嵌入式實時操作系統(tǒng)需求規(guī)格說明

1、需求規(guī)格說明Version: 1.0項目承擔隊伍：煙臺大學計算機學院E-fanciers 組撰寫人（簽名）：許超于歌完 成 日 期：2009-7-16本文檔使用小組： E-fanciers 小組評審負責人（簽名）：孝瑞評 審 日期：2009-7-19分類：軟件項目計劃使用者：E-fanciers目錄一、弓I言 41.1編寫目的 41.2項目背景 41.3定義 41.4參考資料： 5二、任務概述 52.1 目標 52.2運行環(huán)境 62.3條件與限制 6三、數(shù)據(jù)描述 73.1靜態(tài)數(shù)據(jù) 73.2動態(tài)數(shù)據(jù) 7四、功能需求 74.1功能劃分 74.2功能描述 7五、性能要求 85.1時間特性85.2適應

2、性8六、 運行需求 86.1用戶界面86.2硬件接口 96.3軟件接口 96.4故障處理10七、其他需求 109需求規(guī)格說明(Requirements Specification)引言1. 編寫目的（闡明編寫需求說明書的目的，指明讀者對象。）1. 作為嵌入式實時操作系統(tǒng)軟件系統(tǒng)開發(fā)技術(shù)協(xié)議的參考依據(jù)，為開發(fā)提供參考。2. 根據(jù)齊魯軟件設(shè)計大賽2009賽題嵌入式實時操作系統(tǒng) （RTOS）設(shè)計的要求特點和當前背景下此類軟件需求方向的特點，對被開發(fā)軟件系統(tǒng)的主要功能、性能進行完整描述，為軟件開發(fā)者進行詳細設(shè)計和編程提供基礎(chǔ)。3. 為軟件提供測試和驗收的依據(jù)，即為選取測試用例和進行驗收的依據(jù)。2. 項

3、目背景（可包括：（1）項目的委托單位,開發(fā)單位和主管部門；（2）該軟件系統(tǒng)與 其他系統(tǒng)的關(guān)系。）隨著微電子技術(shù)、計算機技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)已廣泛應用在各個 領(lǐng)域，包括消費電子、汽車電子、網(wǎng)絡(luò)通信、工業(yè)設(shè)備、航空航天和國防軍事等。隨著嵌入 式技術(shù)的發(fā)展，工業(yè)領(lǐng)域也一改過去傳統(tǒng)的單片機應用模式，逐漸將一些新嵌入式技術(shù)引入到系統(tǒng)中。特別是作為軟件基礎(chǔ)的嵌入式操作系統(tǒng)已廣泛為業(yè)界所接受，借以提高系統(tǒng)的開發(fā)效率和運行效率。是否采用嵌入式操作系統(tǒng)，已成為工業(yè)設(shè)備品質(zhì)優(yōu)劣的標志之一。當今的嵌入式操作系統(tǒng)領(lǐng)域呈現(xiàn)百家爭鳴的狀態(tài)。據(jù)最近的調(diào)查數(shù)據(jù)顯示， 嵌入式操作系統(tǒng)有數(shù)十種之多的。 這種多樣性

4、存在是必然的，是由嵌入式系統(tǒng)的定制性所決定的，是針對各個領(lǐng)域和行業(yè)的不同需求的應對。也就是說，各個嵌入式操作系統(tǒng)都有自己的應用領(lǐng)域，針對不同的應用沒有絕對的優(yōu)劣之分，不會出現(xiàn)一種操作系統(tǒng)壟斷的局面。自主開發(fā)嵌入式操作系統(tǒng)絕對不是多余的，也是是對這種多樣性的自然順應，應該可擁有自己的用武之地。有些國內(nèi)嵌入式廠商將希望寄托在Linux之上，以為它可以幫助解決所面臨的版稅和安Linux還是泊來貨，國人Linux是為桌面系統(tǒng)而設(shè)Linux的一統(tǒng)也違背了全等問題。但事實并非完全如此，至少在嵌入式系統(tǒng)領(lǐng)域。首先， 并未掌握其核心技術(shù)和進程，也并未解決對外依賴的問題。其次， 計的，并不能很好地滿足嵌入式系統(tǒng)

5、高效性和靈活性的要求；再次, 嵌入式系統(tǒng)應用靈活定制的本質(zhì)特性。3. 定義（列出文檔中用到的專門術(shù)語定義和縮寫詞的原文。）int tasklnit（void） ;/*創(chuàng)建一個任務，返回：返回任務編號tid, >0: 成功，其他：失敗.*/*name:任務名稱，entryPtr :任務函數(shù)入口，stack_size:任務棧大小，priority:任務優(yōu)先級*/int taskCreate（char *name，void *entryPtr，int stack_size，int priority）;/*啟動一個任務，讓taskCreat創(chuàng)建的任務參加調(diào)度 */int taskStart（un

