嵌入式Linux实时操作系统及应用编程
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附录A 习题参考答案
嵌入式Linux实时操作系统及应用编程
第1章
1．嵌入式系统是指操作系统和功能软件集成于计算机硬件系统之中。简单的说就是系统的应用软件与系统的硬件一体化，类似与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的和多任务的体系。根据IEEE（国际电气和电子工程师
（原文为devices 协会）的定义：嵌入式系统是“用于控制、监视或者辅助操作机器和设备的装置”
used to control，monitor，or assist the operation of equipment，machinery or plants）。简单地讲就是嵌入到对象体中的专用计算机系统。
嵌入式系统一般有3个主要的组成部分：硬件、实时操作系统以及应用软件。
●硬件：包括处理器、存储器（ROM、RAM）、输入输出设备、其他部分辅助系统等。
●实时操作系统（Real-Time Operating System，RTOS）：用于管理应用软件，并提供一种机制，使得处理器分时地执行各个任务并完成一定的时限要求。
●应用软件：实现具体业务逻辑功能。
2．嵌入式系统的三要素是嵌入、专用、计算机；其中嵌入性指的是嵌入到对象体系中，有对象环境要求；专用性是指软、硬件按对象要求裁减；计算机指实现对象的智能化功能。广义地说一个嵌入式系统就是一个具有特定功能或用途的计算机软硬件集合体。即以应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬件可裁剪、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。
3．嵌入式实时操作系统（Real-Time Operating System，RTOS）是指操作系统本身要能在一个固定时限内对程序调用（或外部事件）做出正确的反应，亦即对时序与稳定性的要求十分严格。
目前国际较为知名的有：VxWorks、NeutrinoRTOS、Nucleus Plus、OS/9、VRTX、LynuxOS，RTLinux、BlueCat RT等。
4．嵌入式系统一般由硬件层、中间层、软件层和功能层组成。其作用分别如下：（1）硬件层：由嵌入式微处理器、外围电路和外设组成。外围电路有：电源电路、复位电路、调试接口和存储器电路，就构成一个嵌入式核心控制模块。
操作系统和应用程序都可以固化在ROM或者Flash中。为方便使用，有的模块在此基础上增加了LCD、键盘、USB接口，以及其他一些功能的扩展电路。
（2）中间层：硬件层与软件层之间为中间层，也称为BSP（Board Support Package，板级支持包）。
作用：将系统软件与底层硬件部分隔离，使得系统的底层设备驱动程序与硬件无关；
功能：一般应具有相关硬件的初始化、数据的输入/输出操作和硬件设备的配置等功能。BSP是主板硬件环境和操作系统的中间接口，是软件平台中具有硬件依赖性的那一部分，主要目的是为了支持操作系统，使之能够更好地运行于硬件主板上。
（3）软件层：主要是操作系统，有的还包括文件系统、图形用户接口和网络系统等。操作系统是一个标准的内核，将中断、I/O、定时器等资源都封装起来，以方便用户使用。
（4）功能层：由基于操作系统开发的应用程序组成，用来完成对被控对象的控制功能。功能层是面向被控对象和用户的，为了方便用户操作，往往需要具有友好的人机界面。
5．非占先式调度法也称作合作型多任务（cooperative multitasking），各个任务彼此合作共享一个CPU。中断服务可以使一个高优先级的任务由挂起状态变为就绪状态。但中断服务以后控制权还是回到原来被中断了的那个任务，直到该任务主动放弃CPU的使用权时，那个高优先级的任务才能获得CPU的使用权。当系统响应时间很重要时，要使用占先式（preemptive）内核。最高优先级的任务一旦就绪，总能得到CPU的控制权。当一个运行着的任务使一个比它优先级高的任务进入了就绪态，当前任务的CPU使用权就被剥夺了，或者说被挂起了，那个高优先级的任务立刻得到了CPU的控制权。
6．在实时系统中，如果系统在指定的时间内未能实现某个确定的任务，会导致系统的全面失败，这样的系统被称为强实时系统或硬实时系统。强实时系统响应时间一般在毫秒或微秒级。在弱实时系统中，虽然响应时间同样重要，但是超时却不会发生致命的错误。其系统响应时间在毫秒至秒的数量级上，其实时性的要求比强实时系统要差一些。
7．嵌入式系统的设计步骤及各部分的主要工作如下。
（1）需求分析阶段，罗列出用户的需求；
（2）体系结构设计阶段，描述系统的功能如何实现；
（3）详细设计阶段，进行硬件系统与软件系统的分类划分，以决定哪些功能用硬件实现，哪些用软件实现；
（4）系统集成，把系统的软件、硬件和执行装置集成在一起，进行调试，发现并改进在设计过程中的错误；
（5）系统测试，对设计好的系统进行测试，看其是否满足给定的要求。
8．Linux作为嵌入式操作系统的优势主要有以下几点：
（1）可应用于多种硬件平台。Linux已经被移植到多种硬件平台，这对于经费，时间受限制的研究与开发项目是很有吸引力的。原型可以在标准平台上开发后移植到具体的硬件上，加快了软件与硬件的开发过程。Linux采用一个统一的框架对硬件进行管理，从一个硬件平台到另一个硬件平台的改动与上层应用无关。
（2）Linux的高度模块化使添加部件非常容易。本身内置网络支持，而目前嵌入式系统对网络支持要求越来越高。
（3）Linux是一个和Unix相似、以内核为基础的、具有完全的内存访问控制，支持大量硬件(包括X86，Alpha、ARM和Motorola等现有的大部分芯片)等特性的一种通用操作系统。
（4）Linux可以随意地配置，不需要任何的许可证或商家的合作关系。其程序源码全部公开，任何人可以修改并在GUN通用公共许可证(GNU General Public License)下发行。这样，开发人员可以对操作系统进行定制，适应其特殊需要。
（5）Linux带有Unix用户熟悉的完善的开发工具，几乎所有的Unix系统的应用软件都已移植到了Linux上。其强大的语言编译器GCC，C++等也可以很容易得到，不但成熟完善，而且使用方便。
9．（参考答案）Linux执行进程调度一般是在以下情况发生的：
（1）正在执行的进程运行完毕；
（2）正在执行的进程调用阻塞原语将自己阻塞起来进入等待状态；
（3）正在执行的进程调用了P原语操作，从而因资源不足而被阻塞；或调用了V原语操作激活了等待资源的进程队列；
（4）执行中的进程提出I/O请求后被阻塞；
（5）系统分配的时间片已经用完；
以上都是CPU为不可剥夺方式下的引起进程调度的原因。在CPU方式是可剥夺时，还有下面的原因：
（6）就绪队列中的某个进程的优先级变得高于当前运行进程的优先级，从而也将引起进程调度。
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第2章
一.填空题：
1、改变目录位置至用户的工作目录
2、改变目录位置至相对路径user 的目录下
3、查看当前目录下的文件
4、查看文件.bash_profile的内容
5、分页查看inittab文件内容
6、将目录/tmp 下的文件file1 复制到当前目录下，文件名为f i l e 2
7、将文件file1移到目录dir1 下，文件名仍为file1
8、建立一新目录d i r 1
9、删除目录dir1，但dir1 下必须没有文件存在，否则无法删除
10、删除文件名中有五个字符且前四个字符为file 的所有文件
11、文件config的内容依次显示到屏幕上
12、以分页方式查看文件名file1 的内容
13、以分页方式查看文件名file1 的内容
14、显示目录dir1 的总容量
15、对于目录d i r 1，设定成任何使用者皆有读取及执行的权利，但只有所有者可做修改
16、对于文件f i l e 1，设定只有所有者可以读、写和执行的权利。
17、将文件file4 链接至文件f i l e 3。
18、寻找文件f i l e 1中包含字符串abc 所在行的文本内容。
19、自根目录下寻找文件file1 的路径。
20、比较目录dir1 与dir2 内各文件的不同之处。
二、单项选择题
1.A
2.B
3.D
4.C
5.B
6.C
7.A
8.C
9.D 10.B
11.A 12.D 13.D 14.B 15.B
16.B 17.A 18.D 19.B 20.B
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第3章
一.填空题：
1． next
2．命令模式
3．预处理、编译、汇编和连接
4. step next
5. 末行模式
6.预处理链接
7.汇编
8. w test.txt
二、综合题
1．参考答案：
pr1: prog.o subr.o
gcc –o pr1 prog.o subr.o
prog.o: prog.c prog.h
gcc –c –o prog.o prog.c
subr.o: subr.c subr.h
gcc –c –o subr.o subr.c
2. (1)
hello: main.o list.o symbol.o table.o
gcc -o prog main.o list.o symbol.o table.o
main.o: main.c table.h symbol.h list.h
gcc -c -o main.o main.c
list.o: list.c list.h
gcc -c -o list.o list.c
symbol.o: symbol.c symbol.h
gcc -c -o symbol.o symbol.c
table.o: table.c table.h symbol.h list.h
gcc -c -o table.o table.c
clean:
rm hello *.o
(2) mount –t nfs –o noclock 192.168.0.10:/home/armtest/hello /mnt
3.
