嵌入式安全操作系统
嵌入式系统的网络化使嵌入式系统的安全性问题日益重要，提高系统的安全性和可靠性是未来嵌入式系统发展的方向。面对当前嵌入式操作系统的安全需求，研究和技术人员提出了很多提高嵌入式操作系统安全性的方法和技术[1,2]。因此，当前嵌入式安全操作系统一般都具备了身份认证、自主访问控制和安全审计等技术。
嵌入式安全操作系统的安全性大大加强，但仍有不足之处：用户不能根据需求灵活配置需要的安全属性；没有采用安全性更强的强制访问控制技术；采用单一安全策略进行判定，使得安全保障不足。针对以上问题，本文分析了构建安全操作系统的原理技术，设计并实现了一种能够解决以上问题的嵌入式操作系统安全核框架。
1 构建安全操作系统原理方法
1.1 安全操作系统原理
嵌入式系统中，由于资源有限，要求实现安全功能的部件尽可能小，因此通常将安全核作为嵌入式安全操作系统的安全管理部件。
用软件实现的安全核，是在系统中建立一道安全防线。安全防线内的部分视为可信的，即这部分能保证无差错地安全运行，相当于客体；安全防线外的部分是不可信的，相当于主体。不可信部分包括安全无关的操作系统组件和应用程序，不可信部分对可信部分的访问必须要经过安全核的安全审查。其原理如图1所示。
1.2 安全操作系统构建方法
对于嵌入式系统而言，嵌入式安全操作系统的构建方法一般是：在现有非安全操作系统的基础上通过安全核增强操作系统的安全性。这是因为嵌入式操作系统开发周期较长，而且已经有很多成熟的嵌入式操作系统。
2 嵌入式安全操作系统安全核的体系结构
本文提出如图2所示的一种安全核体系结构。本安全核的基本思想是：通过修改操作系统所有安全相关API，使得所有对API的调用能够被拦截；然后首先在决策缓存中查询，如果请求的操作被允许则允许调用内核；如果没有找到则把请求转交到策略服务器进行判定；策略服务器用策略数据库中的策略数据元素和所请求的调用，通过MLS、DTE和RBAC 3种安全策略进行判定；如果判定请求允许则返回正确，同时将判断的结果存入策略缓存中，便于下一次直接判定；如果判定请求不允许则对该API的调用请求被拒绝；每次判定完后将结果交给审计子系统，用于以后查询。
该结构中实现安全核功能的访问控制机制的主要是以下3个组件：
(1)策略服务器：负责加载和更新安全策略进行访问仲裁(或决策)，负责维护安全标识符/安全属性(SID/Security Attribute)表，给新建的主客体分配安全标识符，管理可重用策略缓存。
(2)策略缓存(Access Vector Cache, AVC)：策略缓存作为一个新的操作系统部件，用于改善安全核的性能。增加决策缓冲区来加
快决策速度，减少系统开销。
(3)访问监视器：访问监视器监控所有与安全相关的访问。当拦截到访问请求，转到安全判定部分。
2.1 策略服务器原理
策略服务器是本安全核中最核心也是最复杂的组件，其框架如图3所示。
(1)安全标识符(SIDs)：所有安全相关的实体都根据特定安全策略做了标记以表示其安全属性，为操作方便将每个实体的安全属性用数字表示，此数字称为SID。安全属性是一种包含了绑定到安全相关实体的安全信息的数据结构。
(2)安全属性表：实体的安全属性表保存了系统的安全属性集，并且维护安全标识符与安全属性的映射。
(3)策略解释器：策略解释器负责加载安全策略。
(4)策略数据库：策略数据库是策略数据元素的存储结构，包含了所有策略的属性。比如所有对象的安全类、用户、角色、类型、初始SID的安全属性等结构。
(5)验证模块：验证模块作为访问仲裁的核心模块，包含了所有策略的判定逻辑。
在以上的5个模块中，可以看出使策略服务器能够起到作用的关键模块是验证模块。该模块中包含的策略与安全核功能密切相关。本安全核采用了3种安全策略：MLS(Multiple Level Secure)，DTE(Domain and Type Enforcement)和RBAC，安全核的这些策略表示包含了独立于系统安全实体的策略数据信息。
2.1.1 MLS策略
本安全核中对MLS的支持包含了系统的的安全层（level）系列表和安全分类表，MLS的主体和客体属性保存了主体和客体所属和可访问的安全层和安全类表，访问模式包括了读权限、写权限、被读和被写权限及添加权限，这些访问模式反映了主体对客体拥有的权力，因此在嵌入式安全操作系统中，所有安全关联的操作都将映射到这些权限。在进行访问仲裁时，如果主体的属性支配了客体属性，则返回读访问模式，即主体可以读访问客体；如果客体支配主体，则返回添加模式；如果主客体的支配关系相等，则返回读、写、添加模式。在所有的支配判断无效时，安全属性不可比较，返回空访问模式，这种情况发生在按MLS分类的实体和未分类实体比较或安全核发生错误时。
2.1.2 DTE策略
本安全核中DTE策略的表示包含了一张域（Domains）表和一张绑定了访问权限的客体表，每个域包含了一个主体
名字、对应于该名字的权限表和特权表，每个权限是一个二元组
2.1.3 RBAC策略
基于角色的存取控制模型(RBAC)指在用户和访问权限之间引入角色(role)的概念。用户按需要与一个或多个角色相联系，角色又与一个或多个访问权限(right)相联系。
本安全核对RBAC的表示包括安全类定义、类型定义、用户定义、角色定义。各定义关系如图4.
