微机原理第1章 第3节.pptVIP

第三节 嵌入式实时操作系统 §1.3.1 嵌入式RTOS简介 一、RTOS的定义 RTOS （Real Time Operating System）是一种用于实时系统中的计算机操作系统。即一个能在指定的时间内完成系统功能和对外作出响应的系统。 二、RTOS的必要性 1.传统的嵌入式系统的设计方法： 选择元器件－设计印刷电路板－编制系统软件和应用软件－调试－定型。 缺点：存在这诸多不稳定因素和安全隐患；不便于升级；软件难以共享等。 2.实时嵌入式系统的功能不断增强，嵌入式CPU档次越来越高，位数由八位、十六位到三十二位甚至是六十四位。 3.软件的设计越来越复杂，包括： 多个任务的管理与调度、多中断的嵌套处理、大容量内存的管理以及图形用户界面、网络连接、多CPU通信等。 综上可见，必须要依靠一定的OS内核，且是实时OS内核去统一管理和调度多任务；实现任务之间的通信；实时的内存动态管理等以满足系统的实时性和各种强大功能的要求。 RTOS是一段嵌入在目标代码中的软件，用户的应用程序都建立在RTOS上，而且RTOS是一个可靠性和可信性很高的实时内核，它将CPU时间、中断、I/O、定时器等资源都包装起来留给用户一个标准的API，并根据各个任务的优先级合理地在不同任务之间分配CPU时间。 三、几种流行的嵌入式RTOS 美国： Psos、VxWorks、Palm OS(掌上电脑)、WinCE(消费电子)、QNx、Lynx OS、uc/OS-II 中国： Hopen 四、嵌入式RTOS的基本功能和特点： 任何操作系统的目的都是给用户提供方便，使得用户可更少地考虑硬件系统而专注于自己应用程序的开发。 （一）一般的RTOS以提供“微小内核”为主，包含下面一些基本功能： 1.任务管理： 系统中运行的任务状态有运行态、就绪态和休眠态。 RTOS主要实现在应用程序中建立任务、删除任务、挂起任务、恢复任务以及对任务的响应、切换和调度等功能。 2.内存管理： 主要提供内存资源的合理分配和存储保护功能，许多系统还提供虚拟内存的管理方式。 3.任务间的通信、同步与互斥 对多数RTOS的内核都必须解决任务之间的通信、同步与互斥。任务的通信有共享数据结构和信息机制两种方式；同步具备单向和双向的同步方式；互斥主要是对共享资源的互斥访问。 4.定时管理 系统提供时钟，进行系统各个任务时间片的分配，以及对于实时操作系统的快速时间响应。 5.中断管理 系统采用中断模式实现对外界的响应，中断管理负责中断的初始化安装、现场的保存和恢复，中断栈的嵌套管理。 6.外设管理 对键盘、显示器、通信端口、外接控制器等外设提供相应的驱动程序以方便用户。 7.文件系统 嵌入式系统的存储方式多种多样，如MMC接口（虚拟内存管理模块）、串口FLSH、U盘等。因此文件系统的支持程序也是多种多样的，而且小巧。 （二）嵌入式操作系统的特点 与桌面机的OS架构不同，由于嵌入式系统五花八门，应用领域差别较大的特点，因此嵌入式系统大多是“量体裁衣”，与通用操作系统相比有如下特点： * * * * 嵌入式软件是嵌入式产品的核心，开发嵌入式系统需要一个支持实时多任务的操作系统(RTOS)内核来支持。 目前在国内大多数的嵌入式软件开发还是基于处理器直接编写，而没有采用商品化的RTOS，因此在开发嵌入式系统时无法将操作系统软件与应用软件分开处理，导致再次开发时都要特别定制系统软件和应用软件，开发的代价太大，成本过高。 解决方法是使用一个RTOS内核，这是一个高效率的实时多任务内核。在内核上设计了不同的API接口，这些是应用程序开发的基础。 因此，RTOS也是一个软件开发平台。 从表现看，RTOS是实时嵌入式系统中运行的一段背景程序。应用程序则是运行在这个基础之上的多个任务。 RTOS根据各个任务的要求进行资源的管理、消息管理、任务调度、异常处理等工作。RTOS根据各任务的优先级来动态的切换各个任务，保证对实时性的要求。与传统的循环控制体系结构相比，这种体系结构是一个很大的改进。 从性能上看，RTOS与普通的OS的主要区别是在“实时”二字上。在实时计算中，系统的正确性不仅仅依赖于计算的逻辑结果，而且依赖于结果产生的时间。 因此实时系统可定义为“一个能在指定时间内完成系统功能和对内部或外部作出响应的系统”。 RTOS的应用领域一般为：消费电子、工控、医疗设备、网络设备、航空、防御系统