【正文】 為 a、 a+b、 a+b+c和 a+b+c+d，因此平均周轉(zhuǎn)時間為： (4a+3b+2c+d)/4 顯然，當(dāng) a ? b ? c ? d時，平均周轉(zhuǎn)時間最小。 時間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度算法 ? 在 時間片輪轉(zhuǎn)算法 （ RoundRobin， RR）中，將 所有的就緒任務(wù)按照 FCFS原則，排成一個隊列； ? 每次調(diào)度時將處理器分派給隊首任務(wù)，讓其執(zhí)行 一小段 CPU時間（ 時間片 ， time slice）； ? 在一個時間片結(jié)束時，如果任務(wù)還沒有執(zhí)行完的 話，將發(fā)生時鐘中斷，在時鐘中斷中，調(diào)度程序 將暫停當(dāng)前任務(wù)的執(zhí)行，并將其送到就緒隊列的 末尾，然后執(zhí)行當(dāng)前的隊首任務(wù)； ? 如果一個任務(wù)在它的時間片用完之前就已結(jié)束或 被阻塞，那么立即讓出 CPU。 開始時，任務(wù) B位于隊列之首，因此被調(diào)度執(zhí)行。當(dāng) 它的時間片用完后，就把它送到就緒隊列的末尾。 同時，任務(wù) F成為新的隊首，被調(diào)度運行。 時間片輪轉(zhuǎn)法的特點 ? 優(yōu)點： ? 公平性 ：各個就緒任務(wù)平均地分配 CPU的使用 時間。假設(shè)有 n個就緒任務(wù)，時間片大小為 q， 那么每個任務(wù)將得到 1/n的 CPU時間； ? 活動性 ：每個任務(wù)最多等待 (n1)q時間就能夠 再次得到 CPU去運行； ? 缺點： q的大小難以確定 （一般在 20－ 50ms）。 ? q太大：退化為 FCFS算法，進程在一個時間片 內(nèi)都執(zhí)行完，響應(yīng)時間長。如 q=100ms； ? q太?。好總€任務(wù)都需要更多的時間片才能處理 完，任務(wù)切換次數(shù)增加，增大系統(tǒng)開銷。如 q=4ms 優(yōu)先級調(diào)度算法 ? 輪轉(zhuǎn)法有一個缺省的前提，即各任務(wù)同等重要； ? “人人生而平等”？ 恐怕不太現(xiàn)實！同樣，并 不是每個任務(wù)都同等重要， 怎么辦？分等級！ ? 優(yōu)先級算法 （ Priority Scheduling）：給每個任 務(wù)設(shè)置一個優(yōu)先級，然后在所有就緒任務(wù)中選擇 優(yōu)先級最高的那個任務(wù)去運行； ? SJF就是一個優(yōu)先級算法，每個任務(wù)的優(yōu)先級是 它的 CPU運行時間（時間越短，優(yōu)先級越高）； ? 分為 可搶占 和 不可搶占 兩種方式；各任務(wù)優(yōu)先級 的確定方式可分為 靜態(tài) 和 動態(tài) 兩種。 可搶占方式 任務(wù) 1 任務(wù) 2 任務(wù) 1 優(yōu)先級 高 低 時間 任務(wù) 2 任務(wù) 3 表示搶占 表示結(jié)束 ? 靜態(tài)優(yōu)先級方式 ：指在創(chuàng)建任務(wù)時即確定任務(wù)的優(yōu)先級，并保持不變到任務(wù)運行結(jié)束。 – 缺點：如果一直有高優(yōu)先級的任務(wù)出現(xiàn)，則它們一直占用著 CPU，而低優(yōu)先級的任務(wù) “ 饑餓 ” 。 ? 動態(tài)優(yōu)先級方式 ：指在創(chuàng)建任務(wù)時賦予給進程的優(yōu)先級，在任務(wù)運行過程中可以動態(tài)改變，以便獲得更好的調(diào)度性能。 – 為防 “ 饑餓 ” ，根據(jù)任務(wù)的等待時間調(diào)整優(yōu)先級。在就緒隊列中，等待時間延長則優(yōu)先級提高，從而使優(yōu)先級較低的任務(wù)在等待足夠的時間后，其優(yōu)先級提高到可被調(diào)度執(zhí)行。 