【正文】 為被其他任務(wù)踢出。 吳貴芳 qq:6974784 Henan Uni versity of Sci . amp?？梢园?TCB看成是任務(wù)存在的唯一標(biāo)志。 ? （ 3）資源管理信息 ? 在操作系統(tǒng)中，任務(wù)表示的是進(jìn)程，則還應(yīng)包含一些資源管理方面的信息，如段表地址、頁(yè)表地址等存儲(chǔ)管理方面的信息，根目錄、文件描述字等文件管理方面的信息。 Tech. 電子信息工程學(xué)院 51 ? 6．任務(wù)隊(duì)列 ? 在一個(gè)多任務(wù)的操作系統(tǒng)中，各個(gè)任務(wù)的狀態(tài)是經(jīng)常變化的，有時(shí)處于運(yùn)行狀態(tài)，有時(shí)處于就緒狀態(tài)，有時(shí)又處于阻塞狀態(tài)。 Tech. 電子信息工程學(xué)院 52 任務(wù)的調(diào)度 ? 1．任務(wù)調(diào)度概述 ? 在多道程序操作系統(tǒng)中，當(dāng)有兩個(gè)或多個(gè)任務(wù)同時(shí)處于就緒狀態(tài)時(shí)，而系統(tǒng)中只有一個(gè) CPU而且這個(gè) CPU己經(jīng)空閑下來(lái)了，就會(huì)出現(xiàn)多個(gè)任務(wù)同時(shí)去競(jìng)爭(zhēng)這個(gè) CPU的情況。 吳貴芳 qq:6974784 Henan Uni versity of Sci . amp。 ? ● 調(diào)度器在做出調(diào)度決策時(shí)所需要的時(shí)間和空間開(kāi)銷稱為調(diào)度開(kāi)銷（ overhead）。 Tech. 電子信息工程學(xué)院 55 ? 2．先來(lái)先服務(wù)算法（ First Come First Served， FCFS） ? FCFS（ First Come First Served，先來(lái)先服務(wù)算法）是一種最簡(jiǎn)單的調(diào)度算法。 ? SJF算法有不可搶占方式和可搶占方式兩種實(shí)現(xiàn)方案。當(dāng)這個(gè)時(shí)間片結(jié)束的時(shí)候，如果任務(wù)還沒(méi)有執(zhí)行完的話，將會(huì)發(fā)生時(shí)鐘中斷，調(diào)度器將會(huì)暫停當(dāng)前任務(wù)的執(zhí)行，并把這個(gè)任務(wù)送到就緒隊(duì)列的末尾，然后再執(zhí)行當(dāng)前的隊(duì)列的第一個(gè)任務(wù)。 Tech. 電子信息工程學(xué)院 60 ? 5．優(yōu)先級(jí)算法（ priority） ? 在優(yōu)先級(jí)調(diào)度算法（ priority）中，給每一個(gè)任務(wù)都設(shè)置一個(gè)優(yōu)先級(jí)，然后在任務(wù)調(diào)度的時(shí)候，在所有處于就緒狀態(tài)的任務(wù)中選擇優(yōu)先級(jí)最高的那個(gè)任務(wù)去運(yùn)行。動(dòng)態(tài)優(yōu)先級(jí)方式可以克服在靜態(tài)優(yōu)先級(jí)方式中高優(yōu)先級(jí)的任務(wù)一直占用著 CPU，而那些低優(yōu)先級(jí)的任務(wù)可能會(huì)長(zhǎng)時(shí)間地得不到 CPU的情況。 時(shí)間期限 （ deadline）是指 D（ i）第 i個(gè)任務(wù)所允許的最大響應(yīng)時(shí)間（從任務(wù)啟動(dòng)到運(yùn)行結(jié)束所需的時(shí)間）。 ? RMS算法是一種 最優(yōu)調(diào)度算法 。 ? EDF算法假設(shè)條件除了它不要求系統(tǒng)中的任務(wù)都必須是周期任務(wù)外，其他的假設(shè)條件與 RMS相同。 吳貴芳 qq:6974784 Henan Uni versity of Sci . amp。 Tech. 電子信息工程學(xué)院 67 ? 實(shí)模式和保護(hù)模式是嵌入式操作系統(tǒng)中常見(jiàn)的兩個(gè)存儲(chǔ)管理方式。 吳貴芳 qq:6974784 Henan Uni versity of Sci . amp。