嵌入式操作系统中所有安全关联的对象都被分成安全类，安全类的划分是按对象的属性，如进程类、信号量类、消息队列类等。类表示包含了类名和绑定到类的权限，而权限对应到所有与该对象相关的操作（比如对于进程类有创建、删除、挂起、恢复等）。类型定义类似于DTE的type定义，每种安全主体都对应于一种类型，假定系统中的客体都是由相应的主体创建，主体的权限绑定通过
2.2 访问监视器和决策缓存原理
本安全核中，所有对底层系统调用请求都要被访问监视器拦截，然后进行安全检查，看是否有权限进行要求的操作。本文采用强制访问控制技术，系统中的每个进程、线程、文件等都被赋予了相应的安全属性，这些安全属性是不能随意更改的，它们由管理部门或操作系统自动按安全规则设置。当一个进程访问一个客体时，强制访问控制机制会根据进程的访问模式比较进程的安全属性和客体的安全属性，从而确定是否允许进程对客体的访问。
本安全核中，访问监视器作为Client，策略服务器是Server，决策缓存是中间载体。图5以进程请求读文件为例描述了安全决策和实施的过程。在整个过程中可以清楚显示出访问监视器和策略缓存的工作原理。
安全决策和实施的过程是：访问监视器截获主体的所有访问请求，访问监视器先把主客体SID和请求的权限组成的
再根据策略逻辑调用各策略验证器，策略验证器按访问规则计算，返回结果，安全服务器取各验证器仲裁结果与请求权限的交集，得到最终的访问决策，并返回给访问监视器，如交集非空(即验证成功)则需在决策缓存中保留一个< SSID，TSID，Permissions>三元组的备份，最后访问监视器根据仲裁结果通过或拒绝访问请求，相应的访问操作将通知审计子系统，便于安全管理。
3 系统实现和性能测试
3.1 系统实现
本文提出的安全核框架已经在安全性增强的WinCE4.2操作系统中得到实现。其主要特点是：支持用户自主配置安全属性，实施强制访问控制、多策略的安全检查、安全标记等技术。安全核各模块实现如下：
(1)访问监视器的实现是通过修改操作系统所有安全相关API而嵌入到内核中，使系统API成为安全API，能够拦截对系统调用的访问请求。
(2)策略缓存用于性能优化，在策略服务器第一次处理访问控制检查时会将仲裁成功的访问请求以
(3)策略服务器作为安全核中策略相关的核心模块，主要实现了加载和更改安全策略，进行访问仲裁(或决策)，维护安全标示符/安全属性(SID/Security Attribute)表，SID和Sattr间的映射，给新建的主客体分配安全标识符，管理可重用策略缓存，管理安全策略数据库等功能。策略服务器将用户在策略配置工具中定制的策略配置文件作为仲裁依据。实现的访问权限判定算法如下：Boolean AccessCheck
(
source_sid：主体安全标识符
target_sid：客体安全标识符
requested_mode：请求的访问模式
…
)
allowed赋值为DTE验证器返回的允许访问模式；
if (!requested_mode || (requested_mode & allowed) != requested_mode)
拒绝访问；
else
允许访问；
其它子系统文件子系统访问监视器
只有经过策略验证器的验证，策略服务器才会返回访问许可的通知。
3.2 性能测试
以Intel P Ⅲ 1.2GHz为硬件平台，测试对象为安全性增强的WinCE4.2操作系统和同版本的WinCE4.2操作系统，调试程序为一系列与安全实体相关的应用程序集。表1给出了两个测试对象的性能测试结果。(如果没有SID则用“/”表示)由于安全核设计的需要，系统第一个进程SID为1，然后为3个内部进程分配2、3和4的3个SID。所以应用进程的第一个进程SID为5。
在整个试验中对所有的安全实体都进行了测试，由于篇幅原因，不一一列举。从表1中可以看出本安全核在安全分配SID方面具备了连续性、继承性，符合安全标记的设计要求。
在实验过程中，还对策略配置文件进行了访问权限的修改验证。证明了，只有设置了访问权限的调用才能运行，没有制定权限的调用都被安全核以不可访问返回。从而验证了本安全核功能上正确。
在时间性能方面，试验得出表2所示的数据。表中给出了安全核的最大、最小和平均开销。由表2的数据可知，在WinCE4.2中，这样的开销是允许的。
在空间性能方面，本安全核模块只有200KB左右，远小于WinCE4.2的20MB内核。故在空间上本安全核也满足要求。
4 结论
随着嵌入式系统和网络的高速发展，嵌入式系统的安全性与人们生活和工作息息相关。对于嵌入式系统安全性的研究起步晚，虽然已经有长足进步，但仍有不足之处。本文在分析了安全操系统构建方法后，提出了一个适合于嵌入式安全操作系统的安全核框架，并在WinCE4.2操作系统上实现了该安全核。有以下特征：继承了以往嵌入式操作系统的安全机制，增加了自主配置安全属性、强制访问控制和多策略判定等新的安全技术。
嵌入式系统教案(李震) -CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN
嵌入式系统教案(李震)
嵌入式系统教案 教材：《ARM9嵌入式系统设计—基于S3C2410与Linux（第二版）》，徐英慧，马忠梅，王磊，王琳编著，北京航空航天大学出版社 课时分配：理论课32学时，实验课8学时，共40学时 第1章嵌入式系统基础 一、教学目的： 介绍嵌入式系统的基本概念，包括嵌入式系统的概念、特点及应用，由本章了解嵌入式系统的基础知识，掌握嵌入式的发展方向。 学时分配：2学时 二、教学重点： 实时操作系统的多任务内核，实时操作系统的任务管理机制 三、教学难点： 理解和掌握嵌入式系统中任务间采用的共享数据结构和消息机制等两种通信方式，嵌入式系统的优先级继承，抢占式调度和非抢占式调度间的区别。 四、教学方法： 课题讲授及嵌入式系统在精细农业中的应用实例演示 五、教学过程设计：（2学时） 一、嵌入式系统概念 （一）嵌入式系统的定义 （二）嵌入式系统的组成 （三）嵌入式系统的特点 （四）嵌入式系统的应用 （五）实时系统 二、嵌入式处理器 （一）嵌入式处理器分类 （二）微控制器的定义及特点
（三）嵌入式微处理器的定义及特点，介绍主流的微处理器，包括ARM、MIPS、MC68K、PowerPC、X86微处理器等。 （四）DSP处理器的定义及特点 （五）片上系统的定义及特点 （六）典型的嵌入式处理器 三、嵌入式操作系统 （一）操作系统的概念和分类 （二）实时操作系统 （三）常见的嵌入式操作系统 四、实时操作系统的内核 （一）任务管理 （二）任务间的通信和同步 （三）存储器管理 （四）定时器和中断管理 五、嵌入式技术发展现状及趋势 六、思考题 1、什么是嵌入式系统它由哪几部分组成（作业） 2、嵌入式系统有何特点？（作业） 3、嵌入式处理器分为哪几类？ 4、ARM英文原意是什么它是一个怎样的公司其处理器有何特点 5、什么事实时系统实时系统有何特点如何划分 6、实时操作系统常用的任务调度算法有哪几种？ 第2章嵌入式系统开发过程 一、教学目的： 介绍嵌入式软件的开发过程和调试手段，使学生了解嵌入式软件与普通计算机软件在开发和调试上的区别。 学时分配：2学时
