嵌入式實時操作系統(tǒng)第1章概述-wax

1、王愛俠W2013年3月Some questions for you Questions List: Whats topic of this lesson? Whats an “Embedded Operation Syetem” ? (Definition) Give some examples or instance ? (such as .) Why would you sit inside and learn this class ? 以下軟件哪些是操作系統(tǒng)? UNIX, Word, DOS,JAVA,Windows , Linux內(nèi) 容l 嵌入式操作系統(tǒng)概述嵌入式操作系統(tǒng)概述l 進程管

2、理進程管理l 同步與互斥同步與互斥l 調(diào)度調(diào)度lSmall RTOSSmall RTOS任務(wù)管理任務(wù)管理lSmall RTOSSmall RTOS同步與互斥同步與互斥lSmall RTOSSmall RTOS時間管理時間管理lSmall RTOSSmall RTOS應(yīng)用應(yīng)用參考文獻湯子瀛，計算機操作系統(tǒng)湯子瀛，計算機操作系統(tǒng). .西安電子科技大學(xué)出版社西安電子科技大學(xué)出版社. .陳向群等譯陳向群等譯, ,操作系統(tǒng)：精髓與設(shè)計原理操作系統(tǒng)：精髓與設(shè)計原理. .機械工業(yè)出版社機械工業(yè)出版社. .羅蕾，嵌入式實時操作系統(tǒng)及應(yīng)用開發(fā)羅蕾，嵌入式實時操作系統(tǒng)及應(yīng)用開發(fā). .北京航空航天大學(xué)北京航空航天大

3、學(xué)出版社出版社. .陳明計等陳明計等. .嵌入式實時操作系統(tǒng)嵌入式實時操作系統(tǒng)Small RTOS51Small RTOS51原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用. .北北京航空航天大學(xué)出版社京航空航天大學(xué)出版社. . 唐寅等，實時操作系統(tǒng)唐寅等，實時操作系統(tǒng)應(yīng)用開發(fā)應(yīng)用開發(fā). .中國電力出版社中國電力出版社. .王鵬等譯，操作系統(tǒng)：設(shè)計與實現(xiàn)王鵬等譯，操作系統(tǒng)：設(shè)計與實現(xiàn). .電子工業(yè)出版社電子工業(yè)出版社. .嵌入式實時操作系統(tǒng)概述 1.1 操作系統(tǒng)的概念 1.2 操作系統(tǒng)的主要功能 1.3 操作系統(tǒng)的發(fā)展歷程 1.4 操作系統(tǒng)的類型 1.5 操作系統(tǒng)的特征 1.6 操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 1.7嵌入式操作系統(tǒng)的基

4、本概念 1.8嵌入式操作系統(tǒng)與通用操作系統(tǒng)的比較1.9主要嵌入式操作系統(tǒng)簡介習(xí)題 圖1 計算機系統(tǒng)組成 計算機硬件操作系統(tǒng) 語言編譯程序、連接裝配程序、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)軟件等系統(tǒng)軟件 管理信息系統(tǒng)、飛機訂票系統(tǒng)、銀行系統(tǒng)、地理信息系統(tǒng)、CAD系統(tǒng)、數(shù)學(xué)計算軟件包等 測試工具、編輯工具、項目管理工具、DFD編輯器、語言轉(zhuǎn)換工具、界面測試工具等應(yīng)用軟件支撐軟件用戶用戶用戶用戶 操作系統(tǒng)的概念 操作系統(tǒng)是軟硬件資源的控制中心，它以盡量合理有效的方法組織多個用戶共享計算機的各種資源。 目的是提供一臺功能強大的虛擬機，給用戶一個方便、有效、安全的工作環(huán)境。 1.1 操作系統(tǒng)的概念1.1 操作系統(tǒng)的概

