【正文】 為被其他任務踢出。 吳貴芳 qq:6974784 Henan Uni versity of Sci . amp。可以把 TCB看成是任務存在的唯一標志。 ? （ 3）資源管理信息 ? 在操作系統(tǒng)中，任務表示的是進程，則還應包含一些資源管理方面的信息，如段表地址、頁表地址等存儲管理方面的信息，根目錄、文件描述字等文件管理方面的信息。 Tech. 電子信息工程學院 51 ? 6．任務隊列 ? 在一個多任務的操作系統(tǒng)中，各個任務的狀態(tài)是經(jīng)常變化的，有時處于運行狀態(tài)，有時處于就緒狀態(tài)，有時又處于阻塞狀態(tài)。 Tech. 電子信息工程學院 52 任務的調度 ? 1．任務調度概述 ? 在多道程序操作系統(tǒng)中，當有兩個或多個任務同時處于就緒狀態(tài)時，而系統(tǒng)中只有一個 CPU而且這個 CPU己經(jīng)空閑下來了，就會出現(xiàn)多個任務同時去競爭這個 CPU的情況。 吳貴芳 qq:6974784 Henan Uni versity of Sci . amp。 ? ● 調度器在做出調度決策時所需要的時間和空間開銷稱為調度開銷（ overhead）。 Tech. 電子信息工程學院 55 ? 2．先來先服務算法（ First Come First Served， FCFS） ? FCFS（ First Come First Served，先來先服務算法）是一種最簡單的調度算法。 ? SJF算法有不可搶占方式和可搶占方式兩種實現(xiàn)方案。當這個時間片結束的時候，如果任務還沒有執(zhí)行完的話，將會發(fā)生時鐘中斷，調度器將會暫停當前任務的執(zhí)行，并把這個任務送到就緒隊列的末尾，然后再執(zhí)行當前的隊列的第一個任務。 Tech. 電子信息工程學院 60 ? 5．優(yōu)先級算法（ priority） ? 在優(yōu)先級調度算法（ priority）中，給每一個任務都設置一個優(yōu)先級，然后在任務調度的時候，在所有處于就緒狀態(tài)的任務中選擇優(yōu)先級最高的那個任務去運行。動態(tài)優(yōu)先級方式可以克服在靜態(tài)優(yōu)先級方式中高優(yōu)先級的任務一直占用著 CPU，而那些低優(yōu)先級的任務可能會長時間地得不到 CPU的情況。 時間期限 （ deadline）是指 D（ i）第 i個任務所允許的最大響應時間（從任務啟動到運行結束所需的時間）。 ? RMS算法是一種 最優(yōu)調度算法 。 ? EDF算法假設條件除了它不要求系統(tǒng)中的任務都必須是周期任務外，其他的假設條件與 RMS相同。 吳貴芳 qq:6974784 Henan Uni versity of Sci . amp。 Tech. 電子信息工程學院 67 ? 實模式和保護模式是嵌入式操作系統(tǒng)中常見的兩個存儲管理方式。 吳貴芳 qq:6974784 Henan Uni versity of Sci . amp。分區(qū)存儲管理把整個內存劃分為系統(tǒng)區(qū)和用戶區(qū)兩大區(qū)域，然后再把用戶區(qū)劃分為若干個分區(qū)，可以同時有多個任務在系統(tǒng)中運行，每個任務都有各自的地址空間。在系統(tǒng)生成后，操作系統(tǒng)會占用內存的一部分空間，通常放在內存地址的最低端，其余的空間則成為一個完整的大空閑區(qū)。外碎片通常是一些比較小的空閑分區(qū)。 ? 在內存的回收算法上，當一個任務運行結束，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大的空閑分區(qū)。物理地址是一個一維的線性空間，例如，一個內存的大小為 256MB，那么它的內存地址空間是從 0x0到0x0FFFFFFF。 Tech. 電子信息工程學院 74 ? 2. 地址映射方式 ? 地址映射是由存儲管理單元 MMU來完成的 。只有把程序當中的邏輯地址轉換為物理地址，才能正常運行。操作時只有通過物理地址，才能對內存單元進行直接訪問。選擇分區(qū)的先后次序一般是從內存低端到高端。但可變分區(qū)存儲管理也可能會存在外碎片。 吳貴芳 qq:6974784 Henan Uni versity of Sci . amp。 吳貴芳 qq:6974784 Henan Uni versity of Sci . amp。堆為 動態(tài)分配的內存空間 ，在系統(tǒng)運行時，可以通過類似于 malloc/free之類的函數(shù)來申請或釋放一段連續(xù)的內存空間。MMU通常只在一些對安全性和可靠性的要求比較高、系統(tǒng)比較復雜的嵌入式系統(tǒng)中存在。在 實時系統(tǒng)中，存儲管理方法就比較簡單 ，甚至不提供存儲管理功能。 ? EDF算法的基本思路是：根據(jù)任務的截止時間來確定其優(yōu)先級，對于時間期限最近的任務，分配最高的優(yōu)先級 。 ? RMS算法假設：所有的任務都是周期性任務；任務的時間期限等于它的周期；任務在每個周期內的執(zhí)行時間是一個常量；任務之間不進行通信，也不需要同步；任務可以在任何位置被搶占，不存在臨界區(qū)的問題。其中： 執(zhí)行時間 （ execution time） E（ i）是指對于第 i個任務，當它所需要的資源都己具備時，它的執(zhí)行所需要的最長時間。靜態(tài)優(yōu)先級方式根據(jù)任務的類型或重要性，在創(chuàng)建任務的時候就確定任務的優(yōu)先級，并且一直保持不變直到任務結束。 吳貴芳 qq:6974784 Henan Uni versity of Sci . amp。 Tech. 電子信息工程學院 58 ? 4．時間片輪轉算法（ Round Robin， RR） ? RR算法如圖 。 Tech. 電子信息工程學院 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，在各個任務在開始執(zhí)行前，事先預計好各任務的執(zhí)行時間，調度算法根據(jù)這些預計時間，安排執(zhí)行時間較短的任務優(yōu)先執(zhí)行。 ? 對于一個調度算法來說，這些指標中一些是共存的，而另一些是相互牽制的，這些指標不可能全部都實現(xiàn)，而是需要根據(jù)系統(tǒng)的要求，綜合權衡和折中選擇。其中： ? ● 調度器為一個就緒任務進行上下文切換時所需的時間，以及任務在就緒隊列中的等待時間稱為響應時間（ response time ）。調度程序可以去打斷它，并安排另外的任務去運行。如果一個任務的狀態(tài)發(fā)生變化，就要把它的 TCB從一個狀態(tài)隊列中脫離出來，加入到另一個隊列當中去。 ? （ 5）根據(jù)新任務的 TCB的內容，恢復它的運行上下文環(huán)境。 Tech. 電子信息工程學院 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寄存器的當前值。通過對各個任務的 TCB的操作來實現(xiàn)任務管理。 ? 當一個任務已具備運行條件，但由于 CPU正在運行其他的任務，暫時不能運行該任務時，稱為就緒狀態(tài)。 ? 當一個任務在執(zhí)行過程中，出現(xiàn)了致命的錯誤（例如執(zhí)行了非法指令、內存訪問錯誤等），系統(tǒng)中止該任務的運行，強制性地讓該任務退出，稱為錯誤退出。 吳貴芳 qq:6974784 Henan Uni versity of Sci . amp。 Tech. 電子信息工程學院 43 圖 任務的層次結構 吳貴芳 qq:6974784 Henan Uni versity of Sci . amp。任務具有獨立的優(yōu)先級和棧空間， CPU上下文一般也是存放在棧空間中。 ? 如圖 ，在一個進程當中，或者說在一個資源平臺上，可以同時存在多個線程。進程具有獨立性，一個進程是一個獨立的實體，占有計算機的系統(tǒng)資源，每個進程都有自己的運行上下文和內部狀態(tài)，在它運行的時候獨立于其他的進程。程序可以以文件的形式存放在硬盤或光盤上，作為一種軟件資源長期保存。 Tech. 電子信息工程學院 36 圖 單道程序與多道程序的運行過程 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設備。 ? 在單道程序設計的環(huán)境下，在任何時候，系統(tǒng)中只能有一個程序在運行，因此，甲和乙這兩個程序只能一個接一個的執(zhí)行。 ?C/OSII的大部分代碼都是用 C語言寫成的，只有與處理器的硬件相關的一部分代碼采用匯編語言編寫。另外，微軟公司提供了Visual 、 Embedded Visual C++、 Embedded Visual Basic等一組功能強大的應用程序開發(fā)工具，專門用于對 Windows CE操作系統(tǒng)的開發(fā)。 Tech. 電子信息工程學院 32 ? Windows CE主要包含內核模塊、內核系統(tǒng)調用接口模塊、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功能模塊。 ? ● 嵌入式 Linux是開放源碼的自由操作系統(tǒng)，用戶可以根據(jù)自己的應用需要方便地對內核進行修改和優(yōu)化。網(wǎng)絡處理模塊能與如 TCP/IP、 NFS、 UDP、 SNMP、 FTP等許多運行其他協(xié)議的網(wǎng)絡進行通信。C/OSII和 PalmOS等。 ? 在微內核操作系統(tǒng)中，大部分的系統(tǒng)功能被放置在內核之外，客戶單元和服務器單元的內存地址空間是相互獨立的，系統(tǒng)具有更高的安全性。