hello.c:
# include
# include
# include
# include "hello.h"
int main (int argc,char *argv[])
{
printf("Hello World!\n");
message();
return 0;
}
hello.h:
void message(void);
message.c:
# include
void message (void){
printf("This is a message!\n");
}
三．选择题
1． C 2． A 3． B 4． B 5． B 6． C
7． C 8. D 9． D 10． A 11． A
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第4章
一．选择题
1. A 2． C 3． D 4. D 5. C
6． B 7． C 8. A 9. D 10. D
11．D 12．D 13．D 14．B 15． D
16．B 17．A 18．C 19．C 20．C
二.简答题
1、Linux 内核的编译菜单有好几个版本，运行：
（1）make config：进入命令行，可以一行一行的配置，但使用不十分方便。
（2）make menuconfig：大多数开发人员使用的Linux 内核编译菜单，使用方便。
（3）make xconfig：在2.4.X 以及以前版本中xconfig 菜单是基于TCL/TK 的图形库的。
2、在完成内核的裁减之后，内核的编译就只要执行以下几条命令：
make clean 编译内核之前先把环境给清理干净。有时你也可以用make realclean 或make mrproper 来彻底清除相关依赖，保证没有不正确的.o 文件存在。
make dep 编译相关依赖文件
make zImage 创建内核镜像文件
make modules 创建内核模块，若不创建内核模块，这步可以不要。
make install 把相关文件拷贝到默认的目录。在给嵌入式设备编译时这步可以不要。因为具体的内核安装还需要你手工进行。
3、此命令是装载压缩映像文件zImage到flash存储器中，地址是kernel分区，并采用xmodem 传输协议。
4、此命令是设置网卡1的地址192.168.1.1，掩码为255.255.255.0，不写netmask参数则默认为255.255.255.0。
5、此命令将nfs服务的共享目录sharedir加载到/mnt/nfs。
6、此命令是装载根文件系统root.cramfs到flash存储器中，地址是根文件系统分区，并采用xmodem传输协议。
7、这个命令的操作同时进行了分区和格式化，0~128K存放vivi，128K~192K存放VIVI控制台指令，192K~1216K存放kernel，1216K~4288K存放root，其余部分存放应用程序。
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第5章
一．选择题
1．B 2． C 3． C 4． C 5． D 6． C
二.综合应用题
1.
Tom is my friend
Jack is my friend
Harry is my friend
2.
(1）程序注释
#!/bin/sh 定义实用的shell
#
# /etc/rc.d/rc.httpd 注释行，凡是以星号开始的行均为注释行。
#
# Start/stop/restart the Apache web server.
#
# To make Apache start automatically at boot, make this
# file executable: chmod 755 /etc/rc.d/rc.httpd
#
case "$1" in #case结构开始，判断“位置参数”决定执行的操作。本程序携带一个“位置参数”，即$1
'start') #若位置参数为start
/usr/sbin/apachectl start ;; #启动httpd进程
'stop') #若位置参数为stop
/usr/sbin/apachectl stop ;; #关闭httpd进程
'restart') #若位置参数为stop
/usr/sbin/apachectl restart ;; #重新启动httpd进程
*) #若位置参数不是start、stop或restart时
echo "usage $0 start|stop|restart" ;; #显示命令提示信息：程序的调用方法
esac #case结构结束
（2）程序的功能是启动，停止或重新启动httpd进程
（3）程序的调用方式有三种：启动，停止和重新启动。
3.
#!/bin/sh
FILENAME=
echo “Input file name：”
read FILENAME
if [ -c "$FILENAME" ]
then
cp $FILENAME /dev
fi
4.
