[工學]第0章嵌入式系統概述(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 2()。 ...... if (condition_n) acition_n()。 } Check for Input Do Something ? 優點 ? 對于簡單的系統而言，便于編程和理解。 ? 沒有中斷的機制，程序運行良好，不會出現隨機的問題。 ? 缺點 ? 有限的應用領域。 ? 對于大量的 I/O服務的應用，不容易實現。 ? 大的程序不便于調試。 適合于慢速和非常快速的簡單系統 循環輪詢系統 前后臺系統 ? 是中斷驅動系統的一種 ?后臺是一個循環輪詢系統一直在運行 。 ?前臺是由一些中斷處理過程組成的 。 ?當有一前臺事件 (外部事件 )發生時 ， 引起中斷 , 進行前臺處理 , 處理完成后又回到后臺(通常又稱主程序 )。 中斷 1 中斷 2 主程序 中斷 1 中斷 1 中斷 2 初始化 處理 1 事件 1 處理 2 事件 2 N Y Y N ISR1 ISR2 前臺處理 后臺處理 ISR3 單處理器多任務系統 對于一個復雜的嵌入式實時系統來說， ? 當采用中斷處理程序加一個后臺主程序這種軟件結構難以實時的、準確的、可靠的完成時 ? 存在一些互不相關的過程需要在一個計算機中同時處理時 需要采用實時多任務系統！ 結構 由多個任務，多個中斷處理過程，實時操作系統組成的有機的整體。 每個任務是順序執行的，并行性通過操作系統來完成，任務間的相互通信和同步也需要操作系統的支持。 單處理器多任務系統 流程 并發多任務 ：：： ：：： 后臺 前臺 ISRs Tasks 多任務系統 ?多個順序執行的程序并行運行 。 ?宏觀上看 ， 所有的程序同時運行 ， 每個程序運行在自己獨立的 CPU上 。 ?實際上 ， 不同的程序是共享同一個 CPU和其它硬件 。 因此 ， 需要 RTOS來對這些共享的設備和數據進行管理 。 ?每個程序都被編制成無限循環的程序，等待特定的輸入，執行相應的任務等。 ?這種程序模型將系統分成相對簡單的，相互合作的模塊。 單處理器多任務系統 ? 優點 ? 將復雜的系統分解為相對獨立的多個線程 ， 達到“ 分而制之 ” 的目的 ， 從而降低系統的復雜性 。 ? 保證系統的實時性 。 ? 系統的模塊化好 ， 提高系統的可維護性 。 ? 缺點 ? 需要采用一些新的軟件設計方法。 ? 需要增加功能：線程間的協調，同步和通信功能。 ? 需要對每一個共享資源互斥。 ? 導致線程間的競爭。 ? 需要使用 RTOS， RTOS要增加系統的開銷。 單處理器多任務系統 多處理器多任務系統 ?多任務可運行在多個處理器上 ， 由操作系統統一調度 ， 處理 。 ?宏觀上看是并發的 ， 微觀上看也是并發的 。 ?多處理機系統分為緊耦合系統 (tightlycoupled system) 和 松 耦 合 系 統(looselycoupled system)兩種 。 為什么要使用嵌入式操作系統 ? 早期的嵌入式系統開發，一般都是由一個工程師完成的，軟件開發工作只占全部工作的 5%～ 10%； ? 隨著科技的發展， 80年代軟件開發工作已經占到全部工作的 50％； ? 近幾年，隨著硬件復雜性、多樣性和應用復雜性的增加，軟件開發工作急劇增長，經常達到全部工作的 70％～ 80％。 ? 傳統的開發模式已經不能適應系統復雜性的增長，而嵌入式操作系統的引入，極大的方便了嵌入式軟件的開發和維護 RTOS嵌入式系統開發平臺 ? 