在單體結構（ monolithic）的操作系統(tǒng)中， 中間件和設備驅動程序通常就集成在系統(tǒng)內核當中 ，整個系統(tǒng)通常只有一個可執(zhí)行文件，里面包含了所有的功能組件。 RTOS可以分為硬實時和軟實時兩種情形。 ? 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)和開放源代碼系統(tǒng)三大類。 ? 2． 系統(tǒng)資源的管理者 ? EOS是一個系統(tǒng)資源的管理者，負責管理系統(tǒng)當中的各種軟硬件資源，如處理器、內存、各種 I/O設備、文件和數(shù)據(jù)等，使得整個系統(tǒng)能夠高效、可靠地運轉。 ? 嵌入式中間件是指 不包括操作系統(tǒng)內核 、 設備驅動程序 和 應用軟件 在內的 所有系統(tǒng)軟件 。 Tech. 電子信息工程學院 18 ? 在分層結構中，設備驅動程序中的函數(shù)分為硬件接口和調用接口兩種類型。 ? （ 3）加載內核 ? 將操作系統(tǒng)和應用程序的映像 從 Flash存儲器 復制到 系統(tǒng)的內存 當中，然后跳轉到系統(tǒng)內核的第一條指令處繼續(xù)執(zhí)行。通常在系統(tǒng)上電或復位時， BootLoader程序從地址 0x00000000處開始執(zhí)行 。 BSP對于用戶（指系統(tǒng)開發(fā)人員）是開放的，用戶可以根據(jù)不同的硬件需求對其進行改動或二次開發(fā)。 Tech. 電子信息工程學院 13 嵌入式系統(tǒng)的設備驅動 ? 嵌入式系統(tǒng)的設備驅動層用來完成嵌入式系統(tǒng)硬件設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)中廣泛應用，尤其是在功能復雜、系統(tǒng)龐大的應用中顯得愈來愈重要。 Tech. 電子信息工程學院 8 ? （ 2）中斷方式 ? 中斷方式又稱為 前后臺系統(tǒng)形式 ，系統(tǒng)在循環(huán)輪轉方式的基礎上增加了中斷處理功能。當程序執(zhí)行完一輪后，又回到程序的開頭重新執(zhí)行，循環(huán)不斷。 ? 2．應用軟件 ? 應用軟件是嵌入式系統(tǒng)中的上層軟件，它定義了嵌入式設備的主要功能和用途，并負責與用戶進行交互。嵌入式軟件的運行環(huán)境和開發(fā)環(huán)境比 PC機復雜， 嵌入式軟件是在目標系統(tǒng)上運行的 ，而 嵌入式軟件的開發(fā)工作則是在另外的開發(fā)系統(tǒng)中進行 ，當應用軟件調試無誤后，再把它放到目標系統(tǒng)上去。 Tech. 電子信息工程學院 2 嵌入式軟件基礎 ? 嵌入式軟件的特點 ? 應用在嵌入式計算機系統(tǒng)當中的各種軟件統(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，形成了一個完整、獨立的體系。同時，對于事件的處理一定要在限定的時間期限之前完成，否則就有可能引起系統(tǒng)的崩潰。 ? 在嵌入式系統(tǒng)當中，系統(tǒng)軟件和應用軟件運行在目標平臺的（即嵌入式設備上），而對于各種軟件開發(fā)工具來說，它們大部分都運行在開發(fā)平臺（ PC機）上，運行 Windows或 Linux操作系統(tǒng)。軟件的開發(fā)可以按照自頂向下、逐步求精的方式，將系統(tǒng)要完成的功能逐級劃分成若干個小的功能模塊進行編程，最后組合在一起。后臺程序也稱為任務級程序。而采用嵌入式操作系統(tǒng)管理的系統(tǒng)，在遇到強干擾時，可能只會引起系統(tǒng)中的某一個進程被破壞，但這可以通過系統(tǒng)的監(jiān)控進程對其進行修復，系統(tǒng)具有自愈能力，不會造成系統(tǒng)崩潰。操作系統(tǒng)層可以分為基本部分和擴展部分，基本部分是操作系統(tǒng)的核心，負責整個系統(tǒng)的任務調度、存儲管理、時鐘管理和中斷管理等功能；擴展部分為用戶提供網(wǎng)絡、文件系統(tǒng)、圖形用戶界面 GUI、數(shù)據(jù)庫等擴展功能，擴展部分的內容可以根據(jù)系統(tǒng)的需要來進行剪裁。在 BSP當中，使用一組定義好的編程接口來與 BSP進行交互，并通過 BSP來訪問真正的硬件。 ? 對于不同的嵌入式操作系統(tǒng)， BSP的具體結構和組成是不相同的。 吳貴芳 qq:6974784 Henan Uni versity of Sci . amp。設備驅動程序是一組庫函數(shù)，用來對硬件進行初始化和管理，并向上層軟件提供訪問接口。 ? 在混合結構中，上層接口和硬件接口的函數(shù)是混在一起、相互調用的，之間沒有明確的層次關系。 ? 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