【正文】 聊天客戶端、 IM軟件、文件瀏覽器、 RSS閱讀器等等。 27 Craythur / ?類似于 Windows的操作界面 Craythur 28 國產(chǎn) WebOS ?TomOS（千腦 ） epokos 29 課程大綱 ? 嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)概況 ? 嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)特點(diǎn) ? 嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)功能簡介 ? ARMLinux嵌入式操作系統(tǒng)內(nèi)核實(shí)驗(yàn) 30 嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)內(nèi)核重要特性 ?嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)內(nèi)核的重要特性 ? 實(shí)時(shí)性 ? 可裁剪、可配置性 ? 可靠性支持 ? 應(yīng)用編程接口支持 ? 可移植性 31 嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)內(nèi)核實(shí)時(shí)性能指標(biāo) ?嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)內(nèi)核的實(shí)時(shí)性能定量指標(biāo)包括 任務(wù)上下文切換時(shí)間 中斷延遲時(shí)間 中斷響應(yīng)時(shí)間 中斷恢復(fù)時(shí)間 任務(wù)響應(yīng)時(shí)間 32 嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)內(nèi)核實(shí)時(shí)性能關(guān)鍵指標(biāo) ?最大中斷禁止時(shí)間 ? 反映內(nèi)核對外界停止中斷響應(yīng)的最長時(shí)間 ?任務(wù)上下文切換時(shí)間 ? 系統(tǒng)中最頻繁發(fā)生的動(dòng)作，影響整個(gè)系統(tǒng)性能 ? 包括：保存當(dāng)前任務(wù)上下文、選擇新任務(wù)，及恢復(fù)新任務(wù)上下文三個(gè)階段 33 提高內(nèi)核實(shí)時(shí)性的方法－任務(wù)調(diào)度算法 ? 嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)－搶占式調(diào)度 ? 提高對關(guān)鍵性任務(wù)響應(yīng) ? 關(guān)注最壞執(zhí)行時(shí)間 ? 函數(shù)的可重入性設(shè)計(jì) ? 通用操作系統(tǒng)－非搶占式調(diào)度 ? 公平和最小化任務(wù)平均響應(yīng)時(shí)間 ? 提高系統(tǒng)吞吐率 34 提高內(nèi)核實(shí)時(shí)性的方法－可搶占內(nèi)核 ? 嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)－可搶占內(nèi)核 ? 內(nèi)核服務(wù)可響應(yīng)中斷 ? 中斷退出后可進(jìn)行調(diào)度 ? 通用操作系統(tǒng)－不可搶占內(nèi)核 ? 內(nèi)核服務(wù)不能被中斷 ? 內(nèi)核服務(wù)可中斷，但不調(diào)度 低優(yōu)先級 內(nèi)核服務(wù) ISR 高優(yōu)先級 低優(yōu)先級 內(nèi)核服務(wù) ISR 高優(yōu)先級 35 提高內(nèi)核實(shí)時(shí)性的方法－內(nèi)核關(guān)中斷時(shí)間 ? 嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng) ? 小內(nèi)核、微內(nèi)核 ? 內(nèi)核搶占點(diǎn)等技術(shù) ?通用操作系統(tǒng) ? 內(nèi)核規(guī)模大 ? 中斷禁止時(shí)間長 RTEMS的內(nèi)核程序示例 void _Thread_Resume( Thread_Control *the_thread, boolean force ) { ISR_Level level。 _ISR_Disable( level )。 else the_threadsuspend_count。 