【正文】 k， OMG（ Object Management Group）的嵌入式 CORBA等。 ? 所有的 EOS都有一個內(nèi)核（ kernel）， 內(nèi)核是系統(tǒng)當(dāng)中的一個組件，它包含了任務(wù)管理、存儲管理、輸入／輸出（ I/O）設(shè)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(yīng)時間沒有嚴(yán)格的要求，各個進(jìn)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(xué)院 25 圖 單體結(jié)構(gòu) 圖 分層結(jié)構(gòu) 吳貴芳 qq:6974784 Henan Uni versity of Sci . amp。另外，由于它們的內(nèi)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(shù)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(nèi)容組成。 吳貴芳 qq:6974784 Henan Uni versity of Sci . amp。 Tech. 電子信息工程學(xué)院 39 ? 2．線程 ? 線程（ thread）是一個比進(jìn)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(wù)運行過程中，也能夠使用相應(yīng)的系統(tǒng)調(diào)用來創(chuàng)建新的任務(wù)，以幫助它完成自己的工作。 ? 在 fork/exec模型，首先調(diào)用 fork函數(shù)為新任務(wù)創(chuàng)建一份與父任務(wù)完全相同的內(nèi)存空間，然后再調(diào)用 exec函數(shù)裝入新任務(wù)的代碼，并用它來覆蓋原有的屬于父任務(wù)的內(nèi)容。 ? 在一些嵌入式系統(tǒng)中，某些任務(wù)被設(shè)計為 “ 死循環(huán) ” 的模式，任務(wù)不會自行終止。 Tech. 電子信息工程學(xué)院 47 ? 任務(wù)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(dāng)需要創(chuàng)建一個新任務(wù)的時候，就為它生成一個 TCB，并初始化這個 TCB的內(nèi)容；當(dāng)需要終止一個任務(wù)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(wù)隊列的方式來組織它的所有任務(wù)，以提高對這些任務(wù)的管理效率。通常利用調(diào)度器（ scheduler）選擇就緒隊列中的那些任務(wù)中的一個去運行，調(diào)度器是 CPU這個資源的管理者。 Tech. 電子信息工程學(xué)院 53 ? （ 2）在不可搶占調(diào)度方式，一個任務(wù)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(wù)到達(dá)的先后次序來進(jìn)行調(diào)度，它是一種不可搶占的調(diào)度方式。在不可搶占方式，只有任務(wù)運行完畢或者是被阻塞時，才會讓出 CPU進(jìn)行新的調(diào)度。如果一個任務(wù)在分配給它的時間片結(jié)束前就已經(jīng)運行結(jié)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(wù)。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(wù)，通常是把任務(wù)按照不同的優(yōu)先級進(jìn)行分組，然后在不同組的任務(wù)之間使用優(yōu)先級算法，而在同一組的各個任務(wù)之間使用時間片輪轉(zhuǎn)法。一般來說，一個任務(wù)的周期時間同時也是它的時間期限，因為該任務(wù)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(diào)度順序，使得每個任務(wù)都能在其期限時間內(nèi)完成，那么 RMS算法總能找到這樣的一種可行的調(diào)度方案。 ? EDF算法可調(diào)度上限為 100％。 Tech. 電子信息工程學(xué)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(nèi)存保護(hù)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(nèi)存地址空間；應(yīng)用程序和系統(tǒng)程序都能直接對所有的內(nèi)存單元進(jìn)行隨意訪問，無須進(jìn)行地址映射；操作系統(tǒng)的內(nèi)核與外圍應(yīng)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(wù) ” 或 “ 進(jìn)程 ” 均是內(nèi)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(xué)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(nèi)存空間的使用情況，從這個空閑區(qū)當(dāng)中劃出一塊來，分配給它，當(dāng)程序運行結(jié)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(shù)的時候，需要考慮內(nèi)存管理的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、內(nèi)存的分配算法以及內(nèi)存的回收算法三個方面的問題。與此相對應(yīng)，在分區(qū)鏈表上，也要將相應(yīng)的鏈接節(jié)點進(jìn)行合并，并對其內(nèi)容進(jìn)行更新。 吳貴芳 qq:6974784 Henan Uni versity of Sci . amp。當(dāng)一條指令在 CPU當(dāng)中執(zhí)行時，在需要訪問內(nèi)存時， CPU就發(fā)送一個邏輯地址給 MMU，MMU負(fù)責(zé)把這個邏輯地址轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的物理地址，并根據(jù)這個物理地址去訪問內(nèi)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(zhuǎn)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(nèi)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(biāo)記為 “ 占用 ” ，另一個分區(qū)為余下部分并標(biāo)記為 “ 空閑 ” 。這樣就避免了在固定分區(qū)當(dāng)中由于分區(qū)的大小不當(dāng)所造成的內(nèi)碎片，從而提高了內(nèi)存的利用效率。其缺點是內(nèi)存的利用率不高，在任務(wù)所占用的分區(qū)內(nèi)部未被利用的空間的碎片（內(nèi)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(wù)在同時運行。 ? 