6、signed char tid）;/*tid:任務編號，由taskCreate 返回*/int taskPriorityGet(unsigned char tid);int taskPrioritySet(unsigned char tid, int newPriority);/*獲取和設(shè)置任務優(yōu)先級，用于動態(tài)調(diào)整*/int taskSuspend(unsigned char tid);/*將任務掛起，該任務退出調(diào)度*/int taskDelete(unsigned char tid);/*將任務刪除 該任務退出調(diào)度且回收任務分配的資源*/int semCreate(void);/*互斥信號量

7、創(chuàng)建，返回信號量標識 sid, <0: 失敗*/int semTake(int sid);int semGive(int sid);/*互斥信號量獲取和釋放 */int taskSleep(int ticks);/*任務睡眠(非忙等),由任務自己調(diào)用，主動阻塞一段時間.時間單位為tick, 即10ms*/4. 參考資料(可包括：(1)項目開發(fā)計劃；(2)文檔所引用的資料，標準和規(guī)范。列出 這些資料的作者、標題、編號、發(fā)表日期、出版單位或資料來源。 )1 召阪貝.C/OS-口一源碼公開的實時嵌入式操作系統(tǒng).北京：中國電力出版 20022 鄭宗漢.實時系統(tǒng)軟件基礎(chǔ).北京：清華大學出版社， 2

8、0033 陳智育，溫彥軍，陳琪編著.VxWorks程序開發(fā)實踐.北京:人民郵電出版社,20044 羅蕾.嵌入式實時操作系統(tǒng)及應用開發(fā).北京：北京航空航天出版社，20075 于淵.自己動手寫操作系統(tǒng).北京：電子工業(yè)出版社，20056 LPC2138芯片手冊.任務概述1 .目標本軟件作品作為嵌入式實時操作系統(tǒng)系統(tǒng)，采用各種算法和策略， 始終保證系統(tǒng)行為的可預測性(Predictability)。可預測性是指在系統(tǒng)運行的任何時刻，在任何情況下，實時操作系統(tǒng)的資源調(diào)配策略都能為爭奪資源(包括CPU內(nèi)存等)的多個實時任務合理地分配資源，使每個實時任務的實時性要求都能得到滿足。與通用操作系統(tǒng)不同，實時操作

9、系統(tǒng)注重的不是系統(tǒng)的平均表現(xiàn)，而是要求每個實時任務在最壞情況下都要滿足其實時性要求，也就是說，實時操作系統(tǒng)注重的是個體表現(xiàn)，更準確地講是個體最壞情況的表現(xiàn)?；竟δ?. 基于參考硬件平臺，建立硬件抽象層，完成基本硬件初始化，建立時鐘中斷；2. 在硬件抽象層基礎(chǔ)上，建立多任務操作系統(tǒng)環(huán)境；3. 任務調(diào)度采用同級時間片輪詢機制；4. 實現(xiàn)任務間基本通訊機制：互斥信號量(共享內(nèi)存)；5. 實現(xiàn)基本的時鐘管理機制：任務睡眠阻塞；6. 實現(xiàn)一個 RS232串口驅(qū)動?；诖隍?qū)動實現(xiàn)一個命令行Shell (用一個獨立的任務實現(xiàn))，可在超級終端顯示信息和執(zhí)行命令。擴展功能7. 任務區(qū)分優(yōu)先級，在同級輪詢調(diào)度

10、基礎(chǔ)上添加優(yōu)先級調(diào)度機制；8. 不同優(yōu)先級任務之間實現(xiàn)搶占調(diào)度；9. 在搶占調(diào)度的基礎(chǔ)上實現(xiàn)優(yōu)先級逆轉(zhuǎn)保護，避免邏輯死鎖問題；10. 將代碼移植到另一個硬件平臺上運行，驗證代碼移植性。設(shè)計要求1. 參考硬件平臺為：周立功 EasyArm2138。實際上，也可用其他LPC系列CP成日實驗板，只要CPW足夠的RAM Flash存儲器和一個串口擴展就可以了。但與LPC2138區(qū)別越小越好，最終的驗證都統(tǒng)一在LPC2138上進行。2. 硬件抽象層的接口遵循 uc/OS的接口規(guī)范。這樣現(xiàn)存的大量的 uC/OS硬件抽象層可為新操作系統(tǒng)提供服務， 減少移植工作量。硬件抽象層可以直接借用uC/OS的代碼，但最