嵌入式习题答案Last revision on 21 December 2020
第一章习题答案 1.什么是嵌入式系统请列举几个常见的嵌入式系统。 答：根据国际电气和电子工程师协会（IEEE）的定义，嵌入式系统是控制、监视或者辅助设备、机器和生产线运行的装置（Devices used to control, monitor, or assist the operation of equipment, machinery or plants)。这主要是从产品的应用角度加以定义的，由此可以看出嵌入式系统是软件和硬件的综合体，可以涵盖机械等附属装置。 目前被我国科学家普遍认同的定义是：嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，软硬件可裁减，对功能、可靠性、成本、体积、功耗要求严格的专用计算机系统。 常见的嵌入式系统：手机，DVD，路由器，核磁共振仪，全自动洗衣机。 2.嵌入式系统与通用计算机有哪些区别 答：(1) 以应用为中心；(2) 以计算机技术为基础(3) 软件和硬件可裁减(4) 对系统性能要求严格（5）软件的固件化（6）需要专用的开发工具 3.嵌入式系统的发展分为哪几个阶段 答：第一阶段：无操作系统的嵌入算法阶段。第二阶段：以嵌入式CPU为基础，以简单操作系统为核心的嵌入式系统。第三阶段：以嵌入式操作系统为标志的嵌入式系统。第四阶段：以基于Internet为标志的嵌入式系统。 4.请列举嵌入式系统的主要应用领域。 答：（1）工业控制领域（2）交通运输领域（3）消费电子产品（4）家电领域（5）通信领域（6）商业和金融领域（7）环境监测领域（8）医疗领域（9）建筑领域（10）军事国防领域（11）航天航空领域
嵌入式操作系统简介以及发展史 导语：嵌入式操作系统离我们生活并不远，甚至我们生活中处处都可见，比如各种路由器，机顶盒，洗衣机，空调，手机等。嵌入式操作系统的定义： 嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，软硬件可裁减，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用操作系统。嵌入式系统的发展：嵌入式操作系统并不是一个新生的事物，从20世纪80年代起，国际上就有了一些IT组织，公司开始进行商用嵌入式系统和专用操作系统的研发，这期间涌现了一些著名的嵌入式操作系统：windows CEVxWorkspSOSQNXPalm OSOS-9LynxOS目前，有很多商用嵌入式操作系统都在努力的为自己争取嵌入式市场的份额。但是，这些专用操作系统均属于商业化产品，价格昂贵，而且，他们的源码不公开，使得各自的嵌入式系统上的应用软件不能互相兼容。这导致了商业嵌入式系统对支持各种设备存在了很大的问题，使软件移植变得相当困难，但是，在这个时候，我们伟大的linux操作系统横空出世， 由于linux自身诸多的优点以及优势，吸引了许多开发商的 目光，使得linux成为了嵌入式操作系统的新宠。嵌入式操 作系统发展的四个阶段：第一阶段：无操作系统的嵌入式算法阶段，以单芯片为核心的可编程控制器的系统，具有监测，
伺服，指示设备相配合的功能。应用在一些专业性极强的工业控制系统，使用古老的汇编语言进行系统的直接控制。第二阶段：以嵌入式CPU为基础，简单操作系统为核心的嵌入式操作系统，CPU种类繁多，通用性差，系统开销小，效率高，一般配备系统仿真器，操作系统有一定的兼容性，软件较为专业，用户界面不够友好，系统主要用来监测系统和应用程序运行。 第三阶段：通用的嵌入式实时操作系统阶段，以嵌入式操作系统为核心的嵌入式系统，能运行于各种微处理器上，兼容性好，内核小，效率高，具有高度的模块化和扩展化，有文件管理和目录管理，设备支持，多任务，网络支持，图形窗口以及用户界面等功能，具有大量的应用程序接口（API），软件非常丰富，代表就是linux。 第四阶段：以Internet为标志的嵌入式操作系统，这是一个正在迅速发展的阶段，现在非常多的嵌入式操作系统已经有了接入Internet的能力。通过一个综合网关。 常见的嵌入式操作系统：uC/OS-Ⅱ：uC/OS-Ⅱ是一个公开源码，结构小巧，实时内核的实时操作系统。是一种基于优先级的可抢占式的硬实时内核，其内核提供任务管理与调度，时间管理，任务同步和通信，内存管理，中断服务等功能。其内核最小可以编译至2KB左右。-RTLinux：RTLinux是一个源代码开放的具有硬实时特性的多任务操作系统，他是通
《嵌入式操作系统》课程教学大纲 (Embedded Operating System) 课程编号: 课程性质:专业课 适用专业：软件工程 先修课程：计算机组成和结构、C语言程序设计、操作系统原理、嵌入式系统原理与设计 后续课程：嵌入式操作系统 总学分：3（其中实验学分0.5) 一、教学目的与要求 “嵌入式操作系统”是软件工程专业的课程之一，培养学生具有嵌入式系统的应用知识、嵌入式系统的初步分析能力和具有用RTOS构成嵌入式系统的应用能力。介绍嵌入式系统中嵌入式实时操作系统和其他技术。通过本课程学习常见的嵌入式操作系统；掌握嵌入式系统软硬件设计的基本方法；跟踪嵌入式系统最新设计理念；实践嵌入式系统项目开发基本流程；为嵌入式系统开发奠定良好的基础。 本课程以介绍嵌入式操作系统知识为主，但在构成一个嵌入式计算机应用系统时，还必须具有用汇编语言、C或C++语言及程序设计编制源程序的能力，软硬件结合是本课程的一个特点。 1．教学目的 通过本课程的学习，使学生具有嵌入式操作系统的分析能力和初步设计能力。 2．教学要求 本课程采用课堂教学和试验教学相结合，以课堂教学为主的教学形式。通过本课程的学习，要求学生能够达到： （1）较深入地了解嵌入式操作系统的组成及工作原理； （2）具有较高的汇编语言源程序的阅读能力和一定的程序编写能力； （3）掌握嵌入式操作系统的使用方法和移植方法； 二、课时安排
