該系統(tǒng)由內(nèi)向外可分操作系統(tǒng)層、任務(wù)層和硬件電路層三層，如圖3所示。嵌入式操作系統(tǒng)是嵌入式系統(tǒng)軟硬件資源的控制中心，它組織多個任務(wù)共享嵌入式系統(tǒng)的資源。常見的嵌入式實時操作系統(tǒng)有Window CE，VxWorks，μC/OS-Ⅱ，Linux等，后兩種操作系統(tǒng)免費公開源代碼。

　　2.1 嵌入式操作系統(tǒng)方案選擇

　　為了選擇合適的嵌入式操作系統(tǒng)，本文對開源的μC/OS-Ⅱ與Linux操作系統(tǒng)的進程調(diào)度、文件系統(tǒng)支持和系統(tǒng)移植等因素進行了分析比較，因為這是設(shè)計、應(yīng)用、移植嵌入式操作系統(tǒng)中的關(guān)鍵。

　　(1)進程調(diào)度

　　進程調(diào)度是操作系統(tǒng)協(xié)調(diào)調(diào)度系統(tǒng)中多任務(wù)對計算機系統(tǒng)內(nèi)部資源的爭奪使用。作為實時操作系統(tǒng)，μC/OS-Ⅱ采用可剝奪型實時多任務(wù)內(nèi)核，它在任何時候都運行已就緒的最高優(yōu)先級任務(wù)。μC/OS-Ⅱ最多可以支持64個任務(wù)，它通過就緒任務(wù)表尋找最高優(yōu)先級任務(wù)，并進行任務(wù)切換。

　　Linux操作系統(tǒng)則每隔一定時間掛起進程，同時系統(tǒng)產(chǎn)生快速和周期性的時鐘計時中斷，通過調(diào)度函數(shù)決定調(diào)用的進程。Linux操作系統(tǒng)每個進程的task_struct結(jié)構(gòu)中有調(diào)度策略、靜態(tài)優(yōu)先級、動態(tài)優(yōu)先級、時間片、實時優(yōu)先級等5個參數(shù)，Linux根據(jù)調(diào)度策略區(qū)分實時進程和普通進程，實時進程優(yōu)先于普通進程運行。Linux操作系統(tǒng)對于同一類型的不同進程，采用不同的標(biāo)準(zhǔn)來選擇進程：

　?、倨胀ㄟM程調(diào)度。當(dāng)調(diào)度策略的值為SCHED_OTHER時，為普通用戶進程，Linux采用動態(tài)優(yōu)先調(diào)度標(biāo)準(zhǔn)，選擇進程的依據(jù)是進程time_sli-ce的值。

　?、趯崟r進程調(diào)度。對手實時進程，Linux采用了兩種調(diào)度策略，即先來先服務(wù)調(diào)度和時間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度。當(dāng)調(diào)度策略的值為SCHED_FIFO時，選用先來先服務(wù)調(diào)度規(guī)則。當(dāng)調(diào)度策略的值為SCHED_RR時，選用時間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度規(guī)則，即時間片用完則釋放CPU，進程排到等待隊列末尾。

　　(2)文件系統(tǒng)

　　文件系統(tǒng)負責(zé)存取和管理文件信息。在嵌入式系統(tǒng)里，常見的文件系統(tǒng)有YAFFS，JFFS2，CramFS，RamFS，Ramdisk等。

　　μC/OS-Ⅱ操作系統(tǒng)本身沒有對文件系統(tǒng)的支持，雖然μC/OS-Ⅱ具有良好的擴展性能，如果需要也可自行擴展對文件系統(tǒng)的支持，但畢竟會增加開發(fā)工作量。

　　Linux操作系統(tǒng)則具有完善的文件系統(tǒng)，并且具有網(wǎng)絡(luò)優(yōu)勢，可以方便地支持網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)且內(nèi)嵌TCP/IP協(xié)議，這為Linux開發(fā)網(wǎng)絡(luò)接入設(shè)備提供了便利。

　　(3)操作系統(tǒng)的移植

　　嵌入式操作系統(tǒng)必須經(jīng)過移植才能夠在不同的微處理器上運行。μC/OS-Ⅱ和Linux都提供了開源代碼，其結(jié)構(gòu)化設(shè)計也便于裁剪，所以它們都能夠移植到新的處理器平臺。

　　①μC/OS-Ⅱ的移植。移植μC/OS-Ⅱ操作系統(tǒng)，目標(biāo)處理器必須滿足以下要求：處理器的C編譯器能產(chǎn)生可重入代碼，且用C語言就可以打開和關(guān)閉中斷;處理器有足夠的存儲容量作為多任務(wù)環(huán)境下的任務(wù)堆棧;處理器具備將堆棧指針和寄存器讀出和存儲到堆?；騼?nèi)存中的指令。所以μC/OS-Ⅱ的移植只需根據(jù)以上要求修改不同處理器之間的相關(guān)代碼。

　　②Linux的移植。

　　首先進行系統(tǒng)初始化：關(guān)閉Watchdog，改變系統(tǒng)時鐘，初始化存儲控制器，將操作系統(tǒng)內(nèi)核復(fù)制到內(nèi)存中。這一系列操作稱作BootLoa-der，通常移植U-boot來實現(xiàn)BootLoader的功能;其次進行Linux內(nèi)核移植：下載內(nèi)核源代碼，對內(nèi)核進行裁剪配置，編譯內(nèi)核生成鏡像文件，下載到目標(biāo)板;最后進行文件系統(tǒng)的移植：生成根文件系統(tǒng)目錄，移植Busybox，生成鏡像文件，下載到目標(biāo)板。綜上所述，μC/OS-Ⅱ和Linux二者都具有開源碼和滿足較高的實時性要求。μC/OS-Ⅱ是一種結(jié)構(gòu)小巧的實時操作系統(tǒng)，其內(nèi)核提供任務(wù)調(diào)度與管理、時間管理、任務(wù)間同步與通信、內(nèi)存管理和中斷服務(wù)等功能，最小內(nèi)核可編譯至2 kB，全部功能編譯后內(nèi)核也僅占6～10 KB。雖然μC/OS-Ⅱ執(zhí)行效率高，占用空間小，實時性能優(yōu)良，可擴展性能強，但μC/OS-Ⅱ系統(tǒng)缺少對文件系統(tǒng)的支持，所以μC/OS-Ⅱ適用于存儲資源比較有限的應(yīng)用場合和小的控制系統(tǒng)。然而Linux具有多任務(wù)、可定制內(nèi)核、完善的網(wǎng)絡(luò)通信、圖形及文件管理機制，可支持大量的外圍硬件設(shè)備等功能，其性能高效穩(wěn)定，開發(fā)及移植環(huán)境良好。鑒于該系統(tǒng)需完成多種任務(wù)控制和文件管理，且存儲資源充裕，也考慮到以后的網(wǎng)絡(luò)擴展，所以選用了Linux作為嵌入式操作系統(tǒng)。