5、念 為了深入理解操作系統(tǒng)的定義， 我們應(yīng)注意以下幾點： （1） 操作系統(tǒng)是系統(tǒng)軟件， 而且是裸機之上的第一層軟件。 （2） 操作系統(tǒng)的基本職能是控制和管理系統(tǒng)內(nèi)的各種資源， 有效地組織多道程序的運行。 作為“管理者”， 操作系統(tǒng)主要負責如下事情： 監(jiān)視各種資源并隨時記錄它們的狀態(tài)； 實施某種策略以決定誰獲得資源， 何時獲得， 獲得多少； 分配資源供需求者使用； 回收資源， 以便再分配。 （3） 設(shè)置操作系統(tǒng)的另一個目的是擴充機器功能以方便用戶使用。 計算機系統(tǒng)的基本資源包括硬件（如處理機、 內(nèi)存、 各種設(shè)備等）、 軟件（系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件）和數(shù)據(jù)。 1.2 操作系統(tǒng)的主要功能 1. 存儲器管理

6、功能 存儲器管理的主要功能包括： 內(nèi)存分配、 地址映射、 內(nèi)存保護和內(nèi)存擴充。 1) 內(nèi)存分配 內(nèi)存分配的主要任務(wù)是為每道程序分配一定的內(nèi)存空間。 2) 地址映射 大家都有這種經(jīng)歷: 我們在編寫程序時并不考慮程序和數(shù)據(jù)要放在內(nèi)存的什么位置， 程序中設(shè)置變量、 數(shù)組和函數(shù)等只是為了實現(xiàn)這個程序所要完成的任務(wù)。 3) 內(nèi)存保護 不同用戶的程序都放在一個內(nèi)存中， 必須保證它們在各自的內(nèi)存空間中活動， 不能相互干擾， 更不能侵犯操作系統(tǒng)的空間。 4) 內(nèi)存擴充 一個系統(tǒng)中內(nèi)存容量是有限的， 不能隨意擴充其大小。 而且用戶程序?qū)?nèi)存的需求越來越大， 很難完全滿足用戶的要求。 2. 處理機管理功能 （1）

7、 作業(yè)和進程調(diào)度。 一個作業(yè)通常要經(jīng)過兩級調(diào)度才得以在CPU上執(zhí)行。 （2） 進程控制。 進程是系統(tǒng)中活動的實體。 （3） 進程通信。 多個進程在活動過程中彼此間會發(fā)生相互依賴或者相互制約的關(guān)系。 3. 設(shè)備管理功能 設(shè)備管理的主要功能包括： 緩沖區(qū)管理、 設(shè)備分配、 設(shè)備驅(qū)動和設(shè)備無關(guān)性。 （1) 緩沖區(qū)管理。 緩沖區(qū)管理的目的是解決CPU和外設(shè)速度不匹配的矛盾， 從而使它們能充分并行工作， 提高各自的利用率。 （2） 設(shè)備分配。 根據(jù)用戶的I/O請求和相應(yīng)的分配策略， 為該用戶分配外部設(shè)備以及通道、 控制器等。 （3） 設(shè)備驅(qū)動。 實現(xiàn)CPU與通道和外設(shè)之間的通信。 由CPU向通道發(fā)出IO

8、指令， 后者驅(qū)動相應(yīng)設(shè)備進行IO操作。 當IO任務(wù)完成后， 通道向CPU發(fā)中斷信號， 由相應(yīng)的中斷處理程序進行處理。 （4） 設(shè)備無關(guān)性。 又稱設(shè)備獨立性， 即用戶編寫的程序與實際使用的物理設(shè)備無關(guān)， 由操作系統(tǒng)把用戶程序中使用的邏輯設(shè)備映射到物理設(shè)備中。 4. 文件管理功能 文件管理功能應(yīng)包括： 文件存儲空間的管理、 文件操作的一般管理、 目錄管理、 文件的讀寫管理和存取控制。 (1) 文件存儲空間的管理。 系統(tǒng)文件和用戶文件都要放在磁盤上。 （2） 文件操作的一般管理。 包括文件的創(chuàng)建、 刪除、 打開、 關(guān)閉等。（3） 目錄管理。 包括目錄文件的組織、 實現(xiàn)用戶對文件的“按名存取”， 以及