注：教学、实验内容和学时安排各专业任课教师可根据具体专业要求作适当调整。 三、教学内容 １. 概论（2学时） （1）教学的基本要求 了解：嵌入式系统、实时系统的基本概念 重点：嵌入式操作系统的选型 （2）教学内容 ①嵌入式系统的概念 ②嵌入式操作系统的分类 ③嵌入式系统的应用举例 2. 嵌入式系统工程设计（4学时） （1）教学的基本要求 了解：介绍可用于嵌入式应用开发的一些基本方法 重点：介绍嵌入式实时软件工程方法 （2）教学内容 ①嵌入式系统项目开发流程 ②嵌入式系统工程设计方法 3. 内核相关基本概念（10学时） （1）教学的基本要求 了解：内核的定位与可裁剪性；相关基本术语 理解：任务状态、调度规则，中断处理，任务异常处理 掌握：非任务执行时、任务无关部分和准任务部分的系统状态 重点：任务状态 难点：中断处理 （2）教学内容 ①内核的定位与可裁剪性。 ②任务的运行、就绪、等待与睡眠和不存在状态。 ③任务的优先级与调度规则。 ④中断与异常。 ⑤系统状态。 4. 数据类型与系统调用（6学时） （1）教学的基本要求 了解：普通数据类型和其它定义数据类型 理解：相对时间，系统时间，时限 掌握：系统调用的格式，调用方法以及参数包的修改 重点：系统调用方法。 难点：参数包的修改。
常见的嵌入式操作系统 分类：嵌入式操作系统2012-12-11 10:06 459人阅读评论(1) 收藏举报嵌入式操作系统 嵌入式操作系统与通用的操作相比较主要特点在于： 1．小内核，稳定可靠。 2．需要可装卸、可裁剪，以便能灵活应对各种不同的硬件平台。 3．面向应用，强实时性，可用于各种设备控制当中。 国际上常见的嵌入式操作系统大约有40种左，右如：Linux、uClinux、WinCE、PalmOS、Symbian、eCos、uCOS-II、VxWorks、pSOS、Nucleus、ThreadX 、Rtems 、QNX、INTEGRITY、OSE、C Executive 。他们基本可以分为两类，一类是面向控制、通信等领域的实时操作系统，如windriver公司的vxworks、isi的psos、qnx系统软件公司的qnx、ati的nucleus等；另一类是面向消费电子产品的非实时操作系统，这类产品包括个人数字助理(pda)、移动电话、机顶盒、电子书、webphone等，系统有Microsoft的WinCE，3Com 的Palm，以及Symbian和Google的Android等。 一、VxWorks VxWorks操作系统是美国WindRiver公司于1983年设计开发的一种嵌入式实时操作系统（RTOS），是T ornado嵌入式开发环境的关键组成部分。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，在嵌人式实时操作系统领域逐渐占据一席之地。VxWorks具有可裁剪微内核结构；高效的任务管理；灵活的任务间通讯；微秒级的中断处理；支持POSIX 1003．1b实时扩展标准；支持多种物理介质及标准的、完整的TCP/IP网络协议等。 然而其价格昂贵。由于操作系统本身以及开发环境都是专有的，价格一般都比较高，通常需花费10万元人民币以上才能建起一个可用的开发环境，对每一个应用一般还要另外收取版税。一般不通供源代码，只提供二进制代码。由于它们都是专用操作系统，需要专门的技术人员掌握开发技术和维护，所以软件的开发和维护成本都非常高。支持的硬件数量有限。 二、Windows CE Windows CE与Windows系列有较好的兼容性，无疑是Windows CE推广的一大优势。其中WinCE3.0是一种针对小容量、移动式、智能化、32位、了解设备的模块化实时嵌人式操
嵌入式操作系统课程复习 （嵌入式操作系统原理） 一、真空题 1．根据系统中的任务获得使用CPU的权力的方式，多任务实时操作系统的内核分为可剥夺型和不可剥夺型两种类型。 2．实时操作系统需要满足的条件包括多任务、可剥夺型内核、任务切换时间固定、中断延时尽量短。 3．目前比较常见的操作系统有_WinCE_、_uCLinux_、_Uc/OC-II_等。 4．在ucos-ii中任务的状态包括_睡眠状态_、就绪状态_、运行状态、中断服务状态_等。5．在ucos-ii中任务由_任务的代码_、任务控制块_、_任务堆栈_三个部分组成。 6．在ucos-ii中提供的空闲任务OSTaskIdle()的作用是完成_对OSdleCtr计数器加1_。7．在ucos-ii中提供的统计任务OSTaskStat()的作用是完成_CPU利用率OSCPUUsage统计。8．在ucos-ii中任务的调度主要完成_在任务就绪表中查找具有最高优先级别的就绪任务_、实现任务的切换两件事。 二、简答题 1．代码的临界段？在ucos-ii中通过哪几种方式实现？ 在应用程序中，能够不受任何干扰而运行的代码段，称做临界段。它主要通过开关中断技术实现。用户可通过定义移植文件OS_CPU.H中的常数OS_CRITICAL_METHOD 来实现选择 开关中断的实现方法分三种： 1）直接用处理器指令 2）在堆栈中保存中断的开关状态，然后再关中断。 3）通过编译器提供的c函数来保存处理器状态字的值。 #if OS_CRITICAL_METHOD == 1 #define OS_ENTE R_CRITICAL() asm ("DI") //关中断 #define OS_EXIT_CRITICAL() asm ("EI") //开中断 #endif #if OS_CRITICAL_METHOD == 2 #define OS_ENTER_CRITICAL() asm ("PUSH PSW,DI") //保存CPU状态，关中断 #define OS_EXIT_CRITICAL() asm ("POP psw) //恢复中断允许标志 #endif #if OS_CRITICAL_METHOD == 3 #define OS_ENTER_CRITICAL() ("cpu_sr = get_processor_psw(),DI") //保存CPU状态，关中断 #define OS_EXIT_CRITICAL() ("Set_processor_psw(cpu_sr)) //恢复中断允许标志#endif 2．调度？在ucos-ii中其调度算法是什么？ 在多任务系统中，令CPU中止当前正在运行的任务转而去运行另一个任务的工作叫任