分區(qū)存儲(chǔ)管理把整個(gè)內(nèi)存劃分為系統(tǒng)區(qū)和用戶區(qū)兩大區(qū)域，然后再把用戶區(qū)劃分為若干個(gè)分區(qū)，可以同時(shí)有多個(gè)任務(wù)在系統(tǒng)中運(yùn)行，每個(gè)任務(wù)都有各自的地址空間。在系統(tǒng)生成后，操作系統(tǒng)會(huì)占用內(nèi)存的一部分空間，通常放在內(nèi)存地址的最低端，其余的空間則成為一個(gè)完整的大空閑區(qū)。外碎片通常是一些比較小的空閑分區(qū)。 ? 在內(nèi)存的回收算法上，當(dāng)一個(gè)任務(wù)運(yùn)行結(jié)束，并釋放它所占用的分區(qū)后，如果該分區(qū)的左右鄰居也是空閑分區(qū)，則需要將它們合并為一個(gè)大的空閑分區(qū)。物理地址是一個(gè)一維的線性空間，例如，一個(gè)內(nèi)存的大小為 256MB，那么它的內(nèi)存地址空間是從 0x0到0x0FFFFFFF。 Tech. 電子信息工程學(xué)院 74 ? 2. 地址映射方式 ? 地址映射是由存儲(chǔ)管理單元 MMU來(lái)完成的 。只有把程序當(dāng)中的邏輯地址轉(zhuǎn)換為物理地址，才能正常運(yùn)行。操作時(shí)只有通過(guò)物理地址，才能對(duì)內(nèi)存單元進(jìn)行直接訪問(wèn)。選擇分區(qū)的先后次序一般是從內(nèi)存低端到高端。但可變分區(qū)存儲(chǔ)管理也可能會(huì)存在外碎片。 吳貴芳 qq:6974784 Henan Uni versity of Sci . amp。 吳貴芳 qq:6974784 Henan Uni versity of Sci . amp。堆為 動(dòng)態(tài)分配的內(nèi)存空間 ，在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，可以通過(guò)類似于 malloc/free之類的函數(shù)來(lái)申請(qǐng)或釋放一段連續(xù)的內(nèi)存空間。MMU通常只在一些對(duì)安全性和可靠性的要求比較高、系統(tǒng)比較復(fù)雜的嵌入式系統(tǒng)中存在。在 實(shí)時(shí)系統(tǒng)中，存儲(chǔ)管理方法就比較簡(jiǎn)單 ，甚至不提供存儲(chǔ)管理功能。 ? EDF算法的基本思路是：根據(jù)任務(wù)的截止時(shí)間來(lái)確定其優(yōu)先級(jí)，對(duì)于時(shí)間期限最近的任務(wù)，分配最高的優(yōu)先級(jí) 。 ? RMS算法假設(shè)：所有的任務(wù)都是周期性任務(wù)；任務(wù)的時(shí)間期限等于它的周期；任務(wù)在每個(gè)周期內(nèi)的執(zhí)行時(shí)間是一個(gè)常量；任務(wù)之間不進(jìn)行通信，也不需要同步；任務(wù)可以在任何位置被搶占，不存在臨界區(qū)的問(wèn)題。其中： 執(zhí)行時(shí)間 （ execution time） E（ i）是指對(duì)于第 i個(gè)任務(wù)，當(dāng)它所需要的資源都己具備時(shí)，它的執(zhí)行所需要的最長(zhǎng)時(shí)間。靜態(tài)優(yōu)先級(jí)方式根據(jù)任務(wù)的類型或重要性，在創(chuàng)建任務(wù)的時(shí)候就確定任務(wù)的優(yōu)先級(jí)，并且一直保持不變直到任務(wù)結(jié)束。 吳貴芳 qq:6974784 Henan Uni versity of Sci . amp。 Tech. 電子信息工程學(xué)院 58 ? 4．時(shí)間片輪轉(zhuǎn)算法（ Round Robin， RR） ? RR算法如圖 。 Tech. 電子信息工程學(xué)院 56 ? 3．短作業(yè)優(yōu)先算法（ Shortest Job First， SJF） ? 在 SJF（ Shortest Job First，短作業(yè)優(yōu)先算法）中，在各個(gè)任務(wù)在開(kāi)始執(zhí)行前，事先預(yù)計(jì)好各任務(wù)的執(zhí)行時(shí)間，調(diào)度算法根據(jù)這些預(yù)計(jì)時(shí)間，安排執(zhí)行時(shí)間較短的任務(wù)優(yōu)先執(zhí)行。 ? 對(duì)于一個(gè)調(diào)度算法來(lái)說(shuō)，這些指標(biāo)中一些是共存的，而另一些是相互牽制的，這些指標(biāo)不可能全部都實(shí)現(xiàn)，而是需要根據(jù)系統(tǒng)的要求，綜合權(quán)衡和折中選擇。其中： ? ● 調(diào)度器為一個(gè)就緒任務(wù)進(jìn)行上下文切換時(shí)所需的時(shí)間，以及任務(wù)在就緒隊(duì)列中的等待時(shí)間稱為響應(yīng)時(shí)間（ response time ）。調(diào)度程序可以去打斷它，并安排另外的任務(wù)去運(yùn)行。如果一個(gè)任務(wù)的狀態(tài)發(fā)生變化，就要把它的 TCB從一個(gè)狀態(tài)隊(duì)列中脫離出來(lái)，加入到另一個(gè)隊(duì)列當(dāng)中去。 ? （ 5）根據(jù)新任務(wù)的 TCB的內(nèi)容，恢復(fù)它的運(yùn)行上下文環(huán)境。 Tech. 電子信息工程學(xué)院 49 ? （ 2） CPU上下文信息 ? CPU上下文信息包括通用寄存器、 PC寄存器、程序狀態(tài)字、棧指針等各種 CPU寄存器的當(dāng)前值。通過(guò)對(duì)各個(gè)任務(wù)的 TCB的操作來(lái)實(shí)現(xiàn)任務(wù)管理。 ? 當(dāng)一個(gè)任務(wù)已具備運(yùn)行條件，但由于 CPU正在運(yùn)行其他的任務(wù)，暫時(shí)不能運(yùn)行該任務(wù)時(shí)，稱為就緒狀態(tài)。 ? 當(dāng)一個(gè)任務(wù)在執(zhí)行過(guò)程中，出現(xiàn)了致命的錯(cuò)誤（例如執(zhí)行了非法指令、內(nèi)存訪問(wèn)錯(cuò)誤等），系統(tǒng)中止該任務(wù)的運(yùn)行，強(qiáng)制性地讓該任務(wù)退出，稱為錯(cuò)誤退出。 吳貴芳 qq:6974784 Henan Uni versity of Sci . amp。 Tech. 電子信息工程學(xué)院 43 圖 任務(wù)的層次結(jié)構(gòu) 吳貴芳 qq:6974784 Henan Uni versity of Sci . amp。任務(wù)具有獨(dú)立的優(yōu)先級(jí)和棧空間， CPU上下文一般也是存放在棧空間中。 ? 如圖 ，在一個(gè)進(jìn)程當(dāng)中，或者說(shuō)在一個(gè)資源平臺(tái)上，可以同時(shí)存在多個(gè)線程。進(jìn)程具有獨(dú)立性，一個(gè)進(jìn)程是一個(gè)獨(dú)立的實(shí)體，占有計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)資源，每個(gè)進(jìn)程都有自己的運(yùn)行上下文和內(nèi)部狀態(tài)，在它運(yùn)行的時(shí)候獨(dú)立于其他的進(jìn)程。程序可以以文件的形式存放在硬盤(pán)或光盤(pán)上，作為一種軟件資源長(zhǎng)期保存。 Tech. 電子信息工程學(xué)院 36 圖 單道程序與多道程序的運(yùn)行過(guò)程 吳貴芳 qq:6974784 Henan Uni versity of Sci . amp。因此，在 t1到 t2期間，程序甲在使用 CPU，程序乙在使用 I/O設(shè)備。 ? 在單道程序設(shè)計(jì)的環(huán)境下，在任何時(shí)候，系統(tǒng)中只能有一個(gè)程序在運(yùn)行，因此，甲和乙這兩個(gè)程序只能一個(gè)接一個(gè)的執(zhí)行。 ?C/OSII的大部分代碼都是用 C語(yǔ)言寫(xiě)成的，只有與處理器的硬件相關(guān)的一部分代碼采用匯編語(yǔ)言編寫(xiě)。另外，微軟公司提供了Visual 、 Embedded Visual C++、 Embedded Visual Basic等一組功能強(qiáng)大的應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)工具，專門(mén)用于對(duì) Windows CE操作系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)。 