Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Тип компьютерной операционной системы
Type of computer operating system
Встроенная операционная система (EOS) – это операционная система, разработанная специально для встраиваемых компьютерных систем. Эти системы предназначены для повышения функциональности и надежности при выполнении специализированных задач. Если используемый метод многозадачности обеспечивает своевременное выполнение задач, такая ОС может быть отнесена к операционным системам реального времени (RTOS).
An Embedded Operating System (EOS) is an operating system designed specifically for embedded computer systems. These systems aim to enhance functionality and reliability to perform dedicated tasks. When the multitasking method employed allows for timely task execution, such an OS may qualify as a real time operating system (RTOS).
Обзор
Встроенные операционные системы являются неотъемлемой частью потребительской электроники, такой как камеры и мобильные телефоны. Кроме того, они обеспечивают работу автомобильной электроники, поддерживая функции, такие как круиз-контроль и навигация. Более того, они необходимы для инфраструктуры автоматизации производства. К повседневным применениям EOS относятся устройства для офисной автоматизации, такие как сканеры изображений, копировальные аппараты и беспроводные точки доступа. Системы автоматизации дома, включая системы безопасности, также зависят от EOS.
Embedded Operating Systems are integral to consumer electronics such as cameras and mobile phones. Additionally, they powerautomotive electronics, aiding in functions like cruise control and navigation. Moreover, they are essential for factory automation infrastructure. Everyday applications of EOS include office automation devices such as image scanners, photocopiers, and wireless access points. Home automation systems, including security systems, also depend on EOS.
Дизайн
Встроенные системы состоят из процессора и соответствующего программного обеспечения. Встроенному программному обеспечению требуется хранилище для исполняемых файлов и временной обработки данных во время работы. Встроенные системы обычно используют ПЗУ и ОЗУ в качестве основных компонентов памяти. Для функционирования встроенным системам необходимы интерфейсы ввода и вывода. Аппаратные конфигурации встроенных систем часто уникальны и варьируются в зависимости от области применения. Учитывая ограниченность ресурсов аппаратного обеспечения встроенных систем, операционные системы разрабатываются с узкой специализацией, адаптированной к конкретным задачам, для обеспечения оптимальной работы в заданных аппаратных ограничениях. Выбор встроенной операционной системы, которая организует и управляет аппаратным обеспечением, часто определяет дополнительные необходимые аппаратные компоненты. Разработчики программного обеспечения могут писать критически важный код на языке ассемблера для максимального использования вычислительной мощности центрального процессора (CPU). Язык ассемблера, будучи машино-эффективным, может повысить скорость в детерминированных системах, но может снизить переносимость и удобство сопровождения. Зачастую встроенные операционные системы кодируются на переносимых языках программирования, таких как C.
Embedded systems comprise a processor and corresponding software. Embedded software requires storage for executables and temporary data processing during runtime. Embedded systems typically utilize ROM and RAM as main memory components. For functionality, embedded systems necessitate input and output interfaces. Embedded hardware configurations are often unique, varying according to the application. Given the resource limitations of embedded system hardware, operating systems are designed with a narrow scope, tailored to specific applications to ensure optimal operation within hardware constraints. The choice of embedded operating system, which organizes and controls the hardware, often dictates the additional required embedded hardware components. Software developers might write essential code in assembly language to harness the full processing power of the Central Processing Unit (CPU). Assembly language, being machine efficient, can enhance speed in deterministic systems but may reduce portability and maintainability. Frequently, embedded operating systems are coded in portable programming languages like C.
