宋连洁
深圳市凯迪仕软件有限公司
摘要：科技在不断的发展，社会在不断的进步，操作系统中嵌入式的运作体系是镶嵌式操作体系的软件心脏，更标准地说是组建系统软件的心脏合成部分。随着嵌入式的软件系统在平常生活场景的持续深入运作，使用者对此类操作系统的理论层面的要求也越来越高，单一的老式的前后台形式或者多次螺旋制导形式已经无法满足使用者要求，从而让嵌入式运作体系的理论层面研究特别引人注目，从理论角度出发进行了分析和研究。
关键词：嵌入式；操作系统；理论；Linux系统
引言
嵌入式系统无处不在，遍及航空航天、汽车电子、网络产品、智能家电等领域，在这些系统中通常需配置嵌入式操作系统，进行嵌入式软硬件资源的管理。其中，一些系统对于实时性要求严格，如航空航天领域中的控制设备、通信设备等，要求采用的操作系统具有良好实时性，这类操作系统统称为嵌入式实时操作系统(ＲTOS)。嵌入式实时操作系统根据具体的应用场景，又可细分为4个种类:1)轻量级:面向微型节点，如传感器、作动器等，具备小规模、低功耗等特征。2)实时多任务:面向通用场景，如控制、通信、显示等，具备良好实时性、可定制性。3)健壮分区:面向综合化场景的多应用隔离需求，具备时/空隔离、健康监控等特征。4)多级安全:面向要求信息防护能力的场景，具备可信内核、安全通信等特征。上述各类嵌入式实时操作系统的应用场景、功能要求、质量属性均存在一定的差异，当前每类操作系统都满足特定的用况，通常采用不同软件架构。随着操作系统种类增多、规模变大，陆续出现了软件重用、维护、认证等方面的一系列问题，学术界与工业界开始探索一种操作系统软件架构，可以满足多种应用模式使用需求。
1嵌入式操作系统的特点
嵌入式操作系统简称EOS，这是一种用途非常广泛的系统软件，其能够完成软硬件资源的合理分配，并且还能对相关任务进行调度和控制，在对EOS进行应用时，可以通过模块设计，来满足系统所要求的功能。目前，较为常用的嵌入式实时操作系统有Linux、VxWorks、WindowsEmbedded等。计算机网络时代的到来，促进了嵌入式操作系统的发展，并使其具备了如下特点：1)内核小目前，大部分嵌入式系统都是在小型电子装置中应用，由于装置本身的体积较小，从而使得系统的资源相对比较有限，所以要求EOS必须足够小，这样才能满足电子装置的运行需要，如，由瑞典ENEA嵌入式技术有限公司研发的OSE系统，其内核仅为5K。2)实时性高对于某些实时性较高的系统软件而言，由于需要通过固态的方式对相关数据进行存储，从而达到提升运行速度的目的，所以必须保证嵌入式操作系统具有较高的实时性。基于这一前提，目前广泛应用的各种嵌入式操作系统都有较高的实时性，作这也成为此类系统较为突出的特点之一。3)专用性强嵌入式操作系统一般都是按照用户的实际需要进行设计开发，由此使得系统本身具有了较强的个性化特点，在整个系统中，软件与硬件之间的结合十分紧密，当需要对系统进行移植时，只要针对硬件即可。
2嵌入式系统的理论
2．1嵌入式系统互联模型，第一开放性系统互联模型
为了确保各生产商家实现操作交互性，体系性设备互联开始应用。OSI体系为此类模式的构建提供了理论依据，定义了各个层之间统一规定，可以确保放开性系统的信息和联系。场面总线及其网络模型。场面线圈是一种网络沟通模式，可以实现监控和操作。构建场面总线模型时可以使用7层OSI结构实现通信，监控网络总线必须对开放性和OSI模型的适应性进行分析。典型总线控制主要由应用层、数据链路层和物理层构成，可以满足现场性能要求。商场以太网模式。商业以太网是实现数字传送的信息传送系统，可以借助网线完成自动调制和测量。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆该模型主要解决总线供电、统一应用层协议、现场环境安全、传输距离及通信准确性等问题。异常网络通信模型。异常网络模型由多个圈层组成，根据任务和协定的转变完成异常网络联系。
