关于嵌入式操作系统几个主流方向的比较

后面应该是同济软件学院院长的一个讲话稿，在不同的地方，不同的时间讲了很多次。在校内对新生培训的时候还加了一些宣传其学院的内容。但仍然不失为了解嵌入式软件开发几个主流路径的好文章。另外这篇文章年纪应该比较大了，能够查到的最早大概在08年。

总的看下来，再根据我自己的开发经验，另外有些想法。

WINCE在基于PDA或者一些轻量级手持终端的应用上目前是霸主地位（更重量级的终端比如排号机、银行终端，用的都是WinXP Embedded或者国内大多直接就是WINXP，因为不要钱-_-！），不是因为它先进，而是因为它开发的通用、简单程度。会从底层做上去的嵌入式开发工程师比基于windows的开发工程师难找得多，后者随便抓个学计算机的就能搞定。所以除非是要自己从头开发PDA的厂商，其它地方基本没有wince工程师。大头就是GIS或者GPS应用，全是WINCE。另外一个是工控机，但这个概念现在和以前其实发生了很大变化，原因是MCU计算能力的极度提升。

Linux在嵌入式方向应用非常广泛，工控、测量、安防、网络、物联网等等大多是基于linux的。主要原因我想是因为开源。因为要支持的硬件类型和应用需求实在太多，只有开源才能满足许多特定的要求。只要你有能力，基本上是想怎么改就怎么改。wince嘛，大家都知道，微软一贯都是遮遮掩掩的态度。现在linux对嵌入式的支持越来越强，从内核架构就开始在改（实时性）。所以以后嵌入式的主流肯定是linux。当然，这里面少不了android的有力支持。对于wince来说，android才是致命杀手。

再下来就是vxworks，这个操作系统其实是日暮西山。它最辉煌的时候是linux还未向嵌入式入侵的那些年。现在由于linux向低端迅猛发展，vxworks在性价比、开发难度和可维护性上的劣势暴露无遗。一句话，好日子到头了。

至于最底层的UC/OS，在一些特定的场合仍然有用武之地。主要是多任务实时性要求非常高，而对联网及显示功能要求不高的应用。还有就是存储空间，linux再怎么裁剪也不可能跟UCOS比。单片机上的多任务应用，毫无疑问就是UC/OS了。不要忘了，ARM开发Cortex-M系列内核的时候，目标以及用来定义需求、测试的操作系统就是UC/OS-II！

———————————————————————分割线————————————————————

搞嵌入式开发的人有两类：一类是学电子工程、通信工程等偏硬件专业出身的人，他们主要是搞硬件设计，有时要开发一些与硬件关系最密切的最底层软件，如BootLoader、 Board Support Package(像PC的BIOS一样，往下驱动硬件，往上支持操作系统)，最初级的硬件驱动程序等。他们的优势是对硬件原理非常清楚，不足是他们更擅长定义各种硬件接口，但对复杂软件系统往往力不从心(例如嵌入式操作系统原理和复杂应用软件等)。另一类是学软件、计算机专业出身的人，主要从事嵌入式操作系统和应用软件的开发。如果我们学软件的人对硬件原理和接口有较好的掌握，我们完全也可写BSP和硬件驱动程序。嵌入式硬件设计完后，各种功能就全靠软件来实现了，嵌入式设备的增值很大程度上取决于嵌入式软件，这占了嵌入式系统的最主要工作(目前有很多公司将硬件设计包给了专门的硬件公司，稍复杂的硬件都交给台湾或国外公司设计，国内的硬件设计力量很弱，很多嵌入式公司自己只负责开发软件，因为公司都知道，嵌入式产品的差异很大程度在软件上，在软件方面是最有"花头"可做的)，所以我们搞软件的人完全不用担心我们在嵌入式市场上的用武之地，越是智能设备越是复杂系统，软件越起关键作用，而且这是目前的趋势。

从事嵌入式软件开发的好处是：

(1) 目前国内外这方面的人都很稀缺。一方面，是因为这一领域入门门槛较高，不仅要懂较底层软件(例如操作系统级、驱动程序级软件)，对软件专业水平要求较高(嵌入式系统对软件设计的时间和空间效率要求较高)，而且必须懂得硬件的工作原理，所以非专业IT人员很难切入这一领域；另一方面，是因为这一领域较新，目前发展太快，很多软硬件技术出现时间不长或正在出现(如ARM处理器、嵌入式操作系统、MPEG技术、无线通信协议等)，掌握这些新技术的人当然很难找。嵌入式人才稀缺，身价自然就高，越有经验价格就越高。其实嵌入式人才稀少,根本原因可能是大多数人无条件接触，这需要相应的嵌入式开发板和软件，另外需要有经验的人进行指导开发流程。