優(yōu)先級類別 （本圖摘自 Andrew S. Tanenbaum： “ Modern Operating Systems” ） 可以把進程按照不同的優(yōu)先級別分組，然后在不同 級別之間使用優(yōu)先級算法，而在同一級別的各個進 程之間使用時間片輪轉(zhuǎn)法。 實時系統(tǒng)調(diào)度 ?對于 RTOS調(diào)度器來說，公平性并不重要。例如：如果老師給你布置了五個家庭作業(yè)，其中有一個作業(yè)必須在一個小時內(nèi)完成，顯然先做那個作業(yè)； ?RTOS調(diào)度器的主要目標(biāo)就是要使得每個任務(wù)都必須在其最終時間期限(deadline)之前完成。 ?大多數(shù) RTOS調(diào)度器都采用基于優(yōu)先級的可搶占調(diào)度算法； ?但在具體實現(xiàn)上： ?如何設(shè)定各個任務(wù)的優(yōu)先級？ ?優(yōu)先級是靜態(tài)設(shè)置的還是動態(tài)可變的？ ?算法的性能如何，能否滿足實時要求？ 主要內(nèi)容 ? 嵌入式硬件系統(tǒng) ? 嵌入式軟件系統(tǒng) ? 嵌入式系統(tǒng)的基本設(shè)計過程 ? 本教程選擇的軟硬件平臺 嵌入式系統(tǒng)的基本設(shè)計過程 ? 良好的設(shè)計方法在嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)過程中是必不可少的。 ? 首先，好的方法有助于規(guī)劃一個清晰的工作進度，避免遺漏重要的工作，例如性能的優(yōu)化和可靠性測試對于一個合格的嵌入式產(chǎn)品而言是不可或缺的。 ? 其次，采用有效的方法可以將整個復(fù)雜的開發(fā)過程分解成若干可以控制的步驟，通過一些先進的計算機輔助設(shè)計工具，按部就班、有條不紊地完成整個項目。 ? 最后，通過定義全面的設(shè)計過程，可以使整個團隊的各個成員更好地理解自身的工作，方便成員之間相互交流與協(xié)作。 嵌入式系統(tǒng)設(shè)計主要步驟 需 求 分 析規(guī) 格 說 明體 系 結(jié) 構(gòu) 分 析構(gòu) 件 設(shè) 計系 統(tǒng) 調(diào) 試 與 集 成 嵌入式系統(tǒng)的基本設(shè)計過程 ? 需求分析 – 顯然，在設(shè)計一個系統(tǒng)之前，必須清楚要設(shè)計什么。 – 在設(shè)計的最初階段，通過與客戶進行交流，了解用戶的意圖，明確客戶到底需要開發(fā)什么樣的產(chǎn)品，包括產(chǎn)品的功能、性能、價格、開發(fā)時間等一系列問題。 需求分析 ? 1. 需求與規(guī)格說明 – 通常，描述產(chǎn)品需求的文檔是由嵌入式系統(tǒng)的總體設(shè)計者從用戶的視角來寫的，由一系列的用戶需求組成。 – 然后，對這些需求進行提煉，從中獲取一組一致性的需求，整理成正式的規(guī)格說明，這些規(guī)格說明里包含了進行系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)設(shè)計所需要的足夠信息。 需求分析 ? – 確認(rèn)需求不僅要理解什么是用戶需要的，而且需要理解他們?nèi)绾伪磉_這些需求。 – 精煉系統(tǒng)需求的方法是建立一個模型，這個模型可以使用已存數(shù)據(jù)來模擬功能，并且可以在個人電腦或工作站上運行。它應(yīng)該讓用戶了解系統(tǒng)是如何使用的，以及用戶如何和它進行交互。通常，設(shè)備的非功能模型可以讓用戶了解系統(tǒng)的特性，比如系統(tǒng)的尺寸和重量。 需求分析 ? 3. 簡單的需求表格 – 對一個大系統(tǒng)進行需求分析是一項復(fù)雜而費時的工作，但是，取得相對少量的格式清晰、簡單的信息是理解系統(tǒng)需求的一個好的開始。 