第1单元 嵌入式Linux操作系统简介

1NeusoftInstituteofInformation嵌入式系统工程系嵌入式系统工程系第第11单元单元嵌入式嵌入式LinuxLinux操作系统简介操作系统简介2NeusoftInstituteofInformation嵌入式系统工程系嵌入式系统工程系1.11.1计算机硬件简介计算机硬件简介••要理解操作系统，首先要了解计算机的组成要理解操作系统，首先要了解计算机的组成与工作原理与工作原理3NeusoftInstituteofInformation嵌入式系统工程系嵌入式系统工程系计算机的组成与工作原理计算机的组成与工作原理冯•偌依曼结构计算机结构:•运算器•存储器•输入设备•输出设备•控制器4NeusoftInstituteofInformation嵌入式系统工程系嵌入式系统工程系计算机的组成与工作原理计算机的组成与工作原理运算器存储器输出设备输入设备控制器数据流控制流5NeusoftInstituteofInformation嵌入式系统工程系嵌入式系统工程系计算机的组成与工作原理计算机的组成与工作原理中央处理机（cpu)由运算器和控制器构成ControlBusDataBusAdressBusRAMROMI/O接口外围设备目前微机中常用的总线结构有：ISA，MCA，EISA，VESA，PCI6NeusoftInstituteofInformation嵌入式系统工程系嵌入式系统工程系1.21.2操作系统的概念操作系统的概念计算机系统(层次结构)软件硬件及固件（裸机）应用软件系统软件编辑软件，编译软件操作系统图计算机系统的组成7NeusoftInstituteofInformation嵌入式系统工程系嵌入式系统工程系操作系统的地位操作系统的地位8NeusoftInstituteofInformation嵌入式系统工程系嵌入式系统工程系引入操作系统的目的引入操作系统的目的••从用户的角度来看，计算机是为用户提供服从用户的角度来看，计算机是为用户提供服务的，引入操作系统是让计算机为用户提供务的，引入操作系统是让计算机为用户提供最好的服务，构建一个用户和计算机之间的最好的服务，构建一个用户和计算机之间的和谐交互环境。和谐交互环境。••从系统管理人员的观点来看，操作系统是计从系统管理人员的观点来看，操作系统是计算机资源的管理者。算机资源的管理者。••从发展的观点看，引入操作系统是为了给计从发展的观点看，引入操作系统是为了给计算机系统的功能扩展提供支撑平台。算机系统的功能扩展提供支撑平台。9NeusoftInstituteofInformation嵌入式系统工程系嵌入式系统工程系操作系统定义操作系统定义•操作系统是一种管理计算机资源以及控制程序执行，方便用户使用计算机的系统软件。是人与计算机之间的接口。10NeusoftInstituteofInformation嵌入式系统工程系嵌入式系统工程系1.31.3操作系统的历史操作系统的历史••1.3.11.3.1无操作系统的计算机系统无操作系统的计算机系统–人工操作方式•用户独占全机•CPU等待人工操作•人机矛盾–脱机输入/输出方式•减少了CPU的空闲时间•提高了I/O速度输入设备外围机磁盘主机外围机输出设备11NeusoftInstituteofInformation嵌入式系统工程系嵌入式系统工程系1.31.3操作系统的历史操作系统的历史••1.3.21.3.2单道批处理系统单道批处理系统–单道批处理系统的处理过程–单道批处理系统的特征•自动性•顺序性•单道性12NeusoftInstituteofInformation嵌入式系统工程系嵌入式系统工程系1.31.3操作系统的历史操作系统的历史1.3.31.3.3多多道道批批处处理理系系统统t1t2t3t4t5t6t7t8结束中断I/O完成启动I/OI/O中断请求I/O完成启动I/OI/O中断请求用户程序监督程序I/O操作(a)单道程序运行情况程序A程序AI/O请求程序AI/O完成程序B程序BI/O请求程序C程序CI/O请求程序D程序DI/O请求CI/O完成C再被调度程序BI/O完成程序A再被调度程序A程序B程序C程序D调度程序(b)四道程序运行情况A完成结束中断13NeusoftInstituteofInformation嵌入式系统工程系嵌入式系统工程系1.31.3操作系统的历史操作系统的历史••1.3.41.3.4分时系统分时系统–分时系统是指，在一台主机上连接了多个带有显示器和键盘的终端，同时允许多个用户通过自己的终端，以交互方式使用计算机，共享主机中的资源。–分时系统的产生•人机交互•共享主机•便于用户上机–分时系统实现中的关键问题•及时接收和及时处理。–分时系统的特征•多路性、独立性、及时性和交互性。14NeusoftInstituteofInformation嵌入式系统工程系嵌入式系统工程系1.31.3操作系统的历史操作系统的历史••1.3.51.3.5实时系统实时系统–实时系统是指系统能及时响应外部事件的请求，在规定时间内完成对该事件的处理，并控制所有实时任务协调一致地运行。–应用需求•实时控制•实时信息处理。15NeusoftInstituteofInformation嵌入式系统工程系嵌入式系统工程系1.31.3操作系统的历史操作系统的历史•操作系统的进一步发展–个人计算机上的操作系统，例如Windows操作系统系列；–嵌入式操作系统，例如Symbian操作系统；–网络操作系统；–分布式操作系统；–智能化操作系统。16NeusoftInstituteofInformation嵌入式系统工程系嵌入式系统工程系1.41.4操作系统的基本类型操作系统的基本类型•批处理操作系统；•分时操作系统；•实时操作系统；•嵌入式操作系统；•个人计算机操作系统；•网络操作系统；•分布式操作系统。