嵌入式操作系统的发展现状 【摘要】嵌入式操作系统是一种用途广泛的系统软件，负责嵌入系统的全部软、硬件资源的分配和调度工作，它必须体现其所在系统的特征，能够通过装卸某些模块来达到系统所要求的功能。随着Internet技术的发展、信息家电的普及应用及嵌入式操作系统的微型化和专业化，嵌入式操作系统开始从单一的弱功能向高专业化的强功能方向发展。 【关键词】嵌入式操作系统；嵌入式系统 1.引言 嵌入式操作系统EOS(Embedded Oper-ating System)是一种用途广泛的系统软件，它与嵌入式系统密不可分。嵌入式系统主要由嵌入式微处理器、外围硬件设备、嵌入式操作系统以及用户的应用程序等四个部分组成，它是集软硬件于一体的可独立工作的“器件”。 嵌入式技术的发展，大致经历了四个阶段：第一阶段是以单芯片为核心的可编程控制器形式的系统，同时具有与监测、伺服、指示设备相配合的功能。第二阶段是以嵌入式CPU为基础、以简单操作系统为核心的嵌入式系统。第三阶段是以嵌入式操作系统为标志的嵌入式系统。第四阶段是以基于Internet为标志的嵌入式系统，这是一个正在迅速发展的阶段。嵌入式系统的发展对嵌入式操作系统提出了更高的要求。因此，对嵌入式操作系统的结构、设计、用户界面等诸多方面进行深入研究，将有助于嵌入式系统的应用和发展。 2.嵌入式操作系统的发展状况 国外嵌入式操作系统已经从简单走向成熟，主要有Vxwork、QNX、Palm OS、Windows CE等。国内的嵌入式操作系统研究开发有2种类型，一类是基于国外操作系统二次开发完成的，如海信的基于Windows CE的机顶盒系统；另一类是中国自主开发的嵌入式操作系统，如凯思集团公司自主研制开发的嵌入式操作系统Hopen OS（“女娲计划”）等。 Windows CE内核较小，能作为一种嵌入式操作系统应用到工业控制等领域。其优点在于便携性、提供对微处理器的选择以及非强行的电源管理功能。内置的标准通信能力使Windows CE能够访问Internet并收发E-mail或浏览Web。除此之外，Windows CE特有的与Windows类似的用户界面使最终用户易于使用。Windows CE的缺点是速度慢、效率低、价格偏高、开发应用程序相对较难。 3Com公司的Palm OS在掌上电脑和PDA市场上独占其霸主地位，它有开放的操作系统应用程序接口(API)，开发商可根据需要自行开发所需的应用程序。 QNX是由加拿大QSSL公司开发的分布式实时操作系统，它由微内核和一
五大适合STM32的嵌入式操作系统 基于STM平台且满足实时控制要求操作系统，有以下5种可供移植选择。分别为μClinux、μC／OS-II、eCos、FreeRTOS和都江堰操作系统(djyos)。下面分别介绍这五种嵌入式操作系统的特点及不足。1、μClinuxμClinux是一种优秀的嵌入式Linux版本，其全称为micro-control Linux，从字面意思看是指微控制Linux。同标准的Linux相比， μClinux的内核非常小，但是它仍然继承了Linux操作系统的主要特性，包括良好的稳定性和移植性、强大的网络功能、出色的文件系统支持、标准丰富的API，以及TCP／IP网络协议等。因为没有MMU内存管理单元，所以其多任务的实现需要一定技巧。 μClinux在结构上继承了标准Linux的多任务实现方式，分为实时进程和普通进程，分别采用先来先服务和时间片轮转调度，仅针对中低档嵌入式CPU特点进行改良，且不支持内核抢占，实时性一般。 在内存管理上由于μClinux是针对没有MMU的处理器设计的，不能使用处理器的虚拟内存管理技术，只能采用实存储器管理策略。系统使用分页内存分配方式，在启动时对实际存储器进行分页。系统对内存的访问是直接的，操作系统对内存空间没有保护，多个进程可共享一个运行空间，所以，
即使是一个无特权进程调用一个无效指针也会触发一个地 址错误，并有可能引起程序崩溃甚至系统崩溃。 μClinux操作系统的中断管理是将中断处理分为两部分：顶半处理和底半处理。在顶半处理中，必须关中断运行，且仅进行必要的、非常少、速度快的处理，其他处理交给底半处理；底半处理执行那些复杂、耗时的处理，而且接受中断。因为系统中存在有许多中断的底半处理，所以会引起系统中断处理的延时。 μClinux对文件系统支持良好，由于μClinux继承了Linux完善的文件系统性能，它支持ROMFS、NFS、ext2、MS-DOS、JFFS等文件系统。但一般采用ROMFS文件系统，这种文件系统相对于一般的文件系统(如ext2)占用更少的空间。但是ROMFS文件系统不支持动态擦写保存，对于系统需要动态保存的数据须采用虚拟RAM盘／JFFS的方法进行处理。在对硬件的支持上，由于μClinux继承了Linux的大部分性能，所以至少需要512KB的RAM空间，lMB的ROM／Flash 空间。 在μClinux的移植方面，。μClinux是Linux针对嵌入式系统的一种改良，其结构比较复杂。移植μClinux，目标处理器除了需要修改与处理器相关的代码外，还需要足够容量的外部ROM和RAM。 综上可知，μClinux最大特点在于针对无MMU处理器设计，
第1章嵌入式系统概述 1,什么是嵌入式系统嵌入式系统的特点是什么 嵌入式系统概念: (1) IEEE对嵌入式系统的定义:用于控制,监视或者辅助操作机器和设备的装置. (2)一般定义:以应用为中心,以计算机技术为基础,并且软硬件可裁剪,适用于应用系统对功能,可靠性,成本,体积,功耗有严格要求的专用计算机系统. 嵌入式系统的特点: (1) 专用的计算机系统 (2) 必须满足环境要求 (3) 必须能满足对象系统的控制要求 (4) 是集成计算机技术与各行业应用的集成系统 (5) 具有较长的生命周期 (6) 软件固化在非易失性存储器中 (7) 必须能满足实时性要求 (8) 需要专用开发环境和开发工具 2,简单分析几种嵌入式操作系统的主要特点,包括嵌入式Linux,Windows CE,uCOS II 及VxWorks. (1)嵌入式Linux:有多个主流版本,根据应用需求,性能略有差别.μCLinux是Linux小型化后,适合于没有MMU的微处理器芯片而裁剪成的操作系统,μCLinux保持了传统Linux操作系统的主要特性,包括稳定,强大的网络和文件系统的支持,μCLinux裁剪了大量的Linux内核以缩小尺寸,适合像512KB RAM,1MB Flash这样小容量,低成本的嵌入式系统.RT_Linux即能兼容通常的Linux,又能保证强实时性. (2)Windows CE:开发平台主要为WinCE Platform Builder,有时也用EVC环境开发一些较上层的应用.WinCE开发难度远低于嵌入式Linux,实时性略低,常用于手机,PDA等手持设备中. (3)uCOS II:结构小巧,抢先式的实时嵌入式操作系统,具有执行效率高,占用空间小,可移植性强,实时性能好和可扩展性能等优点.主要用于小型嵌入式系统. (4) VxWorks: 集成开发环境为Tornado,Vxworks因出现稍早,实时性很强,并且内核可极微(最小8K),可靠性较高等.通常应用在通信设备等实时性要求较高的系统中. 第2章嵌入式处理器体系结构 1,具体说明ARM7TDMI的含义,其中的T,D,M,I分别代表什么 ARM7TDMI是ARM7处理器系列成员之一,采用V4T版本指令.T表示Thumb,该内核可从16位指令集切换到32位ARM指令集;D表示Debug,该内核中放置了用于调试的结构,支持片内Debug调试;M表示Multiplier,支持位乘法;I表示Embedded ICE ,内含嵌入式ICE宏单元,支持片上断点和观察点. 2,ARMV4及以上版本的CPSR的哪一位反映了处理器的状态若CPSR=0x000000090,分析系统状态.CPSR=0x000000090表示当前处理器工作于ARM状态,系统处于用户模式下. CPSR的BIT5(T)反映当前处理器工作于ARM状态或Thumb状态. 3,ARM有哪几个异常类型,为什么FIQ的服务程序地址要位于0x1C 在复位后,ARM处理器处于何种模式,何种状态 ARM的7种异常类型:复位RESET异常,未定义的指令UND异常,软件中断SWI异常,指令预取中止PABT异常,数据访问中止DABT异常,外部中断请求IRQ异常,快速中断请求FIQ 异常.在有快速中断发生时,CPU从0x1C处取出指令执行.ARM复位后处于管理模式,工作于ARM状态. 4,为什么要使用Thumb模式,与ARM代码相比较,Thumb代码的两大优势是什么