Ранние встроенные операционные системы
Концепция многозадачного ядра реального времени возникла в конце 1970-х годов. В 1980-х годах, с ростом сложности приложений встраиваемых систем, операционные системы с многозадачными ядрами реального времени испытывали трудности в удовлетворении меняющихся требований разработки встраиваемых систем. Это привело к эволюции многозадачного ядра реального времени в полноценную операционную систему (RTOS), включающую в себя сетевые функции, управление файлами, средства разработки и отладки. Сегодня RTOS представляет собой глобальную индустрию. В 1981 году компания Ready Systems разработала VRTX32 – первое в мире коммерческое ядро реального времени для встраиваемых систем. В 1993 году, после слияния, компании Ready Systems и Microtec Research из Кремниевой долины разработали два новых ядра RTOS – VRTX32 и VRTXsa, основанные на VRTXmc. Параллельно была представлена интегрированная среда разработки VRTX, Spectra. В 1996 году Microsoft выпустила свою встраиваемую операционную систему WinCE, поддерживающую различные архитектуры процессоров, включая x86, ARM, SH4 и MIPS. WinCE устарела, и основная поддержка была прекращена в 2018 году. OS 9 и VxWorks также являются известными встраиваемыми операционными системами.
The concept of a real time multitasking kernel emerged in the late 1970s. During the 1980s, as embedded systems applications grew in complexity, operating systems with real time multitasking kernels struggled to meet the evolving demands of embedded development. This led to the evolution of the real time multitasking kernel into a comprehensive Operating System (RTOS), encompassing networking, file management, development, and debugging capabilities. Today, RTOS constitues a global industry. In 1981, Ready System developed VRTX32, the world’s first commercial embedded real time kernel. In 1993, following a merger, Ready System and Silicon Valley’s Microtec Research developed two new RTOS kernels, VRTX32 and VRTXsa, building upon VRTXmc. Concurrently, the VRTX integrated development environment, Spectra, was introduced. In 1996, Microsoft released its embedded operating system, WinCE, which supported various processor architectures including x86, ARM, SH4, and MIPS. WinCE has since become obsolete, with mainstream support having ended in 2018. OS 9 and VxWorks are also notable embedded operating systems.
Современные встроенные операционные системы
В современном ландшафте Интернета вещей (IoT) встроенные устройства встречаются повсеместно, и только в автомобилях используются сотни датчиков. Системы IoT, в отличие от традиционных встраиваемых систем, требуют сниженного энергопотребления, повышенной безопасности и надежности, а также возможности организации спонтанных сетей. Коммуникационный уровень должен обеспечивать преобразование между разнородными протоколами, а прикладной уровень – предоставлять возможности облачных вычислений через Интернет.
In the current landscape of the Internet of Things (IoT), embedded devices are ubiquitous, with cars alone utilizing hundreds of sensors. IoT systems, in contrast to traditional embedded systems, necessitate lower power consumption, enhanced safety and reliability, and the capability for ad hoc networking The communication layer must facilitate the conversion between diverse protocols, while the application layer should enable cloud computing capabilities over the Internet.
Современные встроенные операционные системы
В результате, несколько новых встраиваемых операционных систем приобрели популярность, таких как варианты Embedded Linux (OpenWrt, Zeroshell, Android, LineageOS, LEDE, LibreCMC), OpenHarmony, Oniro OS, HarmonyOS, NetBSD, PX5 RTOS, ThreadX, FreeRTOS и другие.
As a result, several new embedded operating systems have gained popularity, such as Embedded Linux variants (OpenWrt, Zeroshell, Android, LineageOS, LEDE, LibreCMC), OpenHarmony, Oniro OS, HarmonyOS, NetBSD, PX5 RTOS, ThreadX, FreeRTOS, among others.
Проекты на базе Linux
Разработано множество проектов, комплектов инструментов и фреймворков на базе Linux для создания операционных систем, предназначенных для работы на разнообразных встраиваемых системах. Яркими примерами являются OpenEmbedded, BusyBox, uClibc, musl libc и Buildroot.
Numerous Linux based projects, toolkits, and frameworks have been developed for creating operating systems that operate on a variety of embedded systems. Prominent examples of these include OpenEmbedded, BusyBox, uClibc, musl libc, and Buildroot.