【文章內(nèi)容簡介】 提供軟定時(shí)器的管理功能等 。 ?通用操作系統(tǒng)的系統(tǒng)時(shí)鐘的精度由操作系統(tǒng)確定 ，應(yīng)用不可調(diào) ， 且一般是幾十個(gè)毫秒 。 內(nèi) 核（ 6/12） 30 ?任務(wù)擴(kuò)展功能 ?任務(wù)擴(kuò)展功能就是在內(nèi)核中設(shè)置一些 Hook的調(diào)用點(diǎn)， 在這些調(diào)用點(diǎn)上內(nèi)核調(diào)用應(yīng)用設(shè)置的 、 應(yīng)用自己編寫的擴(kuò)展處理程序 ， 以擴(kuò)展內(nèi)核的有關(guān)功能 。 ?Hook調(diào)用點(diǎn)有任務(wù)創(chuàng)建 、 任務(wù)切換 、 任務(wù)刪除 、 出錯(cuò)處理等 。 內(nèi) 核（ 7/12） 31 ? TCP/IP 協(xié)議已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)中 ? 嵌入式 TCP/IP 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)提供符合TCP/IP 協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)議棧 ， 提供Socket編程接口 。 Socket 接 口 UDP協(xié)議 TCP協(xié)議 IP 協(xié)議 ICMP/IGMP協(xié)議 網(wǎng)絡(luò)接口層 ARP/PPP協(xié)議 以太網(wǎng)驅(qū)動(dòng) 異步串口驅(qū)動(dòng) 物 理 設(shè) 備 應(yīng)用程序 /應(yīng)用協(xié)議 嵌入式 TCP/IP （ 8/12） 32 ?嵌入式 TCP/IP網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)具有以下的特點(diǎn)： ?可剪裁 能根據(jù)嵌入式系統(tǒng)的功能的要求選擇所需的協(xié)議，對(duì)完整的 TCP/IP協(xié)議簇進(jìn)行剪裁，以滿足用戶的需要。 ?采用“零拷貝”（ Zero Copy）技術(shù)，提高實(shí)時(shí)性 所謂“零拷貝”技術(shù)，是指 TCP/IP協(xié)議棧沒有用于各層間數(shù)據(jù)傳遞的緩沖區(qū)，協(xié)議棧各層間傳遞的都是數(shù)據(jù)指針，只有當(dāng)數(shù)據(jù)最終要被驅(qū)動(dòng)程序發(fā)送出去或是被應(yīng)用程序取走時(shí)，才進(jìn)行真正的數(shù)據(jù)搬移。 嵌入式 TCP/IP （ 9/12） 33 ?采用靜態(tài)分配技術(shù) 在網(wǎng)絡(luò)初始化時(shí)就靜態(tài)分配通信緩沖區(qū)，設(shè)置了專門的發(fā)送和接收緩沖（其大小一般小于或等于物理網(wǎng)絡(luò)上的 MTU值），從而確保了每次發(fā)送或接收時(shí)處理的數(shù)據(jù)不會(huì)超過 MTU值，也就避免了數(shù)據(jù)處理任務(wù)的阻塞等待。 嵌入式 TCP/IP （ 10/12） 34 ?通用操作系統(tǒng)的文件系統(tǒng)通常具有以下功能： ?提供用戶對(duì)文件操作的命令 ?提供用戶共享文件的機(jī)制 ?管理文件的存儲(chǔ)介質(zhì) ?提供文件的存取控制機(jī)制 ， 保障文件及文件系統(tǒng)的安全性 ?提供文件及文件系統(tǒng)的備份和恢復(fù)功能 ?提供對(duì)文件的加密和解密功能 嵌入式文件系統(tǒng)（ 11/12） 35 ?嵌入式文件系統(tǒng)相比之下較為簡單 ， 主要具有文件的存儲(chǔ) 、 檢索 、 更新等功能 ， 一般不提供保護(hù)和加密等安全機(jī)制 。 ?它以系統(tǒng)調(diào)用和命令方式提供對(duì)文件的各種操作 ， 主要有： ?設(shè)置和修改對(duì)文件和目錄的存取權(quán)限 ?提供建立 、 修改 、 改變 、 刪除目錄等服務(wù) ?提供創(chuàng)建 、 打開 、 讀 、 寫 、 關(guān)閉 、 撤消文件等服務(wù) 嵌入式文件系統(tǒng)（ 12/12） 36 ?實(shí)時(shí)性 ?可移植性 ?可剪裁 、 可配置性 ?可靠性 ?應(yīng)用編程接口 嵌入式操作系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)計(jì)問題（ 1/7） 37 ?實(shí)時(shí)性是實(shí)時(shí)內(nèi)核最重要的特性之一 。 實(shí)時(shí)系統(tǒng)的正確性不僅依賴于系統(tǒng)計(jì)算的邏輯結(jié)構(gòu) ， 還依賴于產(chǎn)生這些結(jié)果的時(shí)間 。 ?