9、目錄的快速查詢和文件共享等。（4） 文件的讀寫管理和存取控制。 5. 用戶接口 現(xiàn)代操作系統(tǒng)通常向用戶提供三種類型的界面： 程序界面（系統(tǒng)調(diào)用）、 命令界面和圖形界面。 1） 系統(tǒng)調(diào)用 系統(tǒng)調(diào)用是操作系統(tǒng)提供給編程人員的接口， 因而也稱為程序員界面。 從操作系統(tǒng)內(nèi)部實現(xiàn)的層次結(jié)構(gòu)上看， 系統(tǒng)調(diào)用處于核心的最高層， 離用戶層最近。 如圖所示。 圖 操作系統(tǒng)的三種界面 硬件操作系統(tǒng)核心shell層應(yīng)用層圖形界面命令界面程序界面(系統(tǒng)調(diào)用) 2） 命令界面 操作系統(tǒng)所提供的最重要的系統(tǒng)程序是命令解釋程序， 它是最初啟動作業(yè)（進程）或用戶剛進入分時系統(tǒng)時就正在系統(tǒng)中運行的那個程序。 在批處理系統(tǒng)中，

10、利用控制卡片向操作系統(tǒng)提出命令； 而在交互式系統(tǒng)中， 用戶直接在終端上輸入命令， 這些命令就起與控制卡同樣的作用。 3） 圖形界面 系統(tǒng)調(diào)用和命令方式給用戶提供的是一維空間界面， 是最基本的用戶界面， 也稱為第一代用戶界面。 以微軟Windows操作系統(tǒng)為代表給用戶提供了圖形界面， 這是在二維空間中動態(tài)活動的窗口。 圖形界面為用戶提供了方便、 直觀、 靈活、 有動感的工作環(huán)境。用戶利用鼠標、 窗口、 菜單、 圖標、 流動條等圖形工具和部件與系統(tǒng)會話， 使人機交互水平上升了一個臺階。 所以， 圖形界面也稱為第二代用戶界面。1.3 操作系統(tǒng)的發(fā)展歷程 1.3.1 手工操作階段 初級人機交互方式。

11、這種使用方法具有以下特點： (1) 資源獨占， 即計算機的全部硬件資源(如CPU、 內(nèi)存、 設(shè)備等)都由一個程序獨自占用； 手工操作：世界上第一臺計算機操作圖 第一代計算機的控制關(guān)系 主 機輸入設(shè)備控制臺打印機操作員 (2) 串行工作， 人的操作與計算機的運行以及計算機各個部件之間都是按時間先后順序工作的： (3) 人工干預(yù)， 計算機是在人的直接聯(lián)機干預(yù)下進行工作的。 上述控制關(guān)系如圖1-5所示。 1.3.2 早期批處理階段 1. 早期聯(lián)機批處理 在這種系統(tǒng)中， 操作員有選擇地把若干作業(yè)合為一批， 監(jiān)督程序先把這批作業(yè)從輸入設(shè)備上逐個地傳送到磁帶上， 當輸入完成， 監(jiān)督程序就開始執(zhí)行這批作業(yè)。

12、 2. 早期脫機批處理 早期脫機批處理的明顯特征是， 在主機之外另設(shè)一臺小型衛(wèi)星機， 該機只與外部設(shè)備打交道， 不與主機直接連接， 從而使主機騰出較多的時間專門完成快速的計算任務(wù)。 其結(jié)構(gòu)模型如圖1-6聽示。 圖 早期脫機批處理模型 衛(wèi)星機讀卡機打印機輸入帶輸出帶主 機執(zhí)行帶系統(tǒng)帶輸出結(jié)果調(diào)入作業(yè) 1.3.3 執(zhí)行系統(tǒng)階段 受IO中斷的啟發(fā)， 人們又引進了其他中斷， 如程序中斷(算術(shù)溢出或非法指令等)、 時鐘中斷等， 從而克服了以往的出錯停機、 程序死循環(huán)的毛病。 通道和中斷機構(gòu)的引進使外部設(shè)備的管理更加復(fù)雜， 因而在系統(tǒng)中增加了中斷處理程序和輸入輸出控制程序(IOCS)。 IOCS對所有程序