保護(hù)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(fù)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(yīng)用程序當(dāng)中所有 未帶初始值的全局變量 。防止應(yīng)用程序去破壞操作系統(tǒng)和其他應(yīng)用程序的代碼和數(shù)據(jù)，防止應(yīng)用程序?qū)τ布闹苯釉L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(nèi)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(xué)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(diào)度算法是一種動態(tài)優(yōu)先級調(diào)度算法。 Tech. 電子信息工程學(xué)院 63 ? 2．單調(diào)速率調(diào)度算法（ Rate Monotonic Scheduling， RMS） ? RMS（ Rate Monotonic Scheduling，單調(diào)速率調(diào)度算法）是一種靜態(tài)優(yōu)先級調(diào)度算法。 ? 1． RTOS任務(wù)模型 ? RTOS任務(wù)模型如圖 ，在 RTOS任務(wù)模型中，每一個任務(wù)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(wù)的優(yōu)先級。如果 q太小，每個任務(wù)都需要更多的時間片才能運行完，增加了在任務(wù)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(nèi)完成的任務(wù)數(shù)量稱為吞吐量（ throughput ）?？梢愿鶕?jù)響應(yīng)時間、周轉(zhuǎn)時間、調(diào)度開銷、公平性、均衡性、吞吐量等指標(biāo)來評價一個調(diào)度算法的好壞。 ? （ 1）在可搶占調(diào)度方式，當(dāng)一個任務(wù)正在運行的時候，出現(xiàn)調(diào)度時機當(dāng)中的五種情況之一，都有可能會發(fā)生調(diào)度。然后，對于系統(tǒng)當(dāng)中的每一個任務(wù)，根據(jù)它的狀態(tài)把它的 TCB加入到相應(yīng)的隊列當(dāng)中去。 ? （ 4）修改新任務(wù)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(xué)院 48 ? 4．任務(wù)控制塊 ? TCB（ Task Control Block，任務(wù)控制塊）是在操作系統(tǒng)當(dāng)中用來描述和管理一個任務(wù)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。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(wù)處于運行狀態(tài)。 ? 當(dāng)一個任務(wù)完成了所有的工作，需要結(jié)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(wù)的創(chuàng)建過程需要定義的主要參數(shù)有任務(wù)的優(yōu)先級、?？臻g的大小和函數(shù)名。從圖 ，可以把進(jìn)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(rèn)為進(jìn)程等于線程加上資源平臺。進(jìn)程具有動態(tài)性，進(jìn)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(nèi)容、通用寄存器存放數(shù)據(jù)和地址等。一個進(jìn)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(jìn)程同時執(zhí)行。 吳貴芳 qq:6974784 Henan Uni versity of Sci . amp。在到達(dá)了 t1時刻后，甲釋放剛剛占用的 I/O設(shè)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?qū)煞N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(shè)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(diào)試工具，能夠方便地實現(xiàn)從操作系統(tǒng)到應(yīng)用軟件各個級別的調(diào)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(shè)備。 Tech. 電子信息工程學(xué)院 28 ? 嵌入式操作系統(tǒng)是操作系統(tǒng)研究領(lǐng)域中的一個重要分支，有許多公司在從事相關(guān)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(nèi)核結(jié)構(gòu) ? 微內(nèi)核（ microkernel ）結(jié)構(gòu)把操作系統(tǒng)的大部分功能都剝離出去，在內(nèi)核中只保留最核心的功能單元（如進(jìn)程管理和存儲管理），大部分的系統(tǒng)功能都位于內(nèi)核之外，例如，將所有的設(shè)備驅(qū)動程序都被置于內(nèi)核之外，如圖 。C/OSII和 PDOS都屬于單體內(nèi)核系統(tǒng)。 ? RTOS對響應(yīng)時間有非常嚴(yán)格的要求，當(dāng)某一個外部事件或請求發(fā)生時，相應(yīng)的任務(wù)必須在規(guī)定的時間內(nèi)完成相應(yīng)的處理。 Tech. 電子信息工程學(xué)院 22 ? EOS可以按照系統(tǒng)的類型、響應(yīng)時間和軟件結(jié)構(gòu)等不同的標(biāo)準(zhǔn)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(diào)用函數(shù)。利用中間件技術(shù)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(shè)計。 吳貴芳 qq:6974784 Henan Uni versity of Sci . amp。例如，初始化 LED顯示設(shè)備、定時器、串口通信和內(nèi)存控制器，建立內(nèi)存空間的地址映射，設(shè)置中斷控制寄存器和某些軟件的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和參數(shù)等。 BootLoader用來完成整個系統(tǒng)的加載啟動任務(wù)。 Tech. 電子信息工程學(xué)院 14 ? 一般來說， BSP是針對某個特定的單板而設(shè)計的，系統(tǒng)都會提供相應(yīng)的演示版本的 BSP（最小系統(tǒng) BSP）。 Tech. 電子信息工程學(xué)院 12 圖 嵌入式軟件體系結(jié)構(gòu) 吳貴芳 qq:6974784 Henan Uni versity of Sci . a