2.2调度与控制
嵌入式实时操作系统主要是为了可以智能化对象系统。因此在实际应用当中，嵌入式系统更多发挥的是调度与控制的作用。实时性主要包括在软件和硬件两个方面。我们知道计算机在处理软件程序的时候，因软件开发人员的水平参差不平，导致开发出来的软件程序也会有优劣之分，从而在执行软件程序的过程中，时间消耗不可控。与此相反，硬件设备在出厂时就已经确定的。因此到了具体设计当中，需要综合考虑这两个方面，结合双方的优缺点进行完美搭配，从而最大限度的提高计算机的工作效率。
2.3安全网络协议栈
网络的基础核心是TCP/IP协议栈,是一切网络通信的基础,是所有网络攻击的通道,它的安全是一切网络安全防御的前提。嵌入式操作系统通过在现有以太网协议栈基础上,扩展移植IPSec[6]实现TCP/IP安全网络协议栈,形成一个自主可控嵌入式网络安全协议栈软件。在嵌入式安全应用场景中,发送IP数据包之前,实现对IP包的一些重要部分进行加密和验证计算,由接收端对这部分进行解密和验证,为IP网络通信提供透明的安全服务,保护IP数据包安全,避免TCP/IP通信免遭窃听和篡改,并为地域网络攻击提供防护措施,实现嵌入式网络应用的安全通信。IPSec安全协议栈在IP层对IP报文提供安全服务,以数据包为处理对象,在IP数据包中增加字段来保证IP包的完整性、私有性和真实性,以及如何加密数据包,保障嵌入式系统数据就可以安全地在公网上传输。IPSec协议属于两个节点间网络安全通信的标准架构,通过对每个IP报文进行加密和认证来实现。IPSec发送方在通过网络传输包前对包进行加密保证数据机密性;IPSec接收方对发送方发送来的包进行认证,以确保数据在传输过程中没有被篡改保证数据完整性;IPSec接收方对IPSec包的源地址进行认证提供数据来源认证;IPSec接收方可检测并拒绝接收过时或重复的报文具备反重放能力。
2.4μC/OS-Ⅱ和Linux的理论性比较
很多人都知道，现下使用的Linux操作系统在设计的开始阶段主要是运用普通的分时系统，由于Linux操作系统自身就包含有特别的优点，比如：开放性等，以及跟随Linux操作系统在嵌入式研讨控制区域中的普遍使用，如何更高效地提升Linux的软性、硬性理论研究是一个及其重要问题，面对理论性研究和日前较为倡导的μC/OS-Ⅱ理论实操系统提供详细的分析，从而给该运作体系的嵌入式创造者贡献一些理论改良的目标。Linux和μC/OS-Ⅱ在理论性比较的方向主要有：时间粒度，响应中断，内核的抢占，进程调度策略，数据结构的组织，内外存的管理，优先级反转或倒置。
结语
现在，嵌入式系统已经被更多地应用在生活中的方方面面。跟随硬件设计和软件设计技术的发展，作为嵌入式系统的一个组成部分嵌入式操作系统，逐渐展现着越来越重要的用途。在工作实际中，嵌入式系统常常具备有比较可靠的时效性，这就意味着嵌入式操作系统要具备更高的时效性，因此嵌入式操作系统一般都是实时操作系统，对嵌入式操作系统实时性的改进是嵌入式操作系统的一个研究热点。
参考文献
[1]杨朋霖,陶利民,王海涛.物联网环境下嵌入式操作系统的安全性设计[J].微电子学与计算机,2018,35(11):121-125.
[2]李运喜.物联网环境下嵌入式操作系统技术特性研究[J].航空计算技术,2018,48(06):86-89+94.
[3]杨昊天.嵌入式Linux操作系统的实现及其应用研究[J].物联网技术,2015,5(12):58-60.
论文作者:宋连洁
论文发表刊物:《中国西部科技》2019年第21期
论文发表时间:2019/11/26
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