【正文】 狀 體的 任 務(wù)睡 眠 狀 態(tài) 的任 務(wù)就 緒 狀 態(tài)的 任 務(wù)運 行 狀 態(tài) 的任 務(wù)被 中 斷 態(tài)任 務(wù)I n t e r r u p t O S F l a g P o a t ( )O S M b o x P o s t ( )O S M u t e x P o s t ( )O S Q P o s t ( )O S Q P o s t O p y ( )O S Q P o s t F r o n t (O S S e m P o s t ( )O S T a s k R e s u m eO S T i m e T i c kO S F l a g P e n d ( )O S M b o x P e n d ( )O S M u t e x P e n d ( )O S Q P e n d ( )O S S e m P e n d ( )O S T i m e D l y ( )O S T i m e D l y h s mO S S t a r t ( )O S I n t E x i t ( )O S _ T A S K _ S W ( )O S _ T a s k C r e a t e ( )O S T a s k C r e a t e E x t ( )O S I n t E x i t ( )O S T a s k D e l ( ) T a s k i s P r e e m p t e dO S T a s k D e l ( )O S T a s k D e l ( )A Free sample background from Slide 17 ? 多任務(wù) ? 多任務(wù)運行的實現(xiàn)實際上是靠 CPU(中央處理單元 )在許多任務(wù)之間轉(zhuǎn)換、調(diào)度。 ? 被中斷態(tài) ? 發(fā)生中斷時， CPU提供相應(yīng)的中斷服務(wù)，原來正在運行的任務(wù)暫不運行，進入中斷處理。 ? 就緒態(tài) ? 就緒態(tài)意味著該任務(wù)已經(jīng)準備好，可以運行，但由于該任務(wù)的優(yōu)先級比正在運行的任務(wù)的優(yōu)先級低，還暫時不能運行。 存儲器 任務(wù) 2 堆棧 任務(wù) n 堆棧 任務(wù) 1 堆棧 任務(wù) 控制 塊 1 任務(wù) 控制 塊 2 任務(wù) 控制 塊 n cpu cpu寄存器 …… A Free sample background from Slide 14 每個任務(wù)都是一個無限的循環(huán)。 A Free sample background from Slide 13 多任務(wù) ? 任務(wù) ? 一個任務(wù)，也稱作一個線程，是一個簡單的程序。一旦這部分代碼開始執(zhí)行，則不允許任何中斷打入。最壞情況下，任務(wù)級響應(yīng)時間取決于整個循環(huán)的的執(zhí)行時間。 ? 該系統(tǒng)在處理信息的及時性上，比實際做的要差。 A Free sample background from Slide 11 ? 說明 ? 時間相關(guān)性很強的關(guān)鍵操作（ critical operation） 一定是靠中斷服務(wù)來保證的。 后 臺IS RIS R執(zhí) 行 代 碼時 間前 臺IS RA Free sample background from Slide 10 ? 前 /后臺行為 ? 應(yīng)用程序是一個無限循環(huán)，循環(huán)中調(diào)用相應(yīng)的函數(shù)完成相應(yīng)的操作，這部分可看成后臺行為（ background）。 A Free sample background from Slide 6 ? RTOS與通用計算機 OS的區(qū)別 ? 實時性 ? 代碼尺寸小 ? 應(yīng)用程序開發(fā)較難 ? 需要專用的開發(fā)工具 A Free sample background from Slide 7 ? RTOS的組成 實時操作系統(tǒng)需根據(jù)實際應(yīng)用環(huán)境的要求，對內(nèi) 核進行裁減和重配置。 RTOS的首要任務(wù)是調(diào)度一切可利用的資源來完 成實時控制任務(wù)，其次才著眼于提高計算機系統(tǒng) 的使用效率，其重要特點是能滿足對時間的限制 和要求。 A Free sample background from Slide 5 實時操作系統(tǒng)（ RTOS） ? 定義 ? RTOS是具有實時性能且能支持實時控制系統(tǒng)工作的操作系統(tǒng)。 A Free sample background from Slide 4 嵌入式操作系統(tǒng) ? 定義 ? 運行在嵌入式硬件平臺上，對整個系統(tǒng)及其所操作的部件、裝置等資源進行統(tǒng)一協(xié)調(diào)、指揮和控制的系統(tǒng)軟件。 ? 作用與功能 ?OS為應(yīng)用程序提供了一個界面友好，性能穩(wěn)定、安全，效率高，操作方便的虛擬計算機。A Free sample background from Slide 1 嵌入式系統(tǒng)原理與接口技術(shù) 第六講 嵌入式實時操作系統(tǒng) ?C/OSⅡ A Free sample background from Slide 2 本節(jié)提要 1 3 2 5 4 7 6 嵌入式 實時操作系統(tǒng) 概念 ?C/OSⅡ 簡介 ?C/OSⅡ 時間管理 ?C/OSⅡ 內(nèi)核結(jié)構(gòu) ?C/OSⅡ 任務(wù)管理 ?C/OSⅡ 任務(wù)通信與同步 ?C/OSⅡ 移植 A Free sample background from Slide 3 計算機操作系統(tǒng) ? 定義 ? OS是一種系統(tǒng)軟件。 ? OS是在計算機硬件與計算機應(yīng)用程序之間，通過提供應(yīng)用程序接口，屏蔽了計算機硬件工作的一些細節(jié)，大大提高了應(yīng)用程序的開發(fā)效率。 ?OS的主要功能：處理器的管理；存儲的管理；設(shè)備的管理；文件的管理；網(wǎng)絡(luò)和通信的管理；提供用戶接口。 ? 嵌入式操作系統(tǒng)的主要特點： ? 微型化 ? 可裁剪性 ? 實時性 ? 高可靠性 ? 易移植性 ? 嵌入式操作系統(tǒng)按應(yīng)用范圍分為通用型（如 Win CE， VXWorks， ?CLinux， ?C/OSⅡ 等） 和專用型（ Symbian， Plam OS等）兩種。 ? RTOS是一個程序，它按時序方式調(diào)度執(zhí)行，管理系統(tǒng)資源，并為開發(fā)應(yīng)用代碼提供一致的基礎(chǔ)。 在實時計算中，系統(tǒng)的正確性不僅依賴于計算 的邏輯結(jié)果，而依賴于結(jié)果產(chǎn)生的時間。根據(jù)其面向?qū)嶋H應(yīng)用領(lǐng)域的 不同，實時操作系統(tǒng)組成也有所不同，一般包括以 下幾個重要部分： ? 實時內(nèi)核 ? 網(wǎng)絡(luò)組件 ? 文件系統(tǒng) ? 圖形用戶界面 A Free sample background from Slide 8 ? RTOS的特點 ? 支持異步事件的響應(yīng) ? 中斷和調(diào)度任務(wù)的優(yōu)先級機制 ? 支持搶占式調(diào)度 ? 確定的任務(wù)切換時間和中斷延遲時間 ? 支持同步 A Free sample background from Slide 9 前 /后臺系統(tǒng) ? 前 /后臺系統(tǒng)是嵌入式實時系統(tǒng)的主要形式，用于不復(fù)雜的小系統(tǒng)設(shè)計上。 ? 中斷服務(wù)程序處理異步事件，這部分可看成前臺行為（ foreground）。因為中斷服務(wù)提供的信息一直要等到后臺程序運行到該處理這個信息時，才能得到處理。處理信息的及時性稱做任務(wù)級響應(yīng)時間。（循環(huán)執(zhí)行時間不是常數(shù)） A Free sample background from Slide 12 代碼的臨界段 ? 代碼的臨界段也稱為臨界區(qū)，指處理時不可分割的代碼。 ? 為確保臨界段代碼的執(zhí)行不被中斷，在進入臨界段之前要關(guān)中斷，而臨界段代碼執(zhí)行完以后要立即開中斷（在任務(wù)切換時，地址、指令、數(shù)據(jù)等寄存器堆棧保護）。每個任務(wù)都是整個應(yīng)用的某一部分，每個任務(wù)被賦予一定的優(yōu)先級，有它自己的一套 CPU寄存器和自己的?？臻g 。每個任務(wù)都在 以下 5種狀態(tài) 之一： ? 休眠態(tài) ? 休眠態(tài)相當(dāng)于該任務(wù)駐留在內(nèi)存中，但并不被多任務(wù)內(nèi)核所調(diào)用。 A Free sample background from Slide 15 ? 掛起態(tài) (等待某一事件發(fā)生 ) ? 掛起狀態(tài)也可以叫做等待事件態(tài) WAITING， 指該任務(wù)在等待，等待某一事件的發(fā)生。 ? 運行態(tài) ? 運行態(tài)的任務(wù)是指該任務(wù)掌握了 CPU的控制權(quán)，正在運行中 。 CPU只有一個，輪番服務(wù)于一系列任務(wù)中的某一個。在實時應(yīng)用中，多任務(wù)化的最大特點是，開發(fā)人員可以將很復(fù)雜的應(yīng)用程序?qū)哟位? A Free sample background from Slide 18 ? 任務(wù)切換 (Context Switch) ? 當(dāng)多任務(wù)內(nèi)核決定運行另外的任務(wù)時，它保存正在運行任務(wù)的當(dāng)前狀態(tài)（即 CPU寄存器中的全部內(nèi)容）到任務(wù)的當(dāng)前狀況保存區(qū)（即任務(wù)自己的棧區(qū)之中）。 ? 任務(wù)切換過程增加了應(yīng)用程序的額外負荷。 A Free sample background from Slide 19 系統(tǒng)內(nèi)核與調(diào)度 ? 功能 多任務(wù)系統(tǒng)中，內(nèi)核負責(zé)管理各個任務(wù) ，或者說為每個任務(wù)分配 CPU時間，并且負 責(zé)任務(wù)之間的通訊。 ? 優(yōu)點 使用實時內(nèi)核可以大大簡化應(yīng)用系統(tǒng)設(shè) 計 ，因為實時內(nèi)核允許將應(yīng)用分成若干個 任務(wù)，由實時內(nèi)核來管理它們。 ? 代碼空間增加了 ROM的用量。 ? 內(nèi)核本身對 CPU的占用時間一般在 2到 5個百分點之間。 ? 單片機一般不能運行實時內(nèi)核，因為單片機的 RAM很有限。 ? 時間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度法 ? 調(diào)度原則 總是進入優(yōu)先級最高、就緒態(tài)的任務(wù)運行。 A Free sample background from Slide 22 不可剝奪與可剝奪型 ? 不可剝奪型調(diào)度法也稱作合作型多任務(wù)，各個任務(wù)彼此合作共享一個 CPU。中斷服務(wù)可以使一個高優(yōu)先級的任務(wù)由掛起狀態(tài)變?yōu)榫途w狀態(tài)。 ? 基于優(yōu)先級的內(nèi)核有兩種類型：不可剝奪內(nèi)核 和可剝奪型內(nèi)核。 A Free sample background from Slide 23 低 優(yōu) 先 級 任 務(wù)高 優(yōu) 先 級 任 務(wù)I S R低 優(yōu) 先 級 任 務(wù) 釋 放 C P U 使 用 權(quán)I S R 使 高 優(yōu) 先 級 任 務(wù) 就 緒（ 1 ）（ 6 ）（ 2 ）（ 4 ）（ 3 ）（ 5 ）( 7 )時 間A Free sample background from Slide 24 ? 不可剝奪型內(nèi)核的優(yōu)點 ? 響應(yīng)中斷快 使用不可剝奪型內(nèi)核時，任務(wù)級響應(yīng)時間 比前 /后臺系統(tǒng)快得多。 ? 幾乎不需要使用信號量保護共享數(shù)據(jù) 運行著的任務(wù)占有 CPU， 而不必擔(dān)心被別 的任務(wù)搶占。處理共享 I/O 設(shè)備時仍需要使用互斥型信號量。 不可剝奪型內(nèi)核任務(wù)級響應(yīng)時間要大大好于 前 /后臺系統(tǒng)，但仍是不可知的，商業(yè)軟件幾乎 沒有不可剝奪型內(nèi)核。 ? 當(dāng)一個運行著的任務(wù)使一個比它優(yōu)先級高的任務(wù)進入了就緒態(tài)，當(dāng)前任務(wù)的 CPU使用權(quán)就被剝奪了，或者說被掛起了，那個高優(yōu)先級的任務(wù)立刻得到了 CPU的控制權(quán)。 A Free sample background from Slide 27 低 優(yōu) 先 級 任 務(wù)高 優(yōu) 先 級 任 務(wù)I S R高 優(yōu) 先 級 任 務(wù) 得 到 C P U 使 用 權(quán)I S R 使 高 優(yōu) 先 級 任 務(wù) 就 緒（ 1 ）（ 7 ）（ 2 ）（ 4 ）（ 5 ）時 間（ 3 ）（ 6 ）A Free sample background from Slide 28 ? 說明 ? 使用可剝奪型內(nèi)核，最高優(yōu)先級的任務(wù)什么時候可以執(zhí)行，何時可以得到 CPU的控制權(quán)，這些是可知的，使得任務(wù)級響應(yīng)時間得以最優(yōu)化。調(diào)用不可重入型函數(shù)時，要滿足互斥條件，這一點可以用互斥型信號量來實現(xiàn)。 A Free sample background from Slide 29 ? 可剝奪型內(nèi)核總是讓就緒態(tài)的高優(yōu)先級的任 務(wù)先運行，中斷服務(wù)程序可以搶占 CPU。 A Free sample background from Slide 30 可重入型函數(shù) ? 可重入型函數(shù)可以被一個以上的任務(wù)調(diào)用，而不必擔(dān)心數(shù)據(jù)的破壞。 ? 可重入型函數(shù)或者只使用局部變量，即變量保存在 CPU寄存器中或堆棧中。 A Free sample background from Slide 31 ? 可重入型函數(shù)的例子 ? 程序清單 （可重入型函數(shù)） void swap(int *x, int *y) { int Temp。