項 目 說 明 名稱 目的 輸入 輸出 功能 性能 生產(chǎn)成本 功耗 物理尺寸和重量 需求分析 ? – 在寫完需求分析以后，你應(yīng)該對它們的內(nèi)部一致性進行檢查：是否忘記了給某個功能指定輸入或輸出，是否考慮了系統(tǒng)運行的所有方式，是否把一些不切實際的要求放到了一個電池供電、低成本的機器中了等。 嵌入式系統(tǒng)的基本設(shè)計過程 ? 規(guī)格說明 – 規(guī)格說明起到客戶和生產(chǎn)者之間的合同的作用。因此，規(guī)格說明必須小心編寫，以便精確地反映客戶的需求，并且作為設(shè)計時必須明確遵循的要求。 – 規(guī)格說明應(yīng)該足夠明晰，以便別人可以驗證它是否符合系統(tǒng)需求，且是否完全滿足客戶的期望。 – 描述規(guī)格說明的工具可采用統(tǒng)一建模語言（ UML）。 嵌入式系統(tǒng)的基本設(shè)計過程 ? – 規(guī)格說明中通常只描述系統(tǒng)應(yīng)做什么，而不描述系統(tǒng)該怎么做。描述系統(tǒng)如何實現(xiàn)那些功能是體系結(jié)構(gòu)的任務(wù)。 – 體系結(jié)構(gòu) 是系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)的一個計劃。它給出嵌入式系統(tǒng)的總體架構(gòu)，從功能實現(xiàn)上對軟硬件進行劃分；在此基礎(chǔ)上，選定處理器和基本接口器件；根據(jù)系統(tǒng)的復(fù)雜程度確定是否使用操作系統(tǒng)，以及選擇哪種操作系統(tǒng)；此外，還需要選擇系統(tǒng)的開發(fā)環(huán)境。 ? ? （ 1）處理器的選擇 – 設(shè)計者在選擇處理器時要考慮的主要因素有： ?處理性能 ?技術(shù)指標(biāo) ?功耗 ?軟件支持工具 ?是否內(nèi)置調(diào)試工具 ?供應(yīng)商是否提供評估板 ? （ 2）硬件選擇的其它因素 ?首先，需要考慮生產(chǎn)規(guī)模。 ?其次，需要考慮開發(fā)的市場目標(biāo)。 ?另外，軟件對硬件的依賴性。 ?最后，只要可能，盡量選擇使用普通的硬件。 ? – 嵌入式軟件的開發(fā)流程，主要涉及代碼編程、交叉編譯、交叉連接、下載到目標(biāo)板和調(diào)試等幾個步驟，因此軟件平臺的選擇涉及以下 3個方面： ?操作系統(tǒng) ?編程語言 ?集成開發(fā)環(huán)境 ? （ 1）操作系統(tǒng)的選擇 – 操作系統(tǒng)的選擇至關(guān)重要。一般而言，在選擇嵌入式操作系統(tǒng)時，可以遵循以下原則： ?市場進入時間 ?可移植性 ?可利用資源 ?系統(tǒng)定制能力 ?成本 ?中文內(nèi)核支持 ? （ 2）集成開發(fā)環(huán)境 – 集成開發(fā)環(huán)境 IDE應(yīng)考慮以下因素： ?系統(tǒng)調(diào)試器的功能 ?支持庫函數(shù) ?編譯器開發(fā)商是否持續(xù)升級編譯器 ?連接程序是否支持所有的文件格式和符號格式 ? （ 3）硬件調(diào)試工具的選擇 – 常用的硬件調(diào)試工具有以下幾種： ?實時在線仿真器 （ ICE， InCircuit Emulator） ?邏輯分析儀 ?ROM仿真器 ?在線調(diào)試 OCD或在線仿真 OCE 嵌入式系統(tǒng)的基本設(shè)計過程 ? – 構(gòu)件通常包括硬件和軟件兩部分。構(gòu)件設(shè)計使得構(gòu)件與體系結(jié)構(gòu)和規(guī)格說明相一致。 – 一些構(gòu)件是現(xiàn)成的，可以直接使用。在大多數(shù)情況下，我們必須自己設(shè)計一些構(gòu)件，即使使用標(biāo)準(zhǔn)集成電路，也必須設(shè)計連接它們的印刷線路板。 嵌入式系統(tǒng)的基本設(shè)計過程 ? – 只有建立構(gòu)件后，才能將它們合并得到一個可以運行的系統(tǒng)。