嵌入式系統(tǒng)概述(1)-閱讀頁(yè)
2025-06-03 23:18本頁(yè)面
【正文】 的軟、硬件環(huán)境。為防止數(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，這叫互斥 嵌入式操作系統(tǒng) ?基本概念 —— ? 任務(wù) 也稱為線程，是一個(gè)簡(jiǎn)單的程序，該程序可以認(rèn)為 CPU完全屬于該程序本身。任務(wù)切換增加了應(yīng)用程序的額外負(fù)荷。任務(wù)切換所需時(shí)間取決于 CPU有多少寄存器要入棧 嵌入式操作系統(tǒng) ? 基本概念 —— ? 內(nèi)核 內(nèi)核負(fù)責(zé)管理各個(gè)任務(wù)，為每個(gè)任務(wù)分配 CPU時(shí)間，負(fù)責(zé)任務(wù)間的通信。使用實(shí)時(shí)內(nèi)核可以大大簡(jiǎn)化應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，因?yàn)閷?shí)時(shí)內(nèi)核允許將應(yīng)用分成若干個(gè)任務(wù)，由實(shí)時(shí)內(nèi)核來(lái)管理它們。內(nèi)核提供必不可少的系統(tǒng)服務(wù)，如信號(hào)量、消息隊(duì)列、延時(shí)等 ? 調(diào)度 是內(nèi)核的主要職責(zé)之一。 多數(shù)實(shí)時(shí)內(nèi)核是基于優(yōu)先級(jí)調(diào)度法的?；趦?yōu)先級(jí)的調(diào)度法指 CPU總是讓處在就緒態(tài)的優(yōu)先級(jí)最高的任務(wù)先運(yùn)行。非占先式調(diào)度法也稱 合作型多任務(wù) ，各個(gè)任務(wù)彼此合作共享一個(gè) CPU。中斷服務(wù)可以使一個(gè)高優(yōu)先級(jí)的任務(wù)由掛起狀態(tài)變?yōu)榫途w狀態(tài)。絕大多數(shù)商業(yè)實(shí)時(shí)內(nèi)核都是占先式內(nèi)核。一個(gè)運(yùn)行著的任務(wù)使一個(gè)比它優(yōu)先級(jí)高的任務(wù)進(jìn)入了就緒狀態(tài)，當(dāng)前任務(wù)的 CPU使用權(quán)就被剝奪 (被掛起 )，那個(gè)高優(yōu)先級(jí)的任務(wù)立刻得到 CPU的控制權(quán)。每個(gè)任務(wù)都具有優(yōu)先級(jí)。中斷一旦被識(shí)別， CPU保存部分 (或全部 )上下文即部分或全部寄存器的值，跳轉(zhuǎn)到專門的子程序 (中斷服務(wù)子程序 ISR)。這個(gè)中斷可以看作是系統(tǒng)心臟的脈動(dòng) ? 中斷之間的時(shí)間間隔取決于不同應(yīng)用，一般在 10ms到 200ms之間 ? 時(shí)鐘的節(jié)拍式中斷使得內(nèi)核可以將任務(wù)延時(shí)若干個(gè)整數(shù)時(shí)鐘節(jié)拍，以及當(dāng)任務(wù)等待事件發(fā)生時(shí)，提供等待超時(shí)的依據(jù) ? 時(shí)鐘節(jié)拍率越快，系統(tǒng)的額外開(kāi)銷就越大 嵌入式操作系統(tǒng) ?使用實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的必要性 ? 嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)在目前的嵌入式應(yīng)用中用得越來(lái)越廣泛，尤其在功能復(fù)雜、系統(tǒng)龐大的應(yīng)用中顯得愈來(lái)愈重要 ? 在嵌入式應(yīng)用中，只有把 CPU嵌入到系統(tǒng)中，同時(shí)又把操作系統(tǒng)嵌入進(jìn)去，才是真正的計(jì)算機(jī)嵌入式應(yīng)用 ? 使用實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)主要有以下幾個(gè)因素： ? 嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)提高了系統(tǒng)的可靠性 ? 提高了開(kāi)發(fā)效率，縮短了開(kāi)發(fā)周期 ? 嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)充分發(fā)揮了 32位 CPU的多任務(wù)潛力 運(yùn)行速度快 為運(yùn)行多用戶、多任務(wù)而設(shè)計(jì) 為提高可靠性、穩(wěn)定性而設(shè)計(jì)，更易不崩潰 嵌入式操作系統(tǒng) ?