嵌入式操作系统课程教学大纲 课程名称：嵌入式操作系统 英文名称：Embedded Operating System 课程类型：专业选修课 总学时及学分：32 适应对象：物联网工程、软件工程、计算机科学技术、网络工程 主要先修课程：C语言程序设计、汇编语言程序设计、数据结构、操作系统、计算机网络、计算机组成 执行日期： 一、课程的性质与任务 课程教学所要达到的目的是：使学生掌握嵌入式系统体系结构，了解典型嵌入式处理器架构，学习嵌入式操作系统内核包括进程调度、进程通信、文件系统、存储管理、网络管理等，了解常见嵌入式操作系统特点及其环境支持下的嵌入式软件开发与应用。 二、课程的教学目标 课程教学所要达到的目的是：让学生学习嵌入式操作系统，了解嵌入式操作系统内核组成； 使学生的获取知识能力、系统认知能力得到提升，培养学生的团队协作能力，锻炼和培养学生锲而不舍、百折不挠的科研品质。 三、教学内容及其基本要求 在学生掌握操作系统知识的基础上，以嵌入式软件的核心——嵌入式操作系统为重点，以应用为目的，使学生对嵌入式系统及开发有一个完整把握，深入理解嵌入式操作系统。结合嵌入式系统知识掌握嵌入式内核，包括进程管理与调度、同步互斥与通信、中断和时间管理、存储管理和适用于嵌入式的文件系统，为学生在嵌入式系统开发中能对内核进行灵活地裁减奠定基础，进而掌握嵌入式软件应用开发。 1嵌入式系统导论 1.1嵌入式系统概述
1.1.1嵌入式系统的发展历程 1.1.2嵌入式系统的特点 1.1.3嵌入式系统的分类 1.2嵌入式系统的应用领域 1.3嵌入式系统的实时性与可靠性1.3.1嵌入式系统的可靠性 1.3.2嵌入式系统的实时性 1.4嵌入式系统的发展趋势 2嵌入式硬件系统 2.1基本组成 2.2嵌入式微处理器 2.3总线 2.4存储器 2.5输入/输出接口设备 3嵌入式软件系统 3.1嵌入式软件系统概述 3.2嵌入式操作系统 3.3嵌入式软件开发工具 4嵌入式操作系统基础 4.1嵌入式操作系统的发展历史4.2嵌入式操作系统的体系结构4.3嵌入式操作系统的构成元素5进程管理与调度 5.1概述 5.2进程管理 5.3进程调度 5.4优先级反转 5.5多处理器调度 6进程通信
几种嵌入式实时操作系统地分析与比较 2008-07-04 20:54 VxWorks、μClinux、μC／OS-II和eCos是4种性能优良并被广泛应用地实时操作系统.本文通过对这4种操作系统地主要性能进行分析与比较，归纳出它们地选型依据和适用领域. 1. 4种操作系统地介绍 (1)VxWorks VxWorks是美国WindRiver公司地产品，是目前嵌入式系统领域中应用很广泛，市场占有率比较高地嵌入式操作系统.VxWorks实时操作系统由400多个相对独立、短小精悍地目标模块组成，用户可根据需要选择适当地模块来裁剪和配置系统；提供基于优先级地任务调度、任务间同步与通信、中断处理、定时器和内存管理等功能，内建符合POSIX(可移植操作系统接口)规范地内存管理，以及多处理器控制程序；并且具有简明易懂地用户接口，在核心方面甚至町以微缩到8 KB. (2) μC／OS-II μC／OS-II是在μC-OS地基础上发展起来地，是美国嵌入式系统专家Jean J．Labrosse用C语言编写地一个结构小巧、抢占式地多任务实时内核.μC／OS-II能管理64个任务，并提供任务调度与管理、内存管理、任务间同步与通信、时间管理和中断服务等功能，具有执行效率高、占用空间小、实时性能优良和可扩展性强等特点. (3)μClinux μClinux是一种优秀地嵌入式Linux版本，其全称为micro-control Linux，从字面意思看是指微控制Linux.同标准地Linux相比，μClinux地内核非常小，但是它仍然继承了Linux操作系统地主要特性，包括良好地稳定性和移植性、强大地网络功能、出色地文件系统支持、标准丰富地API，以及TCP／IP网络协议等.因为没有MMU内存管理单元，所以其多任务地实现需要一定技巧. (4)eCos eCos(embedded Configurable operating system)，即嵌入式可配置操作系统.它是一个源代码开放地可配置、可移植、面向深度嵌入式应用地实时操作系统.最大特点是配置灵活，采用模块化设计，核心部分由小同地组件构成，包括内核、C语言库和底层运行包等.每个组件可提供大量地配置选项(实时内核也可作为可选配置)，使用eCos提供地配置工具可以很方便地配置，并通过不同地配置使得eCos能够满足不同地嵌入式应用要求. 2. 性能分析与比较 任务管理、任务及中断间地同步与通信机制、内存管理、中断管理、文件系统、对硬件地支持和系统移植这几方面是实时操作系统地主要性能.下面就从这几个方面着手对上述4种操作系统进行分析与比较. 2.1 任务管理 任务管理是嵌入式实时操作系统地核心和灵魂，决定了操作系统地实时性
填空 1、嵌入式系统是以应用为中心、以计算机技术为基础、软硬件可裁剪、适用于应用系统，对(功能)、(可靠性)、(成本)、(体积)、(功耗)严格要求的专用计算机系统。 2、嵌入式系统开发采用的交叉开发环境是由(宿主机)和(目标机)组成的。 3、挂载设备到文件系统的命令是(mount)，从文件系统中卸载设备命令是(umounts)。 4、在系统提示符号输入vi及文件名称后，就进入vi全屏幕编辑画面，进入vi之后，是处于 (命令)模式，要切换到(编辑)模式才能够输入文字。 5、GCC的编译流程分为4个步骤，分别为：(预处理)，编译，(汇编)，链接。 6、Linux系统的设备分为三类：(字符设备)、(块设备)和网络设备。 7、操作系统的功能包(处理机管理)、(存储管理)、(设备管理)、(信息管理)、(作业管理)。 选择 1、下面哪点不是嵌入式操作系统的特点。(C) (A)内核精简(B)专用性强(C)功能强大(D)高实时性 2、嵌入式Linux下常用的文件系统不包括以下哪一项(A) (A)nfs(B)romfs(C)yaffs(D)jffs 3、下面关于Shell的说法，不正确的是：(D) (A)操作系统的外壳(B)用户与Linux内核之间的接口程序(C)一个命令语言解释器(D)一种和C语言类似的程序语言 4、在Bootloader（）模式下，目标机可以通过通信手段从主机更新系统。