Tech. 電子信息工程學(xué)院 32 ? Windows CE主要包含內(nèi)核模塊、內(nèi)核系統(tǒng)調(diào)用接口模塊、文件系統(tǒng)模塊、圖形窗口和事件子系統(tǒng)模塊和通信模塊五個(gè)功能模塊。 ? ● 嵌入式 Linux是開(kāi)放源碼的自由操作系統(tǒng)，用戶可以根據(jù)自己的應(yīng)用需要方便地對(duì)內(nèi)核進(jìn)行修改和優(yōu)化。網(wǎng)絡(luò)處理模塊能與如 TCP/IP、 NFS、 UDP、 SNMP、 FTP等許多運(yùn)行其他協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信。C/OSII和 PalmOS等。 ? 在微內(nèi)核操作系統(tǒng)中，大部分的系統(tǒng)功能被放置在內(nèi)核之外，客戶單元和服務(wù)器單元的內(nèi)存地址空間是相互獨(dú)立的，系統(tǒng)具有更高的安全性。在單體結(jié)構(gòu)（ monolithic）的操作系統(tǒng)中， 中間件和設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序通常就集成在系統(tǒng)內(nèi)核當(dāng)中 ，整個(gè)系統(tǒng)通常只有一個(gè)可執(zhí)行文件，里面包含了所有的功能組件。 RTOS可以分為硬實(shí)時(shí)和軟實(shí)時(shí)兩種情形。 ? 1．按系統(tǒng)的類型分類 ? 按照系統(tǒng)的類型，可以把 EOS分為商業(yè)化系統(tǒng)、專用系統(tǒng)和開(kāi)放源代碼系統(tǒng)三大類。 ? 2． 系統(tǒng)資源的管理者 ? EOS是一個(gè)系統(tǒng)資源的管理者，負(fù)責(zé)管理系統(tǒng)當(dāng)中的各種軟硬件資源，如處理器、內(nèi)存、各種 I/O設(shè)備、文件和數(shù)據(jù)等，使得整個(gè)系統(tǒng)能夠高效、可靠地運(yùn)轉(zhuǎn)。 ? 嵌入式中間件是指 不包括操作系統(tǒng)內(nèi)核 、 設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序 和 應(yīng)用軟件 在內(nèi)的 所有系統(tǒng)軟件 。 Tech. 電子信息工程學(xué)院 18 ? 在分層結(jié)構(gòu)中，設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序中的函數(shù)分為硬件接口和調(diào)用接口兩種類型。 ? （ 3）加載內(nèi)核 ? 將操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序的映像 從 Flash存儲(chǔ)器 復(fù)制到 系統(tǒng)的內(nèi)存 當(dāng)中，然后跳轉(zhuǎn)到系統(tǒng)內(nèi)核的第一條指令處繼續(xù)執(zhí)行。通常在系統(tǒng)上電或復(fù)位時(shí)， BootLoader程序從地址 0x00000000處開(kāi)始執(zhí)行 。 BSP對(duì)于用戶（指系統(tǒng)開(kāi)發(fā)人員）是開(kāi)放的，用戶可以根據(jù)不同的硬件需求對(duì)其進(jìn)行改動(dòng)或二次開(kāi)發(fā)。 Tech. 電子信息工程學(xué)院 13 嵌入式系統(tǒng)的設(shè)備驅(qū)動(dòng) ? 嵌入式系統(tǒng)的設(shè)備驅(qū)動(dòng)層用來(lái)完成嵌入式系統(tǒng)硬件設(shè)備所需要的一些軟件初始化和管理。 吳貴芳 qq:6974784 Henan Uni versity of Sci . amp。如今，嵌入式操作系統(tǒng)在嵌入式系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用，尤其是在功能復(fù)雜、系統(tǒng)龐大的應(yīng)用中顯得愈來(lái)愈重要。 Tech. 電子信息工程學(xué)院 8 ? （ 2）中斷方式 ? 