嵌入式開發中三種作業系統的分析與比較

三種常用的嵌入式作業系統——Palm OS、Windows CE、Linux；在此基礎上、分析、比較這三種嵌入式作業系統，給出它們之間的 異同點及各自的適用範圍。

嵌入式開發中三種作業系統的分析與比較 首頁 最新 HTML CSS JavaScript jQuery Python3 Python2 Java C C++ Go SQL 首頁 最新 Search 嵌入式開發中三種作業系統的分析與比較 2019-01-16254 三種常用的嵌入式作業系統——PalmOS、WindowsCE、Linux；在此基礎上、分析、比較這三種嵌入式作業系統，給出它們之間的 異同點及各自的適用範圍。

1嵌入式系統與嵌入式作業系統 1.1嵌入式系統 嵌入式系統是以嵌入式計算機為技術核心，面向使用者、面向產品、面向應用，軟硬體可裁減的，適用於對功能、可靠性、成本、體 積、功耗等綜合性能有嚴格要求的專用計算機系統。

嵌入式系統應具有的特點是：高可靠性；在惡劣的環境或突然斷電的情況下，系統仍然能夠正常工作；許多嵌入式應用要求實時性 ，這就要求嵌入式作業系統具有實時處理能力；嵌入式系統和具體應用有機地結合在一起，它的升級換代也是具體產品同步進行； 嵌入式系統中的軟體程式碼要求高質量、高可靠性，一般都固化在只讀儲存器中或快閃記憶體中，也就是說軟體要求固態化儲存，而不是存 儲在磁碟等載體中。

1.2嵌入式作業系統 嵌入式作業系統EOS（EmbeddedOperatingSystem）是一種用途廣泛的系統軟體，過去它主要應用於工業控制和國防系統領域。

EOS 負責嵌入系統的全部軟、硬體資源的分配、排程作，控制、協調並發活動；它必須體現其所在系統的特徵，能夠通過裝卸某些模組 來達到系統所要求的功能。

目前，已推出一些應用比較成功的EOS產品系列。

隨著Internet技術的發展、資訊家電的普及應用及EOS 的微型化和專業化，EOS開始從單一的弱功能向高專業化的強功能方向發展。

嵌入式作業系統在系統實時高效性、硬體的相關依賴 性、軟體固化以及應用的專用性等方面具有較為突出的特點。

EOS是相對於一般作業系統而方的，它除具備了一般作業系統最基本的  功能，如任務排程、同步機制、中斷處理、檔案處理等外，還有以下特點： ①可裝卸性。

開放性、可伸縮性的體系結構。

②強實時性。

EOS實時性一般較強，可用於各種裝置控制當中。

③統一的介面。

提供各種裝置驅動介面。

④操作方便、簡單、提供友好的圖形GUI，圖形介面，追求易學易用。

⑤提供強大的網路功能，支援TCP/IP協議及其它協議，提供TCP/UDP/IP/PPP協議支援及統一的MAC訪問層介面，為各種移動計算裝置 預留介面。

⑥強穩定性，弱互動性。

嵌入式系統一旦開始執行就不需要使用者過多的干預，這就要負責系統管理的EOS具有較強的穩定性。

嵌入式 作業系統的使用者介面一般不提供操作命令，它通過系統的呼叫命令向用戶程式提供服務。

⑦固化程式碼。

在嵌入式系統中，嵌入式作業系統和應用軟體被固化在嵌入式系統計算機的ROM中。

輔助儲存器在嵌入式系統中很少使 用，因此，嵌入式作業系統的檔案管理功能應該能夠很容易地拆卸，而用各種記憶體檔案系統。

⑧更好的硬體適應性，也就是良好的移植性。

國際上用於資訊電器的嵌入式作業系統有40種左右。

現在，市場上非常流行的EOS產品，包括3Com公司下屬子公司的PalmOS，全球 佔有份額達50%，Microsoft公司的WindowsCE不過29%。

在美國市場，PalmOS更以80%的佔有率遠超WindowsCE。

開放原始碼的 Linux很適於做資訊家電的開發。

比如：中科紅旗軟體技術有限公司開發的紅旗嵌入式Linux和美商網虎公司開發的基於Xlinux的嵌 入式作業系統“夸克”。

“夸克”是目前全世界最小的Linux，它有兩具很突出的特點，就是體積小和使用GCS編碼。

2三種常用的嵌入式作業系統 2.1PalmOS Palm是3Com公司的產品，其作業系統為PalmOS。

PalmOS是一種32位的嵌入式作業系統。

Palm提供了序列通訊介面和紅外線傳輸接 口，利用它可以方便地與其它外部裝置通訊、傳輸資料；擁有開放的OS應用程序介面，開發商可根據需要自行開發所需的應用程式 。

