许多公司采用开放源代码一词,大概有这样两种情况……

系列之七:风河-嵌入式OS的常青树

摘要:过去30年间,风河和VxWorks在嵌入式OS领域一直处在领先地位,在航空航天、通信、工业控制等行业有着广泛的应用,在业内被称为嵌入式OS的常青树……

系列之八:手机中的嵌入式OS

摘要:手机属于嵌入式设备,手机软件平台使用的操作系统属于嵌入式OS的范畴。传统的功能手机(Feature Phone)使用了实时多任务操作系统(RTOS)为基础的手机软件平台。入门级的智能手机采用了半开放的嵌入式OS(比如Symbian),而今天高端的智能手机多采用Android和IOS这样的通用型的OS……

系列之九:手机中的嵌入式OS(二)

摘要:为你介绍那些开源的操作系统,Android以及它的竞争对手们的整个OS产业生态……

系列之十:汽车电子-嵌入式OS逐鹿的新战场

摘要:根据IEEE 2009年2月的报告,豪华级别的汽车的软件代码长度将超过1亿行,如此巨大的代码量不使用嵌入式操作系统(以下简称嵌入式OS)和软件平台架构是不可想象的,以此联动产生的软件研发、测试和维护成本也是巨大的,带给汽车的安全性和可靠性隐患更是无法预估的。由此也成为嵌入式Os逐鹿的新战场……

摘要:20世纪70年代末,嵌入式OS商业产品在美国和加拿大等国家出现,90年代末嵌入式OS的数量呈现井喷式增加,最鼎盛的时候有数百种之多,即使经过30多年的发展和淘汰,现在依然有数十余种。我注意到,在众多的公司中有人尽皆知的著名企业,比如微软和风河,而更多的是映衬在这些大红花周围的绿叶公司,其中许多都是小公司,甚至个人,他们多数默默无闻……

系列之十二:嵌入式OS的未来

摘要:嵌入式OS发展到今天已经有30多年历史了,未来的嵌入式OS 会是什么样的?技术会有哪些变化?商业还会蓬勃发展,还是逐渐消亡呢?笔者在撰写《嵌入式操作系统史话》专栏期间,恰逢美国的CES2014,我参观了LG,三星、SONY,奥迪等大企业展位,看到Intel、恩智浦和TI等半导体公司最新芯片解决方案,了解到国外嵌入式OS最新发展的一些情况……

 
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作者简介
何小庆
何小庆

中国软件行业协会嵌入式系统分会副理事长,嵌入式系统联谊会秘书长,中国软件行业协会理事。是国内最早涉足嵌入式OS者之一,创办了北京麦克泰软件技术有限公司,有近30年嵌入式技术和市场经验。是《嵌入式操作系统风云录:历史演进与物联网未来》一书作者,并译有《嵌入式实时操作系统μC/OS-III应用开发》和《嵌入式软件精解》等多本译著。目前关注的领域:嵌入式OS、物联网与穿戴设备和技术创业。个人网站:www.hexiaoqing.net。

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