中斷方式又稱為 前后臺(tái)系統(tǒng)形式 ，系統(tǒng)在循環(huán)輪轉(zhuǎn)方式的基礎(chǔ)上增加了中斷處理功能。當(dāng)程序執(zhí)行完一輪后，又回到程序的開(kāi)頭重新執(zhí)行，循環(huán)不斷。 ? 2．應(yīng)用軟件 ? 應(yīng)用軟件是嵌入式系統(tǒng)中的上層軟件，它定義了嵌入式設(shè)備的主要功能和用途，并負(fù)責(zé)與用戶進(jìn)行交互。嵌入式軟件的運(yùn)行環(huán)境和開(kāi)發(fā)環(huán)境比 PC機(jī)復(fù)雜， 嵌入式軟件是在目標(biāo)系統(tǒng)上運(yùn)行的 ，而 嵌入式軟件的開(kāi)發(fā)工作則是在另外的開(kāi)發(fā)系統(tǒng)中進(jìn)行 ，當(dāng)應(yīng)用軟件調(diào)試無(wú)誤后，再把它放到目標(biāo)系統(tǒng)上去。 Tech. 電子信息工程學(xué)院 2 嵌入式軟件基礎(chǔ) ? 嵌入式軟件的特點(diǎn) ? 應(yīng)用在嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)當(dāng)中的各種軟件統(tǒng)稱為嵌入式軟件，作為嵌入式系統(tǒng)的一個(gè)組成部分，目前嵌入式軟件的種類和規(guī)模都得到了極大的發(fā)展，形成了一個(gè)完整、獨(dú)立的體系。同時(shí)，對(duì)于事件的處理一定要在限定的時(shí)間期限之前完成，否則就有可能引起系統(tǒng)的崩潰。 ? 在嵌入式系統(tǒng)當(dāng)中，系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件運(yùn)行在目標(biāo)平臺(tái)的（即嵌入式設(shè)備上），而對(duì)于各種軟件開(kāi)發(fā)工具來(lái)說(shuō)，它們大部分都運(yùn)行在開(kāi)發(fā)平臺(tái)（ PC機(jī)）上，運(yùn)行 Windows或 Linux操作系統(tǒng)。軟件的開(kāi)發(fā)可以按照自頂向下、逐步求精的方式，將系統(tǒng)要完成的功能逐級(jí)劃分成若干個(gè)小的功能模塊進(jìn)行編程，最后組合在一起。后臺(tái)程序也稱為任務(wù)級(jí)程序。而采用嵌入式操作系統(tǒng)管理的系統(tǒng)，在遇到強(qiáng)干擾時(shí)，可能只會(huì)引起系統(tǒng)中的某一個(gè)進(jìn)程被破壞，但這可以通過(guò)系統(tǒng)的監(jiān)控進(jìn)程對(duì)其進(jìn)行修復(fù)，系統(tǒng)具有自愈能力，不會(huì)造成系統(tǒng)崩潰。操作系統(tǒng)層可以分為基本部分和擴(kuò)展部分，基本部分是操作系統(tǒng)的核心，負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)的任務(wù)調(diào)度、存儲(chǔ)管理、時(shí)鐘管理和中斷管理等功能；擴(kuò)展部分為用戶提供網(wǎng)絡(luò)、文件系統(tǒng)、圖形用戶界面 GUI、數(shù)據(jù)庫(kù)等擴(kuò)展功能，擴(kuò)展部分的內(nèi)容可以根據(jù)系統(tǒng)的需要來(lái)進(jìn)行剪裁。在 BSP當(dāng)中，使用一組定義好的編程接口來(lái)與 BSP進(jìn)行交互，并通過(guò) BSP來(lái)訪問(wèn)真正的硬件。 ? 對(duì)于不同的嵌入式操作系統(tǒng)， BSP的具體結(jié)構(gòu)和組成是不相同的。 吳貴芳 qq:6974784 Henan Uni versity of Sci . amp。設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序是一組庫(kù)函數(shù)，用來(lái)對(duì)硬件進(jìn)行初始化和管理，并向上層軟件提供訪問(wèn)接口。 ? 在混合結(jié)構(gòu)中，上層接口和硬件接口的函數(shù)是混在一起、相互調(diào)用的，之間沒(méi)有明確的層次關(guān)系。 ? 一些公司可提供嵌入式中間件集成解決方案，如 Sun公司的嵌入式 Java，微軟公司的 .NET Compact Framewor