PalmOS是一套具有術強開放性的系統，現在有大約數千種專用為PalmOS編寫的應用程式，從程式內容上看，小到個人管理、遊 戲，大到行業解決方案，PalmOS無所不包。

在豐富的軟體支援下，基於PalmOS的掌上電腦功能得以不斷擴充套件。

PalmOS是一套專門為掌上電腦開發的OS。

在編寫程式時，PalmOS充分考慮了掌上電腦記憶體相對較小的情況，因此它只佔有非常小 的記憶體。

由於基於PalmOS編寫的應用程式佔用的空間也非常小（通常只有幾十KB），所以，基於PalmOS的掌上電腦（雖然只有幾 MB的RAM）可以執行眾多應用程式。

由於Palm產品的最大特點是使用簡便、機體輕巧，因此決定了PalmOS應具有以下特點。

①作業系統的節能功能。

由上掌上電腦要求使用電源儘可能小，因此在PalmOS的應用程式中，如果沒有事件執行，則系統裝置進入 半休眠（doze）的狀態；如果應用程式停止活動一段時間，則系統自動進入休眠（sleep）狀態。

②合理的記憶體管理。

Palm的儲存器全部是可讀寫的快速RAM，動態RAM（DynamicRAM）類似於PC機上的RAM，它為全域性變數和其它不 需永久儲存的資料提供臨時的儲存空間；儲存RAM（StorageRAM）類似於PC機上的硬碟，可以永久儲存應用程式和資料。

③PalmOS的資料是以資料庫（database）的格式來儲存的。

資料庫是由一組記錄（records）和一些資料庫頭資訊組成的。

為保證 程式處理速度和儲存器空間，在處理資料的時候，PalmOS不是把資料從儲存堆（StorageHeap）拷貝到動態堆（DynamicHeap） 後再進行處理，而是在儲存堆中直接處理。

為避免錯誤地呼叫儲存器地址，PalmOS規定，這一切都必須呼叫其記憶體管理器裡的API 來實現。

PalmOS與同步軟體（HotSync）結合可以使掌上電腦與PC機上的資訊實現同步，把臺式同的功能擴充套件到了掌上電腦。

Palm應用範圍 相當廣泛，如：聯絡及工作表管理、電子郵件及網際網路通訊、銷售人員及組別自動化等等。

Palm外圍硬體也十分豐富，有數碼相機 、GPS接收器、調變解調器、GSM無線電話、數碼音訊播放裝置、便攜鍵盤、語音記錄器、條碼掃描、無線尋呼接收器、探測儀。

其 中Palm與GPS結合的應用，不但可以作導航定位，還可以結合GPS作氣候的監測、地名調查等。

2.2WindowsCE WindowsCE是微軟開發的一個開放的、可升級的32位嵌入式作業系統，是基於掌上型電腦類的電子裝置操作。

它是精簡的Windows  95。

WindowsCE的圖形使用者介面相當出色。

其中CE中的C代表袖珍（Compact）、消費（Consumer）、通訊能力（Connectivity）和 伴侶（Companion）；E代表電子產品（Electronics）。

與Windows95/98、WindowsNT不同的是，WindowsCE是所有原始碼全部由 微軟自行開發的嵌入式新型作業系統，其操作介面雖來源於Windows95/98，但WindowsCE是基於Win32API重新開發的、新型的信 息裝置平臺。

WindowsCE具有模組化、結構化和基於Win32應用程式介面以及與處理器無關等特點。

WindowsCE不僅繼承了傳統的 Windows圖形介面，並且在WindowsCE平臺上可以使用Windows95/98上的程式設計工具（如VisualBasic、VisualC++等）、使用同樣 的函式、使用同樣的介面網格，使絕大多數的應用軟體只需簡單的修改和移植就可以在WindowsCE平臺上繼續使用。