(2) 与企业计算等应用软件不同，嵌入式领域人才的工作强度通常低一些(但收入不低)。搞企业应用软件的IT企业，这个用户的系统搞完了，又得去搞下一个用户的，而且每个用户的需求和完成时间都得按客户要求改变，往往疲于奔命，重复劳动。相比而言，搞嵌入式系统的公司，都有自己的产品计划，按自己的节奏行事。所开发的产品通常是通用的，不会因客户的不同而修改。一个产品型号开发完了，往往有较长一段空闲时间(或只是对软件进行一些小修补)，有时间进行充电和休整。另外，从事嵌入式软件的每个人工作范围相对狭窄，所涉及的专业技术范围就是那些(ARM、RTOS、MPEG、802.11等)，时间长了这些东西会越搞越有经验，卖卖老本，几句指导也够让那些初入道者琢磨半年的。若搞应用软件，可能下一个客户要换成一个完全不同的软件开发平台，那就苦了。

(3) 哪天若想创业，搞自已的产品，那么嵌入式是一个不错的主意，这可不像应用软件那样容易被盗版。我们这届有个同学自己有点此类小生意,具体做什么的没细问, 他每月要进货几千片8位单片机，现在自己已经有车有房了。还有现在开发的饭馆用的点菜PDA(WinCE平台，可无线连网和上网)，据说销路不错，饭馆点点PDA让客户点菜，多显派头档次。这些PDA的硬件设计一般都是请别的公司给订做(这叫“贴牌”：OEM)，都是通用的硬件，我们只管设计软件就变成自己的产品了。

从事嵌入式软件开发的缺点是：

(1) 入门起点较高，所用到的技术往往都有一定难度，若软硬件基础不好，特别是操作系统级软件功底不深，则可能不适于此行。

(2) 这方面的企业数量要远少于企业计算类企业。特别是从事嵌入式的小企业数量较多(小企业要搞自己的产品创业)，知名大公司较少(搞嵌入式的大公司主要有 Intel、Motorola、TI、Philip、Samsung、Sony、Futjtum、Bell-Alcatel、意法半导体、 Microtek、研华、华为、中兴通信、上广电等制造类企业)。这些企业的习惯思维方式是到电子、通信等偏硬专业找人。

(3)有少数公司经常要硕士以上的人搞嵌入式，主要是基于嵌入式的难度。但大多数公司也并无此要求，只要有经验即可。

同学们若学习嵌入式，显然应偏重于嵌入式软件，特别是嵌入式操作系统方面，应是我们的强项。对于搞嵌入式软件的人，最重要的技术显然是(实际上很多公司的招聘广告上就是这样写的)：

(1) 掌握主流嵌入式微处理器的结构与原理

(2) 必须掌握一个嵌入式操作系统

(3) 必须熟悉嵌入式软件开发流程并至少做过一个嵌入式软件项目。

在嵌入式软件方面最重要的课程包括：

(1) 嵌入式微处理器结构与应用：这是一门嵌入式硬件基础课程，我们说过，嵌入式是软硬件结合的技术，搞嵌入式软件的人应对ARM处理器工作原理和接口技术有充分了解，包括ARM的汇编指令系统。若不了解处理器原理，怎么能控制硬件工作，怎么能写出节省内存又运行高速的最优代码(嵌入式软件设计特别讲究时空效率)，怎么能写出驱动程序(驱动程序都是与硬件打交道的)？很多公司招聘嵌入式软件人员时都要求熟悉ARM处理器，将来若同学到公司中从事嵌入式软件开发，公司都会给你一本该设备的硬件规格说明书
(xxx Specification)，你必须能看懂其中的内存分布和端口使用等最基本的说明(就像x86汇编一样)，否则怎么设计软件。有些同学觉得嵌入式处理器课程较枯燥，这主要是硬件课程都较抽象的原因。还有同学对ARM汇编不感兴趣，以为嵌入式开发用C语言就足够了。其实不应仅是将汇编语言当成一个程序设计语言，学汇编主要是为了掌握处理器工作原理的。一个不熟悉汇编语言的人，怎么能在该处理器写出最优的C语言代码。在嵌入式开发的一些关键部分，有时还必须写汇编，如Bootloader等(可能还包括BSP)。特别是在对速度有极高要求的场合(如DSP处理器的高速图像采集和图像解压缩)，目前还会用到汇编写程序的，尽管用到的机会相对C要小得多。当你在一个嵌入式公司工作时，在查看描述原理的手册时，可能很多都是用汇编描述的，这是因为很多硬件设计人员只会写或者喜欢用汇编描述，此时你就必须看懂汇编程序，否则软硬件人员可能就无法交流。很多嵌入式职位招聘时都要求熟悉汇编。