#/bin/bash
typeset first second
read -p "Input the first number:" first
read -p "Input the second number:" second
result=$[$first+$second]
echo "result is : $result"
exit 0
5、
#!/bin/sh
i=1
while [ i -le 50 ]
do
if [ -d /userdata ];then
mkdir -p /userdata/user$i
chmod 754 /userdata/user$i
echo "user$i"
let "i = i + 1" （或i=$（（$i＋1））
else
mkdir /userdata
mkdir -p /userdata/user$i
chmod 754 /userdata/user$i
echo "user$i"
let "i = i + 1" （或i=$（（$i＋1））
fi
done
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第6章
一．简答题
1．使用虚拟地址寻址整个系统的主存和辅存的方式在现代操作系统中被称为虚拟内存。MMU 便是实现虚拟内存的必要条件。嵌入式处理器如果存在MMU ，由于在MMU具备内存地址映射和寻址功能，操作系统会使用它完成从虚拟地址到物理地址的转换，所有的应用程序只需要使用虚拟地址寻址数据。
虚拟内存的管理方法使系统既可以运行体积比物理内存还要大的应用程序，也可以实现“按需调页”策略，既满足了程序的运行速度，又节约了物理内存空间。
2．进程内存区域涉及到5种数据段，即：
①代码段：代码段是用来存放可执行文件的操作指令，也就是说是它是可执行程序在内存中的镜像。
②数据段：数据段用来存放可执行文件中已初始化全局变量，换句话说就是存放程序静态分配的变量和全局变量。
③BSS段：BSS段包含了程序中未初始化的全局变量，在内存中BSS段全部置零。
④堆（heap）：堆是用于存放进程运行中被动态分配的内存段，它的大小并不固定，可动态扩张或缩减。当进程调用malloc等函数分配内存时，新分配的内存就被动态添加到堆上（堆被扩张）；当利用free等函数释放内存时，被释放的内存从堆中被剔除（堆被缩减）
⑤栈：栈是用户存放程序临时创建的局部变量，也就是说函数括弧“{}”中定义的变量（但不包括static声明的变量，static意味着在数据段中存放变量）。除此以外，在函数被调用时，其参数也会被压入发起调用的进程栈中，并且待到调用结束后，函数的返回值也会被存放回栈中。
3．在Linux系统中，内核在最高级执行，也称为“系统态”，在这一级任何操作都可以执行。而应用程序则执行在最低级，即所谓的“用户态”。在这一级处理器禁止对硬件的直接访问和对内存的未授权访问。模块是在所谓的“内核空间”中运行的，而应用程序则是在“用户空间”中运行的。它们分别引用不同的内存映射，也就是程序代码使用不同的“地址空间”。4．共享内存区域是被多个进程共享的一部分物理内存。如果多个进程都把该内存区域映射
到自己的虚拟地址空间，则这些进程就都可以直接访问该共享内存区域，从而可以通过该区域进行通信。共享内存是进程间共享数据的一种最快的方法，一个进程向共享内存区域写入了数据，共享这个内存区域的所有进程就可以立刻看到其中的内容。这块共享虚拟内存的页面，出现在每一个共享该页面的进程的页表中。但是它不需要在所有进程的虚拟内存中都有相同的虚拟地址。
5.内存管理利用虚拟文件系统支持交换，交换进程(swapd)定期由调度程序调度，这也是内存管理依赖于进程调度的唯一原因。当一个进程存取的内存映射被换出时，内存管理向文件系统发出请求，同时，挂起当前正在运行的进程。
二.编程题
1．参考程序:
#include
struct test
{
int a[10];
char b[20];
}
int main()
{
struct test *ptr=calloc(sizeof(struct test),10);
}
2．参考程序:
#include
#include
#include
#include
#include
main()
{
int fd;
void *start;
struct stat sb;
fd=open(“/etc/passwd”,O_RDONLY); /*打开/etc/passwd*/
fstat(fd,&sb); /*取得文件大小*/
start=mmap(NULL,sb.st_size,PROT_READ,MAP_PRIVATE,fd,0);
if(start= = MAP_FAILED) /*判断是否映射成功*/
return;
printf(“%s”,start);
munma(start,sb.st_size); /*解除映射*/
closed(fd);
}
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第7章
一、单项选择题
1．A 2. B 3. A 4. D 5． 6. A 7. C
二.编程题
1.
(1)
Void main(void)
{
int fid;
fid = open(“./test.txt”,O_RDWR|O_CREAT);
if(fid==-1)
{
Printf(“open or create error \n”);
exit(0);
}
Close(fid);
}
(2)
objects = main.o
exec = main
all:$(objects)
gcc –o $(exec) $(objects)
main.o:main.c
gcc –c main.c
clean:
rm –r $(exec) $(objects)
2.参考程序:
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#define BUFFER_SIZE 1024
int main(int argc,char **argv)
{
int from_fd,to_fd;
int bytes_read,bytes_write;
char buffer[BUFFER_SIZE];
char *ptr;
if(argc!=3) {
fprintf(stderr,"Usage:%s fromfile tofile\n\a",argv[0]);
exit(1);
}
/* 打开源文件*/
if((from_fd=open(argv[1],O_RDONLY))==-1) {
fprintf(stderr,"Open %s Error:%s\n",argv[1],strerror(errno));
exit(1);
}
/* 创建目的文件*/
if((to_fd=open(argv[2],O_WRONLY|O_CREAT,S_IRUSR|S_IWUSR))==-1){ fprintf(stderr,"Open %s Error:%s\n",argv[2],strerror(errno));
exit(1);
}
/* 以下代码是一个经典的拷贝文件的代码*/
while(bytes_read=read(from_fd,buffer,BUFFER_SIZE)){
if((bytes_read==-1)&&(errno!=EINTR)) break; /*发生读错误,退出循环*/
else if(bytes_read>0){
ptr=buffer;
while(bytes_write=write(to_fd,ptr,bytes_read)){
if((bytes_write==-1)&&(errno!=EINTR))break; /*若写错误,退出循环*/
/* 写完了所有读的字节*/
else if(bytes_write==bytes_read) break;/*读写字节不等退出循环*/ else if(bytes_write>0) { /* 只写了一部分,继续写*/
ptr+=bytes_write;
bytes_read-=bytes_write;
}
}
if(bytes_write==-1)break; /* 写的时候发生的致命错误*/ }
}
close(from_fd);
close(to_fd);
exit(0);
}
3．参考程序:
#include
struct student {
char name[10];
int age;
};
int main()
{
FILE *fp;
int i;
struct student boya[2], boyb[2], *pp, *qq;
if((fp = fopen("7-6.txt","w+"))== NULL) //打开文件
{
printf("Can not open file, exit ...\n");
return -1;
}
pp = boya;
qq = boyb;
printf("please input data:\n"); //输入学生信息
for (i = 0; i < 2; i++, pp++)
scanf("%s%d", pp->name, &pp->age);
pp = boya;
fwrite(pp, sizeof(struct student), 2, fp); //把学生信息写入文件