13、都起著指揮和控制的作用， 因此一般讓它們常駐內(nèi)存， 而讓另外一些系統(tǒng)處理程序放在外存中以供調(diào)用。 1.3.4 多道程序系統(tǒng)階段 多道程序設(shè)計的基本思想是在內(nèi)存里同時存放若干道程序， 它們可以并行地運行， 也可以交替地運行。 這樣處理機得到了比較充分的利用。 下圖表示了一個具有兩道程序的系統(tǒng)中CPU和通道的利用情況。 圖 多道程序執(zhí)行過程示意 ABCPU工作通道工作通道工作作業(yè)時間CPU工作 由圖可見， 在單CPU的系統(tǒng)中， 這些程序在微觀上只能是交替地運行， 但在宏觀上(在一段較長時間內(nèi))它們可被視為是并行的， 因為在這段時間內(nèi)各個可執(zhí)行的程序都向前推進了。 只有在多處理機系統(tǒng)中， 這些并發(fā)程

14、序才可以真正并行地執(zhí)行。 1.4 操作系統(tǒng)的類型 1.4.1 多道成批系統(tǒng) 早期的計算機系統(tǒng)大多是批處理系統(tǒng)。 在這種系統(tǒng)中， 把用戶的計算任務(wù)按“作業(yè)(Job)”進行管理。 所謂作業(yè)， 是用戶定義的、 由計算機完成的工作單位。 它通常包括一組計算機程序、 文件和對操作系統(tǒng)的控制語句。 邏輯上， 一個作業(yè)可由若干有序的步驟組成。 由作業(yè)控制語句明確標識的計算機程序的執(zhí)行過程稱為作業(yè)步， 一個作業(yè)可以指定若干要執(zhí)行的作業(yè)步。 如上面的編譯作業(yè)步、 裝配作業(yè)步、 運行作業(yè)步、 出錯處理作業(yè)步等。 多道成批系統(tǒng)的大致工作流程如下： 操作員把用戶提交的作業(yè)卡片放到讀卡機上， 通過SPOOLing輸入程

15、序及時把這些作業(yè)送入直接存取的后援存儲器(如磁盤)； 作業(yè)調(diào)度程序根據(jù)系統(tǒng)的當時情況和各后備作業(yè)的特點， 按一定的調(diào)度原則， 選擇一個或幾個搭配得當?shù)淖鳂I(yè)裝入內(nèi)存準備運行； 內(nèi)存中多個作業(yè)交替執(zhí)行； 當某個作業(yè)完成時， 系統(tǒng)把該作業(yè)的計算結(jié)果交給SPOOLing輸出程序準備輸出， 并回收該作業(yè)的全部資源。 重復(fù)上述步驟， 使得各作業(yè)一個接一個地流入系統(tǒng)， 經(jīng)過處理后又挨個地退出系統(tǒng)， 形成一個源源不斷的作業(yè)流。 圖表示了多道成批系統(tǒng)中作業(yè)的流程。 圖 多道成批系統(tǒng)中作業(yè)的流程 作業(yè) 1作業(yè) 2作業(yè) 3OSCPU后備作業(yè)磁盤(輸入井)完成作業(yè)磁盤(輸出井)打印機讀卡機內(nèi)存 1.4.2 分時系統(tǒng)

