嵌入式XP操作系统稳定性的关键技术

耿志存

摘 要：本文首先阐述了嵌入式软件发展趋势， 分析了采用嵌入式操作系统的原因， 然后详细研究了嵌入式操作系统中的关键技术：实时性、可配置性、可靠性、可移植性等相关技术， 最后对嵌入式操作系统的特点进行了总结并展望了它的发展前景。

关键词：嵌入式；系统；技术

一、嵌入式XP操作系统发展趋势

现如今，以计算机技术、通信技术和软件技术为核心的信息技术取得了迅猛的发展，各种装备与设备上嵌入式计算和系统的广泛应用大大地推动了行业的渗透性应用，嵌入式XP操作系统已成为信息产业中最为耀眼的“明星”之一。

嵌入式系统被描述为：“以应用为中心、软件硬件可裁剪的、适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗等严格综合性要求的专用计算机系统”，由嵌入式硬件和嵌入式软件两部分组成。硬件是支撑，软件是灵魂，几乎所有的嵌入式产品中都需要嵌入式软件来提供灵活多样、并且应用特制的功能。由于嵌入式系统应用广泛，嵌入式软件在整个软件产业中占据了重要地位，并得到世界各国的广泛关注。

二、嵌入式XP操作系统的关键技术

在一个完整的嵌入式系统中，嵌入式XP操作系统介于底层硬件和上层应用程序之间，它是整个系统中不可缺少的重要组成部分。嵌入式XP操作系统与传统操作系统的基本功能是一致的，即：首先嵌入式操作系统必须能正确、高效地访问和管理底层的各种硬件资源，很好地处理资源管理中的冲突；其次嵌入式操作系统要能为应用程序提供功能完备、使用方便、与底层硬件细节无关的系统调用接口。但嵌入式XP操作系统也有其独特的需求和技术特点，主要区别是：1、许多嵌入式系统应用有实时性要求，因此多数嵌入式操作系统都具备实时性的技术指标，能保障系统的实时响应速度；2、为适应嵌入式系统计算资源的限制，嵌入式操作系统核心部分的体积必须尽可能的小；3、为了适应各种应用需求的变化，嵌入式操作系统还应该具有可裁减性、可移植性的特点，让开发人员可以根据需要对嵌入式操作系统进行剪裁和移植；4、嵌入式XP操作系统往往是长期连续运行的，因此要求要有很高的可靠性，不能“死机”；5、针对特定的应用需求，嵌入式操作系统往往还要对某些模块做特别的性能优化和功能增强。

（一）实时性

许多应用场合对嵌入式系统有实时性的要求，比如汽车的安全气囊要求能在一个极短的时间内侦测到汽车碰撞事件的发生并控制打开安全气囊。为了实现上述目标，一方面硬件的传感器和安全气嚢要有足够快的响应速度，另一方面就是微处理器、嵌入式操作系统和相应的事件响应程序要能处理得足够快。嵌入式操作系统为了提高实时性能，就必须尽量缩短操作系统代码中的关闭中断过程，并通过精心的设计确定关中断的时间长短。这些设计包括：1、操作系统中的进程须是具有严格优先级差异的，而且应该是抢占式的操作系统内核，即最高优先级的进程即使是最后出现，也应该最先获得运行，而且是无条件立即停止当前进程的运行来切换到具有最高优先级的进程。2、与实时处理相关的函数应尽量都是可重入的，即函数中均使用局部变量。如果使用全局变量，为保证程序的正确性必须对全局变量的访问加锁，而这样的保护措施有可能导致进程堵塞，从而影响操作系统的实时性。3、高效的克服优先级反转问题，防止高优先级的进程由于等待某些被低优先级进程已占用的资源，从而被其他低优先级的进程抢先运行，影响系统的实时性能。4、其他实时操作系统内核的设计，如解决周期性任务的调度和时间抖动问题等。

（二）可靠性、可配置性、可移植性

任何软件都有可能存在错误，嵌入式操作系统也不例外。运行在桌面上的操作系统有时会“死机”，使用者还可以通过重启计算机来予以容忍，但是嵌入式XP系统往往要长期在无人值守的环境下运行，甚至是常年运行，因此对可靠性的要求就成为嵌入式操作系统的一个重要特点。

可配置性是嵌入式操作系统的又一个重要特征，也是区别于通用操作系统的一个重要特点。在嵌入式领域，底层硬件和应用需求往往变化多端，有的系统需要存储管理单元来在虚拟地址空间上运行程序；有的嵌入式系统希望具有优先级抢先调度机制；有的嵌入式系统希望实时时钟的周期为20ms，有的希望是1ms；有的嵌入式系统的底层硬件有多级中断，有的只有一级中断等等。所有这些变化使一个嵌入式操作系统要想占据更大的市场份额，就必须自身具备可配置性，并且配置功能方便易用，使得同一个嵌入式操作系统的代码在经过较为方便的配置后，可以在特定的硬件平台和应用需求下获得最佳的性能。

可移植性是指同一个嵌入式操作系统在进行适当修改后可以在不同的硬件平台上成功运行。由于移植的目的是希望在不同的底层硬件平台（或者说是不同的嵌入式处理器）上运行，因此嵌入式操作系统为了获得良好的可移植性，一般都将移植时需要修改的代码集中在少数几个与硬件操作相关的C程序或汇编程序中，或者将相关代码独立成外设驱动程序，以方便系统开发人员的移植工作。

三、结语

本文介绍了嵌入式操作系统所具备的特点，各行业巨大的智能化装备需求拉动了嵌入式系统的发展。同传统的通用计算机系统不同，嵌入式系统面向特定应用领域，根据应用需求定制开发，并随着智能化产品的普遍需求渗透到各行各业。未来随着嵌入式系统的应用需求越来越多样化、越来越复杂，嵌入式操作系统的特点越来越具有特色，来适用于不同的嵌入式应用需求，不断加快嵌入式系统的开发周期，同时又能降低嵌入式系统的研发和生产成本。

参考文献：

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