嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)需求規(guī)格說(shuō)明

1、需求規(guī)格說(shuō)明Version: 1.0項(xiàng)目承擔(dān)隊(duì)伍：煙臺(tái)大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)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(píng)審負(fù)責(zé)人（簽名）：孝瑞評(píng) 審 日期：2009-7-19分類：軟件項(xiàng)目計(jì)劃使用者：E-fanciers目錄一、弓I言 41.1編寫目的 41.2項(xiàng)目背景 41.3定義 41.4參考資料： 5二、任務(wù)概述 52.1 目標(biāo) 52.2運(yùn)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(dòng)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(shí)間特性85.2適應(yīng)

2、性8六、 運(yùn)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(shuō)明(Requirements Specification)引言1. 編寫目的（闡明編寫需求說(shuō)明書的目的，指明讀者對(duì)象。）1. 作為嵌入式實(shí)時(shí)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(jì)大賽2009賽題嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng) （RTOS）設(shè)計(jì)的要求特點(diǎn)和當(dāng)前背景下此類軟件需求方向的特點(diǎn)，對(duì)被開發(fā)軟件系統(tǒng)的主要功能、性能進(jìn)行完整描述，為軟件開發(fā)者進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)和編程提供基礎(chǔ)。3. 為軟件提供測(cè)試和驗(yàn)收的依據(jù)，即為選取測(cè)試用例和進(jìn)行驗(yàn)收的依據(jù)。2. 項(xiàng)

3、目背景（可包括：（1）項(xiàng)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(jì)算機(jī)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(yīng)用在各個(gè) 領(lǐng)域，包括消費(fèi)電子、汽車電子、網(wǎng)絡(luò)通信、工業(yè)設(shè)備、航空航天和國(guó)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(jī)應(yīng)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(yùn)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(biāo)志之一。當(dāng)今的嵌入式操作系統(tǒng)領(lǐng)域呈現(xiàn)百家爭(zhēng)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(duì)各個(gè)領(lǐng)域和行業(yè)的不同需求的應(yīng)對(duì)。也就是說(shuō)，各個(gè)嵌入式操作系統(tǒng)都有自己的應(yīng)用領(lǐng)域，針對(duì)不同的應(yīng)用沒有絕對(duì)的優(yōu)劣之分，不會(huì)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(duì)不是多余的，也是是對(duì)這種多樣性的自然順應(yīng)，應(yīng)該可擁有自己的用武之地。有些國(guó)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(lái)貨，國(guó)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(shí)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(jìn)程，也并未解決對(duì)外依賴的問題。其次， 計(jì)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(yīng)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(yǔ)定義和縮寫詞的原文。）int tasklnit（void） ;/*創(chuàng)建一個(gè)任務(wù)，返回：返回任務(wù)編號(hào)tid, >0: 成功，其他：失敗.*/*name:任務(wù)名稱，entryPtr :任務(wù)函數(shù)入口，stack_size:任務(wù)棧大小，priority:任務(wù)優(yōu)先級(jí)*/int taskCreate（char *name，void *entryPtr，int stack_size，int priority）;/*啟動(dòng)一個(gè)任務(wù)，讓taskCreat創(chuàng)建的任務(wù)參加調(diào)度 */int taskStart（un

6、signed char tid）;/*tid:任務(wù)編號(hào)，由taskCreate 返回*/int taskPriorityGet(unsigned char tid);int taskPrioritySet(unsigned char tid, int newPriority);/*獲取和設(shè)置任務(wù)優(yōu)先級(jí)，用于動(dòng)態(tài)調(diào)整*/int taskSuspend(unsigned char tid);/*將任務(wù)掛起，該任務(wù)退出調(diào)度*/int taskDelete(unsigned char tid);/*將任務(wù)刪除 該任務(wù)退出調(diào)度且回收任務(wù)分配的資源*/int semCreate(void);/*互斥信號(hào)量

