作者：华清远见嵌入式学院。本章首先从嵌入式系统的定义、组成和特点，以及发展趋势三个方面简单地对嵌入式系统进行了介绍，并对实时操作系统的特点进行了说明。接着从内核结构的角度介绍了微内核和宏内核结构的区别。最后对微内核嵌入式操作系统 VxWorks的基本特点进行了说明。
VxWorks作为一款微内核嵌入式操作系统，在嵌入式系统领域内有着广泛的应用。我们从嵌入式系统的基本概念开始介绍。嵌入式系统是以特定的应用为中心，基于计算机技术构建，具备软硬件可裁减性质，专用于满足特定应用环境需求的专用计算机系统。这种系统的硬件通常由嵌入式微处理器和外围硬件设备组成，而软件主要包括底层系统软件和用户应用软件。嵌入式系统的特点包括专用性、软硬件的可裁减与配置、低功耗、高可靠性和稳定性、软件代码的精简性、代码的固化性、实时性、弱交互性，以及需要专门的开发工具和环境。开发人员需要具备较高技能，因为嵌入式系统是技术密集型的。
实时操作系统（RTOS）的特点是能够及时响应外部或内部事件的请求，在确定的时间内完成任务。它的核心目标是保证系统的可预测性和稳定性，以满足实时性要求。常见的RTOS有VxWorks、RTLinux、FreeRTOS等。实时操作系统在很多关键领域有应用，比如航空、医疗、工业自动化等，都对系统响应时间有严格要求。
VxWorks操作系统的特点在于它的微内核架构。在讨论微内核与宏内核之前，需要明确内核结构的概念。内核是操作系统的核心部分，它负责管理计算机硬件资源，提供系统服务。宏内核将大多数服务和驱动程序集成在一个单一的内核空间，虽然效率较高，但缺点是当内核中的某部分出现问题时，整个系统可能变得不稳定。微内核则是尽量减少内核提供的服务，只保留最基本的服务（如最低级的硬件抽象、线程管理和通信机制），而其他服务如文件系统、驱动程序、网络功能等，都运行在用户空间。这种结构虽然牺牲了一些性能，但提高了系统的稳定性和安全性。
VxWorks作为一款微内核RTOS，它具备了微内核架构的优势，同时也有一些自身的特点，比如它的实时性、可靠性、高效性和灵活性。VxWorks支持多任务处理，并为开发者提供了丰富的实时操作系统服务。VxWorks常用于航空、通信、消费电子和工业控制系统等领域。
嵌入式系统的发展趋势包括小型化、智能化、网络化和可视化。小型化指的是嵌入式设备变得更加轻便和便携，智能化意味着嵌入式设备具备更高级的处理能力和自适应能力。网络化强调的是设备之间的互联互通，而可视化则是为了提高用户交互的便利性。此外，多核技术的应用是大势所趋，多核处理器可以提高嵌入式系统的处理能力。低功耗设计是为了保证嵌入式系统能在较长时间内稳定运行，同时降低能耗，符合绿色环保的理念。在软件方面，嵌入式系统的代码应当具备高度的可靠性和短小精悍的特性，以适应有限的硬件资源。实时性是许多嵌入式应用的核心要求，因此设计时必须确保系统能及时响应外部事件。弱交互性表明嵌入式系统往往不需要复杂的用户输入设备，强调的是用户交互的简洁和便利性。
开发嵌入式系统需要专业的工具和环境，因为这不仅涉及到编程，还涉及到底层硬件的控制。开发人员需要对计算机技术、半导体技术和电子技术有深入的理解，并且能够将这些技术与具体的应用场景结合起来，以开发出符合特定需求的系统。随着物联网、云计算等技术的兴起，未来嵌入式系统将在更多领域中发挥作用，开发者也需要不断学习新知识，掌握新技术，以适应不断变化的技术发展趋势。