WindowsCE的設計目標是：模組化及可伸縮性、實時效能好，通訊能力強大，支援多種CPU。

它的設計可以滿足多種裝置的需要，這 些裝置包括了工業控制器、通訊集線器以及銷售終端之類的企業裝置，還有像照相機、電話和家用娛樂器材之類的消費產品。

一個 典型的基於WindowsCE的嵌入系統通常為某個特定用途而設計，並在不聯機的情況下工作。

它要求所使用的作業系統體積較小，內 建有對中斷的響應功能。

WindowsCE的特點有： ①具有靈活的電源管理功能，包括瞬眠/喚醒模式。

②使用了物件儲存（objectstore）技術，包括檔案系統、登錄檔及資料庫。

它還具有很多高效能、高效率的作業系統特性，包括 按需換頁、共享儲存、交叉處理同步、支援大容量堆（heap）等。

③擁有良好的通訊能力。

廣泛支援各種通訊硬體，亦支援直接的局域連線以及撥號連線，並提供與PC、內部網以及Internet的連線 ，還提供與Windows9x/NT的最佳整合和通訊。

④支援巢狀中斷。

允許更高優先級別的中斷首先得到響應，而不是等待低級別的ISR完成。

這使得該作業系統具有嵌入式作業系統所 要求的實時性。

⑤更好的執行緒響應能力。

對高級別IST（中斷服務執行緒）的響應時間上限的要求更加嚴格，線上程響應能力方面的改進，幫助開發人 員掌握執行緒轉換的具體時間，並通過增強的監控能力和對硬體的控制能力幫助他們建立新的嵌入式應用程式。

⑥256個優先級別。

可以使開發人員在控制嵌入式系統的時序安排方面有更大的靈活性。

⑦WindowsCE的API是Win32API的一個子集，支援近1500個Win32API。

有了這些API，足可以編寫任何複雜的應用程式。

當然，在 WindowsCE系統中，所提供的API也可以隨具體應用的需求而定。

在掌上型電腦中，WindowsCE包含如下一些重要元件：PocketOutlook及其元件、語音錄音機、移動頻道、遠端撥號訪問、世界時 鍾、計算器、多種輸入法、GBK字符集、中文TTF字型檔、英漢雙向詞典、袖珍瀏覽器、電子郵件、PocketOffice、系統設定、 WindowsCEServices軟體。

2.3Linux Linux是一個類似於Unix的作業系統。

它起源於芬蘭一個名為LinusTorvalds的業餘愛好，但是現在已經是最為流行的一款開放源代 碼的作業系統。

Linux從1991年問世到現在，短短10年的時間內已發展成為一個功能強大、設計完善的作業系統，伴隨網路技術進 步而發展起來的LinuxOS已成為Microsoft公司的DOS和Windows95/98的強勁對手。

Linux系統不僅能夠運行於PC平臺，還在嵌入式 系統方面大放光芒，在各種嵌入式LinuxOS迅速發展的狀況下，LinuxOS逐漸形成了可與WindowsCE等EOS進行抗衡的局面。