7、創(chuàng)建，返回信號(hào)量標(biāo)識(shí) sid, <0: 失敗*/int semTake(int sid);int semGive(int sid);/*互斥信號(hào)量獲取和釋放 */int taskSleep(int ticks);/*任務(wù)睡眠(非忙等),由任務(wù)自己調(diào)用，主動(dòng)阻塞一段時(shí)間.時(shí)間單位為tick, 即10ms*/4. 參考資料(可包括：(1)項(xiàng)目開發(fā)計(jì)劃；(2)文檔所引用的資料，標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。列出 這些資料的作者、標(biāo)題、編號(hào)、發(fā)表日期、出版單位或資料來(lái)源。 )1 召阪貝.C/OS-口一源碼公開的實(shí)時(shí)嵌入式操作系統(tǒng).北京：中國(guó)電力出版 20022 鄭宗漢.實(shí)時(shí)系統(tǒng)軟件基礎(chǔ).北京：清華大學(xué)出版社， 2

8、0033 陳智育，溫彥軍，陳琪編著.VxWorks程序開發(fā)實(shí)踐.北京:人民郵電出版社,20044 羅蕾.嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)及應(yīng)用開發(fā).北京：北京航空航天出版社，20075 于淵.自己動(dòng)手寫操作系統(tǒng).北京：電子工業(yè)出版社，20056 LPC2138芯片手冊(cè).任務(wù)概述1 .目標(biāo)本軟件作品作為嵌入式實(shí)時(shí)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(yù)測(cè)性(Predictability)?？深A(yù)測(cè)性是指在系統(tǒng)運(yùn)行的任何時(shí)刻，在任何情況下，實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的資源調(diào)配策略都能為爭(zhēng)奪資源(包括CPU內(nèi)存等)的多個(gè)實(shí)時(shí)任務(wù)合理地分配資源，使每個(gè)實(shí)時(shí)任務(wù)的實(shí)時(shí)性要求都能得到滿足。與通用操作系統(tǒng)不同，實(shí)時(shí)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(gè)實(shí)時(shí)任務(wù)在最壞情況下都要滿足其實(shí)時(shí)性要求，也就是說(shuō)，實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)注重的是個(gè)體表現(xiàn)，更準(zhǔn)確地講是個(gè)體最壞情況的表現(xiàn)?；竟δ?. 基于參考硬件平臺(tái)，建立硬件抽象層，完成基本硬件初始化，建立時(shí)鐘中斷；2. 在硬件抽象層基礎(chǔ)上，建立多任務(wù)操作系統(tǒng)環(huán)境；3. 任務(wù)調(diào)度采用同級(jí)時(shí)間片輪詢機(jī)制；4. 實(shí)現(xiàn)任務(wù)間基本通訊機(jī)制：互斥信號(hào)量(共享內(nèi)存)；5. 實(shí)現(xiàn)基本的時(shí)鐘管理機(jī)制：任務(wù)睡眠阻塞；6. 實(shí)現(xiàn)一個(gè) RS232串口驅(qū)動(dòng)?；诖隍?qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)一個(gè)命令行Shell (用一個(gè)獨(dú)立的任務(wù)實(shí)現(xiàn))，可在超級(jí)終端顯示信息和執(zhí)行命令。擴(kuò)展功能7. 任務(wù)區(qū)分優(yōu)先級(jí)，在同級(jí)輪詢調(diào)度

10、基礎(chǔ)上添加優(yōu)先級(jí)調(diào)度機(jī)制；8. 不同優(yōu)先級(jí)任務(wù)之間實(shí)現(xiàn)搶占調(diào)度；9. 在搶占調(diào)度的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)優(yōu)先級(jí)逆轉(zhuǎn)保護(hù)，避免邏輯死鎖問題；10. 將代碼移植到另一個(gè)硬件平臺(tái)上運(yùn)行，驗(yàn)證代碼移植性。設(shè)計(jì)要求1. 參考硬件平臺(tái)為：周立功 EasyArm2138。實(shí)際上，也可用其他LPC系列CP成日實(shí)驗(yàn)板，只要CPW足夠的RAM Flash存儲(chǔ)器和一個(gè)串口擴(kuò)展就可以了。但與LPC2138區(qū)別越小越好，最終的驗(yàn)證都統(tǒng)一在LPC2138上進(jìn)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(wù)， 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(shí)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(wù)棧獨(dú)立，作為任務(wù)的私有存儲(chǔ)區(qū)；5. 同時(shí)支持任務(wù)數(shù)不小于255個(gè)?？臻e任務(wù)占用編號(hào) 0。6. 同級(jí)任務(wù)的輪詢時(shí)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(wú)硬件流控制。8. 任務(wù)優(yōu)先級(jí)不小于 255級(jí)，最高優(yōu)先級(jí)為 0,最低優(yōu)先級(jí)為 255。空閑任務(wù)優(yōu)先級(jí)為 255。9. 操作系統(tǒng)的應(yīng)用接口的應(yīng)遵循題目的規(guī)范，見后面的描述。10. 對(duì)于代碼移植性驗(yàn)證，參賽者可自行選擇硬件平臺(tái)。該硬件平臺(tái)與LPC2138或ARM之間的區(qū)別越大越好。2