16、1. 分時概念和分時系統(tǒng)的實現(xiàn)方法 所謂分時， 就是對時間共享。 為了提高資源利用率采用了并行操作的技術(shù)， 如CPU和通道并行操作、 通道與通道并行操作、 通道與IO設(shè)備并行操作， 這些已成為現(xiàn)代計算機系統(tǒng)的基本特征。 與這三種并行操作相應(yīng)的有三種對內(nèi)存訪問的分時： CPU與通道對內(nèi)存訪問的分時， 通道與通道對CPU和內(nèi)存的分時， 同一通道中的IO設(shè)備對內(nèi)存和通道的分時等。2. 分時系統(tǒng)的特征和優(yōu)點分時系統(tǒng)的基本特征可概括為四點： 同時性： 若干用戶可同時上機使用計算機系統(tǒng)；交互性： 用戶能方便地與系統(tǒng)進行人機對話； (3) 獨立性： 系統(tǒng)中各用戶可以彼此獨立地操作， 互不干擾或破壞；(4)

17、及時性： 用戶能在很短時間內(nèi)得到系統(tǒng)的響應(yīng)。 分時系統(tǒng)具有的許多優(yōu)點促使它迅速發(fā)展， 其優(yōu)點主要是： (1) 為用戶提供了友好的接口， 即用戶能在較短時間內(nèi)得到響應(yīng)， 能以對話方式完成對其程序的編寫、 調(diào)試、 修改、 運行和得到運算結(jié)果。 (2) 促進了計算機的普遍應(yīng)用， 一個分時系統(tǒng)可帶多臺終端， 可同時為多個遠近用戶使用， 這給教學(xué)和辦公自動化提供很大方便。 (3) 便于資源共享和交換信息， 為軟件開發(fā)和工程設(shè)計提供了良好的環(huán)境。 1.4.3 實時系統(tǒng) 1. 實時系統(tǒng)的引入 在計算機的某些應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)， 要求對實時采樣數(shù)據(jù)進行及時(立即)處理并做出相應(yīng)的反應(yīng)， 如果超出限定的時間就可能丟失信

18、息或影響到下一批信息的處理。 (1) 過程控制系統(tǒng)。 (2) 信息查詢系統(tǒng)。 (3) 事務(wù)處理系統(tǒng)。 實時系統(tǒng)有時也涉及到若干個同時性用戶， 但它與分時系統(tǒng)是有區(qū)別的： （1） 分時系統(tǒng)提供一種隨時可供多個用戶使用的、 通用性很強的計算機系統(tǒng)， 用戶與系統(tǒng)之間具有較強的交互作用或會話能力； 而實時系統(tǒng)的交互能力相對來說較差。 （2） 分時系統(tǒng)對響應(yīng)時間的要求是以人們能接受的等待時間為依據(jù)的， 其數(shù)量級通常規(guī)定為秒； 而實時系統(tǒng)對響應(yīng)時間一般有嚴格要求， 它是以控制過程或信息處理過程所能接受的延遲來確定的， 可達毫秒數(shù)量級。 2. 實時系統(tǒng)的功能 由于實時系統(tǒng)大都帶有專用性， 因此隨任務(wù)要求和使

19、用環(huán)境的差異而具有不同的特性和功能。 對于大中型實時系統(tǒng)， 除必須具備存儲管理、 處理機管理、 IO設(shè)備管理以及文件系統(tǒng)等基本功能外， 還應(yīng)具備如下特征和功能： (1) 實時時鐘管理。 (2) 連續(xù)人機對話。 (3) 過載防護。 (4) 高可靠性。 1.4.4 個人機系統(tǒng) 單用戶操作系統(tǒng)主要有MS-DOS、 OS2、 Windows 95等。 這類系統(tǒng)具有如下特征： (1) 個人使用。 (2) 界面友好。 (3) 管理方便。 (4) 適于普及。 1.4.5 網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng) 計算機網(wǎng)絡(luò)具有如下特征： (1) 分布性。 (2) 自治性。 (3) 互連性。 (4) 可見性。 1.4.6 分布式操作系統(tǒng)