從整體上考慮 ， 一個(gè)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性能與硬件 、 操作系統(tǒng)及應(yīng)用程序三方面都有關(guān)系 ， 提高硬件能力可以在一定程度上提高實(shí)時(shí)性；但是當(dāng)硬件條件確定之后 ， 嵌入式系統(tǒng)的性能主要由操作系統(tǒng)來確定 ， 其中實(shí)時(shí)內(nèi)核起著關(guān)鍵的作用 。 ?實(shí)時(shí)性相關(guān)概念 ?確定性 ?響應(yīng)性 ?響應(yīng)時(shí)間 實(shí)時(shí)性（ 2/7） 38 ?影響實(shí)時(shí)性的主要因素 ?調(diào)度算法 ?可搶占內(nèi)核 ?內(nèi)核的關(guān)中斷時(shí)間 ?數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) ?存儲(chǔ)管理機(jī)制 ?資源的有限時(shí)間等待 ?優(yōu)先級(jí)反轉(zhuǎn)問題的解決 ?中斷處理 ?浮點(diǎn)數(shù)的優(yōu)化處理 實(shí)時(shí)性（ 3/7） 39 ?可移植性好的操作系統(tǒng)在支持多平臺(tái)方面具有開發(fā)周期縮短 、 代碼可重用度高和維護(hù)工作量小等顯著優(yōu)點(diǎn) ， 所以追求良好的可移植性是設(shè)計(jì)實(shí)時(shí)內(nèi)核時(shí)需要重點(diǎn)考慮的目標(biāo)之一 。 ?影響可移植性的主要因素 ?編程語言 ?體系結(jié)構(gòu) ?代碼實(shí)現(xiàn)的技巧 可移植性（ 4/7） 40 ?為了能滿足不同復(fù)雜程度的應(yīng)用需求 ， 嵌入式操作系統(tǒng)應(yīng)該具有良好的或剪裁性 、 可配置性 。 ?可配置與可剪裁是聯(lián)系緊密 ， 但又有區(qū)別的兩種特性 。可剪裁性表示系統(tǒng)在增加 、 卸裝功能模塊時(shí)僅需要做少量的修改或者根本不用修改 。 可配置性針對(duì)系統(tǒng)中未被卸裝的模塊 ， 根據(jù)應(yīng)用在數(shù)量 、 機(jī)制 、 工作空間和堆棧等方面的不同需求 ， 決定系統(tǒng)的規(guī)模 、 功能以及內(nèi)存分配等 。 ?內(nèi)核的剪裁性取決于模塊之間的耦合程度 。 耦合程度越小的系統(tǒng) ， 可剪裁的力度越大 。 可剪裁性與可配置性（ 5/7） 41 ?可靠性對(duì)于實(shí)時(shí)系統(tǒng)來說通常比非實(shí)時(shí)系統(tǒng)更為重要 。 ?為保證應(yīng)用系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性 ， 嵌入式實(shí)時(shí)內(nèi)核可以提供諸多機(jī)制供用戶使用 ， 包括異步信號(hào) 、 定時(shí)器 、 優(yōu)先級(jí)繼承 、 異常處理 、 用戶擴(kuò)展和內(nèi)存保護(hù)等 。 ?嵌入式實(shí)時(shí)系統(tǒng)一般不具備通用的人機(jī)接口 ， 運(yùn)行時(shí)人不能干預(yù)其操作 ， 因此系統(tǒng)的異常處理能力是其可靠性很關(guān)鍵的因素之一 。 可靠性（ 6/7） 42 ?一個(gè)操作系統(tǒng)提供的系統(tǒng)調(diào)用 （ 應(yīng)用編程接口 API） 越多， 功能越強(qiáng) ， 就越能對(duì)應(yīng)用程序的開發(fā)提供高效的支持， 同時(shí)也會(huì)減少應(yīng)用程序的維護(hù)工作量 。 ?API也影響著應(yīng)用參與系統(tǒng)控制的深淺程度 。 ?提供面向行業(yè)的接口標(biāo)準(zhǔn)是嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的一個(gè)發(fā)展趨勢 。 應(yīng)用編程接口（ 7/7） 43 二、嵌入式操作系統(tǒng)基本概念 ? 前臺(tái)與后臺(tái) ? 多任務(wù)，任務(wù)優(yōu)先級(jí)，調(diào)度 ? 非占先式與占先式，可重入型函數(shù) ? 信號(hào)量，死鎖，同步，事件標(biāo)志 ? 任務(wù)間通信，消息郵箱，消息隊(duì)列 ? 中斷 44 前后臺(tái)系統(tǒng)（ 1/2） ISR ISR 后臺(tái) 前臺(tái) ISR 時(shí)間 45 ? 代碼的臨界區(qū)也稱為臨界區(qū)，指處理時(shí)不可分割的代碼。一旦這部分代碼開始執(zhí)行，則不允許任何中斷打入。 ? 在進(jìn)入臨界區(qū)之前要關(guān)中斷，而臨界區(qū)代碼執(zhí)行完以后要立即開中斷（在任務(wù)切換時(shí)，地址、指令、數(shù)據(jù)等寄存器堆棧保護(hù)）。 代碼的臨界區(qū)（ 2/2） 46 多任務(wù)（ 1/6） CPU寄存器 任務(wù) 控制 塊 1 任務(wù) 控制 塊 2 任務(wù) 控制 塊