【正文】 k， OMG（ Object Management Group）的嵌入式 CORBA等。 ? 所有的 EOS都有一個內核（ kernel）， 內核是系統(tǒng)當中的一個組件，它包含了任務管理、存儲管理、輸入／輸出（ I/O）設備管理和文件系統(tǒng)管理四個功能模塊 。 ? （ 3）開放源代碼系統(tǒng) ? 開放源代碼的嵌入式操作系統(tǒng)有 181。 ? 非實時系統(tǒng)對響應時間沒有嚴格的要求，各個進程分享處理器，以獲得各自所需要的運行時間。 Tech. 電子信息工程學院 25 圖 單體結構 圖 分層結構 吳貴芳 qq:6974784 Henan Uni versity of Sci . amp。另外，由于它們的內存地址空間是相互獨立的，在切換的時候，也會增加額外的開銷。 吳貴芳 qq:6974784 Henan Uni versity of Sci . amp。 吳貴芳 qq:6974784 Henan Uni versity of Sci . amp。 ? ● 幾乎每一種通用程序在 Linux上都能找到，具有豐富的軟件資源。文件系統(tǒng)模塊支持 DOS等格式的文件系統(tǒng)。名稱 ?C/OSII來源于術語 MicroController Operating System（微控制器操作系統(tǒng)），它通常也稱為 MUCOS或者 UCOS。 吳貴芳 qq:6974784 Henan Uni versity of Sci . amp。 吳貴芳 qq:6974784 Henan Uni versity of Sci . amp。同樣的情形也發(fā)生在t3時刻和 t4時刻。例如：一個程序主要由代碼和數(shù)據(jù)兩部分內容組成。 吳貴芳 qq:6974784 Henan Uni versity of Sci . amp。 Tech. 電子信息工程學院 39 ? 2．線程 ? 線程（ thread）是一個比進程更小的能獨立運行的基本單位。 吳貴芳 qq:6974784 Henan Uni versity of Sci . amp。C/OSII、 Jbed、嵌入式 Linux等嵌入式操作系統(tǒng)中。在任務運行過程中，也能夠使用相應的系統(tǒng)調用來創(chuàng)建新的任務，以幫助它完成自己的工作。 ? 在 fork/exec模型，首先調用 fork函數(shù)為新任務創(chuàng)建一份與父任務完全相同的內存空間，然后再調用 exec函數(shù)裝入新任務的代碼，并用它來覆蓋原有的屬于父任務的內容。 ? 在一些嵌入式系統(tǒng)中，某些任務被設計為 “ 死循環(huán) ” 的模式，任務不會自行終止。 Tech. 電子信息工程學院 47 ? 任務因為正在等待某種事件的發(fā)生而暫時不能運行稱為阻塞狀態(tài)，也叫等待狀態(tài)（ waiting）。當需要創(chuàng)建一個新任務的時候，就為它生成一個 TCB，并初始化這個 TCB的內容；當需要終止一個任務的時候，只要回收它的 TCB即可。 吳貴芳 qq:6974784 Henan Uni versity of Sci . amp。通常采用任務隊列的方式來組織它的所有任務，以提高對這些任務的管理效率。通常利用調度器（ scheduler）選擇就緒隊列中的那些任務中的一個去運行，調度器是 CPU這個資源的管理者。 Tech. 電子信息工程學院 53 ? （ 2）在不可搶占調度方式，一個任務長時間地占用著 CPU系統(tǒng)也不會強制它中止。 吳貴芳 qq:6974784 Henan Uni versity of Sci . amp。 FCFS的基本思想就是按照任務到達的先后次序來進行調度，它是一種不可搶占的調度方式。在不可搶占方式，只有任務運行完畢或者是被阻塞時，才會讓出 CPU進行新的調度。如果一個任務在分配給它的時間片結束前就已經(jīng)運行結束了或者是被阻塞了，那么它就會立即讓出 CPU給其他的任務。例如，在短作業(yè)優(yōu)先算法中，以時間為優(yōu)先級，運行時間越短，優(yōu)先級越高。 ? 在優(yōu)先級算法中，對于優(yōu)先級相同的兩個任務，通常是把任務按照不同的優(yōu)先級進行分組，然后在不同組的任務之間使用優(yōu)先級算法，而在同一組的各個任務之間使用時間片輪轉法。一般來說，一個任務的周期時間同時也是它的時間期限，因為該任務必須在它的下一個周期開始之前，完成此次運行。如果存在一種基于靜態(tài)優(yōu)先級的調度順序，使得每個任務都能在其期限時間內完成，那么 RMS算法總能找到這樣的一種可行的調度方案。 ? EDF算法可調度上限為 100％。 Tech. 電子信息工程學院 66 ? 在嵌入式微處理器中， MMU（ Memory Management Unit, 存儲管理單元）提供了一種內存保護的硬件機制 。 ? 1．實模式存儲管理 ? 在實模式存儲管理方式中，系統(tǒng)不使用 MMU；不劃分 “ 系統(tǒng)空間 ” 和“ 用戶空間 ” ，整個系統(tǒng)只有一個地址空間，即物理內存地址空間；應用程序和系統(tǒng)程序都能直接對所有的內存單元進行隨意訪問，無須進行地址映射；操作系統(tǒng)的內核與外圍應用程序在編譯連接后，兩者通常被集成在同一個系統(tǒng)文件中；系統(tǒng)中的 “ 任務 ” 或 “ 進程 ” 均是內核線程，只有運行上下文和棧是獨享的，其他資源都是共享的。 Tech. 電子信息工程學院 68 ? 對于實時系統(tǒng)來說，實模式方案簡單、存儲管理的開銷確定，比較適合于規(guī)模較小、簡單和實時性要求較高的系統(tǒng)。 ? 分區(qū)存儲管理又可以分為固定分區(qū)和可變分區(qū)兩類 。在裝入一個程序時，系統(tǒng)將根據(jù)它的需求和內存空間的使用情況，從這個空閑區(qū)當中劃出一塊來，分配給它，當程序運行結束后會釋放所占用的存儲區(qū)域。 ? 在具體實現(xiàn)可變分區(qū)存儲管理技術的時候，需要考慮內存管理的數(shù)據(jù)結構、內存的分配算法以及內存的回收算法三個方面的問題。與此相對應，在分區(qū)鏈表上，也要將相應的鏈接節(jié)點進行合并，并對其內容進行更新。 吳貴芳 qq:6974784 Henan Uni versity of Sci . amp。當一條指令在 CPU當中執(zhí)行時，在需要訪問內存時， CPU就發(fā)送一個邏輯地址給 MMU，MMU負責把這個邏輯地址轉換為相應的物理地址，并根據(jù)這個物理地址去訪問內存。 ? 因此，為了保證 CPU在執(zhí)行指令時可以正確地訪問存儲單元，系統(tǒng)在 裝入一個用戶程序后，需要將用戶程序中的邏輯地址轉換為運行時由機器直接尋址的物理地址 ，這個過程就稱為地址映射。將系統(tǒng)內存分割成很多個大小相等的存儲單元，如字節(jié)或字，每個單元給它一個編號，這個編號就稱為物理地址。若是大于要求，則將該分區(qū)分割成兩個小分區(qū)，其中一個分區(qū)為要求的大小并標記為 “ 占用 ” ，另一個分區(qū)為余下部分并標記為 “ 空閑 ” 。這樣就避免了在固定分區(qū)當中由于分區(qū)的大小不當所造成的內碎片，從而提高了內存的利用效率。其缺點是內存的利用率不高，在任務所占用的分區(qū)內部未被利用的空間的碎片（內碎片）會造成很大的浪費；分區(qū)的總數(shù)是固定的，限制了并行執(zhí)行的程序個數(shù)， N個分區(qū)最多只能有 N個任務在同時運行。 ? 保護模式存儲管理方式的安全性和可靠性較好，適合于規(guī)模較大、較復雜和實時性要求不太高的系統(tǒng)。 .bss：用來存放操作系統(tǒng)和應用程序當中所有 未帶初始值的全局變量 。防止應用程序去破壞操作系統(tǒng)和其他應用程序的代碼和數(shù)據(jù)，防止應用程序對硬件的直接訪問。 系統(tǒng)的實時性要求直接影響到存儲管理的實現(xiàn)方式 ，為了確保系統(tǒng)的實時性，快速和確定是內存管理的基本要求，即在存儲管理方面的開銷不能太大，對于每一項工作都要有明確的實時約束，即必須在某個限定的時刻之前完成。 Tech. 電子信息工程學院 64 ? 3．最早期限優(yōu)先算法（ Earliest Deadline First， EDF） ? EDF（ Earliest Deadline First，最早期限優(yōu)先）調度算法是一種動態(tài)優(yōu)先級調度算法。 Tech. 電子信息工程學院 63 ? 2．單調速率調度算法（ Rate Monotonic Scheduling， RMS） ? RMS（ Rate Monotonic Scheduling，單調速率調度算法）是一種靜態(tài)優(yōu)先級調度算法。 ? 1． RTOS任務模型 ? RTOS任務模型如圖 ，在 RTOS任務模型中，每一個任務用一個 三元組來表示（執(zhí)行時間、周期、時間期限） 。 ? 可以采用靜態(tài)方式和動態(tài)方式確定任務的優(yōu)先級。如果 q太小，每個任務都需要更多的時間片才能運行完，增加了在任務之間的切換次數(shù)，增大了系統(tǒng)的管理開銷，降低了 CPU的使用效率。 圖 SJF算法示意圖 吳貴芳 qq:6974784 Henan Uni versity of Sci . amp。 吳貴芳 qq:6974784 Henan Uni versity of Sci . amp。 ? ● 單位時間內完成的任務數(shù)量稱為吞吐量（ throughput ）?？梢愿鶕?jù)響應時間、周轉時間、調度開銷、公平性、均衡性、吞吐量等指標來評價一個調度算法的好壞。 ? （ 1）在可搶占調度方式，當一個任務正在運行的時候，出現(xiàn)調度時機當中的五種情況之一，都有可能會發(fā)生調度。然后，對于系統(tǒng)當中的每一個任務，根據(jù)它的狀態(tài)把它的 TCB加入到相應的隊列當中去。 ? （ 4）修改新任務的狀態(tài)，從就緒狀態(tài)變成運行狀態(tài)。 吳貴芳 qq:6974784 Henan Uni versity of Sci . amp。 Tech. 電子信息工程學院 48 ? 4．任務控制塊 ? TCB（ Task Control Block，任務控制塊）是在操作系統(tǒng)當中用來描述和管理一個任務的數(shù)據(jù)結構。如果在一個系統(tǒng)中只有一個 CPU的話，那么最多只能有一個任務處于運行狀態(tài)。 ? 當一個任務完成了所有的工作，需要結束運行，提出退出要求，稱為正常退出。 fork/exec模型源于 IEEE/ISO POSIX ，而spawn模型是從它派生出來的。 吳貴芳 qq:6974784 Henan Uni versity of Sci . amp。 ? 在任務的創(chuàng)建過程需要定義的主要參數(shù)有任務的優(yōu)先級、棧空間的大小和函數(shù)名。從圖 ，可以把進程看成是程序代碼在這個資源平臺上的一條執(zhí)行流程（線程），也就是可以認為進程等于線程加上資源平臺。進程具有動態(tài)性，進程是一個正在運行的程序，程序的運行狀態(tài)都在不斷地變化，如 PC寄存器的值、堆和棧的內容、通用寄存器存放數(shù)據(jù)和地址等。一個進程在運行的時候可以啟動一個或多個程序，同一個程序也可能由多個進程同時執(zhí)行。 吳貴芳 qq:6974784 Henan Uni versity of Sci . amp。在到達了 t1時刻后，甲釋放剛剛占用的 I/O設備，交給程序乙去使用。如圖 ，圖中我們采用不同的方框來表示這兩個程序對兩種資源的使用情況，方框的長度表示使用的時間。?C/OSII具有良好的可移植性。熟悉 Windows操作系統(tǒng)的用戶可以很快地使用基于 Windows CE的嵌入式設備。 吳貴芳 qq:6974784 Henan Uni versity of Sci . amp。 ? ● 可提供完整的工具鏈（ Tool Chain），利用 GNU的 gcc做編譯器，用 gdb, kgdb, xgdb做調試工具，能夠方便地實現(xiàn)從操作系統(tǒng)到應用軟件各個級別的調試。文件系統(tǒng)主要包括與 MSDOS兼容的文件系統(tǒng)、與 RT11兼容的文件系統(tǒng)、 Raw Disk文件系統(tǒng)和 SCSI磁帶設備。 Tech. 電子信息工程學院 28 ? 嵌入式操作系統(tǒng)是操作系統(tǒng)研究領域中的一個重要分支，有許多公司在從事相關方面的研究，開發(fā)了數(shù)以百計的各具特色的嵌入式操作系統(tǒng)產(chǎn)品，其中比較有影響的系統(tǒng)有 VxWorks、嵌入式Linux、 Windows CE、 181。 ? （ 3）微內核結構 ? 微內核（ microkernel ）結構把操作系統(tǒng)的大部分功能都剝離出去，在內核中只保留最核心的功能單元（如進程管理和存儲管理），大部分的系統(tǒng)功能都位于內核之外，例如，將所有的設備驅動程序都被置于內核之外，如圖 。C/OSII和 PDOS都屬于單體內核系統(tǒng)。 ? RTOS對響應時間有非常嚴格的要求，當某一個外部事件或請求發(fā)生時，相應的任務必須在規(guī)定的時間內完成相應的處理。 Tech. 電子信息工程學院 22 ? EOS可以按照系統(tǒng)的類型、響應時間和軟件結構等不同的標準來分類。 EOS所提供的編程接口實際上就是操作系統(tǒng)對外提供的系統(tǒng)調用函數(shù)。利用中間件技術可以使用戶把精力集中到系統(tǒng)功能的實現(xiàn)上，實現(xiàn)嵌入式系統(tǒng)的軟硬件協(xié)同設計。 吳貴芳 qq:6974784 Henan Uni versity of Sci . amp。例如，初始化 LED顯示設備、定時器、串口通信和內存控制器，建立內存空間的地址映射，設置中斷控制寄存器和某些軟件的數(shù)據(jù)結構和參數(shù)等。 BootLoader用來完成整個系統(tǒng)的加載啟動任務。 Tech. 電子信息工程學院 14 ? 一般來說， BSP是針對某個特定的單板而設計的，系統(tǒng)都會提供相應的演示版本的 BSP（最小系統(tǒng) BSP）。 Tech. 電子信息工程學院 12 圖 嵌入式軟件體系結構 吳貴芳 qq:6974784 Henan Uni versity of Sci . a