arm嵌入式第一章(編輯修改稿)
2025-03-27 12:38 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 備和有實(shí)時(shí)性要求的系統(tǒng)中 實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)是我們介紹的重點(diǎn) 嵌入式操作系統(tǒng) ? 實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的特點(diǎn) IEEE 的實(shí)時(shí) UNIX分委會(huì)認(rèn)為實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)應(yīng)具備以下的幾點(diǎn) : ?異步的事件響應(yīng) ?切換時(shí)間和中斷延遲時(shí)間確定 ?優(yōu)先級(jí)中斷和調(diào)度 ?搶占式調(diào)度 ?內(nèi)存鎖定 ?連續(xù)文件 ?同步 嵌入式操作系統(tǒng) ? 實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的特點(diǎn) 總的來(lái)說(shuō)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)是事件驅(qū)動(dòng)的，能對(duì)來(lái)自外界的作用和信號(hào)在限定的時(shí)間范圍內(nèi)作出響應(yīng)。它強(qiáng)調(diào)的是 實(shí)時(shí)性 、 可靠性 和 靈活性 , 與實(shí)時(shí)應(yīng)用軟件相結(jié)合成為有機(jī)的整體起著核心作用 , 由它來(lái)管理和協(xié)調(diào)各項(xiàng)工作 ,為應(yīng)用軟件提供良好的運(yùn)行軟件環(huán)境及開(kāi)發(fā)環(huán)境。 從實(shí)時(shí)系統(tǒng)的應(yīng)用特點(diǎn)來(lái)看實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)可以分為兩種： 一般實(shí)時(shí)操作系統(tǒng) 和 嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng) 。 嵌入式操作系統(tǒng) ? 實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的特點(diǎn) 一般實(shí)時(shí)操作系統(tǒng) 應(yīng)用于實(shí)時(shí)處理系統(tǒng)的上位機(jī)和實(shí)時(shí)查詢系統(tǒng)等實(shí)時(shí)性較弱的實(shí)時(shí)系統(tǒng)，并且提供了開(kāi)發(fā)、調(diào)試、運(yùn)用一致的環(huán)境。 嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng) 應(yīng)用于實(shí)時(shí)性要求高的實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)，而且應(yīng)用程序的開(kāi)發(fā)過(guò)程是通過(guò)交叉開(kāi)發(fā)來(lái)完成的，即開(kāi)發(fā)環(huán)境與運(yùn)行環(huán)境是不一致。嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)具有規(guī)模小 (一般在幾 K～幾十 K 內(nèi) )、可固化使用實(shí)時(shí)性強(qiáng) (在毫秒或微秒數(shù)量級(jí)上 )的特點(diǎn) 。 嵌入式操作系統(tǒng) ? 基本概念 對(duì)基于芯片的開(kāi)發(fā)來(lái)說(shuō)，應(yīng)用程序一般是一個(gè)無(wú)限的循環(huán)，可稱為前后臺(tái)系統(tǒng)或超循環(huán)系統(tǒng)。 很多基于微處理器的產(chǎn)品采用前后臺(tái)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，例如微波爐、電話機(jī)、玩具等。在另外一些基于微處理器應(yīng)用中，從省電的角度出發(fā)，平時(shí)微處理器處在停機(jī)狀態(tài)，所有事都靠中斷服務(wù)來(lái)完成。 —— 前后臺(tái)系統(tǒng) ? 基本概念 中斷服務(wù)程序處理異步事件，這部分可以看成前臺(tái)行為 ，前臺(tái)也叫中斷級(jí)。時(shí)間相關(guān)性很強(qiáng)的關(guān)鍵操作一定是靠中斷服務(wù)程序來(lái)保證的。 循環(huán)中調(diào)用相應(yīng)的函數(shù)完成相應(yīng)的操作，這部分可以看成 后臺(tái)行為 ，后臺(tái)也可以叫做任務(wù)級(jí)。