【正文】 的終止 ? 任務(wù)的終止可能有多種原因，正常退出、錯誤退出、被其他任務(wù)踢出等情況可以使任務(wù)終止。對于新創(chuàng)建的子任務(wù)來說，它可以從父任務(wù)那里繼承代碼、數(shù)據(jù)等各種屬性。當(dāng)這個新任務(wù)準(zhǔn)備就緒后，就可以啟動它運行了。 吳貴芳 qq:6974784 Henan Uni versity of Sci . amp。 ? 在嵌入式操作系統(tǒng)當(dāng)中，任務(wù)的創(chuàng)建主要采用 fork/exec和 spawn兩種模型。在一些具有交互功能的嵌入式系統(tǒng)中，用戶可以通過輸入命令或單擊圖標(biāo)的方式，讓系統(tǒng)啟動一個新的任務(wù)。 ? 在系統(tǒng)初始化時，一般都會創(chuàng)建系統(tǒng)與用戶進(jìn)行交互的一些前臺任務(wù)，以及完成鍵盤掃描、系統(tǒng)狀態(tài)檢測、時間統(tǒng)計等一些特定功能的后臺任務(wù)。 Tech. 電子信息工程學(xué)院 43 圖 任務(wù)的層次結(jié)構(gòu) 吳貴芳 qq:6974784 Henan Uni versity of Sci . amp。在多道程序的嵌入式操作系統(tǒng)中，同時存在著多個任務(wù)，嵌入式內(nèi)核啟動時，只有一個任務(wù)存在，然后由該任務(wù)派生出其他所有任務(wù)，這些任務(wù)采用層狀結(jié)構(gòu)，存在著父子關(guān)系。 吳貴芳 qq:6974784 Henan Uni versity of Sci . amp。 ? 通常認(rèn)為，在嵌入式操作系統(tǒng)中 “ 任務(wù) ” 就是線程，如在VxWorks、 181。任務(wù)具有獨立的優(yōu)先級和?？臻g， CPU上下文一般也是存放在?？臻g中。任務(wù)到底是進(jìn)程還是線程，在研究一個具體的嵌入式操作系統(tǒng)的時候，要注意加以區(qū)分。 Tech. 電子信息工程學(xué)院 40 圖 線程與進(jìn)程的資源關(guān)系 吳貴芳 qq:6974784 Henan Uni versity of Sci . amp。對于同一個進(jìn)程當(dāng)中的各個線程來說，運行在相同的資源平臺上，可以共享該進(jìn)程的大部分資源（如內(nèi)存地址空間、代碼、數(shù)據(jù)、文件等），但也有一小部分資源是不能共享的，每個線程都必須擁有各自獨立的一份（如CPU運行上下文（如 PC寄存器、 PSW寄存器、通用寄存器和棧指針等）和棧）。 ? 如圖 ，在一個進(jìn)程當(dāng)中，或者說在一個資源平臺上，可以同時存在多個線程。從程序運行的角度來看，進(jìn)程就是一個正在運行的程序，在圖 一條帶有箭頭的線段來表示。所謂的線程，就是進(jìn)程當(dāng)中的一條執(zhí)行流程。 吳貴芳 qq:6974784 Henan Uni versity of Sci . amp。進(jìn)程具有獨立性，一個進(jìn)程是一個獨立的實體，占有計算機的系統(tǒng)資源，每個進(jìn)程都有自己的運行上下文和內(nèi)部狀態(tài)，在它運行的時候獨立于其他的進(jìn)程。 ? 總而言之，進(jìn)程包含了正在運行的一個程序的所有狀態(tài)信息。 Tech. 電子信息工程學(xué)院 38 ? CPU上下文：程序在運行時， CPU中含有 PC（ Program Counter，程序計數(shù)器）、 PSW（ Program Status Word, 程序狀態(tài)字）、通用寄存器、段寄存器、棧指針寄存器等各種寄存器的當(dāng)前值內(nèi)容，例如：在 PC中記錄的將要取出的指令的地址，在PSW中用于記錄處理器的運行狀態(tài)信息，通用寄存器存放的數(shù)據(jù)或地址；段寄存器存放的程序中各個段的地址；棧指針寄存器記錄的棧頂?shù)漠?dāng)前位置。 ? 一個進(jìn)程通常包含有以下幾個方面的內(nèi)容： ? 相應(yīng)的程序：進(jìn)程是一個正在運行的程序，有相應(yīng)程序的代碼和數(shù)據(jù)。程序可以以文件的形式存放在硬盤或光盤上，作為一種軟件資源長期保存。