11、好自己實現(xiàn)，只是接口兼容。3. 操作系統(tǒng)的調(diào)用采用函數(shù)調(diào)用方式，不用中斷陷入方式；4. 將各任務棧獨立，作為任務的私有存儲區(qū)；5. 同時支持任務數(shù)不小于255個?？臻e任務占用編號 0。6. 同級任務的輪詢時間片大小可以調(diào)節(jié)，單位為 10毫秒（稱為tick）。7. 串口接口參數(shù)：波特率 9600, 8位數(shù)據(jù)，1位停止，無硬件流控制。8. 任務優(yōu)先級不小于 255級，最高優(yōu)先級為 0,最低優(yōu)先級為 255。空閑任務優(yōu)先級為 255。9. 操作系統(tǒng)的應用接口的應遵循題目的規(guī)范，見后面的描述。10. 對于代碼移植性驗證，參賽者可自行選擇硬件平臺。該硬件平臺與LPC2138或ARM之間的區(qū)別越大越好。2

12、. 運行環(huán)境硬件平臺采用的是 EasyARM2138開發(fā)板，它是周立功公司設(shè)計的EasyARM系列開發(fā)套件之一。軟件平臺采用了 Keil開發(fā)環(huán)境和Jlink。開發(fā)語言 C 語言、匯編語言。3. 條件與限制硬件平臺采用的是 EasyARM213所發(fā)板，它是周立功公司設(shè)計的 EasyARM列開發(fā) 套件之一。LPC2138具有32kB的片內(nèi)靜態(tài) RAM和512kB的片內(nèi)Fash程序存儲器，支持JTAG 仿真調(diào)試、ISP編程等功能，EasyARM213駢發(fā)板上還提供了一些鍵盤、ED蜂鳴器等常用功能部件，還具有RS232接口電路、I2C存儲器電路。另外，靈活的跳線組合（開 發(fā)板內(nèi)使用的所有I/O均可斷開

13、連接），還有用戶I/O接口，極大地方便了用戶進行32位ARMEA式系統(tǒng)的開發(fā)實驗。開發(fā)的小型嵌入式操作系統(tǒng)，代碼量不是很大，對于擁有32kB的片內(nèi)靜態(tài)RAM和512kB的片內(nèi)Flash程序存儲器的PC2138來說是應該足夠，再加上開發(fā)板還支持 JTAG 仿真測試，ISP編程，這樣使得開發(fā)效率大幅度提高。另外開發(fā)板上還提供了一些鍵 盤、LED蜂鳴器等常用功能部件，還具有 RS232接口電路、I2C存儲器電路。這樣更 有利于通過小的試驗才測試一下程序的正確性。軟件平臺采用了 Keil開發(fā)環(huán)境和Jlink。Keil 是美國Keil Software公司出品的 51系列兼容單片機C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，與

14、匯編相比，C語言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護性上有明顯的優(yōu)勢，因而易學易用。用過匯編語言后再使用C來開發(fā)，體會更加深刻。Keil軟件提供豐富的庫函數(shù)和功能強大的集成開發(fā)調(diào)試工具，全Windows界面。另外重要的一點，只要看一下編譯后生成的匯編代碼，就能體會到 Keil生成的目標代碼效率非常之高，多數(shù)語句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。在開 發(fā)大型軟件時更能體現(xiàn)高級語言的優(yōu)勢。JLink支持所有 ARM7 ARM9內(nèi)核芯片的仿真，支持 ADS,KEIL, IAR EWARM,Relview 等集成開發(fā)環(huán)境.操作方便、連接方便，是開發(fā)ARM好最實用的開發(fā)工具。普通 ARM 仿真器限制2個FLA

15、SH斷點（包括Multi ice），此款FLASH®?點無限制。三. 數(shù)據(jù)描述1 .靜態(tài)數(shù)據(jù)任務管理、控制管理和信號量。2. 動態(tài)數(shù)據(jù)（包括輸入數(shù)據(jù)和輸出數(shù)據(jù)。）輸入：用戶相關(guān)操作輸出：根據(jù)操作產(chǎn)生不同的輸出四. 功能需求1. 功能劃分基于LPC2138硬件平臺，建立硬件抽象層， 在此基礎(chǔ)上建立時鐘中斷、實現(xiàn)多任務操作系統(tǒng)環(huán)境，實現(xiàn)一個串口驅(qū)動，基于串口實現(xiàn)命令行SHELL.2. 功能描述1. 基于LPC2138硬件平臺，建立硬件抽象層，完成基本硬件初始化，建立時鐘中斷；2. 在硬件抽象層基礎(chǔ)上，建立多任務操作系統(tǒng)環(huán)境；3. 任務調(diào)度采用同級時間片輪詢機制；4. 實現(xiàn)任務間基本通訊機