這種系統(tǒng)在處理的及時(shí)性上比實(shí)際可以做到的要差。 ISR ISR ISR ISR 后臺(tái) 前臺(tái) 中斷服務(wù)程序 時(shí) 間 —— 前后臺(tái)系統(tǒng) ISR:中斷服務(wù)程序 Interrupt Service Routines 嵌入式操作系統(tǒng) ? 基本概念 操作系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)中最基本的程序。操作系統(tǒng)負(fù)責(zé)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中全部軟硬資源的分配與回收、控制與協(xié)調(diào)等并發(fā)的活動(dòng)；操作系統(tǒng)提供用戶接口，使用戶獲得良好的工作環(huán)境；操作系統(tǒng)為用戶擴(kuò)展新的系統(tǒng)功能提供軟件平臺(tái)。 —— 操作系統(tǒng) 硬件 硬件驅(qū)動(dòng) 操作系統(tǒng) 用戶程序 嵌入式操作系統(tǒng) ? 基本概念 實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)是一段在嵌入式系統(tǒng)啟動(dòng)后首先執(zhí)行的背景程序，用戶的應(yīng)用程序是運(yùn)行于 RTOS之上的各個(gè)任務(wù)， RTOS根據(jù)各個(gè)任務(wù)的要求，進(jìn)行資源 (包括存儲(chǔ)器、外設(shè)等 )管理、消息管理、任務(wù)調(diào)度、異常處理等工作。在 RTOS支持的系統(tǒng)中， 每個(gè)任務(wù)均有一個(gè)優(yōu)先級(jí)， RTOS根據(jù)各個(gè)任務(wù)的優(yōu)先級(jí)，動(dòng)態(tài)地切換各個(gè)任務(wù)，保證對(duì)實(shí)時(shí)性的要求。 —— 實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)（ RTOS） Real Time Operating System 嵌入式操作系統(tǒng) ? 基本概念 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，運(yùn)行這些代碼不允許被打斷。一旦這部分代碼開(kāi)始執(zhí)行，則不允許任何中斷打入（這不是絕對(duì)的，如果中斷不調(diào)用任何包含臨界區(qū)的代碼，也不訪問(wèn)任何臨界區(qū)使用的共享資源，這個(gè)中斷可能可以執(zhí)行）。為確保臨界區(qū)代碼的執(zhí)行，在進(jìn)入臨界區(qū)之前要關(guān)中斷，而臨界區(qū)代碼執(zhí)行完成以后要立即開(kāi)中斷。 —— 代碼的臨界區(qū) 嵌入式操作系統(tǒng) ? 基本概念 程序運(yùn)行時(shí)可使用的軟、硬件環(huán)境統(tǒng)稱為資源。資源可以是輸入輸出設(shè)備，例如打印機(jī)、鍵盤(pán)、顯示器。資源也可以是一個(gè)變量、一個(gè)結(jié)構(gòu)或一個(gè)數(shù)組等。 —— 資源 任務(wù) A 共享資源 任務(wù) B 任務(wù) C 信號(hào)量 嵌入式操作系統(tǒng) ? 基本概念 可以被一個(gè)以上任務(wù)使用的資源叫做 共享資源 。為了防止數(shù)據(jù)被破壞，每個(gè)任務(wù)在與共享資源打交道時(shí)，必須獨(dú)占該資源，這叫做互斥。 —— 共享資源 訪問(wèn)共享資源之前申請(qǐng)信號(hào)量 其它任務(wù)訪問(wèn)受阻 而不能使用共享資源 得到允許后，才能使用共享資源 嵌入式操作系統(tǒng) ? 基本概念 一個(gè)任務(wù)，也稱作一個(gè)線程，是一個(gè)簡(jiǎn)單的程序，該程序可以認(rèn)為 CPU完全屬于該程序自己。實(shí)時(shí)應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)過(guò)程，包括如何把問(wèn)題分割成多個(gè)任務(wù)，每個(gè)任務(wù)都是整個(gè)應(yīng)用的某一部分，每個(gè)任務(wù)被賦予一定的優(yōu)先級(jí)，有它自己的一套 CPU寄存器和自己的?？臻g。 —— 任務(wù) 嵌入式操作系統(tǒng) ? 基本概念 當(dāng)多任務(wù)內(nèi)核決定運(yùn)行另外的任務(wù)時(shí)，它保存正在運(yùn)行任務(wù)的當(dāng)前狀態(tài)，即 CPU寄存器中的全部?jī)?nèi)容。這些內(nèi)容保存在任務(wù)的當(dāng)前狀態(tài)保存區(qū)，也就是任務(wù)自已的棧區(qū)之中。入棧工作完成以后，就把下一個(gè)將要運(yùn)行的任務(wù)的當(dāng)前狀態(tài)從任務(wù)的棧
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