嵌入式操作系統體現了一種新的系統設計思想和一個開放的軟件框架，軟件工程師只做少量改動，就可以添加或刪除一個系統模塊。 ? 通過操作系統所提供的應用程序編程接口（ API）訪問系統資源，使得應用軟件工程師能夠將精力集中于所要解決的問題，而不是煩瑣的系統底層操作，提高了開發效率。 ? 它解決了嵌入式軟件開發標準化的問題，更好地支持了系統協同開發。 ? 基于嵌入式操作系統開發出的程序，具有較高的可移植性，能實現 90%以上設備獨立。 嵌入式操作系統 ? 基本概念 操作系統是計算機中最基本的程序。操作系統負責計算機系統中全部軟硬資源的分配與回收、控制與協調等并發的活動；操作系統提供用戶接口，使用戶獲得良好的工作環境；操作系統為用戶擴展新的系統功能提供軟件平臺。 —— 操作系統 硬件 硬件驅動 操作系統 用戶程序 嵌入式操作系統 ? 基本概念 一個任務，也稱作一個線程，是一個簡單的程序，該程序可以認為 CPU完全屬于該程序自己。實時應用程序的設計過程，包括如何把問題分割成多個任務，每個任務都是整個應用的某一部分，每個任務被賦予一定的優先級，有它自己的一套 CPU寄存器和自己的棧空間。 —— 任務 嵌入式操作系統 ? 基本概念 程序運行時可使用的軟、硬件環境統稱為資源。資源可以是輸入輸出設備，例如打印機、鍵盤、顯示器。資源也可以是一個變量、一個結構或一個數組等。 —— 資源 任務 A 共享資源 任務 B 任務 C 信號量 嵌入式操作系統 ? 基本概念 可以被一個以上任務使用的資源叫做 共享資源 。為了防止數據被破壞，每個任務在與共享資源打交道時，必須獨占該資源，這叫做互斥。 —— 共享資源 訪問共享資源之前申請信號量 其它任務訪問受阻 而不能使用共享資源 得到允許后，才能使用共享資源 嵌入式操作系統 ? 基本概念 任務的優先級是表示任務被調度的優先程度。每個任務都具有優先級。任務越重要，賦予的優先級應越高，越容易被調度而進入運行態。 —— 任務優先級 前后臺系統 嵌入式操作系統 ? 基本概念 —— 中斷 ISR 任務 ISR 非占先操作系統 任務A 任務B 任務C ISR 占先操作系統 任務A 任務B 任務C 一、嵌入式操作系統概念 嵌入式操作系統是嵌入式應用軟件的基礎和開發平臺。嵌入式系統的出現 ,解決了嵌入式軟件開發標準化的難題。 ? 具有操作系統的最基本的功能 ： ? 進程調度（沒有虛擬內存的管理） ? 內存管理、 設備管理、文件管理，中斷管理 ? 系統功能接口 (API調用，如網絡功能 ) 、設備驅動 ? 嵌入式操作系統具有的特點： ? 系統可裁減、可配置 ? 系統具有實時性 ? 系統穩定、可靠 嵌入式操作系統 嵌入式操作系統 ? 實時操作系統 實時操作系統 (RealTimeOperatingSystem， RTOS)是指使計算機能 及時響應 外部事件的請求在規定的 嚴格時間內 完成對該事件的處 理，并控制所有實時設備和實時任務協調一致地工作的操作系統。實時操作系統要追求的目標是：對外部請求在嚴格時間范圍內做出反應，有高可靠性和完整性。 因此實時邏輯的正確性不僅依賴于計算結果的正確性 ,還取決于輸出結果的時間 . 嵌入式系統簡介 ? 實時性 ? 實時性的本質是任務處理所花費時間的 可預測性 ，即任務需要在規定的時限內完成。 ? 任務執行的時間可以根據系統的軟硬件的信息而進行確定性的預測。也就是說，如果硬件可以做這件工作，那么基于實時操作系統的軟件將可以確定性的做這件工作。 ? 實時系統 ? 實時