實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn) ? 優(yōu)點(diǎn)： 在嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)環(huán)境下開(kāi)發(fā)實(shí)時(shí)應(yīng)用程序使程序的設(shè)計(jì)和擴(kuò)展變得容易，不需要大的改動(dòng)就可以增加新的功能。通過(guò)有效的系統(tǒng)服務(wù)，嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)使得系統(tǒng)資源得到更好的利用 ? 缺點(diǎn)： 使用嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)還需要額外的 ROM / RAM開(kāi)銷，2～ 5%的 CPU額外負(fù)荷，以及內(nèi)核的費(fèi)用 嵌入式操作系統(tǒng) ?常見(jiàn)的嵌入式操作系統(tǒng) —— uClinux ? 微 (μ )控制（ C）領(lǐng)域 Linux系統(tǒng) ? 是一個(gè)完全符合通用公共許可證(GNU/GPL)公約的操作系統(tǒng)，完全開(kāi)放代碼。專門針對(duì)沒(méi)有內(nèi)存管理單元(MMU)的 CPU，且為嵌入式系統(tǒng)做了許多小型化的工作。通常用于具有很少內(nèi)存或 Flash的嵌入式系統(tǒng) ? 它保留了 Linux的大部分優(yōu)點(diǎn)： 穩(wěn)定、良好的移植性、優(yōu)秀的網(wǎng)絡(luò)功能、完備的對(duì)各種文件系統(tǒng)的支持、以及標(biāo)準(zhǔn)豐富的 API等 嵌入式操作系統(tǒng) ?常見(jiàn)的嵌入式操作系統(tǒng) —— WinCE ? Windows CE是微軟開(kāi)發(fā)的一個(gè)開(kāi)放的、可升級(jí)的 32位嵌入式操作系統(tǒng)，基于掌上型電腦類的電子設(shè)備操作系統(tǒng)，精簡(jiǎn)的 Windows 95 ? 圖形用戶界面相當(dāng)出色。自 1992年問(wèn)世以來(lái)， μ C/OSII已經(jīng)被應(yīng)用到數(shù)以百計(jì)的產(chǎn)品中。但將它的目標(biāo)代碼嵌入到產(chǎn)品中，應(yīng)當(dāng)購(gòu)買目標(biāo)代碼銷售許可證 ? μ C/OSII是一個(gè)源碼公開(kāi)、可移植、可固化、可裁剪、占先式的實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng) ? 其絕大部分源碼是用 ANSI C寫(xiě)的，使其可以方便的移植并支持大多數(shù)類型的處理器 嵌入式操作系統(tǒng) ? uC/OSⅡ 的特點(diǎn) ? 提供 ? 可移植 (portable)，使用匯編語(yǔ)言編寫(xiě)的代碼已壓縮到最低限度 ? 可固化 (ROMmable) ? 可剪裁 (scalable)，通過(guò)條件編譯即可 ? 可剝奪 (preemptive),完全可剝奪型實(shí)時(shí)內(nèi)核 ? 多任務(wù)，最多可管理 64個(gè) (其中 8個(gè)留給系統(tǒng) ) ? 可確定性，絕大多數(shù)函數(shù)的調(diào)用和服務(wù)時(shí)間具有確定性 ? 任務(wù)棧，每個(gè)任務(wù)都有自己獨(dú)立的棧 ? 系統(tǒng)服務(wù)，多種系統(tǒng)服務(wù)，如信號(hào)量、互斥信號(hào)量、事件標(biāo)志、消息郵箱、消息隊(duì)列、塊大小固定的內(nèi)存申請(qǐng)與釋放、時(shí)間管理函數(shù) ? 中斷管理，中斷可以使正在執(zhí)行的任務(wù)暫時(shí)掛起，如果優(yōu)先級(jí)更高的任務(wù)被中斷喚醒，高優(yōu)先級(jí)任務(wù)在中斷嵌套全部退出后立即執(zhí)行，中斷嵌套數(shù)最多可達(dá) 255層 ? 穩(wěn)定性與可靠性，是基于 uC/OS的升級(jí)版本，與之內(nèi)核一樣 請(qǐng)繼續(xù)下一章的學(xué)習(xí) ……
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