rewind(fp); //重定位文件
fread(qq, sizeof(struct student), 2, fp); //从文件中读取学生信息
printf("name\t\tage\n");
for(i = 0; i < 2; i++, qq++)
printf("%s\t\t%d\n", qq->name, qq->age);
fclose(fp);
return 0;
}
4．参考程序如下：
嵌入式Linux实时操作系统及应用编程
第8章
一、单项选择题
1、B
2、A
3、A
4、D
5、C
6. D
7、C
8、D
9、C
10、B
二.阅读程序题
1．答案要点：
(1) 将数据缓冲区清0
(2) 创建管道
(3) 创建子进程
(4) 关闭子进程写描述符
(5) 子进程读取管道内容
(6) 关闭子进程读描述符
(7) 父进程运行控制语句
(8) 关闭父进程的读描述符
(9) 将数据写入缓冲区
(10) 关闭父进程写描述符
三．程序设计
1．参考程序如下：
void main() {
key_t unique_key; /* 定义一个IPC关键字*/
int id;
struct sembuf lock_it;
union semun options;
int i;
unique_key = ftok(".", 'a'); /* 生成关键字，字符'a'是一个随机种子*/ /* 创建一个新的信号量集合*/
id = semget(unique_key, 1, IPC_CREAT | IPC_EXCL | 0666);
printf("semaphore id=%d\n", id);
options.val = 1; /*设置变量值*/
semctl(id, 0, SETVAL, options); /*设置索引0的信号量*/
/*打印出信号量的值*/
i = semctl(id, 0, GETVAL, 0);
printf("value of semaphore at index 0 is %d\n", i);
/*下面重新设置信号量*/
lock_it.sem_num = 0; /*设置哪个信号量*/
lock_it.sem_op = -1; /*定义操作*/
lock_it.sem_flg = IPC_NOWAIT; /*操作方式*/
if (semop(id, &lock_it, 1) == -1) {
printf("can not lock semaphore.\n");
exit(1);
}
i = semctl(id, 0, GETVAL, 0);
printf("value of semaphore at index 0 is %d\n", i);
/*清除信号量*/
semctl(id, 0, IPC_RMID, 0);
}
2．参考程序：
（1）init.c清单
#include < unistd.h >
#include < signal.h >
#include < sys/param.h >
#include < sys/types.h >
#include < sys/stat.h >
void init_daemon(void)
{
int pid;
int i;
if(pid=fork())
exit(0);//是父进程，结束父进程
else if(pid< 0)
exit(1);//fork失败，退出
//是第一子进程，后台继续执行
setsid();
//第一子进程成为新的会话组长和进程组长并与控制终端分离if(pid=fork())
exit(0);//是第一子进程，结束第一子进程
else if(pid< 0)
exit(1);//fork失败，退出
//是第二子进程，继续
//第二子进程不再是会话组长
for(i=0;i< NOFILE;++i)//关闭打开的文件描述符
close(i);
chdir("/tmp");//改变工作目录到/tmp
umask(0);//重设文件创建掩模
return;
}
（2）test.c清单
#include < stdio.h >
#include < time.h >
void init_daemon(void);//守护进程初始化函数
main()
{
FILE *fp;
time_t t;
init_daemon();//初始化为Daemon
while(1)//每隔一分钟向test.log报告运行状态
{
sleep(60);//睡眠一分钟
if((fp=fopen("test.log","a")) >=0)
{
t=time(0);
re at %s\n",asctime(localtime(&t)) );
fclose(fp);
}
}
}
以上程序在RedHat Linux6.0下编译通过。步骤如下：
编译：gcc -g -o test init.c test.c
查看进程：ps -ef
程的各种特性满足上面的要求。
3．参考程序：
#define INPUT 0
#define OUTPUT 1
void main() {
int file_descriptors[2];
/*定义子进程号 */
pid_t pid;
char buf[256];
int returned_count;
/*创建无名管道*/
pipe(file_descriptors);
/*创建子进程*/
if((pid = fork()) == -1) {
printf("Error in fork\n");
exit(1);
}
/*执行子进程*/
if(pid == 0) {
printf("in the spawned (child) process...\n");
/*子进程向父进程写数据，关闭管道的读端*/
close(file_descriptors[INPUT]);
write(file_descriptors[OUTPUT], "test data", strlen("test data"));
exit(0);
} else {
/*执行父进程*/
printf("in the spawning (parent) process...\n");
/*父进程从管道读取子进程写的数据，关闭管道的写端*/
close(file_descriptors[OUTPUT]);
returned_count = read(file_descriptors[INPUT], buf, sizeof(buf));
printf("%d bytes of data received from spawned process: %s\n",
returned_count, buf);
}
}
在Linux系统下，有名管道可由两种方式创建：命令行方式mknod系统调用和函数mkfifo。下面的两种途径都在当前目录下生成了一个名为myfifo的有名管道：
方式一：mkfifo("myfifo","rw");
方式二：mknod myfifo p
生成了有名管道后，就可以使用一般的文件I/O函数如open、close、read、write等来对它进行操作。下面即是一个简单的例子，假设我们已经创建了一个名为myfifo的有名管道。/* 进程一：读有名管道*/
#include
#include
void main() {
FILE * in_file;
int count = 1;
char buf[80];
in_file = fopen("mypipe", "r");
if (in_file == NULL) {
printf("Error in fdopen.\n");
exit(1);
}
while ((count = fread(buf, 1, 80, in_file)) > 0)
printf("received from pipe: %s\n", buf);
fclose(in_file);
}
/* 进程二：写有名管道*/
#include
#include
void main() {
FILE * out_file;
int count = 1;
char buf[80];
out_file = fopen("mypipe", "w");
if (out_file == NULL) {
printf("Error opening pipe.");
exit(1);
}
sprintf(buf,"this is test data for the named pipe example\n");
fwrite(buf, 1, 80, out_file);
fclose(out_file);
}
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第9章
一、简答题
1．参考答案：
Mutex互斥量，用于操作某个临界资源时对该资源上锁，以实现互斥地对独占资源的使用。（3分）
Semophore信号灯，信号灯内有一计数器，可以用于对多个同类资源的分配。当资源用完时，申请资源的线程会在信号量上睡眠，有线程释放资源时，再将该线程唤醒继续运行。（3分）Condition条件变量，条件变量用于等待信号。当一个线程需要等待某个信号时，就可到条件变量上等待，当信号具备时，系统会唤醒该线程继续运行。（4分）
2．参考答案：
本地：共享内存+信号量，适合于大量数据传输。Linux支持系统V和POSIX的共享内存和信号量。（5分）