(B) (A)启动加载模式(B)下载模式(C)实时模式(D)保护模式 5、文件exer1的访问权限为rw-r--r--，现要增加所有用户的执行权限和同组用户的写权限，下列命令正确的是: (A) (A)chmoda+xg+wexer1(B)chmod765exer1(C)chmodo+xexer1(D)chmodg+wexer1 6、在vi编辑环境中，下面（）选项不是从命令行模式切换到插入模式。(C) (A)i(B)o(C)ESC(D)a 7、shell变量名命名中不包括()。(D) (A)字母(B)数字(C)下划线(D)括号 8、下列关于字符设备说法不正确的是()。(C) (A)以字节为单位逐个进行I/O操作(B)字符设备中的缓存是可有可无的 (C)支持随机访问(D)字符设备可以通过设备文件节点访问 9、以下哪一项是是硬盘设备文件（）。(B) (A)fd0(B)hda(C)eth1(D)ht0 10、共享内存通信机制的缺点是（）。(B) (A)需要花费额外的内存空间(B)需要使用额为的同步机制 (C)需要额外硬件支持(D)通信过程中需要反复读取内存，时间开销大 简答题 1.嵌入式操作系统在哪些方面较为突出的特点并请列举出4种目前较常用的手机嵌入 式操作系统。 四个方面：系统实时高效性硬件的相关依赖性软件固态化应用的专用性 四种手机操作系统：Window Mobile SymbianOSAndriod OSE
1.3.1 嵌入式操作系统的种类、特点与发展 1．嵌入式操作系统的种类 一般情况下，嵌入式操作系统可以分为两类： 非实时操作系统：面向消费电子产品等领域，这类产品包括个人数字助理（PDA）、移动电话、机顶盒、电子书等。 实时操作系统RTOS（Real-Time Embedded Operating System）：面向控制、通信等领域，如windriver公司的vxworks、isi的psos、qnx系统软件公司的qnx等。 （1）非实时操作系统 早期的嵌入式系统中没有操作系统的概念，程序员编写嵌入式程序通常直接面对裸机及裸设备。在这种情况下，通常把嵌入式程序分成两部分，即前台程序和后台程序。前台程序通过中断来处理事件，其结构一般为无限循环；后台程序则掌管整个嵌入式系统软、硬件资源的分配、管理以及任务的调度，是一个系统管理调度程序。这就是通常所说的前后台系统。一般情况下，后台程序也叫任务级程序，前台程序也叫事件处理级程序。在程序运行时，后台程序检查每个任务是否具备运行条件，通过一定的调度算法来完成相应的操作。对于实时性要求特别严格的操作通常由中断来完成，仅在中断服务程序中标记事件的发生，不再做任何工作就退出中断，经过后台程序的调度，转由前台程序完成事件的处理，这样就不会造成在中断服务程序中处理费时的事件而影响后续和其它中断。 实际上，前后台系统的实时性比预计的要差。这是因为前后台系统认为所有的任务具有相同的优先级别，即是平等的，而且任务的执行又是通过FIFO队列排队，因而对那些实时性要求高的任务不可能立刻得到处理。另外，由于前台程序是一个无限循环的结构，一旦在这个循环体中正在处理的任务崩溃，使得整个任务队列中的其它任务得不到机会被处理，从而造成整个系统的崩溃。由于这类系统结构简单，几乎不需要RAM/ROM的额外开销，因而在简单的嵌入式应用被广泛使用。 （2）实时操作系统 所谓实时性，就是在确定的时间范围内响应某个事件的特性。而实时系统是指能在确定的时间内执行其功能并对外部的异步事件做出响应的计算机系统。其操作的正确性不仅依赖于逻辑设计的正确程度，而且与这些操作进行的时间有关。“在确定的时间内”是该定义的核心。也就是说，实时系统是对响应时间有严格要求的。 实时系统对逻辑和时序的要求非常严格，如果逻辑和时序出现偏差将会引起严重后果。实时系统有两种类型：软实时系统和硬实时系统。软实时系统仅要求事件响应是实时的，并不要求限定某一任务必须在多长时间内完成；而在硬实时系统中，不仅要求任务响应要实时，而且要求在规定的时间内完成事件的处理。通常，大多数实时系统是两者的结合。实时应用软件的设计一般比非实时应用软件的设计困难。实时系统的技术关键是如何保证系统的实时性。实时操作系统可分为可抢占型和不可抢占型两类。 嵌入式实时操作系统在目前的嵌入式应用中用得越来越广泛，尤其在功能复杂、系统庞大的应用中显得愈来愈重要。 从某种意义上说，没有操作系统的计算机（裸机）是没有用的。在嵌入式应用中，只有把CPU嵌入到系统中，同时又把操作系统嵌入进去，才是真正的计算机嵌入式应用。 操作系统的实时性在某些领域是至关重要的，比如工业控制、航空航天等领域。想像飞机正在空中飞行，如果嵌入式系统不能及时响应飞行员的控制指令，那么极有可能导致空难事故。有些嵌入式系统应用并不需要绝对的实时性，比如PDA播放音乐，个别音频数据丢失并不影响效果。这可以使用软实时的概念来衡量。
一下是网络收集的几种适合stm32的嵌入式操作系统，打算最近都移植一下，先做个记录。 基于STM平台且满足实时控制要求操作系统，有以下4种可供移植选择。分别为μClinux、μC／OS-II、eCos、FreeRTOS和都江堰操作系统(djyos)。下面分别介绍这四种嵌入式操作系统的特点及不足。 1、μClinux μClinux是一种优秀的嵌入式Linux版本，其全称为micro-control Linux，从字面意思看是指微控制Linux。同标准的Linux相比，μClinux的内核非常小，但是它仍然继承了Linux操作系统的主要特性，包括良好的稳定性和移植性、强大的网络功能、出色的文件系统支持、标准丰富的API，以及TCP／IP网络协议等。因为没有MMU内存管理单元，所以其多任务的实现需要一定技巧。 μClinux在结构上继承了标准Linux的多任务实现方式，分为实时进程和普通进程，分别采用先来先服务和时间片轮转调度，仅针对中低档嵌入式CPU 特点进行改良，且不支持内核抢占，实时性一般。 在内存管理上由于μClinux是针对没有MMU的处理器设计的，不能使用处理器的虚拟内存管理技术，只能采用实存储器管理策略。系统使用分页内存分配方式，在启动时对实际存储器进行分页。系统对内存的访问是直接的，操作系统对内存空间没有保护，多个进程可共享一个运行空间，所以，即使是一个无特权进程调用一个无效指针也会触发一个地址错误，并有可能引起程序崩溃甚至系统崩溃。 μClinux操作系统的中断管理是将中断处理分为两部分：顶半处理和底半处理。在顶半处理中，必须关中断运行，且仅进行必要的、非常少、速度快的处理，其他处理交给底半处理；底半处理执行那些复杂、耗时的处理，而且接受中断。因为系统中存在有许多中断的底半处理，所以会引起系统中断处理的延时。 μClinux对文件系统支持良好，由于μClinux继承了Linux完善的文件系统性能，它支持ROMFS、NFS、ext2、MS-DOS、JFFS等文件系统。但一般采用ROMFS 文件系统，这种文件系统相对于一般的文件系统(如ext2)占用更少的空间。但是ROMFS文件系统不支持动态擦写保存，对于系统需要动态保存的数据须采用虚拟RAM盘／JFFS的方法进行处理。