(2) 嵌入式操作系统类课程

除了WinCE的实时性稍差外，大多数嵌入式操作系统的实时性都很强，所以也可称为实时操作系统Real TimeOperating System。从事嵌入式的人至少须掌握一个嵌入式操作系统(当然掌握两个更好)，这在嵌入式的所有技术中是最为关键的了。

目前最重要的RTOS主要包括：第一类、传统的经典RTOS：最主要的便是Vxworks操作系统，以及其Tornado开发平台。Vxworks因出现稍早，实时性很强(据说可在1ms内响应外部事件请求)，并且内核可极微(据说最小可8K)，可靠性较高等，所以在北美，Vxworks占据了嵌入式系统的多半疆山。特别是在通信设备等实时性要求较高的系统中，几乎非Vxworks莫属。Vxworks的很多概念和技术都和Linux很类似，主要是C语言开发。像Bell-
alcatel、Lucent、华为等通信企业在开发产品时，Vxworks用得很多。但Vxworks因价格很高，所以一些小公司或小产品中往往用不起。目前很多公司都在往嵌入式Linux转(听说华为目前正在这样转)。但无论如何，Vxworks在一段长时间内仍是不可动摇的。与Vxworks类似的稍有名的实时操作系统还有pSOS、QNX、Nucleus等RTOS。

第二类、嵌入式Linux操作系统：Linux的前途除作为服务器操作系统外，最成功的便是在嵌入式领域的应用，原因当然是免费、开源、支持软件多、呼拥者众，这样嵌入式产品成本会低。Linux本身不是一个为嵌入式设计的操作系统，不是微内核的，并且实时性不强。

目前应用在嵌入式领域的Linux系统主要有两类：一类是专为嵌入式设计的已被裁减过的Linux系统，最常用的是uClinux(不带MMU功能)，目前占较大应用份额，可在ARM7上跑；另一类是跑在 ARM 9上的，一般是将Linux 2.4.18内核移植在其上，可使用更多的Linux功能(当然uClinux更可跑在ARM 9上)。很多人预测，嵌入式Linux预计将占嵌入式操作系统的50%以上份额，非常重要。缺点是熟悉Linux的人太少，开发难度稍大。另外，目前我们能发现很多教材和很多大学都以ucOS/II为教学用实时操作系统，这主要是由于ucOS/II较简单，且开源，非常适合入门者学习实时操作系统原理，但由于ucOS/II功能有限，实用用得较少。况且熟悉了Linux开发，不仅在嵌入式领域有用，对开发Linux应用软件，对加深操作系统的认识也有帮助，可谓一举多得。据我所知，目前Intel、Philip都在大搞ARM+LINUX的嵌入式开发，Fujitum则是在自己的处理器上大搞Linux
开发。目前在嵌入式Linux领域，以下几个方面的人特别难找，一是能将Linux移植到某个新型号的开发版上；二是能写Linux驱动程序的人； 三是熟悉Linux 内核裁减和优化的人。不过LINUX有一个硬伤，就是没有WINDOWS那样的友好方便美观的交互界面，不然微软帝国早就守不住了。