远程：Socket+应用协议。适合于跨网络的（大量）数据传输。Linux支持BSD的socket。应用层协议需要自行设计。（5分）
3．答案要点：程序是编译后形成的可执行代码，是静止的。进程是程序的一次执行，是活动的。线程是进程的可执行单元，同一进程的不同线程共享进程的资源和地址空间。
4．两种实现方法，一种是继承Thread,另外一种是实现接口Runnable。
同步的实现方法有两种，分别是synchronized, wait与notify。用synchronized可以对一段代码、一个对象及一个方法进行加锁。用wait与notify可以使对象处于等待及唤醒方式导致同步，因为每个对象都直接或间接的继承了Object类。
5．参考答案：（每小点1分）
Linux执行进程调度一般是在以下情况发生的：
（1）正在执行的进程运行完毕；
（2）正在执行的进程调用阻塞原语将自己阻塞起来进入等待状态；
（3）正在执行的进程调用了P原语操作，从而因资源不足而被阻塞；或调用了V原语操作激活了等待资源的进程队列；
（4）执行中的进程提出I/O请求后被阻塞；
（5）系统分配的时间片已经用完；
以上都是CPU为不可剥夺方式下的引起进程调度的原因。在CPU方式是可剥夺时，还有下面的原因：
（6）就绪队列中的某个进程的优先级变得高于当前运行进程的优先级，从而也将引起进程调度。
二.编程题
参考程序：
/* 数据写入缓冲区*/
void put(struct prodcons * b, int data)
{ pthread_mutex_lock(&b->lock); /*获得互斥锁*/
while ((b->writepos + 1) % BUFFER_SIZE == b->readpos) {
printf("wait for not full\n");
pthread_cond_wait(&b->notfull, &b->lock);
/*等待b->notfull,不满则跳出阻塞*/
}
b->buffer[b->writepos] = data; /*写入数据*/
b->writepos++;
if (b->writepos >= BUFFER_SIZE) b->writepos = 0;
pthread_cond_signal(&b->notempty); /*设置状态变量*/
pthread_mutex_unlock(&b->lock); /*释放互斥锁*/
}
/* 从缓冲区中读出数据*/
int get(struct prodcons * b)
{
int data;
pthread_mutex_lock(&b->lock); /*获得互斥锁*/
while (b->writepos == b->readpos) {
printf("wait for not empty\n");
pthread_cond_wait(&b->notempty, &b->lock);
/*等待b->notfull,不空则跳出阻塞*/
}
data = b->buffer[b->readpos]; /*读出数据*/
b->readpos++;
if (b->readpos >= BUFFER_SIZE) b->readpos = 0;
pthread_cond_signal(&b->notfull); /*设置状态变量*/
pthread_mutex_unlock(&b->lock); /*释放互斥锁*/
return data;
}
/*生产者进程*/
void * producer(void * data)
{ int n;
for (n = 0; n < 1000; n++) {
printf(" put-->%d\n", n);
put(&buffer, n);
}
put(&buffer, OVER);
printf("producer stopped!\n");
return NULL;
}
/*消费者进程*/
void * consumer(void * data)
{ int d;
while (1) {
d = get(&buffer);
if (d == OVER ) break;
printf(" %d-->get\n", d);
}
printf("consumer stopped!\n");
return NULL;
}
/*主函数*/
int main(void)
{ pthread_t th_a, th_b;
void * retval;
init(&buffer);
pthread_create(&th_a, NULL, producer, 0);
pthread_create(&th_b, NULL, consumer, 0);
/* 等待生产者和消费者结束*/
pthread_join(th_a, &retval);
pthread_join(th_b, &retval);
return 0;
}
第10章
一、单项选择题
1、B
2、B
3、C
4、A
5、B
6、C
7、C
8、B
9、A 10、B
二.编程题
1．参考程序：
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
int main(int argc, char **argv)
{
int sockfd;
struct sockaddr_in my_addr;
unsigned int myport, lisnum;
if (argv[1])
myport = atoi(argv[1]);
else
myport = 7838;
if (argv[2])
lisnum = atoi(argv[2]);
else
lisnum = 2;
if ((sockfd = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0)) == -1) {
perror("socket");
exit(1);
}
else printf("socket created\n");
bzero(&my_addr, sizeof(my_addr));
my_addr.sin_family = PF_INET;
my_addr.sin_port = htons(myport);
if(argv[3]) my_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(argv[3]);
else my_addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
if (bind(sockfd, (struct sockaddr *) &my_addr, sizeof(struct sockaddr)) == -1) {
perror("bind");
exit(1);
}
else printf("binded\n");
if (listen(sockfd, lisnum) == -1) {
perror("listen");
exit(1);
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
三种常用的嵌入式操作系统分析与比较 摘要：提要三种常用的嵌入式操作系统——Palm OS、Windows CE、Linux；在此基础上、分析、比较这三种嵌入式操作系统，给出它们之间的异同点及各自的适用范围。 1 嵌入式系统与嵌入式操作系统 1.1 嵌入式系统 嵌入式系统是以嵌入式计算机为技术核心，面向用户、面向产品、面向应用，软硬件可裁减的，适用于对功能、可靠性、成本、体积、功耗等综合性能有严格要求的专用计算机系统。 嵌入式系统应具有的特点是：高可靠性；在恶劣的环境或突然断电的情况下，系统仍然能够正常工作；许多嵌入式应用要求实时性，这就要求嵌入式操作系统具有实时处理能力；嵌入式系统和具体应用有机地结合在一起，它的升级换代也是具体产品同步进行；嵌入式系统中的软件代码要求高质量、高可靠性，一般都固化在只读存储器中或闪存中，也就是说软件要求固态化存储，而不是存储在磁盘等载体中。 1.2 嵌入式操作系统 嵌入式操作系统EOS （Embedded Operating System）是一种用途广泛的系统软件，过去它主要应用于工业控制和国防系统领域。EOS负责嵌入系统的全部软、硬件资源的分配、调度作，控制、协调并发活动；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。目前，已推出一些应用比较成功的EOS产品系列。随着Internet技术的发展、信息家电的普及应用及EOS的微型化和专业化，EOS开始从单一的弱功能向高专业化的强功能方向发展。嵌入式操作系统在系统实时高效性、硬件的相关依赖性、软件固化以及应用的专用性等方面具有较为突出的特点。EOS是相对于一般操作系统而方的，它除具备了一般操作系统最基本的功能，如任务调度、同步机制、中断处理、文件处理等外，还有以下特点： ①可装卸性。开放性、可伸缩性的体系结构。 ②强实时性。EOS实时性一般较强，可用于各种设备控制当中。 ③统一的接口。提供各种设备驱动接口。