20、 分布式系統(tǒng)具有如下特征： (1) 分布式處理。 (2) 模塊化結(jié)構(gòu)。 (3) 利用信息通信。 (4) 實施整體控制。 分布式操作系統(tǒng)所涉及的問題遠遠多于以往的操作系統(tǒng)。 歸納起來它應(yīng)具有以下特點： (1) 透明性。 (2) 靈活性。 (3) 可靠性。 (4) 高性能。 (5) 可擴充性。 1.5 操作系統(tǒng)的特征 1. 并發(fā) 并發(fā)是指兩個或多個活動在同一給定的時間間隔中進行。 2. 共享 共享是指計算機系統(tǒng)中的資源被多個任務(wù)所共用。 3. 不確定性 在多道程序環(huán)境下， 各程序的執(zhí)行過程有著“走走停?！钡男再|(zhì)。 1.6 操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 1.6.1 單塊結(jié)構(gòu) 單塊結(jié)構(gòu)是最常用的體系結(jié)構(gòu)。 這種結(jié)構(gòu)

21、其實是沒有結(jié)構(gòu)的， 完全是面向過程的、 無序的。 特點：提供機器的兩種運行模式： 用戶態(tài)(運行用戶程序)和核心態(tài)(運行操作系統(tǒng))。 1.6.2 層次結(jié)構(gòu) 按照功能和相互依存關(guān)系， 把系統(tǒng)中的模塊分為若干層， 其中任一層模塊(除底層外)都建立在它下面一層的基礎(chǔ)上， 因而， 任一層模塊只能調(diào)用比它低的層來得到服務(wù)， 不能調(diào)用比它高的層。 第一個例子：THE系統(tǒng)（1968年），結(jié)構(gòu) 如圖所示。THE層次結(jié)構(gòu)圖 UNIX S_5系統(tǒng)核心框圖進程通信調(diào) 度內(nèi)存管理進程控制系統(tǒng)字符設(shè)備塊設(shè)備設(shè)備 驅(qū)動緩沖區(qū)管理硬 件 控 制核心層硬件層硬 件文件系統(tǒng)系統(tǒng)調(diào)用接口用戶層核心層程 序 庫trap用戶程序 典型

22、例子：UNIX系統(tǒng)，結(jié)構(gòu) 如圖所示。 1.6.3 虛擬機 IBM的VM/370系統(tǒng)是虛擬機(Virtual Machines)的一個實例， 該系統(tǒng)原來叫做CP/CMS（控制程序/會話監(jiān)督系統(tǒng)）。 圖 帶CMS的VM/370結(jié)構(gòu) 370 硬 件CMSCMSCMSVM/370在此捕獲發(fā)出I/O指令執(zhí)行系統(tǒng)調(diào)用陷入虛擬370機 1.6.4 客戶/服務(wù)器模型 用戶進程(現(xiàn)在稱為客戶進程)為了請求一個服務(wù)(如讀取一塊文件)， 要向服務(wù)器進程發(fā)送請求， 后者接收該請求， 進行工作， 然后發(fā)回結(jié)果。 圖 示出了這種模型。 圖 客戶/服務(wù)器模型 客戶進程 客戶進程進程服務(wù)器終端服務(wù)器文件服務(wù)器內(nèi)存服務(wù)器核心用

23、戶態(tài)核心態(tài)通過發(fā)送消息到服務(wù)器進程客戶得到服務(wù) 1.7 -why RTOS 數(shù)據(jù)采集終端：采集，處理，鍵盤， LCD顯示，打印數(shù)據(jù)采集處理數(shù)據(jù)處理鍵盤顯示打印傳統(tǒng)編程中斷中斷RTOS數(shù)據(jù)采集處理數(shù)據(jù)顯示打印處理鍵盤中斷基于RTOS編程實時操作系統(tǒng)的概念實時系統(tǒng)：系統(tǒng)的正確運行要同時滿足特定的邏輯和時間關(guān)系。實時操作系統(tǒng)RTOS（real time operation system)：是指能支持實時控制系統(tǒng)工作的操作系統(tǒng) 硬實時(hard)與軟實時(soft) 硬實時：通過系統(tǒng)特定的時序得不到滿足，將會引起災(zāi)難性的后果。 軟實時：通過系統(tǒng)特定的時序得不到滿足，系統(tǒng)的性能會嚴重下降。deadlin

