文档介绍：第1章嵌入式操作系统
1 嵌入式操作系统
概述
计算机系统由硬件和软件组成,在发展初期没有操作系统这个概念,用户使用监控程序来使用计算机。随着计算机技术的发展,计算机系统的硬件、软件资源也愈来愈丰富,监控程序已不能适应计算机应用的要求。于是在六十年代中期监控程序又进一步发展形成了操作系统(Operating System)。发展到现在,广泛使用的有三种操作系统即多道批处理操作系统、分时操作系统以及实时操作系统。
1 嵌入式操作系统
概述
监
控
程
序
操
作
系
统
实时操作系统
分时操作系统
多道批处理操作系统
时间先后
适用于多个用户共享系统资源
适用于计算中心等较大的计算机系统
适用于嵌入式设备和有实时性要求的系统中
1 嵌入式操作系统
概述
监
控
程
序
操
作
系
统
实时操作系统
分时操作系统
多道批处理操作系统
时间先后
适用于多个用户共享系统资源
适用于计算中心等较大的计算机系统
适用于嵌入式设备和有实时性要求的系统中
实时操作系统是我们介绍的重点
1 嵌入式操作系统
实时操作系统的特点
IEEE 的实时UNIX分委会认为实时操作系统应具备以下的几点:
异步的事件响应
切换时间和中断延迟时间确定
优先级中断和调度
抢占式调度
内存锁定
连续文件
同步
总的来说实时操作系统是事件驱动的,能对来自外界的作用和信号在限定的时间范围内作出响应。它强调的是实时性、可靠性和灵活性, 与实时应用软件相结合成为有机的整体起着核心作用, 由它来管理和协调各项工作,为应用软件提供良好的运行软件环境及开发环境。
从实时系统的应用特点来看实时操作系统可以分为两种:一般实时操作系统和嵌入式实时操作系统。
一般实时操作系统应用于实时处理系统的上位机和实时查询系统等实时性较弱的实时系统,并且提供了开发、调试、运用一致的环境。
嵌入式实时操作系统应用于实时性要求高的实时控制系统,而且应用程序的开发过程是通过交叉开发来完成的,即开发环境与运行环境是不一致。嵌入式实时操作系统具有规模小(一般在几K~几十K 内)、可固化使用实时性强(在毫秒或微秒数量级上)的特点。
1 嵌入式操作系统
基本概念
对基于芯片的开发来说,应用程序一般是一个无限的循环,可称为前后台系统或超循环系统。
很多基于微处理器的产品采用前后台系统设计,例如微波炉、电话机、玩具等。在另外一些基于微处理器应用中,从省电的角度出发,平时微处理器处在停机状态,所有事都靠中断服务来完成。
——前后台系统
基本概念
中断服务程序处理异步事件,这部分可以看成前台行为,前台也叫中断级。时间相关性很强的关键操作一定是靠中断服务程序来保证的。
循环中调用相应的函数完成相应的操作,这部分可以看成后台行为,后台也可以叫做任务级。这种系统在处理的及时性上比实际可以做到的要差。
ISR
ISR
ISR
ISR
后台
前台
中断服务程序
时
间
——前后台系统
1 嵌入式操作系统
基本概念
操作系统是计算机中最基本的程序。操作系统负责计算机系统中全部软硬资源的分配与回收、控制与协调等并发的活动;操作系统提供用户接口,使用户获得良好的工作环境;操作系统为用户扩展新的系统功能提供软件平台。
——操作系统
硬件
硬件驱动
操作系统
用户程序
1 嵌入式操作系统
基本概念
实时操作系统是一段在嵌入式系统启动后首先执行的背景程序,用户的应用程序是运行于RTOS之上的各个任务,RTOS根据各个任务的要求,进行资源(包括存储器、外设等)管理、消息管理、任务调度、异常处理等工作。在RTOS支持的系统中, 每个任务均有一个优先级,RTOS根据各个任务的优先级,动态地切换各个任务,保证对实时性的要求。
——实时操作系统(RTOS)
1 嵌入式操作系统
基本概念
多任务系统中,内核负责管理各个任务,或者说为每个任务分配CPU时间,并且负责任务之间的通信。内核提供的基本服务是任务切换。使用实时内核可以大大简化应用系统的设计,是因为实时内核允许将应用分成若干个任务,由实时内核来管理它们。内核需要消耗一定的系统资源,比如2%~5%的CPU运行时间、RAM和ROM等。
内核提供必不可少的系统服务,如信号量、消息队列、延时等。
——内核