進(jìn)程和程序之間并不是一一對應(yīng)的。而進(jìn)程是正在執(zhí)行的程序，它是由程序和該程序的運行上下文兩部分內(nèi)容組成。進(jìn)程和程序是兩個既有聯(lián)系又有區(qū)別的概念，兩者不能混為一談。 Tech. 電子信息工程學(xué)院 36 圖 單道程序與多道程序的運行過程 吳貴芳 qq:6974784 Henan Uni versity of Sci . amp。 ? 從圖 ，由于 CPU和 I/O設(shè)備的使用是并行進(jìn)行的，在總的執(zhí)行時間上要明顯少于單道程序系統(tǒng)。但是在 t5時刻，甲已經(jīng)使用完了 I/O設(shè)備，而乙仍然在使用 CPU，所以甲只能處于等待狀態(tài)，等到 t6時刻再交換資源。因此，在 t2到 t3期間，甲和乙兩個程序相互交換資源，繼續(xù)執(zhí)行。因此，在 t1到 t2期間，程序甲在使用 CPU，程序乙在使用 I/O設(shè)備。如圖 ，從 t0到 t1，甲在使用 I/O設(shè)備，乙處于等待狀態(tài)。 Tech. 電子信息工程學(xué)院 35 ? 2. 多道程序設(shè)計類型 ? 采用多道程序設(shè)計的操作系統(tǒng)允許多個程序同時存在并運行，采用多道程序技術(shù)可以有效提高系統(tǒng)資源的利用率。然后再執(zhí)行程序乙，從 t6時刻開始，一直到它所有的工作都已完成。 ? 在單道程序設(shè)計的環(huán)境下，在任何時候，系統(tǒng)中只能有一個程序在運行，因此，甲和乙這兩個程序只能一個接一個的執(zhí)行。 ? 例如：有兩個程序甲和乙，它們在運行過程中都要用到 CPU和 I/O設(shè)備。 Tech. 電子信息工程學(xué)院 34 嵌入式系統(tǒng)的任務(wù)管理 ? 單道程序設(shè)計和多道程序設(shè)計 ? 嵌入式操作系統(tǒng)可以分為單道程序設(shè)計和多道程序設(shè)計（ muftiprogramming）兩種類型。 ? ?C/OSII支持 ARM、 PowerPC、 MIPS、 68k/ColdFire和 x86等多種體系結(jié)構(gòu)。 ?C/OSII的大部分代碼都是用 C語言寫成的，只有與處理器的硬件相關(guān)的一部分代碼采用匯編語言編寫。 μC/OSII內(nèi)核本身并不支持文件系統(tǒng)，但它具有良好的擴展性能，可以根據(jù)需要自行加入。 ? ?C/OSII內(nèi)核在 2KB ～ 10KB數(shù)量級，具有執(zhí)行效率高、占用空間小、實時性能優(yōu)良和可擴展性強等特點，主要面向中小型嵌入式系統(tǒng)。 Tech. 電子信息工程學(xué)院 33 ? 4． ?C/OSII ? ?C/OSII是一種免費、開放源代碼、結(jié)構(gòu)小巧、基于可搶占優(yōu)先級調(diào)度的實時操作系統(tǒng)，其內(nèi)核提供任務(wù)調(diào)度與管理、時間管理、任務(wù)間同步與通信、內(nèi)存管理和中斷服務(wù)等功能。另外，微軟公司提供了Visual 、 Embedded Visual C++、 Embedded Visual Basic等一組功能強大的應(yīng)用程序開發(fā)工具，專門用于對 Windows CE操作系統(tǒng)的開發(fā)。 ? Windows CE操作系統(tǒng)集成了大量的 Windows XP Professional的特性，能提供與 PC機類似的桌面、任務(wù)欄、窗口、圖標(biāo)、控件等圖形界面和各種應(yīng)用程序。圖形窗口和事件子系統(tǒng)模塊控制圖形顯示，并提供 Windows GUI圖形界面。內(nèi)核系統(tǒng)調(diào)用接口模塊允許應(yīng)用軟件訪問操作系統(tǒng)提供的服務(wù)。 Tech. 電子信息工程學(xué)院 32 ? Windows CE主要包含內(nèi)核模塊、內(nèi)核系統(tǒng)調(diào)用接口模塊、文件系統(tǒng)模塊、圖形窗口和事件子系統(tǒng)模塊和通信模塊五個功能模塊。 Windows CE不是一個硬實時系統(tǒng)。 ? ● μC linux主要針對沒有 MMU的微處理器； RTLinux是最早實現(xiàn)硬實時支持的 Linux版本； Embedix采用模塊化的設(shè)計方案，方便系統(tǒng)剪裁； Hard Hat Linux是一個嵌入式實時系統(tǒng)，可以針對硬件環(huán)境進(jìn)行配置，以獲得最佳的性能和最小的容量。 Tech. 電子信息工程學(xué)院 31 ? ● 支持 x8 ARM、 MIPS、 Alpha、 PowerPC等多種體系結(jié)構(gòu)，支持各種主流硬件設(shè)備和最新硬件技術(shù)。 ? ● 嵌入式 Linux是開放源碼的自由操作系統(tǒng)，用戶可以根據(jù)自己的應(yīng)用需要方便地對內(nèi)核進(jìn)行修改和優(yōu)化。 ? ● 具有完善的網(wǎng)絡(luò)通信和文件管理機制，支持所有標(biāo)準(zhǔn)的Inter網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，支持 ext2， ? fat16, fat32, romfs等文件系統(tǒng)。 Tech. 電子信息工程學(xué)院 30 ? 2．嵌入式 Linux ? 嵌入式 Linux（ Embedded Linux）是指對標(biāo)準(zhǔn) Linux進(jìn)行小型化剪裁處理之后，可固化在存儲器或單片機中，適合于特定嵌入式應(yīng)用場合的專用 Linux操作系統(tǒng)。板級支持包 BSP由初始化和驅(qū)動程序兩部分組成，用來管理硬件的功能模塊，對各種板卡的硬件功能提供統(tǒng)一的接口。網(wǎng)絡(luò)處理模塊能與如 TCP/IP、 NFS、 UDP、 SNMP、 FTP等許多運行其他協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信。與 ANSI C兼容的 I/O系統(tǒng)包括 UNIX標(biāo)準(zhǔn)的緩沖 I/O和 POSIX標(biāo)準(zhǔn)的異步 I/O。 Tech. 電子信息工程學(xué)院 29 ? 在 VxWorks操作系統(tǒng)中，主要包含有實時微內(nèi)核 Wind、 I/O處理系統(tǒng)、文件系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)處理模塊、虛擬內(nèi)存模塊 VxVMI、板級支持包 BSP等功能模塊。 VxWorks采用 GNU類型的編譯和調(diào)試器，專有的 API函數(shù)，支持 x8 Motorola MC68xxx、 Coldfire、PowerPC、 MIPS、 ARM、 i960等主流的 32位處理器，具有良好的可靠性和卓越的實時性，是 目前嵌入式系統(tǒng)領(lǐng)域中使用最廣泛、市場占有率最高的商業(yè)系統(tǒng)之一。C/OSII和 PalmOS等。 圖 微內(nèi)核結(jié)構(gòu) 吳貴芳 qq:6974784 Henan Uni versity of Sci . amp。 吳貴芳 qq:6974784 Henan Uni versity of Sci . amp。在微內(nèi)核操作系統(tǒng)中，核內(nèi)組件與核外組件之間的通信方式是消息傳遞，而不是直接的函數(shù)調(diào)用，運行速度可能會慢一些。 ? 在微內(nèi)核操作系統(tǒng)中，大部分的系統(tǒng)功能被放置在內(nèi)核之外，客戶單元和服務(wù)器單元的內(nèi)存地址空間是相互獨立的，系統(tǒng)具有更高的安全性。典型代表有 MSDOS，其結(jié)構(gòu)就是一個有代表性的、組織良好的分層結(jié)構(gòu)。 Tech. 電子信息工程學(xué)院 26 ? 采用分層結(jié)構(gòu)（ layered）的操作系統(tǒng)內(nèi)部分為若干個層次（ 0～N），各個層次之間的調(diào)用關(guān)系是單向的，即 某一層次上的代碼只能調(diào)用比它低層的代碼 。 吳貴芳 qq:6974784 Henan Uni versity of Sci . amp。