什么是嵌入式linux系统? 一、什么是嵌入式linux？ Linux从1991年问世到现在，短短的十几年时间已经发展成为功能强大、设计完善的操作系统之一，不仅可以与各种传统的商业操作系统分庭抗争，在新兴的嵌入式操作系统领域内也获得了飞速发展。嵌入式Linux（Embedded Linux）是指对标准Linux经过小型化裁剪处理之后，能够固化在容量只有几K或者几M字节的存储器芯片或者单片机中，适合于特定嵌入式应用场合的专用Linux操作系统。嵌入式Linux既继承了intelnet上无限的开放原代码资源，又具有嵌入式操作系统的特性。 二、嵌入式Linux的特点版权费：免费； 购买费用：媒介成本； 技术支持：全世界的自由软件开发者提供支持； 网络特性：免费而且性能优异； 软件移植：容易，代码开放，有许多应用软件支持； 应用产品开发周期：短，新产品上市迅速，因为有许多公开的代码可以参考和移植； 实时性能：RT_Linux，hardhat Linux 等嵌入式Linux支持实时性能； 稳定性：好； 安全性：好。 三、嵌入式Linux的市场前景和商业机会 嵌入式Linux有巨大的市场前景和商业机会，出现了大量的专业公司和产品，如Montavista、Lineo、Emi等。有行业协会，如Embedded Linux Consortum等。得到世界著名计算机公司和oem板级厂商的支持，例如IBM、Motorola、Intel等。传统的嵌入式系统厂商也采用了Linux策略如Lynxworks 、Windriver、QNX等。还有intelnet上的大量嵌入式Linux 爱好者的支持。嵌入式Linux支持几乎所有的嵌入式cpu和被移植到几乎所有的嵌入式oem板。 四、嵌入式Linux的应用领域嵌入式Linux的应用领域非常广泛，主要的应用领域有，信息家电：PDA，STB-Set-stopbox，Digital Telephone，Answering Machine，Screen Phone、数据网络：Ethernet switches，Router，Bridge，Hub，Remote access servers，ATM，Frame relay、远程通信、医疗电子、交通运输、计算机外设、工业控制、航空领域等。 五、嵌入式linux的优势嵌入式Linux的开发和研究是操作系统领域中的一个热点，目前已经开发成功的嵌入式系统中，大约有一半使用的是Linux。Linux之所以能在嵌入式系统市场上取得如此辉煌的成果，与其
ARM的十一种嵌入式操作系统 ARM的十一种嵌入式操作系统 嵌入式LINUX 嵌入式Linux是将日益流行的Linux操作系统进行裁剪修改，使之能在嵌入式计算机系统上运行的一种操作系统。Linux做嵌入式 的优势，首先，Linux是开放源代码;其次，Linux的内核小、效率高，可以定制，其系统内核最小只有约134KB;第三，Linux是免费 的OS,Linux还有着嵌入式操作系统所需要的很多特色，突出的就是Linux适应于多种CPU和多种硬件平台而且性能稳定，裁剪性很好，开发和使用都很容易。同时，Linux内核的结构在网络方面是非常 完整的，Linux对网络中最常用的TCP/IP协议有最完备的支持。提 供了包括十兆、百兆、千兆的以太网络，以及无线网络， TokenRing(令牌环网)、光纤甚至卫星的支持。 移植步骤：1.Bootloader的移植;2.嵌入式Linux操作系统内核 的移植;3.嵌入式Linux操作系统根文件系统的创建;4.电路板上外 设Linux驱动程序的编写。 WinCE WinCE是微软公司嵌入式、移动计算平台的基础，它是一个开放的、可升级的32位嵌入式操作系统，是基于掌上型电脑类的电子设 备操作系统，它是精简的Windows95,WinCE的图形用户界面相当出色。WinCE是从整体上为有限资源的平台设计的多线程、完整优先权、多任务的操作系统。它的模块化设计允许它对于从掌上电脑到 专用的工业控制器的用户电子设备进行定制。操作系统的基本内核 需要至少200K的ROM。 一般来说，一个WinCE系统包括四层结构：应用程序、WinCE内 核映像、板级支持包(BSP)、硬件平台。而基本软件平台则主要由
嵌入式操作系统
问答题 1．什么是嵌入式系统，它由哪几部分组成？嵌入式系统是指操作系统和功能软件集成于计算机硬件系统之中。简单的说就是系统的应用软件与系统的硬件一体化，类似与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的和多任务的体系。根据IEEE的定义：嵌入式系统是“用于控制、监视或者辅助操作机器和设备的装置”。简单地讲就是嵌入到对象体中的专用计算机系统。嵌入式系统一般有3个主要的组成部分：硬件、实时操作系统以及应用软件。硬件：包括处理器、存储器、输入输出设备、其他部分辅助系统等。实时操作系统：用于管理应用软件，并提供一种机制，使得处理器分时地执行各个任务并完成一定的时限要求.应用软件：实现具体业务逻辑功能。2．嵌入式系统的三要素是什么？嵌入式系统的三要素是嵌入、专用、计算机；其中嵌入性指的是嵌入到对象体系中，有对象环境要求；专用性是指软、硬件按对象要求裁减；计算机指实现对象的智能化功能。广义地说一个嵌入式系统就是一个具有特定功能或用途的计算机软硬件集合
体。即以应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬件可裁剪、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。3．列举五种以上的嵌入式实时操作系统？嵌入式实时操作系统是指操作系统本身要能在一个固定时限内对程序调用（或外部事件）做出正确的反应，亦即对时序与稳定性的要求十分严格。目前国际较为知名的有：VxWorks、NeutrinoRTOS、Nucleus Plus、OS/9、VRTX、LynuxOS，RTLinux、BlueCat RT等。 4．嵌入式系统一般由几层组成？简单介绍其作用？嵌入式系统一般由硬件层、中间层、软件层和功能层组成。其作用分别如下：（1）硬件层：由嵌入式微处理器、外围电路和外设组成。外围电路有：电源电路、复位电路、调试接口和存储器电路，就构成一个嵌入式核心控制模块。操作系统和应用程序都可以固化在ROM或者Flash 中。为方便使用，有的模块在此基础上增加了LCD、键盘、USB接口，以及其他一些功能的扩展电路。（2）中间层：硬件层与软件层之间为中间层，也称为BSP（Board Support Package，板级支持包）。作用：将系统软件与底层硬件部
简答题与应用题 什么是嵌入式系统？主要有什么特点？ 以应用为中心，以计算机技术为基础的， 并且软件硬件是可剪裁的， 能满足应用系统对功能、 可靠性、成本、 体积、功耗等指标的严格要求的专用计算机系统。他可以实现对其他设备的控制、监视或者管理等功能。 与通用的 计算机系统相比，特点为： （1） （2） （5） 嵌入式系统通常由嵌入式处理机、嵌入式外围设备、嵌入式操作系统和嵌入式应用软件等几大部分组成。 4、什么是Linux ？什么是嵌入式 Linux ? 答：严格来讲，Linux 是指由Linux 本人维护并不断更新的内核 。 一个嵌入式Linux 系统指的是一个基于 Linux 内核的，但不包含有关这个内核的任何专业的库或是用户工具 的嵌入式系统。 Linux 内核构建嵌入式操作系统有什么优势（优良特性）？ 程度代码是可以获取的，可靠度高； 有完整的源码，软件丰富并且免费； 得到众多硬件生产家的广泛支持；包括 cpu 、计算机外 围设备 完善的通信协议、软件标准和文件管理机制； 提供完全免费且优秀的开发工具； 广泛的社群支持 无需购买lice nee ,是免费的； 不依赖特定厂商、供应商； 成本相对低廉。 6、 RTOS （嵌入式操作系统）强调的实时是什么概念？与中断的关系？ 答：实时指的是特定操作所消耗的时间（以及空间）的上限是可预知的。操作系统能够在规定响应时间内完成客 户服务程序。中断程序响应中断并完成 是在固定时间内。 7、什么是实时LinUX ?涉及到哪些软硬件内容？ 答：实时LinUX （ RT-Linux ）通过在Linux 内核与硬件中断之间增加一个精巧的可抢先的实时内核 ，把标准的Linux 内核作为实时内核的一个进程与用户进程一起调度 ，标准的Linux 内核的优先级最低，可以被实时进程抢断。 正 常的Linux 进程仍可以在Linux 内核上运行，这样既可以使用标准分时操作系统即 Linux 的各种服务，又能提 供低延时的实时环境。它在硬件上涉及到硬件中断，软件上涉及到对高优先级的实时硬件中断的快速响应。 能在规定的时间内完成对突发事件的处理的 Linux 系统; 软件：中断服务程序、进程调度程序，硬件：嵌入式系统所采用的中断管理硬件。 8、试简要说明Linux 内核构成，并简要说明各部分的功能？ 答： MMU :内存管理单元，完成地址映射（应用虚拟地址方式） VFS :虚拟文件管理系统，提供了统一管理计算机资源的途径。使统一规范计算机资源的使用格式成为可能，方 1、 答: 面向特定应用，一般都有实时要求； 集先进性的计算机技术、半导体工艺、电子技术和通信网络技术于一体的并且在不断创新的知识集 成系统； 嵌入式系统是和具体应用对象有机结合在一起，因而其升级换代也是和具体的产品同步进行的。 嵌入式系统的软 硬件设计着重于高效率性。在最大限度满足应用需求的前提下，降低成本是必须要 考虑的主要问题。 嵌入式系统软件一般都固化在存储器芯片中。 (3) (4) 5、 用 答:（ 1） （2） （3） （4） （5） （6） （7） （8） （） 2、 答： 3、嵌入式操作系统的作用是什么?
