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　　所謂嵌入式系統(tǒng)是指為特定應(yīng)用而設(shè)計的專用電腦系統(tǒng)，通常執(zhí)行的是帶有特定要求的預(yù)先定義的任務(wù)。說到嵌入式系統(tǒng)上的操作系統(tǒng)，人們首先想到的是各種經(jīng)過裁剪的Linux以及WinCE。但是Linux和WinCE本身作為單內(nèi)核(monolithickernel)操作系統(tǒng)，內(nèi)核部分過于復(fù)雜，并不適用于嵌入式平臺。而μC/Os-II和eCos等又過于簡單，不能提供完整的功能。而隨著微內(nèi)核(microkernel)操作系統(tǒng)的理論和實現(xiàn)越來越成熟，微內(nèi)核操作系統(tǒng)開始成為嵌入式平臺一個很好的選擇。

　　圖1 嵌入式平臺操作系統(tǒng)占有率比較圖

　　嵌入式平臺對操作系統(tǒng)的需求

　　嵌入式平臺上運(yùn)行的操作系統(tǒng)一方面會根據(jù)嵌入式平臺所執(zhí)行的功能對內(nèi)核組件進(jìn)行裁剪，在滿足系統(tǒng)的應(yīng)用功能的基礎(chǔ)上去除不必要的部分;另一方面，嵌入式平臺對操作系統(tǒng)的可靠性，實時性和安全性特性有很高的要求。

　　可靠性是指嵌入式設(shè)備特別是工業(yè)設(shè)備中的嵌入式系統(tǒng)經(jīng)常需要連續(xù)運(yùn)行數(shù)以年計的時間而不出差錯。可以想像如果飛機(jī)中的嵌入式系統(tǒng)在飛機(jī)飛行時崩潰重啟，會造成多么大的危害。這就要求嵌入式系統(tǒng)上的操作系統(tǒng)的運(yùn)行完全沒有錯誤，或者在錯誤出現(xiàn)的時候可以快速自動復(fù)位，并且避免在操作系統(tǒng)中使用不穩(wěn)定的模塊。

　　實時性是指系統(tǒng)能在確定的時間內(nèi)執(zhí)行操作并對外部的異步事件做出響應(yīng)，比如汽車發(fā)生車禍時安全氣囊必須在極短的時間內(nèi)打開。一次正確的操作不僅要求邏輯功能上的正確，而且要求完成這些操作所花費(fèi)的時間在限定之內(nèi)。實時又分成硬實時和軟實時，硬實時要求任務(wù)在規(guī)定時間內(nèi)必須完成，這由操作系統(tǒng)來保證;而軟實時要求事件響應(yīng)是實時的，并按照任務(wù)的優(yōu)先級，盡可能在短時間內(nèi)完成任務(wù)。實時操作系統(tǒng)需要調(diào)度一切可利用的資源完成有實時性要求的任務(wù)，其次才著考慮提高操作系統(tǒng)的整體效率。

　　隨著嵌入式系統(tǒng)越來越多得與外部連接，甚至是通過互聯(lián)網(wǎng)連接，其安全性也越來越受到關(guān)注。比如用掌上電腦進(jìn)行網(wǎng)上購物的時候，用戶的銀行帳號信息必須得到嚴(yán)格的保護(hù)。安全性具體是指要求嵌入式設(shè)備在與外部連接的過程中，其內(nèi)部的數(shù)據(jù)不會偶然或被惡意地破壞、更改或者泄露，維持嵌入式系統(tǒng)中信息的保密性和完整性。

　　微內(nèi)核操作系統(tǒng)

　　所謂微內(nèi)核是一種最小的的計算機(jī)操作系統(tǒng)內(nèi)核，其設(shè)計思想是內(nèi)核本身不提供操作系統(tǒng)的相關(guān)服務(wù)，而是提供實現(xiàn)這些服務(wù)的機(jī)制，諸如底層的地址空間管理，線程調(diào)度以及進(jìn)程間通信。一般的硬件都有執(zhí)行權(quán)限級別，比如IntelIA32架構(gòu)有Ring0到Ring3的特權(quán)級，而一般的操作系統(tǒng)至少會用到兩個，稱之為內(nèi)核態(tài)和用戶態(tài)。而對于微內(nèi)核操作系統(tǒng)來說，并非操作系統(tǒng)服務(wù)都運(yùn)行于內(nèi)核態(tài)，而是提供服務(wù)實現(xiàn)的機(jī)制部分運(yùn)行于內(nèi)核態(tài);而操作系統(tǒng)的服務(wù)，包括設(shè)備驅(qū)動，文件系統(tǒng)和用戶界面等則作為用戶態(tài)的服務(wù)應(yīng)用程序運(yùn)行。

　　圖2 單內(nèi)核操作系統(tǒng)(左)和微內(nèi)核操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)比較圖

　　如圖2所示，左邊的是單內(nèi)核操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。我們常用的Windows操作系統(tǒng)和Linux操作系統(tǒng)都屬于這個類型。單內(nèi)核操作系統(tǒng)的內(nèi)核提供完整的操作系統(tǒng)服務(wù)，比如圖中所示的文件系統(tǒng)，進(jìn)程間通信，進(jìn)程調(diào)度器，內(nèi)存管理，設(shè)備驅(qū)動程序等等。而應(yīng)用程序則運(yùn)行在用戶態(tài)，應(yīng)用程序想要使用操作系統(tǒng)提供的服務(wù)，需要通過內(nèi)核提供的接口，我們稱之為系統(tǒng)調(diào)用。當(dāng)應(yīng)用程序進(jìn)程執(zhí)行系統(tǒng)調(diào)用時，會陷入到內(nèi)核的代碼去執(zhí)行，進(jìn)程此時運(yùn)行于內(nèi)核態(tài)，處理器處于特權(quán)級最高的Ring0狀態(tài)執(zhí)行。當(dāng)應(yīng)用程序需要的操作系統(tǒng)服務(wù)調(diào)用完成，進(jìn)程回到原本的應(yīng)用程序代碼中繼續(xù)執(zhí)行，也同時回到了用戶態(tài)，在Ring3的特權(quán)級上運(yùn)行。

　　而對于右邊的微內(nèi)核操作系統(tǒng)，操作系統(tǒng)的內(nèi)核部分被大大簡化，只包括基本的IPC機(jī)制，虛擬內(nèi)存映射和調(diào)度機(jī)制，這些僅僅是用于實現(xiàn)操作系統(tǒng)服務(wù)的基本機(jī)制。真正的操作系統(tǒng)服務(wù)，比如設(shè)備驅(qū)動，文件系統(tǒng)，應(yīng)用程序間通信等，通過用戶態(tài)服務(wù)程序的方式實現(xiàn)。當(dāng)普通的應(yīng)用程序需要操作系統(tǒng)的相關(guān)服務(wù)時，通過發(fā)送IPC消息給這個服務(wù)程序，這些服務(wù)程序進(jìn)行相關(guān)的操作，必要時也會通過內(nèi)核提供的系統(tǒng)調(diào)用陷入到內(nèi)核態(tài)去執(zhí)行基本的操作，并把結(jié)果再通過IPC返回給請求服務(wù)的應(yīng)用程序。