在單體結(jié)構(gòu)（ monolithic）的操作系統(tǒng)中， 中間件和設(shè)備驅(qū)動程序通常就集成在系統(tǒng)內(nèi)核當(dāng)中 ，整個系統(tǒng)通常只有一個可執(zhí)行文件，里面包含了所有的功能組件。 ? （ 1）單體結(jié)構(gòu) ? 單體結(jié)構(gòu)是一種常見的組織結(jié)構(gòu)，嵌入式 Linux操作系統(tǒng)、 Jbed RTOS、 181。 吳貴芳 qq:6974784 Henan Uni versity of Sci . amp。 ? （ 2） 軟實時系統(tǒng) ? 軟實時系統(tǒng)對響應(yīng)時間有要求，如果響應(yīng)時間不能滿足，將需要支付能夠接受的額外代價。 RTOS可以分為硬實時和軟實時兩種情形。 Tech. 電子信息工程學(xué)院 23 ? 2．按響應(yīng)時間分類 ? 按照系統(tǒng)對響應(yīng)時間的敏感程度， EOS可以分為 RTOS（ Real Time Operating Systems ，實時操作系統(tǒng)）和非實時操作系統(tǒng)兩大類：。C/OS和各類嵌入式 Linux系統(tǒng)等，具有免費、開源、性能優(yōu)良、資源豐富、技術(shù)支持強等優(yōu)點，是近年來發(fā)展迅速的一類操作系統(tǒng) 。 ? （ 2）專用系統(tǒng) ? 專用系統(tǒng)是一些專業(yè)廠家為本公司產(chǎn)品特制的嵌入式操作系統(tǒng)，一般不提供給應(yīng)用開發(fā)者使用。 ? 1．按系統(tǒng)的類型分類 ? 按照系統(tǒng)的類型，可以把 EOS分為商業(yè)化系統(tǒng)、專用系統(tǒng)和開放源代碼系統(tǒng)三大類。 吳貴芳 qq:6974784 Henan Uni versity of Sci . amp。其中： ? ● 任務(wù)管理：對嵌入式系統(tǒng)中的運行軟件進(jìn)行描述和管理，并完成處理機資源的分配與調(diào)度； ? ● 存儲管理：用來提高內(nèi)存的利用率，方便用戶的使用，并提供足夠的存儲空間； ? ● I/O設(shè)備管理：方便設(shè)備的使用，提高 CPU和輸入／輸出設(shè)備的利用率； ? ● 文件管理：解決文件資源的存儲、共享、保密和保護(hù)等問題。 Tech. 電子信息工程學(xué)院 21 ? 運行在嵌入式環(huán)境中的 EOS其目標(biāo)是為了完成某一項或有限項功能，而非通用型的操作系統(tǒng)，因此在性能和實時性方面有嚴(yán)格的限制，能耗、成本和可靠性通常是影響設(shè)計的重要因素，要求占用資源少，適合在有限存儲空間運行，要求系統(tǒng)功能可以根據(jù)產(chǎn)品的設(shè)計要求進(jìn)行剪裁、調(diào)整。 ? 2． 系統(tǒng)資源的管理者 ? EOS是一個系統(tǒng)資源的管理者，負(fù)責(zé)管理系統(tǒng)當(dāng)中的各種軟硬件資源，如處理器、內(nèi)存、各種 I/O設(shè)備、文件和數(shù)據(jù)等，使得整個系統(tǒng)能夠高效、可靠地運轉(zhuǎn)。軟件開發(fā)在這個編程接口的上進(jìn)行，而不直接與機器硬件層打交道。 吳貴芳 qq:6974784 Henan Uni versity of Sci . amp。 ? 嵌入式中間件可以分為消息中間件、對象中間件、遠(yuǎn)程過程調(diào)用（ Remote Procedure Calls， RPC）、數(shù)據(jù)庫訪問中間件、安全中間件等不同的類型。 ? 嵌入式中間件是指 不包括操作系統(tǒng)內(nèi)核 、 設(shè)備驅(qū)動程序 和 應(yīng)用軟件 在內(nèi)的 所有系統(tǒng)軟件 。近年來，中間件技術(shù)也被引入到嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計中，并與實時多任務(wù)操作系統(tǒng)緊密結(jié)合。 吳貴芳 qq:6974784 Henan Uni versity of Sci . amp。分層結(jié)構(gòu)把所有與硬件有關(guān)的細(xì)節(jié)都封裝在硬件接口當(dāng)中，在硬件要升級時，只需要改動硬件接口當(dāng)中的