嵌入式XP操作系統穩定性的關鍵技術

耿志存

摘 要：本文首先闡述了嵌入式軟件發展趨勢， 分析了采用嵌入式操作系統的原因， 然后詳細研究了嵌入式操作系統中的關鍵技術：實時性、可配置性、可靠性、可移植性等相關技術， 最后對嵌入式操作系統的特點進行了總結并展望了它的發展前景。

關鍵詞：嵌入式；系統；技術

一、嵌入式XP操作系統發展趨勢

現如今，以計算機技術、通信技術和軟件技術為核心的信息技術取得了迅猛的發展，各種裝備與設備上嵌入式計算和系統的廣泛應用大大地推動了行業的滲透性應用，嵌入式XP操作系統已成為信息產業中最為耀眼的“明星”之一。

嵌入式系統被描述為：“以應用為中心、軟件硬件可裁剪的、適應應用系統對功能、可靠性、成本、體積、功耗等嚴格綜合性要求的專用計算機系統”，由嵌入式硬件和嵌入式軟件兩部分組成。硬件是支撐，軟件是靈魂，幾乎所有的嵌入式產品中都需要嵌入式軟件來提供靈活多樣、并且應用特制的功能。由于嵌入式系統應用廣泛，嵌入式軟件在整個軟件產業中占據了重要地位，并得到世界各國的廣泛關注。

二、嵌入式XP操作系統的關鍵技術

在一個完整的嵌入式系統中，嵌入式XP操作系統介于底層硬件和上層應用程序之間，它是整個系統中不可缺少的重要組成部分。嵌入式XP操作系統與傳統操作系統的基本功能是一致的，即：首先嵌入式操作系統必須能正確、高效地訪問和管理底層的各種硬件資源，很好地處理資源管理中的沖突；其次嵌入式操作系統要能為應用程序提供功能完備、使用方便、與底層硬件細節無關的系統調用接口。但嵌入式XP操作系統也有其獨特的需求和技術特點，主要區別是：1、許多嵌入式系統應用有實時性要求，因此多數嵌入式操作系統都具備實時性的技術指標，能保障系統的實時響應速度；2、為適應嵌入式系統計算資源的限制，嵌入式操作系統核心部分的體積必須盡可能的??；3、為了適應各種應用需求的變化，嵌入式操作系統還應該具有可裁減性、可移植性的特點，讓開發人員可以根據需要對嵌入式操作系統進行剪裁和移植；4、嵌入式XP操作系統往往是長期連續運行的，因此要求要有很高的可靠性，不能“死機”；5、針對特定的應用需求，嵌入式操作系統往往還要對某些模塊做特別的性能優化和功能增強。

（一）實時性

許多應用場合對嵌入式系統有實時性的要求，比如汽車的安全氣囊要求能在一個極短的時間內偵測到汽車碰撞事件的發生并控制打開安全氣囊。為了實現上述目標，一方面硬件的傳感器和安全氣嚢要有足夠快的響應速度，另一方面就是微處理器、嵌入式操作系統和相應的事件響應程序要能處理得足夠快。嵌入式操作系統為了提高實時性能，就必須盡量縮短操作系統代碼中的關閉中斷過程，并通過精心的設計確定關中斷的時間長短。這些設計包括：1、操作系統中的進程須是具有嚴格優先級差異的，而且應該是搶占式的操作系統內核，即最高優先級的進程即使是最后出現，也應該最先獲得運行，而且是無條件立即停止當前進程的運行來切換到具有最高優先級的進程。2、與實時處理相關的函數應盡量都是可重入的，即函數中均使用局部變量。如果使用全局變量，為保證程序的正確性必須對全局變量的訪問加鎖，而這樣的保護措施有可能導致進程堵塞，從而影響操作系統的實時性。3、高效的克服優先級反轉問題，防止高優先級的進程由于等待某些被低優先級進程已占用的資源，從而被其他低優先級的進程搶先運行，影響系統的實時性能。4、其他實時操作系統內核的設計，如解決周期性任務的調度和時間抖動問題等。

（二）可靠性、可配置性、可移植性

任何軟件都有可能存在錯誤，嵌入式操作系統也不例外。運行在桌面上的操作系統有時會“死機”，使用者還可以通過重啟計算機來予以容忍，但是嵌入式XP系統往往要長期在無人值守的環境下運行，甚至是常年運行，因此對可靠性的要求就成為嵌入式操作系統的一個重要特點。

可配置性是嵌入式操作系統的又一個重要特征，也是區別于通用操作系統的一個重要特點。在嵌入式領域，底層硬件和應用需求往往變化多端，有的系統需要存儲管理單元來在虛擬地址空間上運行程序；有的嵌入式系統希望具有優先級搶先調度機制；有的嵌入式系統希望實時時鐘的周期為20ms，有的希望是1ms；有的嵌入式系統的底層硬件有多級中斷，有的只有一級中斷等等。所有這些變化使一個嵌入式操作系統要想占據更大的市場份額，就必須自身具備可配置性，并且配置功能方便易用，使得同一個嵌入式操作系統的代碼在經過較為方便的配置后，可以在特定的硬件平臺和應用需求下獲得最佳的性能。

可移植性是指同一個嵌入式操作系統在進行適當修改后可以在不同的硬件平臺上成功運行。由于移植的目的是希望在不同的底層硬件平臺（或者說是不同的嵌入式處理器）上運行，因此嵌入式操作系統為了獲得良好的可移植性，一般都將移植時需要修改的代碼集中在少數幾個與硬件操作相關的C程序或匯編程序中，或者將相關代碼獨立成外設驅動程序，以方便系統開發人員的移植工作。

三、結語

本文介紹了嵌入式操作系統所具備的特點，各行業巨大的智能化裝備需求拉動了嵌入式系統的發展。同傳統的通用計算機系統不同，嵌入式系統面向特定應用領域，根據應用需求定制開發，并隨著智能化產品的普遍需求滲透到各行各業。未來隨著嵌入式系統的應用需求越來越多樣化、越來越復雜，嵌入式操作系統的特點越來越具有特色，來適用于不同的嵌入式應用需求，不斷加快嵌入式系統的開發周期，同時又能降低嵌入式系統的研發和生產成本。

參考文獻：

[1]吳朝暉.嵌入式軟件發展趨勢.電子產品世界[J].2005，2：36，48.

[2]Simpson.[美].WindowsXP寶典[M].北京：電子工業出版社，2006.

[3]鄒思軼.嵌入式Linux設計與應用[M].北京：清華大學出版社，2002.

[4]邵貝貝.嵌入式軟件的安全可靠性控制.電子產品世界[J].2005，2：38，40.

[5]Daniel.BovetP，MarcoCesati著，陳莉君等譯.深入理解Linux內核[M].第二版.北京：中國電力出版社，2004.