24、etime01Hard SystemSoft System嵌入式操作系統(tǒng) 嵌入式操作系統(tǒng)：支持嵌入式系統(tǒng)的工作的操作系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)一般具有實時特點，這里把嵌入式操作系統(tǒng)和實時操作系統(tǒng)不加區(qū)別對待。嵌入式實時操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)EOS特點 更好的硬件適應(yīng)性，也就是良好的移植性； 占有更少的硬件資源； 高可靠性； 提供強大的網(wǎng)絡(luò)功能，支持TCPIP協(xié)議及其他協(xié)議； 友好的GUI； 有些應(yīng)用要求EOS具有實時性能。 嵌入式操作系統(tǒng)的幾個主要概念 任務(wù)任務(wù) Task 調(diào)度調(diào)度 Scheduler 優(yōu)先級優(yōu)先級 Priority 代碼臨界區(qū)代碼臨界區(qū) Critical Section 可預(yù)測性可預(yù)測性 pr

25、edictability 上下文切換上下文切換 Context Switch 任務(wù)任務(wù) Task 指擁有所有CPU資源的簡單程序。 在進行實時應(yīng)用設(shè)計時通常要把工作分割成多個任務(wù)，每個任務(wù)處理一部分問題，并被賦予一定的優(yōu)先級、一套自己的CPU寄存器及堆棧。 實時系統(tǒng)中的大部分任務(wù)是周期的，體現(xiàn)在編程上每個任務(wù)則是一個典型的無限循環(huán)。 任務(wù)的狀態(tài)：睡眠、就緒、運行、延遲、等待 任務(wù)：example手持數(shù)據(jù)采集終端的打印creatTASK(myprintf, priority) void myprintf( ) for (;) 等待接收隊列信息； 往打印機發(fā)送打印信息； 內(nèi)核(kernel) 多任

26、務(wù)系統(tǒng)的一部分，負責管理任務(wù)。 占先式(preemptive)與非占先式 微內(nèi)核(Micro kernel)與單內(nèi)核(monolithic kernel)如QNX的微內(nèi)核（12KB）僅提供四種服務(wù)：進程調(diào)度、進程間通信、底層網(wǎng)絡(luò)通信和中斷。其余OS服務(wù)都實現(xiàn)為協(xié)作的用戶進程。調(diào)度調(diào)度 Scheduler 內(nèi)核的主要職責之一，決定任務(wù)運行的次序。 基本的調(diào)度算法有先來先服務(wù)FCFS,最短周期優(yōu)先SBF，優(yōu)先級法(Priority)，輪轉(zhuǎn)法(Round-Robin)，多級隊列法(multi-level queues)，多級反饋隊列(multi-level feedback queues)等。 調(diào)度

27、的基本方式有可占先式和非占先式。 多數(shù)實時內(nèi)核是基于優(yōu)先級調(diào)度的多種方法的復(fù)合。 代碼臨界區(qū)代碼臨界區(qū)(Critical Section) 指一段不可分割的代碼，一旦執(zhí)行，不能被中斷。 實現(xiàn)代碼臨界區(qū)的方法有：一是屏蔽中斷，通常在代碼執(zhí)行前關(guān)閉中斷，執(zhí)行后打開中斷，只能用于單處理機的情形；二是通過信號量機制?；コ猓╩utual exclusion) 資源的使用必須獨占，叫做互斥。 解決辦法：開關(guān)中斷，使用硬件指令，使用信號量任務(wù)間通信(inter task com) 在多任務(wù)系統(tǒng)中，任務(wù)之間存在相互制約的關(guān)系，或者任務(wù)之間需要交換信息，稱為任務(wù)間通信。 方式：信號量，郵箱，隊列，事件標記等。