第三类、 Windows CE嵌入式操作系统：Microsoft也看准了嵌入式的巨大市场，MS永远是最厉害的，WinCE出来只有几年时间，但目前已占据了很大市场份额，特别是在PDA、手机、显示仪表等界面要求较高或者要求快速开发的场合，WinCE目前已很流行(据说有一家卖工控机的公司板子卖得太好，以至来不及为客户裁减WinCE)。WinCE目前主要为4.2版(.NET)，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，由于WinCE开发都是大家熟悉的VC++环境，所以我院学过Windows程序设计课程的同学都不会有多大难度，这也是WinCE容易被人们接受的原因，开发环境方便快速，微软的强大技术支持，WinCE开发难度远低于嵌入式Linux。对于急于完成，不想拿嵌入式Linux冒险的开发场合，WinCE是最合适了(找嵌入式Linux的人可没那么好找的)，毕竟公司不能像学生学习那样试试看，保证开发成功更重要。根据不同的侧重点
，WinCE还有两个特殊版本，一个是MS PocketPC操作系统专用于PDA上(掌上电脑)，另一个是MS SmartPhone操作系统用于智能手机上(带PDA功能的手机)，两者也都属于WinCE平台。在PDA和手机市场上，除WinCE外，著名的PDA 嵌入式操作系统还有Palm OS(因出现很早，很有名)、Symbian等，但在WinCE的强劲冲击下，Palm和Symbian来日还能有多长？同学学过VC++后再学 WinCE，非常方便自然，通过学习WinCE同样也可了解嵌入式软件的一般开发过程，对Linux有惧怕心理的同学也很合适。很显然，嵌入式Linux
永远不可能替代WinCE，而且将来谁占份额大还很难讲，毕竟很多人更愿意接受MS的平台，就像各国政府都在大力推LINUX已好长时间，但你能看到几个在PC机上真正使用LINUX的用户？据我观察，目前在嵌入式平台上，LINUX是叫得最响，但还是WinCE实际用得更多。嵌入式LINUX可能更多地是一些有长远产品计划的公司，为降低成本而进行长远考虑。WinCE和多媒体(如MPEG技术)是微软亚洲工程院目前做得较多的项目领域之一，现在社会很需要精通WinCE的人。现在有WINCE的智能手机，金山词霸、WORD、EXCEL、REGEDIT等居然都有
smartphone版的，PC上的MP3、DOC等居然在download时都可被自动转换成smartphone格式，很爽的。完全可用 Windows CE自己开发一些需要的程序download到自己的手机上。现在市面销售PDA智能手机火爆，MS总是财源滚滚。

总结关于嵌入式操作系统类课程，若你觉得自己功底较深且能钻研下去，则可去学嵌入式Linux；若你觉得自己VC++功底较好且想短平快地学嵌入式开发，自学WINCE是非常好的选择。

(3) 嵌入式开发的相关领域

搞嵌入式若能熟悉嵌入式应用的一些主要领域，这样的人更受企业欢迎。主要的相关领域包括：

A、数字图像压缩技术：这是嵌入式最重要最热门的应用领域之一，主要是应掌握MPEG编解码算法和技术，如DVD、MP3、PDA、高精电视、机顶盒等都涉及MPEG高速解码问题。

B、通信协议及编程技术：这包括传统的TCP/IP协议和热门的无线通信协议。首先，大多数嵌入式设备都要连入局域网或Internet，所以首先应掌握 TCP/IP协议及其编程，这是需首要掌握的基本技术；其次，无线通信是目前的大趋势，所以掌握无线通信协议及编程也是是很重要的。无线通信协议包括无线局域网通信协议802.11系列，Bluetooth，以及移动通信(如GPRS、GSM、CDMA等)。

C、网络与信息安全技术：如加密技术、数字证书CA以及各种网络安全设备，包括硬件防火墙、入侵检测IDS、还有防毒墙、IPS等，中国在这方面还是没有自己优势的，我们陈院长好象正在往这方面发展。

D、 DSP技术：DSP是Digital Signal Process数字信号处理的意思，DSP处理器通过硬件实现数字信号处理算法，如高速数据采集、压缩、解压缩、通信等。数字信号处理是电子、通信等硬件专业的课程，对于搞软件的人若能了解一下最好。目前DSP人才较缺。如果有信号与系统、数字信号处理等课程基础，对于学习MPEG编解码原理会有很大帮助。

(4)嵌入式开发的相关硬件基础

对于软件工程专业的学生，从事嵌入式软件开发，像数字电路、计算机组成原理、嵌入式微处理器结构等硬件课程是较重要的。另外，汇编语言、C/C++ 数据结构算法、特别是操作系统等软件基础课也是十分重要的。我们的主要目地是能看懂硬件工作原理，但重点应是在嵌入式软件，特别操作系统级软件，那将是我们的优势。我们的研究生里有些是学电子、通信类专业过来的，有较好的模拟电路和单片机基础，学嵌入式非常合适。

嵌入式本身就是从单片机发展过来的，只是单片机不带OS，而现在很多嵌入式应用越来越复杂，以至不得不引入嵌入式操作系统。另外，为追求更高速的信号处理速度，现在在一些速度要求较高场合，有不少公司是将一些DSP算法，如MPEG压缩解压缩算法等用硬件来实现，这就涉及到HDL数字电路设计技术及其 FPGA/IP核实现技术，这方面的人目前市场上也很缺。