参考答案 第一章 一、填空题。 1、嵌入式系统主要融合了计算机软硬件技术、通信技术和微电子技术，它是将计算机直接嵌入到应用系统中，利用计算机的高速处理能力以实现某些特定的功能。 2、目前国内对嵌入式系统普遍认同的定义是：以应用为中心、以计算机技术为基础、软硬件可裁剪、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。 3、嵌入式系统一般由嵌入式计算机和执行部件组成，其中嵌入式计算机主要由四个部分组成，它们分别是：硬件层、中间层、系统软件层以及应用软件层。 4、嵌入式处理器目前主要有ARM、MIPS、Power PC、68K等，其中arm处理器有三大特点：体积小、低功耗、的成本和高性能，16/32位双指令集，全球合作伙伴众多。 5、常见的嵌入式操作系统有：Linux、Vxworks、WinCE、Palm、uc/OS-II和eCOS。 6、嵌入式系统开发的一般流程主要包括系统需求分析、体系结构设计、软硬件及机械系统设计、系统集成、系统测试，最后得到最终产品。 二、选择题 1、嵌入式系统中硬件层主要包含了嵌入式系统重要的硬件设备：、存储器（SDRAM、ROM等）、设备I/O接口等。（A） A、嵌入式处理器 B、嵌入式控制器 C、单片机 D、集成芯片 2、20世纪90年代以后，随着系统应用对实时性要求的提高，系统软件规模不断上升，实时核逐渐发展为，并作为一种软件平台逐步成为目前国际嵌入式系统的主流。（D） A、分时多任务操作系统 B、多任务操作系统 C、实时操作系统 D、实时多任务操作系统 3、由于其高可靠性，在美国的火星表面登陆的火星探测器上也使用的嵌入式操作系统是。（B） A、Palm B、VxWorks C、Linux D、WinCE [在此处键入]
第一章嵌入式系统概论 一.填空 1. 嵌入式系统是以嵌入式应用为目的、以计算机技术为基础的计算机系统。 2. 计算机系统按应用可以分为通用计算机系统和嵌入式计算机系统。 3. 嵌入式系统按软件结构可分为嵌入式单线程系统和嵌入式事件驱动系统。 4. 嵌入式系统按是否具有实时性能可分为嵌入式非实时系统和嵌入式实时系统。 5. 嵌入式实时系统除具有嵌入式系统的基本特征外，还具实时性和可靠性的重要特点。 6. 嵌入式系统的硬件架构是以嵌入式处理器为中心，由存储器，I/O设备，通信模块以及电源等必要的辅助接口组成。 7. 嵌入式系统的软件通常固态化存储在ROM、FLASH或NVRAM中。 8. 嵌入式系统的开发由于受到系统资源开销的限制，通常采用交叉开发环境。 9. 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。 10. 嵌入式系统的设计是使用一组物理硬件和软件来完成所需功能的过程。 二.选择 1. 以下哪一项不属于嵌入式操作系统（C） A．VxWorks B. WinCE C. BSD D. uClinux 2. 以下关于嵌入式系统说确的是（A） A．以开发为中心 B 对实时，成本，功耗要求严格 C．软硬件协同 D 软件可剪裁 3. 以下关于嵌入式系统说确的是（A） A．嵌入的系统中可以共存多个嵌入式系统 B．对高性能要求严格
C．软硬件缺乏协同 D．不要时性 4. 对响应时间有严格要求的嵌入式系统是（A） A.嵌入式实时系统 B.嵌入式多线程系统 C.嵌入式多核系统 D.嵌入式轮转询问系统 5. 以下哪一项属于嵌入式系统不具备的特点（B） A.采用专用处理器 B. 跨平台可移植 C.软硬件协同一体化 D.小型化与有限资源 6. 嵌入式系统硬件的核心是（B） A.存储器 B.嵌入式微处理器 C.嵌入式微控制器 D.BSP 7. 嵌入式系统的软件部分不包括(A) A．DSP B.嵌入式操作系统 C.设备驱动程序D.应用程序 8. 对性能要求高的嵌入式系统是（C） A.嵌入式实时系统 B.嵌入式多线程系统 C.嵌入式多核系统 D.嵌入式轮转询问系统 9. 嵌入式应用软件的开发阶段不包括（D） A．交叉编译和 B.开发环境的建立 C．联机调试 D.应用程序模块加载 10. 为了提高执行速度和系统可靠性，嵌入式系统中的软件一般都保存在（A） A．存储器芯片 B.磁盘 C.cache D.CDROM
几种主流嵌入式操作系统分析 1．嵌入式Linux 嵌入式Linux（Embedded Linux）是指对标准Linux经过小型化裁剪处理之后，能够固化 在容量只有几KB或者几MB 字节的存储器芯片或者单片机中，是适合于特定嵌入式应用场合的专用Linux操作系统。在目前已经开发成功的嵌入式系统中，大约有一半使用的是Linux。 这与它自身的优良特性是分不开的。 嵌入式Linux 同Linux 一样，具有低成本、多种硬件平台支持、优异的性能和良好的网络支持等优点。另外，为了更好地适应嵌入式领域的开发，嵌入式Linux 还在Linux 基础上 做了部分改进，如下所示。 ? 改善的内核结构 Linux 内核采用的是整体式结构（Monolithic），整个内核是一个单独的、非常大的程序，这____________样虽然能够使系统的各个部分直接沟通，提高系统响应速度，但与嵌入式系统存储容量小、 资源有限的特点不相符合。因此，在嵌入式系统经常采用的是另一种称为微内核（Microkernel） 的体系结构，即内核本身只提供一些最基本的操作系统功能，如任务调度、内存管理、中断 处理等，而类似于文件系统和网络协议等附加功能则运行在用户空间中，并且可以根据实际 需要进行取舍。这样就大大减小了内核的体积，便于维护和移植。 ? 提高的系统实时性 由于现有的Linux 是一个通用的操作系统，虽然它也采用了许多技术来加快系统的运行 和响应速度，但从本质上来说并不是一个嵌入式实时操作系统。因此，利用Linux 作为底层 操作系统，在其上进行实时化改造，从而构建出一个具有实时处理能力的嵌入式系统，如RT-Linux 已经成功地应用于航天飞机的空间数据采集、科学仪器测控和电影特技图像处理等 各种领域。 嵌入式Linux 同Linux 一样，也有众多的版本，其中不同的版本分别针对不同的需要在内核等方面加入了特定的机制。嵌入式Linux 的主要版本如表4.1所示。 表4.1 嵌入式Linux主要版本 版本简单介绍 μCLinux 开放源码的嵌入式Linux 的典范之作。它主要是针对目标处理器没有存储管理单元 MMU，其运行稳定，具有良好的移植性和优秀的网络功能，对各种文件系统有完备 的支持，并提供标准丰富的API RT-Linux 由美国墨西哥理工学院开发的嵌入式Linux硬实时操作系统。它已有广泛的应用 Embedix 根据嵌入式应用系统的特点重新设计的Linux发行版本。它提供了超过25种的Linux 《嵌入式Linux应用程序开发详解》——第4章、嵌入式系统基础 系统服务，包括Web服务器等。此外还推出了Embedix的开发调试工具包、基于图 形界____________面的浏览器等。可以说，Embedix是一种完整的嵌入式Linux解决方案