《嵌入式操作系统及编程》考试试卷（B卷）参考答案 一、填空题（每空1分，共10分） 1、嵌入式硬件系统，嵌入式软件系统。 2、Windows CE; uClinux（或Linux）。VxWorks，uC/OSII。 3、C++ 4、tar -zcf mydir.tar.bz2 mydir，tar -zxvf mydir.tar.bz2 5、make 二、选择题（每题2分，共20分） 1、C 2、C 3、B 4、A 5、B 6、A 7、B 8、D 9、B 10、A 三、简答题（每题7分，共49分） 1、以应用为中心，以计算机技术为基础，软件硬件可剪裁，（3分）适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。（4分） 2、 （7分） 3、 （7分） 4、（1）解压：tar –zxvf Linux-2.4.18.tar.gz。 （2）修改Makefile文件，其中：SUBARCH :=arm CROSS_COMPILE = arm-linux- （3分）（3）运行make menuconfig; （4）make; （4分）5、（1）tar –jxvf vivi-2410.tar.bz2 （2）cd vivi-2410; （3分）
（3）make menuconfig; （4）make （4分）6、（1）tar -jxvf busybox-1.12.1.tar.bz2 （2）make menuconfig （3）make install （3分）（4）构建根文件系统：创建顶层目录，创建设备节点，创建inittab,创建sysinit脚本。 （5）创建根文件系统映像文件（4分）7、 （7分） 四、应用题（1题10分，2题11分，共21分） 1、（1）运行source x86QT/export.sh建立LCD和设置开发环境变量； （2）运行x86QT/qt-2.3.2/bin/desinger 建立QT的form窗口； （3）保存form窗口到磁盘,如：rbz/win.ui。 （4） vi main.cpp文件到保存的路径rbz下 （5） cd arm2410QT；运行source export.sh （6）创建win.pro工程文件：/root/arm2410QT/tmake-1.13/bin/progen -t app.t -o win.pro （7）创建Makefile文件：/root/arm2410QT/tmake-1.13/bin/tmake -o Makefile win.pro （8）创建bi文件win: make （5分）（9）挂接/usr/lib库到目标机上：mount –t nfs 192.168.0.21:/usr /mnt/yaffs/nfs （10）设置目标机上运行QT程序的环境变量： export QTDIR=/mnt/yaffs/nfs export LD_LIBRARY_PATH=$QTDIR/lib:$LD_LIBRARY_PATH （11）在目标机上运行：./win –qws （5分）2、（1）main.c程序： int main() { int x=1; int y=2; Printf(“%d”,x*y); } （5分）（2） 1）：gcc -E main.c -o outfile1 2）：gcc -S main.c 3）：gcc -c main.c （6分）
一什么是嵌入式系统 嵌入式系统一般指非PC系统，有计算机功能但又不称之为计算机的设备或器材。它是以应用为中心，软硬件可裁减的，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗等综合性严格要求的专用计算机系统。简单地说，嵌入式系统集系统的应用软件与硬件于一体，类似于PC中BIOS的工作方式，具有软件代码小、高度自动化、响应速度快等特点，特别适合于要求实时和多任务的体系。嵌入式系统主要由嵌入式处理器、相关支撑硬件、嵌入式操作系统及应用软件系统等组成，它是可独立工作的“器件”。 嵌入式系统几乎包括了生活中的所有电器设备，如掌上PDA、移动计算设备、电视机顶盒、手机上网、数字电视、多媒体、汽车、微波炉、数字相机、家庭自动化系统、电梯、空调、安全系统、自动售货机、蜂窝式电话、消费电子设备、工业自动化仪表与医疗仪器等。 嵌入式系统的硬件部分，包括处理器/微处理器、存储器及外设器件和I/O端口、图形控制器等。嵌入式系统有别于一般的计算机处理系统，它不具备像硬盘那样大容量的存储介质，而大多使用EPROM、EEPROM或闪存(Flash Memory)作为存储介质。软件部分包括操作系统软件(要求实时和多任务操作)和应用程序编程。应用程序控制着系统的运作和行为；而操作系统控制着应用程序编程与硬件的交互作用。 二嵌入式处理器 嵌入式系统的核心是嵌入式微处理器。嵌入式微处理器一般具备4个特点：(1)对实时和多任务有很强的支持能力，能完成多任务并且有较短的中断响应时间，从而使内部的代码和实时操作系统的执行时间减少到最低限度；(2)具有功能很强的存储区保护功能，这是由于嵌入式系统的软件结构已模块化，而为了避免在软件模块之间出现错误的交叉作用，需要设计强大的存储区保护功能，同时也有利于软件诊断；(3)可扩展的处理器结构，以能迅速地扩展出满足应用的高性能的嵌入式微处理器；(4)嵌入式微处理器的功耗必须很低，尤其是用于便携式的无线及移动的计算和通信设备中靠电池供电的嵌入式系统更是如此，功耗只能为mW甚至μW级。 据不完全统计，目前全世界嵌入式处理器的品种总量已经超过1000种，流行的体系结构有30多个系列。其中8051体系占多半，生产这种单片机的半导体厂家有20多个，共350多种衍生产品，仅Philips就有近100种。现在几乎每个半导体制造商都生产嵌入式处理器，越来越多的公司有自己的处理器设计部门。嵌入式处理器的寻址空间一般从64kB到16MB，处理速度为0.1~2000MIPS，常用封装8~144个引脚。 根据现状，嵌入式计算机可分成下面几类。 (1)嵌入式微处理器(Embedded Microprocessor Unit, EMPU) 嵌入式微处理器采用“增强型”通用微处理器。由于嵌入式系统通常应用于环境比较恶劣的环境中，因而嵌入式微处理器在工作温度、电磁兼容性以及可靠性方面的要求较通用的标