16、制：互斥信號量（共享內(nèi)存）；5. 實現(xiàn)基本的時鐘管理機制：任務睡眠阻塞；6. 實現(xiàn)一個RS232串口驅(qū)動?；诖隍?qū)動實現(xiàn)一個命令行Shell （用一個獨立的任務實現(xiàn)）， 可在超級終端顯示信息和執(zhí)行命令。7. 參考硬件平臺為：周立功 EasyArm2138。實際上，也可用其他 LPC系列CPU和實驗板，只 要CPUK足夠的RAM Flash存儲器和一個串口擴展就可以了。但與LPC2138區(qū)別越小越 好，最終的驗證都統(tǒng)一在 LPC2138上進行。8. 硬件抽象層的接口遵循 uc/OS的接口規(guī)范。這樣現(xiàn)存的大量的uC/OS硬件抽象層可為新操 作系統(tǒng)提供服務，減少移植工作量。硬件抽象層可以直接借用u

17、C/OS的代碼，但最好自己 實現(xiàn)，只是接口兼容。9. 操作系統(tǒng)的調(diào)用采用函數(shù)調(diào)用方式，不用中斷陷入方式；10. 將各任務棧獨立，作為任務的私有存儲區(qū)；11. 同時支持任務數(shù)不小于255個。空閑任務占用編號 0。12. 同級任務的輪詢時間片大小可以調(diào)節(jié)，單位為 10毫秒（稱為tick）。13. 串口接口參數(shù)：波特率9600, 8位數(shù)據(jù)，1位停止，無硬件流控制。14. 任務優(yōu)先級不小于 255級，最高優(yōu)先級為0,最低優(yōu)先級為255?？臻e任務優(yōu)先級為 255。15. 操作系統(tǒng)的應用接口的應遵循題目的規(guī)范，見后面的描述。16. 對于代碼移植性驗證，參賽者可自行選擇硬件平臺。該硬件平臺與 的區(qū)別越大越好

18、。五. 性能需求1 .時間特'性（如響應時間、更新處理時間、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化與傳輸時間、運行時間等。）由于所開發(fā)軟件為嵌入式實時操作系統(tǒng)，故要求本系統(tǒng)能及時對所請求的任務作出快 速、高效的處理，并實現(xiàn)多任務的實時調(diào)度。2 .適應，性（在操作方式運行環(huán)境與其他軟件的接口以及開發(fā)計劃等發(fā)生變化時，應具有 的適應能力。）軟件要求具有良好的適應能力，能在不同的PC機上運行，不會因為所搭建環(huán)境的改變而影響工作效率。六. 運行需求1 .用戶界面（如屏幕格式、報表格式、菜單格式、輸入輸出時間等。）務必做到簡潔易懂，適合不同層次人員的需求。敗迎 JA.H7RT0S S he 11 界面* 團 BA : E-f

19、 BHC1EE5 小組Shell by E-fanciers 20D3*使用-help"命令來提示你進釬盤作* S: E-iancieraeiescotti機顯示所有任務信尊：名稱，端號.td n顯示帽號11任務的樣細信菖1調(diào)度就容，晅眠時間優(yōu)先級分配棧太小已用攜大小，倜度折數(shù),CPU占用率翎.姑n掛起編號n任務，lB出調(diào)度."m恢要編號由任務的運行.Kill nJM除漏號口任務-si顯示所有信號顯的徉蛔信息：編號，伏態(tài)，占用任務爆號.2. 硬件接口遵循uc/OS的底層接口規(guī)范，可參考代碼文件OS_CPU.H, OS_CPU_A.C, OS_CPU_A.S3. 軟件接口第一

20、部分：/*初始化操作系統(tǒng)，建立多任務環(huán)境.該函數(shù)調(diào)用后，其他系統(tǒng)調(diào)用則可用*/*返回：0：成功，-1： 失敗.后面返回無說明則同*/int tasklnit（void）;/*創(chuàng)建一個任務*/*返回：返回任務編號tid, >0: 成功，其他：失敗.*/*name:任務名稱,entryPtr :任務函數(shù)入口 , stack_size:任務棧大小，priority:任務優(yōu)先級*/int taskCreate(char *name, void *entryPtr, int stack_size, int priority);/*啟動一個任務，讓taskCreat創(chuàng)建的任務參加調(diào)度 */*tid:任務編號，由taskCreate 返回*/int taskStart(unsigned char tid);/*獲取和設(shè)置任務優(yōu)先級，用于動態(tài)調(diào)整*/int taskPr