10-1 嵌入式Linux系统概述 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、功耗等方面有特殊要求的专用计算机系统。 Linux在所有的操作系统中，Linux 是一个发展最快、应用最为广泛的操作系统。 所谓嵌入式Linux，是指Linux 在嵌入式系统中应用，而不是什么嵌入式功能。实际上，嵌入式Linux 和Linux 是同一件事。 10-2 Linux启动过程综述 一. Bootloader 二.Kernel引导入口 三.核心数据结构初始化--内核引导第一部分 四.外设初始化--内核引导第二部分 五.init进程和inittab引导指令 六.rc启动脚本 七.getty和login 八.bash 附：XDM方式登录 Bootloader 简单地说，BootLoader就是在操作系统内核运行之前运行的一段小程序。通过这段小程序，我们可以初始化硬件设备、建立内存空间映射图，从而将系统的软硬件环境带到一个合适状态，以便为最终调用操作系统内核准备好正确的环境。在嵌入式系统中，通常并没有像BIOS那样的固件程序（注，有的嵌入式CPU也会内嵌一段短小的启动程序），因此整个系统的加载启动任务就完全由BootLoader来完成。 在Alpha/AXP平台上引导Linux通常有两种方法，一种是由MILO及其他类似的引导程序引导，另一种是由Firmware直接引导。MILO功能与i386平台的LILO相近，但内置有基本的磁盘驱动程序(如IDE、SCSI等)，以及常见的文件系统驱动程序(如ext2，iso9660等)，firmware有ARC、SRM两种形式，ARC具有类BIOS界面，甚至还有多重引导的设置;而SRM
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。
从软件工程的角度来说，嵌入式应用软件也有一定的生命周期，如要进行需求分析、系统设计、代码编写、调试和维护等工作，软件工程的许多理论对它也是适用的。 但和其他通用软件相比，它的开发有许多独特之处： ·在需求分析时，必须考虑硬件性能的影响，具体功能必须考虑由何种硬件实现。 ·在系统设计阶段，重点考虑的是任务的划分及其接口，而不是模块的划分。模块划分则放在了任务的设计阶段。 ·在调试时采用交叉调试方式。 ·软件调试完毕固化到嵌入式系统中后，它的后期维护工作较少。 下面主要介绍分析和设计阶段的步骤与原则： 1、需求分析 对需求加以分析产生需求说明，需求说明过程给出系统功能需求，它包括：·系统所有实现的功能 ·系统的输入、输出 ·系统的外部接口需求（如用户界面） ·它的性能以及诸如文件/数据库安全等其他要求 在实时系统中，常用状态变迁图来描述系统。在设计状态图时，应对系统运行过程进行详细考虑，尽量在状态图中列出所有系统状态，包括许多用户无需知道的内部状态，对许多异常也应有相应处理。 此外，应清楚地说明人机接口，即操作员与系统间地相互作用。对于比较复杂地系统，形成一本操作手册是必要的，为用户提供使用该系统的操作步骤。为使系统说明更清楚，可以将状态变迁图与操作手册脚本结合起来。
在对需求进行分析，了解系统所要实现的功能的基础上，系统开发选用何种硬件、软件平台就可以确定了。 对于硬件平台，要考虑的是微处理器的处理速度、内存空间的大小、外部扩展设备是否满足功能要求等。如微处理器对外部事件的响应速度是否满足系统的实时性要求，它的稳定性如何，内存空间是否满足操作系统及应用软件的运行要求，对于要求网络功能的系统，是否扩展有以太网接口等。 对于软件平台而言，操作系统是否支持实时性及支持的程度、对多任务的管理能力是否支持前面选中的微处理器、网络功能是否满足系统要求以及开发环境是否完善等都是必须考虑的。 当然，不管选用何种软硬件平台，成本因素都是要考虑的，嵌入式Linux 正是在这方面具有突出的优势。 2、任务和模块划分 在进行需求分析和明确系统功能后，就可以对系统进行任务划分。任务是代码运行的一个映象，是无限循环的一段代码。从系统的角度来看，任务是嵌入式系统中竞争系统资源的最小运行单元，任务可以使用或等待CPU、I/O设备和内存空间等系统资源。 在设计一个较为复杂的多任务应用系统时，进行合理的任务划分对系统的运行效率、实时性和吞吐量影响都极大。任务分解过细会不断地在各任务之间切换，而任务之间的通信量也会很大，这样将会大大地增加系统的开销，影响系统的效率。而任务分解过粗、不够彻底又会造成原本可以并行的操作只能按顺序串行执行，从而影响系统的吞吐量。为了达到系统效率和吞吐量之间的平衡折中，在划分任务时应在数据流图的基础上，遵循下列步骤和原则：
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
通用PC系统与嵌入式系统的区别.txt精神失常的疯子不可怕，可怕的是精神正常的疯子！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准微处理器高。但是，嵌入式微处理器在功能方面与标准的微处理器基本上是一样的。根据实
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
嵌入式LI N UX系统的实现 检修厂 王小康 摘 要 嵌入式系统正变得越来越流行。被广泛地应用在各种网络设备、控制设备以及个人的数字工具如PDA中。文章论述了作者在嵌入式操作系统领域里所做的研究和实践工作,主要的工作围绕着将L i nux改造成嵌入式操作系统所进行的具体工作展开,包括单板配置代码,系统的引导与修改,核心映象定制与修改和调试工作。 1 引言 在当今数字信息技术、网络技术高速发展与发达的后PC时代,嵌入式系统无处不在,并将不断涌现出新的嵌入式应用系统。传统的操作系统软件[1][2]很难有效地支持嵌入式应用系统的快速开发,因而研究与开发嵌入式操作系统,对有效的支持广大的嵌入式应用系统开发具有重大意义,是十分必要的。L i n ux正在向嵌入式领域的各个方面进军,在不久的将来,我们可以发现嵌入式L i n ux的广泛的应用:各种车载嵌入式设备(GPS,电子地图)、消费电子设备、手持电脑(H PC,PDA)、蜂窝电话、Internet接入设备、工控设备以及各种网络的基础设施(网管设备,路由,网关,交换器,HUB等)[3]。 本文是围绕着嵌入式L i n ux系统的实现展开的。首先介绍嵌入式L i n ux系统的硬件结构和软件结构;然后对基于L i n ux的嵌入式实时操作系统的实现过程进行详细的阐述;最后是简短的总结。 2 嵌入式L inux系统的硬件结构 嵌入式L i n ux系统硬件系统是个微形化的专用PC,它包括系统主机扳、通讯接口板、图象处理和显示板、输入控制板以及存储板等。主机板可采用嵌入式X86CPU系列,图象处理和显示板能支持MPEG数字解压缩和电视终端显示,输入控制包括遥控键盘、遥控器和其他一些输入设备接口,存储板主要 要求。 7 设计报警和连锁保护系统 报警系统的作用在于及时提醒操作人员密切注意监视生产状况,以便采取措施减少事故的发生,连锁保护系统是指当生产出现严重事故时,为保证设备和人身的安全,使各个设备按一定次序紧急停下来。在焙烧炉的炉顶温度控制中,根据工艺要求,一个高限报警温度为480度;三个连锁保护温度设定,一个超高限报警温度自动连锁烧嘴,引起烧嘴自动熄火,从而立即引起调节阀的自动关闭,防止煤气流入焙烧炉,一个低限位报警温度用来连锁模式的切换,使模式从酸模式自动切换到水模式,另一个超低限位报警温度用来连锁三个喷枪,使得三个喷枪自动从焙烧炉提升出来,从而保护喷枪。 8 控制系统的调试和运行状况 控制系统安装完成后,应随生产过程进行试运行,按控制要求检查和调整各控制仪表和设备的工作状况,包括调节器的P、I等参数整定,依次将全部控制系统投入运行,在从投入运行到现在有半年多的时间了,发现焙烧炉的炉顶温度控制效果好,系统运行比较稳定。 20
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。