當(dāng)然在系統(tǒng)集成階段并不是僅僅把所有的構(gòu)件連接在一起就行，在系統(tǒng)集成中通常都會發(fā)現(xiàn)以前設(shè)計上的錯誤。 – 在系統(tǒng)集成時按階段構(gòu)架系統(tǒng)，并每次只對一部分模塊進行排錯，能夠更容易地發(fā)現(xiàn)并定位錯誤。 主要內(nèi)容 ? 嵌入式硬件系統(tǒng) ? 嵌入式軟件系統(tǒng) ? 嵌入式系統(tǒng)的基本設(shè)計過程 ? 本教程選擇的軟硬件平臺 本教程選擇的軟硬件平臺 ? —ARM – 作為一種 16/32位的高性能、低成本、低功耗的嵌入式 RISC微處理器，ARM微處理器目前已經(jīng)成為應(yīng)用最為廣泛的嵌入式微處理器。 – 另外，國內(nèi)外多家廠商推出了基于 ARM系列的多功能嵌入式系統(tǒng)學(xué)習(xí)平臺，而與 ARM7內(nèi)核芯片相比， ARM9芯片的功耗更低，速度更快，處理能力更強，架構(gòu)更合理。 – 因此，我們選擇 ARM9微處理器做為教學(xué)硬件平臺。 本教程選擇的軟硬件平臺 ? 教學(xué)軟件平臺 —Linux – 目前，適于學(xué)習(xí)的嵌入式操作系統(tǒng)主要是開放源代碼的操作系統(tǒng)： Linux和 ?C/OS。 – 結(jié)合國內(nèi)實情，當(dāng)前國家對自主操作系統(tǒng)的大力支持，也為源碼開放的Linux提供了廣闊的發(fā)展前景。因此，本教程的教學(xué)軟件平臺選擇 Linux操作系統(tǒng)。 本章小結(jié) ? 嵌入式系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)是由嵌入式處理器、存儲器、 I/O接口電路、通信模塊以及其他外部設(shè)備組成的。 ? 硬件系統(tǒng)的核心是嵌入式處理器，嵌入式系統(tǒng)的處理器通常分為三大類，即微處理器（ MicroProcessor Unit， MPU）、微控制器（ MicroController Unit， MCU）和數(shù)字信號處理器（ DSP）。片上系統(tǒng)（ System on a Chip， SoC）則是將完整計算機所有不同的功能塊一次直接集成于一顆芯片上。 本章小結(jié) ? 存儲器的物理實質(zhì)是一組或多組具備數(shù)據(jù)輸入輸出和數(shù)據(jù)存儲功能的集成電路，用于存放計算機工作所必須的數(shù)據(jù)和程序。在嵌入式系統(tǒng)中最常用的存儲器類型分為三類：隨機存取的 RAM、只讀的 ROM以及介于兩者之間的混合存儲器。 ? 嵌入式操作系統(tǒng)伴隨著嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展，大致經(jīng)歷了無操作系統(tǒng)的嵌入算法階段、以嵌入式CPU為基礎(chǔ)、簡單操作系統(tǒng)為核心的嵌入式系統(tǒng)階段、通用的嵌入式實時操作系統(tǒng)階段和以基于Inter為標(biāo)志的嵌入式系統(tǒng)階段。 本章小結(jié) ? 多數(shù)真正的嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計實際上是很復(fù)雜的，其功能要求非常詳細(xì)，且必須遵循許多其他要求，如成本、性能、功耗、質(zhì)量、開發(fā)周期等。因此，良好的設(shè)計方法在嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)過程中是必不可少的。從自頂向下的角度來看，系統(tǒng)設(shè)計包括系統(tǒng)需求分析、規(guī)格說明、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計、構(gòu)件設(shè)計、系統(tǒng)集成等若干步驟。 ? 本教材硬件平臺選用 ARM處理器，軟件平臺選用嵌入式 Linux操作系統(tǒng)。