目前正 在開發的嵌入式系統中，49%的專案選擇Linux作為嵌入式作業系統。

Linux現已成為嵌入式操作的理想選擇。

中科紅旗軟體技術有限公司開發的紅旗嵌入式Linux正在成為許多嵌入式裝置廠商的首選。

在不到一年的時間內，紅旗公司先後推 出了PDA、機頂盒、瘦客戶機、交換機用的嵌入式Linux系統，並且投入了實際應用。

現以紅旗嵌入式Linux為例來講解嵌入式Linux  OS的特點： ①精簡的核心，效能高、穩定，多工。

②適用於不同的CPU，支援多種體系結構，如X86、ARM、MIPS、ALPHA、SPARC等。

③能夠提供完善的嵌入式GUI以及嵌入式X-Windows。

④提供嵌入式瀏覽器、郵件程式、MP3播放器、MPEG播放器、記事本等應用程式。

⑤提供完整的開發工具和SDK，同時提供PC上的開發版本。

⑥使用者可定製，可提供圖形化的定製和配置工具。

⑦常用嵌入式晶片的驅動集，支援大量的周邊硬體裝置，驅動豐富。

⑧針對嵌入式的儲存方案，提供實時版本和完善的嵌入式解決方案。

⑨完善的中文支援，強大的技術支援，完整的文件。

⑩開放原始碼，豐富的軟體資源，廣泛的軟體開發者的支援，價格低廉，結構靈活，適用面廣。

3三種嵌入式作業系統的比較 3.1LinuxOS與WindowsCe的比較 嵌入式LinuxOS與WindowsCE相比的優點：第一，Linux是開放原始碼的，不在存黑箱技術，遍佈全球的眾多Linux愛好者都是Linux 開發者的強大技術支持者；而WindowsCE是非開放性OS，使第三方很難實現產品定製。

第二，Linux的原始碼隨處可得，註釋豐富 ，文件齊全，易於解決各種問題。

第三，Linux的核心小、效率高；而WindowsCE在這方面是笨拙的，佔用過多的RAM，應用程式龐 大。

第四，Linux是開放原始碼的OS，在價格上極具競爭力，適合中國國情。

WindowsCE的版權費用是廠家不得不考慮的因素。

第五 ，Linux不僅支援x86晶片，還是一個跨平臺的系統。

到目前為止，它可以支援20～30種CPU，很多CPU（包括家電業的晶片）廠商都 開始做Linux的平臺移植工作，而且移植的速度遠遠超過Java的開發環境。

如果今天採用Linux環境開發產品，那麼將來更換CPU時 就不會遇到更換平臺的困擾。

第六，Linux核心的結構在網路方面是非常完整的，它提供了對包括十兆位、百兆位及千兆位的乙太網 絡，還有無線網路、Tokenring（令牌環）和光纖甚至衛星的支援。

第七，Linux在核心結構的設計中考慮適應系統的可裁減性的 要求，WindowsCE在核心結構的設計中並未考慮適應系統的高度可裁減性的要求。

嵌入式LinuxOS與WindowsCE相比的弱點：第一，是開發難度較高，需要很高的技術實力；第二，是核心除錯工具不全，除錯不太 方便，尚沒有很好的使用者圖形介面；第三，與某些商業OS一樣，嵌入式Linux佔用較大的記憶體，當然，人們可以去掉部分無用的功 能來減小使用的記憶體，但是如果不仔細，將引起新的問題；第四，有些Linux的應用程式需要虛擬記憶體，而嵌入式系統中並沒有或 不需要虛擬記憶體，所以並非所有的Linux應用程式都可以在嵌入式系統中執行。

3.2PalmOS與WindowsCE的比較 3Com公司的PalmOS是掌上電腦市場中較為優秀的嵌入式作業系統，是針對這一市場專門設計的系統。

它有開放的作業系統應用程式 介面（API），支援開發商根據需要自行開發所需的應用程式，具有十分豐富的應用程式。

在掌上電腦市場上獨佔其霸主地位已久。

從技術層面上講，PalmOS是一套專門為掌上電腦開發的作業系統，具有許多WindowsCE無法比擬的優勢；WindowsCE過於臃腫，不 適合應用在廉價的掌上電腦中。

PalmOS是一套具有極強開放性的系統。

開發者向用戶免費提供PalmOS的開發工具，允許使用者利用該工具在PalmOS基礎上方便地編 寫、修改相關軟體。

與之相比，WindowsCE的開發工具就顯得複雜多了，這使得一般使用者很難掌握。

這也PalmOS與WindowsCE的另 一個主要區別。

我們從常用EOS的大小、可開發定製、互操作性、通用性、實時性及應用領域幾個方面，通過表1來歸納如下： 表1  結語 PalmOS、WindowsCE、Linux這三種嵌入式作業系統各有不同的特點，不同的用途；但Linux比PalmOS和WindowsCE更小、更穩定 ，而且Linux是開放的OS，在價格上極具競爭力。

如今整個市場尚未成型，嵌入式作業系統也未形成統一的國際標準，而且Linux的 一系列特徵又為我們開發國產的嵌入式作業系統提供了方便，因此，我們有機會在這個未成熟的市場上佔有一席之地。

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