return。 if ( current_state amp。 if ( _States_Is_ready( current_state ) ) { _Priority_Add_to_bit_map( amp。 _Chain_Append_unprotected(the_threadready, amp。 _ISR_Flash( level )。 if ( _Thread_Executingis_preemptible || the_threadcurrent_priority == 0 ) _Context_Switch_necessary = TRUE。 ?從該行代碼開始開中斷，結(jié)束內(nèi)核互斥操作 } 36 提高內(nèi)核實(shí)時(shí)性的方法－系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài) ? 許多嵌入式操作系統(tǒng)不劃分“系統(tǒng)空間”和“用戶空間”，如VxWorks、 RTEMS等，操作系統(tǒng)內(nèi)核與外圍應(yīng)用程序之間不再有物理的邊界，系統(tǒng)中“進(jìn)程”實(shí)際上都是內(nèi)核線程。 ? 缺陷：應(yīng)用程序可破壞操作系統(tǒng)內(nèi)核，導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰。許多嵌入式操作系統(tǒng)不直接支持虛擬存儲(chǔ)管理技術(shù)。 提高內(nèi)核實(shí)時(shí)性的方法－存儲(chǔ)管理機(jī)制 38 ? 資源有限等待 ：任務(wù)沒能獲得需要的資源會(huì)被阻塞。 提高內(nèi)核實(shí)時(shí)性的方法－任務(wù)互斥、同步 ? 優(yōu)先級逆轉(zhuǎn) 問題解決 —搶占式任務(wù)調(diào)度中的資源競爭： 1997年 7月 4日，火星探路者在火星表面成功著陸并進(jìn)行觀測，發(fā)回了各種火星表面全景圖，被大肆宣稱為“完美”。 JPL（美國國家航空航天局噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室）的工程師們花了相當(dāng)多的時(shí)間在實(shí)驗(yàn)室仿真，希望能夠再現(xiàn)引起重啟的情況。經(jīng)過數(shù)據(jù)分析，得出了原因 ——優(yōu)先級逆轉(zhuǎn) 。 ? 中斷服務(wù)層次化 ：對中斷的處理，不需要完全由中斷服務(wù)程序（ ISR）進(jìn)行處理，采用 ISR與任務(wù)相結(jié)合的方法處理，如 eCos系統(tǒng)，分為兩個(gè)層次進(jìn)行： ISR、中斷滯后服務(wù)程序 DSR。 提高內(nèi)核實(shí)時(shí)性的方法－中斷處理 任務(wù)執(zhí)行 ISR DSR ISR促使 DSR就緒 ISR退出 DSR參與調(diào)度 中斷請求 41 ? 可裁剪性 ：用以滿足不同復(fù)雜程度的應(yīng)用需求。內(nèi)核的可裁剪程度取決與模塊之間的耦合程度。 嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)內(nèi)核的可裁剪、可配置性 42 ? 裁剪 目標(biāo)：內(nèi)核 30K，現(xiàn)有內(nèi)核 100K ? 模塊級裁剪：通過條件編譯，裁剪不需要的模塊，內(nèi)核約 35K ? 函數(shù)級裁剪：裁剪未被引用的函數(shù) ? 代碼級裁剪：修改代碼，如 ? 合并功能相似函數(shù) ? 優(yōu)化算法實(shí)現(xiàn)方法 ? 降低模塊耦合度，裁剪模塊 未被引用函數(shù) 嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)內(nèi)核 裁剪 舉例－ VxWorks 內(nèi)部引用函數(shù) 外部引用函數(shù) 43 ? 代碼級裁剪：降低模塊耦合度，裁剪模塊 嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)內(nèi)核裁剪舉例－ VxWorks 任 務(wù) 管 理 和 調(diào) 度時(shí) 鐘 和 定 時(shí) 器類 管 理中 斷 和 異 常內(nèi) 存 管 理信 號(hào) 量 子 模 塊 信 號(hào) 子 模 塊消 息 隊(duì) 列 子 模塊I / O 管 理 模塊內(nèi)核模塊耦合性分析 44 ? 可靠性對于實(shí)時(shí)系統(tǒng)比非實(shí)時(shí)應(yīng)用系統(tǒng)更為重要。 ? 典型內(nèi)核可靠性增強(qiáng)技術(shù)： ? 內(nèi)存釋放清理 ? 冗余內(nèi)存分配 ? 內(nèi)存冗余編碼 ? 內(nèi)存保護(hù)增強(qiáng) ? 看門狗支持增強(qiáng) 嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)內(nèi)核的可靠性 45 ? 每一個(gè)嵌入式操作系統(tǒng)提供的應(yīng)用編程接口（系統(tǒng)調(diào)用）的功能和種類都不相同，種類越多、功能越強(qiáng)越好。 VxWorks、 Integrity均通過了 EAL6+認(rèn)證。 VxWorks、 Integrity、 μC/OSII均得到 Level A認(rèn)證。風(fēng)河的 MotoWorks、微軟的 Windows Automotive、Nucleus OSEK、 OSEKturbo均得到認(rèn)證。 ?1973年， 、 Layland在 ACM雜志上，提出并分析了單調(diào)速率調(diào)度算法（ Rate Monotonic， RM）和時(shí)限調(diào)度算法（ Deadline），開辟了實(shí)時(shí)系統(tǒng)搶占式任務(wù)調(diào)度算法、可調(diào)度性分析領(lǐng)域的先河。 實(shí)時(shí)內(nèi)核基本功能－實(shí)時(shí)任務(wù)調(diào)度算法分類 實(shí)時(shí)任務(wù) 調(diào)度算法 靜態(tài)調(diào)度算法 動(dòng)態(tài)調(diào)度算法 執(zhí)行時(shí)間相關(guān) 任務(wù)周期相關(guān) 任務(wù) CPU使用率 任務(wù)緊急程度 截止時(shí)間優(yōu)先（ EDF） 最小松弛度優(yōu)先（ LLF） 51 ? 單調(diào)速率調(diào)度算法（ 、 Layland； ACM， 1973 ） ? 現(xiàn)代實(shí)時(shí)系統(tǒng)任務(wù)調(diào)度的理論基礎(chǔ) ? 最佳的靜態(tài)調(diào)度算法 ? 算法建立在下述假設(shè)基礎(chǔ)上 ?所有任務(wù)都是周期任務(wù) ?每個(gè)任務(wù)執(zhí)行截止期等于該任務(wù)的周期 ?每個(gè)任務(wù)在周期中，執(zhí)行時(shí)間固定，保持常量 ?任務(wù)之間不通信，也不同步 ?任務(wù)可以在任何位置被搶占，不存在臨界區(qū) 不可調(diào)度：指某一個(gè)任務(wù)在周期內(nèi)無法完成任務(wù)，即： 任務(wù)的執(zhí)行結(jié)束時(shí)間 任務(wù)的截止期 實(shí)時(shí)內(nèi)核基本功能－任務(wù)調(diào)度經(jīng)典算法舉例 52 ? 不可調(diào)度情況舉例 ? 假設(shè)系統(tǒng)存在任務(wù)、執(zhí)行時(shí)間及運(yùn)行周期如下 實(shí)時(shí)內(nèi)核基本功能－任務(wù)調(diào)度經(jīng)典算法舉例 任務(wù) 執(zhí)行時(shí)間 周期 優(yōu)先級 T1 1 2 1 T2 1 4 2 T3 3 8 3 0 2 4 6 8 10 12 14 16 T1 T2 T3 超周期 53 ? RM算法規(guī)定：任務(wù)的優(yōu)先級與任務(wù)的周期表現(xiàn)為單調(diào)函數(shù)，任務(wù)周期越短，優(yōu)先級越高。 ? 臨界時(shí)間 ：一個(gè)任務(wù)響應(yīng)所需的最大時(shí)間稱為臨界時(shí)間。 一個(gè)任務(wù)什么時(shí)候到達(dá)其臨界時(shí)間？ ? 定理：任何任務(wù)在與比其優(yōu)先級高的所有任務(wù)同時(shí)被觸發(fā)時(shí)，將達(dá)到其臨界時(shí)間。 ? 證明：采用交換法思路 ? 假設(shè)一個(gè)任務(wù)集 S采用其他靜態(tài)優(yōu)先級算法可以調(diào)度，設(shè) ti和 tj是其中兩個(gè)優(yōu)先級相鄰的任務(wù)， Ti Tj，而 Pi Pj，將 ti和 tj的優(yōu)先級互換，可以證明這時(shí) S仍然可以調(diào)度： ?交換這兩個(gè)任務(wù)優(yōu)先級，不會(huì)影響其它任務(wù)的完成時(shí)間； ?Tj執(zhí)行時(shí)間提前，因而必定不會(huì)超過截止時(shí)間；