12、. 運(yùn)行環(huán)境硬件平臺(tái)采用的是 EasyARM2138開發(fā)板，它是周立功公司設(shè)計(jì)的EasyARM系列開發(fā)套件之一。軟件平臺(tái)采用了 Keil開發(fā)環(huán)境和Jlink。開發(fā)語(yǔ)言 C 語(yǔ)言、匯編語(yǔ)言。3. 條件與限制硬件平臺(tái)采用的是 EasyARM213所發(fā)板，它是周立功公司設(shè)計(jì)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(chǔ)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(chǔ)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(jìn)行32位ARMEA式系統(tǒng)的開發(fā)實(shí)驗(yàn)。開發(fā)的小型嵌入式操作系統(tǒng)，代碼量不是很大，對(duì)于擁有32kB的片內(nèi)靜態(tài)RAM和512kB的片內(nèi)Flash程序存儲(chǔ)器的PC2138來(lái)說(shuō)是應(yīng)該足夠，再加上開發(fā)板還支持 JTAG 仿真測(cè)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(chǔ)器電路。這樣更 有利于通過小的試驗(yàn)才測(cè)試一下程序的正確性。軟件平臺(tái)采用了 Keil開發(fā)環(huán)境和Jlink。Keil 是美國(guó)Keil Software公司出品的 51系列兼容單片機(jī)C語(yǔ)言軟件開發(fā)系統(tǒng)，與

14、匯編相比，C語(yǔ)言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢(shì)，因而易學(xué)易用。用過匯編語(yǔ)言后再使用C來(lái)開發(fā)，體會(huì)更加深刻。Keil軟件提供豐富的庫(kù)函數(shù)和功能強(qiáng)大的集成開發(fā)調(diào)試工具，全Windows界面。另外重要的一點(diǎn)，只要看一下編譯后生成的匯編代碼，就能體會(huì)到 Keil生成的目標(biāo)代碼效率非常之高，多數(shù)語(yǔ)句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。在開 發(fā)大型軟件時(shí)更能體現(xiàn)高級(jí)語(yǔ)言的優(yōu)勢(shì)。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(shí)用的開發(fā)工具。普通 ARM 仿真器限制2個(gè)FLA

15、SH斷點(diǎn)（包括Multi ice），此款FLASH®?點(diǎn)無(wú)限制。三. 數(shù)據(jù)描述1 .靜態(tài)數(shù)據(jù)任務(wù)管理、控制管理和信號(hào)量。2. 動(dòng)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(tái)，建立硬件抽象層， 在此基礎(chǔ)上建立時(shí)鐘中斷、實(shí)現(xiàn)多任務(wù)操作系統(tǒng)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)一個(gè)串口驅(qū)動(dòng)，基于串口實(shí)現(xiàn)命令行SHELL.2. 功能描述1. 基于LPC2138硬件平臺(tái)，建立硬件抽象層，完成基本硬件初始化，建立時(shí)鐘中斷；2. 在硬件抽象層基礎(chǔ)上，建立多任務(wù)操作系統(tǒng)環(huán)境；3. 任務(wù)調(diào)度采用同級(jí)時(shí)間片輪詢機(jī)制；4. 實(shí)現(xiàn)任務(wù)間基本通訊機(jī)