17NeusoftInstituteofInformation嵌入式系统工程系嵌入式系统工程系1.51.5操作系统的功能操作系统的功能••1.5.11.5.1处理机管理功能处理机管理功能–进程控制•创建进程、撤消进程•进程状态转换–进程同步•互斥：竞争临界资源•同步：协作–进程通信•进程间的信息交换调度–调度算法18NeusoftInstituteofInformation嵌入式系统工程系嵌入式系统工程系1.51.5操作系统的功能操作系统的功能••1.5.21.5.2存储器管理功能存储器管理功能–内存分配•分配内存•回收内存–内存保护•多道程序互不干扰–地址映射•将逻辑地址映射成物理地址–内存扩充•请求调入功能•置换功能19NeusoftInstituteofInformation嵌入式系统工程系嵌入式系统工程系1.51.5操作系统的功能操作系统的功能••1.5.31.5.3设备管理功能设备管理功能–缓冲管理•速度匹配–设备分配•分配与回收–设备处理•设备驱动程序20NeusoftInstituteofInformation嵌入式系统工程系嵌入式系统工程系1.51.5操作系统的功能操作系统的功能••1.5.41.5.4文件管理功能文件管理功能–文件存储空间的管理分配内存•分配存储空间•回收存储空间–目录管理•有效组织文件•提高检索速度–文件的读/写管理和保护•文件的读写管理•文件的保护21NeusoftInstituteofInformation嵌入式系统工程系嵌入式系统工程系1.51.5操作系统的功能操作系统的功能••1.5.51.5.5操作系统与用户之间的接口操作系统与用户之间的接口–用户接口•联机用户接口•脱机用户接口（批处理用户接口）•图形用户接口–程序接口•用户程序取得操作系统服务的唯一途径。22NeusoftInstituteofInformation嵌入式系统工程系嵌入式系统工程系1.61.6嵌入式操作系统嵌入式操作系统••实时操作系统的概念实时操作系统的概念–实时系统：系统的正确运行要同时满足特定的逻辑和时间关系。–实时操作系统RTOS(realtimeoperationsystem):是指能支持实时控制系统工作的操作系统。23NeusoftInstituteofInformation嵌入式系统工程系嵌入式系统工程系1.61.6嵌入式操作系统嵌入式操作系统嵌入式操作系统：支持嵌入式系统工嵌入式操作系统：支持嵌入式系统工作的操作系统。嵌入式系统一般具有实时作的操作系统。嵌入式系统一般具有实时特点，这里把嵌入式操作系统和实时操作特点，这里把嵌入式操作系统和实时操作系统不加区别对待。系统不加区别对待。24NeusoftInstituteofInformation嵌入式系统工程系嵌入式系统工程系1.61.6嵌入式操作系统嵌入式操作系统嵌嵌入入式式操操作作系系统统的的结结构构25NeusoftInstituteofInformation嵌入式系统工程系嵌入式系统工程系1.61.6嵌入式操作系统嵌入式操作系统••嵌入式操作系统的分类嵌入式操作系统的分类–从嵌入式系统的应用来分类，可以分为面向低端设备的嵌入式操作系统和面向高端设备的嵌入式操作系统。–低端：各种工业控制系统，计算机外设，民用消费品的微波炉，洗衣机，冰箱等,例如ucos–高端：信息化家电，掌上电脑，机顶盒、手机，路由器，例如wince,linux.26NeusoftInstituteofInformation嵌入式系统工程系嵌入式系统工程系1.61.6嵌入式操作系统嵌入式操作系统„„商用型商用型RTOSRTOS„VxWorks„WinCE„pSOS„PalmOS„OS-9„LynxOS„QNX„„开放原代码开放原代码RTOSRTOS（免费（免费型）型）„嵌入式Linux„μC/OS-II几种最常见的几种最常见的RTOSRTOS27NeusoftInstituteofInformation嵌入式系统工程系嵌入式系统工程系VxWorksVxWorks••VxWorksVxWorks操作系统是美国操作系统是美国WindRiverWindRiver公司于公司于19831983年设计开年设计开发的一种嵌入式实时操作系统（发的一种嵌入式实时操作系统（RTOSRTOS），），具有良好的持续具有良好的持续发展能力、高性能的内核以及友好的用户开发环境，在嵌发展能力、高性能的内核以及友好的用户开发环境，在嵌入式实时操作系统领域牢牢占据着一席之地。入式实时操作系统领域牢牢占据着一席之地。••VxWorksVxWorks所具有的显著特点是：所具有的显著特点是：可靠性、实时性和可裁减性。可靠性、实时性和可裁减性。它支持多种处理器，如它支持多种处理器，如x86x86、、i960i960、、SunSunSparcSparc、、MotorolaMC68KMotorolaMC68K、、MIPSMIPS、、POWERPCPOWERPC等等。等等。••大多数的大多数的VxWorksVxWorksAPIAPI是专有的。是专有的。••““索杰纳索杰纳””火星车。火星车。28NeusoftInstituteofInformation嵌入式系统工程系嵌入式系统工程系WindowsEmbeddedWindowsEmbedded••WindowsCE3.0WindowsCE3.0：一种针对小容量、移动式、智能：一种针对小容量、移动式、智能化、化、3232位、连接设备的模块化实时嵌入式操作系统；位、连接设备的模块化实时嵌入式操作系统；••WindowsCE3.0WindowsCE3.0为建立针对掌上设备、无线设备的动为建立针对掌上设备、无线设备的动态应用程序和服务提供了一种功能丰富的操作系统平态应用程序和服务提供了一种功能丰富的操作系统平台；台；••WindowsCE3.0WindowsCE3.0以前的产品都不是实时系统，属于软以前的产品都不是实时系统，属于软实时操作系统，其优点是基于实时操作系统，其优点是基于WindowsWindows背景，界面比背景，界面比较漂亮，容易为用户所接受。较漂亮，容易为用户所接受。••操作系统