28、可預(yù)測性可預(yù)測性(predictability) 指在系統(tǒng)運行的任何時刻、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、網(wǎng)絡(luò)帶寬等)的多個實時任務(wù)合理地分配資源，使各實時任務(wù)的實時性要求都能得到滿足。 簡單說：操作系統(tǒng)的行為是可知的。好的實時操作系統(tǒng)需要具備以下功能： 任務(wù)管理（多任務(wù)和基于優(yōu)先級的任務(wù)調(diào)度） 具備消除優(yōu)先級倒置的機制 任務(wù)間同步和通信 實時時鐘服務(wù) 中斷管理服務(wù) 操作系統(tǒng)的行為是可知的和可預(yù)測的評價實時操作系統(tǒng)幾個重要指標 系統(tǒng)響應(yīng)時間(System response time )：是指系統(tǒng)發(fā)出處理要求到系統(tǒng)給出應(yīng)答信號的時間。 任務(wù)切換時間(Con

29、text-switching time)：是指任務(wù)之間切換使用的時間。 中斷延遲(Interrupt latency )：是指計算機接收到中斷信號到操作系統(tǒng)做出響應(yīng)，并完成切換轉(zhuǎn)入中斷服務(wù)程序的時間。 1.8 實時操作系統(tǒng)與通用操作系統(tǒng)的區(qū)別 設(shè)計目標：通用操作系統(tǒng)的目標是追求最大的吞吐率、使整體性能最佳;而實時操作系統(tǒng)設(shè)計的目標是采用各種算法和策略，始終保證系統(tǒng)行為的可預(yù)測性。 調(diào)度原則：通用操作系統(tǒng)為了達到最佳整體性能，其調(diào)度原則是公平為主；而實時系統(tǒng)多采用基于優(yōu)先級的調(diào)度策略。 實時操作系統(tǒng)與通用操作系統(tǒng)的區(qū)別（2）內(nèi)存管理：通用操作系統(tǒng)廣泛使用了虛擬內(nèi)存的技術(shù)，為用戶提供一個功能強大的

30、虛擬機；實時系統(tǒng)一般采用靜態(tài)內(nèi)存劃分的方式，為每個實時任務(wù)劃分固定的內(nèi)存區(qū)域。實時操作系統(tǒng)與通用操作系統(tǒng)的區(qū)別（3） 中斷處理：在通用操作系統(tǒng)中，大部分外部中斷都是開啟的，中斷處理一般由設(shè)備驅(qū)動程序來完成。由于通用操作系統(tǒng)中的用戶進程一般都沒有實時性要求，而中斷處理程序直接跟硬件設(shè)備交互。實時操作系統(tǒng)中中斷處理方式為：除時鐘中斷外，屏蔽所有其它中斷，中斷處理程序變?yōu)橹芷谛缘妮喸儾僮?，這些操作由核心態(tài)的設(shè)備驅(qū)動程序或由用戶態(tài)的設(shè)備支持庫來完成。采用這種方式的主要好處是充分保證了系統(tǒng)的可預(yù)測性 實時操作系統(tǒng)與通用操作系統(tǒng)的區(qū)別（4）系統(tǒng)調(diào)用以及系統(tǒng)內(nèi)部操作的時間開銷：進程通過系統(tǒng)調(diào)用得到操作系統(tǒng)提供的服務(wù)，操作系統(tǒng)通過內(nèi)部操作（如上下文切換等）來完成一些內(nèi)部管理工作。為保證系統(tǒng)的可預(yù)測性，實時操作系統(tǒng)中的所有系統(tǒng)調(diào)用以及系統(tǒng)內(nèi)部操作的時間開銷都應(yīng)是有界的，并且該界限是一個具體的量化數(shù)值。而在通用操作系統(tǒng)中對這些時間開銷則未做如此限制。嵌入式操作系統(tǒng)的發(fā)展歷程初期階段 實質(zhì)是一種實時的監(jiān)控程序 第二階段 專用系統(tǒng) （80年代初