16、制：互斥信號(hào)量（共享內(nèi)存）；5. 實(shí)現(xiàn)基本的時(shí)鐘管理機(jī)制：任務(wù)睡眠阻塞；6. 實(shí)現(xiàn)一個(gè)RS232串口驅(qū)動(dòng)?；诖隍?qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)一個(gè)命令行Shell （用一個(gè)獨(dú)立的任務(wù)實(shí)現(xiàn)）， 可在超級(jí)終端顯示信息和執(zhí)行命令。7. 參考硬件平臺(tái)為：周立功 EasyArm2138。實(shí)際上，也可用其他 LPC系列CPU和實(shí)驗(yàn)板，只 要CPUK足夠的RAM Flash存儲(chǔ)器和一個(gè)串口擴(kuò)展就可以了。但與LPC2138區(qū)別越小越 好，最終的驗(yàn)證都統(tǒng)一在 LPC2138上進(jìn)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(wù)，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(shí)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(wù)棧獨(dú)立，作為任務(wù)的私有存儲(chǔ)區(qū)；11. 同時(shí)支持任務(wù)數(shù)不小于255個(gè)。空閑任務(wù)占用編號(hào) 0。12. 同級(jí)任務(wù)的輪詢時(shí)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(wú)硬件流控制。14. 任務(wù)優(yōu)先級(jí)不小于 255級(jí)，最高優(yōu)先級(jí)為0,最低優(yōu)先級(jí)為255?？臻e任務(wù)優(yōu)先級(jí)為 255。15. 操作系統(tǒng)的應(yīng)用接口的應(yīng)遵循題目的規(guī)范，見后面的描述。16. 對(duì)于代碼移植性驗(yàn)證，參賽者可自行選擇硬件平臺(tái)。該硬件平臺(tái)與 的區(qū)別越大越好

18、。五. 性能需求1 .時(shí)間特'性（如響應(yīng)時(shí)間、更新處理時(shí)間、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化與傳輸時(shí)間、運(yùn)行時(shí)間等。）由于所開發(fā)軟件為嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，故要求本系統(tǒng)能及時(shí)對(duì)所請(qǐng)求的任務(wù)作出快 速、高效的處理，并實(shí)現(xiàn)多任務(wù)的實(shí)時(shí)調(diào)度。2 .適應(yīng)，性（在操作方式運(yùn)行環(huán)境與其他軟件的接口以及開發(fā)計(jì)劃等發(fā)生變化時(shí)，應(yīng)具有 的適應(yīng)能力。）軟件要求具有良好的適應(yīng)能力，能在不同的PC機(jī)上運(yùn)行，不會(huì)因?yàn)樗罱ōh(huán)境的改變而影響工作效率。六. 運(yùn)行需求1 .用戶界面（如屏幕格式、報(bào)表格式、菜單格式、輸入輸出時(shí)間等。）務(wù)必做到簡(jiǎn)潔易懂，適合不同層次人員的需求。敗迎 JA.H7RT0S S he 11 界面* 團(tuán) BA : E-f

19、 BHC1EE5 小組Shell by E-fanciers 20D3*使用-help"命令來(lái)提示你進(jìn)釬盤作* S: E-iancieraeiescotti機(jī)顯示所有任務(wù)信尊：名稱，端號(hào).td n顯示帽號(hào)11任務(wù)的樣細(xì)信菖1調(diào)度就容，晅眠時(shí)間優(yōu)先級(jí)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(hào)n任務(wù)，lB出調(diào)度."m恢要編號(hào)由任務(wù)的運(yùn)行.Kill nJM除漏號(hào)口任務(wù)-si顯示所有信號(hào)顯的徉蛔信息：編號(hào)，伏態(tài)，占用任務(wù)爆號(hào).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(wù)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?zé)o說(shuō)明則同*/int tasklnit（void）;/*創(chuàng)建一個(gè)任務(wù)*/*返回：返回任務(wù)編號(hào)tid, >0: 成功，其他：失敗.*/*name:任務(wù)名稱,entryPtr :任務(wù)函數(shù)入口 , stack_size:任務(wù)棧大小，priority:任務(wù)優(yōu)先級(jí)*/int taskCreate(char *name, void *entryPtr, int stack_size, int priority);/*啟動(dòng)一個(gè)任務(wù)，讓taskCreat創(chuàng)建的任務(wù)參加調(diào)度 */*tid:任務(wù)編號(hào)，由taskCreate 返回*/int taskStart(unsigned char tid);/*獲取和設(shè)置任務(wù)優(yōu)先級(jí)，用于動(dòng)態(tài)調(diào)整*/int taskPr