嵌入式操作系統概述(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 提供軟定時器的管理功能等 。 ?通用操作系統的系統時鐘的精度由操作系統確定 ，應用不可調 ， 且一般是幾十個毫秒 。 內 核（ 6/12） 30 ?任務擴展功能 ?任務擴展功能就是在內核中設置一些 Hook的調用點， 在這些調用點上內核調用應用設置的 、 應用自己編寫的擴展處理程序 ， 以擴展內核的有關功能 。 ?Hook調用點有任務創建 、 任務切換 、 任務刪除 、 出錯處理等 。 內 核（ 7/12） 31 ? TCP/IP 協議已經廣泛地應用于嵌入式系統中 ? 嵌入式 TCP/IP 網絡系統提供符合TCP/IP 協議標準的協議棧 ， 提供Socket編程接口 。 Socket 接 口 UDP協議 TCP協議 IP 協議 ICMP/IGMP協議 網絡接口層 ARP/PPP協議 以太網驅動 異步串口驅動 物 理 設 備 應用程序 /應用協議 嵌入式 TCP/IP （ 8/12） 32 ?嵌入式 TCP/IP網絡系統具有以下的特點： ?可剪裁 能根據嵌入式系統的功能的要求選擇所需的協議，對完整的 TCP/IP協議簇進行剪裁，以滿足用戶的需要。 ?采用“零拷貝”（ Zero Copy）技術，提高實時性 所謂“零拷貝”技術，是指 TCP/IP協議棧沒有用于各層間數據傳遞的緩沖區，協議棧各層間傳遞的都是數據指針，只有當數據最終要被驅動程序發送出去或是被應用程序取走時，才進行真正的數據搬移。 嵌入式 TCP/IP （ 9/12） 33 ?采用靜態分配技術 在網絡初始化時就靜態分配通信緩沖區，設置了專門的發送和接收緩沖（其大小一般小于或等于物理網絡上的 MTU值），從而確保了每次發送或接收時處理的數據不會超過 MTU值，也就避免了數據處理任務的阻塞等待。 嵌入式 TCP/IP （ 10/12） 34 ?通用操作系統的文件系統通常具有以下功能： ?提供用戶對文件操作的命令 ?提供用戶共享文件的機制 ?管理文件的存儲介質 ?提供文件的存取控制機制 ， 保障文件及文件系統的安全性 ?提供文件及文件系統的備份和恢復功能 ?提供對文件的加密和解密功能 嵌入式文件系統（ 11/12） 35 ?嵌入式文件系統相比之下較為簡單 ， 主要具有文件的存儲 、 檢索 、 更新等功能 ， 一般不提供保護和加密等安全機制 。 ?它以系統調用和命令方式提供對文件的各種操作 ， 主要有： ?設置和修改對文件和目錄的存取權限 ?提供建立 、 修改 、 改變 、 刪除目錄等服務 ?提供創建 、 打開 、 讀 、 寫 、 關閉 、 撤消文件等服務 嵌入式文件系統（ 12/12） 36 ?實時性 ?可移植性 ?可剪裁 、 可配置性 ?可靠性 ?應用編程接口 嵌入式操作系統的關鍵設計問題（ 1/7） 37 ?實時性是實時內核最重要的特性之一 。 實時系統的正確性不僅依賴于系統計算的邏輯結構 ， 還依賴于產生這些結果的時間 。 ?從整體上考慮 ， 一個系統的實時性能與硬件 、 操作系統及應用程序三方面都有關系 ， 提高硬件能力可以在一定程度上提高實時性；但是當硬件條件確定之后 ， 嵌入式系統的性能主要由操作系統來確定 ， 其中實時內核起著關鍵的作用 。 ?實時性相關概念 ?確定性 ?響應性 ?響應時間 實時性（ 2/7） 38 ?影響實時性的主要因素 ?調度算法 ?可搶占內核 ?內核的關中斷時間 ?數據結構 ?存儲管理機制 ?資源的有限時間等待 ?優先級反轉問題的解決 ?中斷處理 ?浮點數的優化處理 實時性（ 3/7） 39 ?可移植性好的操作系統在支持多平臺方面具有開發周期縮短 、 代碼可重用度高和維護工作量小等顯著優點 ， 所以追求良好的可移植性是設計實時內核時需要重點考慮的目標之一 。 ?影響可移植性的主要因素 ?編程語言 ?體系結構 ?代碼實現的技巧 可移植性（ 4/7） 40 ?為了能滿足不同復雜程度的應用需求 ， 嵌入式操作系統應該具有良好的或剪裁性 、 可配置性 。 ?可配置與可剪裁是聯系緊密 ， 但又有區別的兩種特性 。可剪裁性表示系統在增加 、 卸裝功能模塊時僅需要做少量的修改或者根本不用修改 。 可配置性針對系統中未被卸裝的模塊 ， 根據應用在數量 、 機制 、 工作空間和堆棧等方面的不同需求 ， 決定系統的規模 、 功能以及內存分配等 。 ?內核的剪裁性取決于模塊之間的耦合程度 。 耦合程度越小的系統 ， 可剪裁的力度越大 。 可剪裁性與可配置性（ 5/7） 41 ?可靠性對于實時系統來說通常比非實時系統更為重要 。 ?為保證應用系統運行的可靠性 ， 嵌入式實時內核可以提供諸多機制供用戶使用 ， 包括異步信號 、 定時器 、 優先級繼承 、 異常處理 、 用戶擴展和內存保護等 。 ?嵌入式實時系統一般不具備通用的人機接口 ， 運行時人不能干預其操作 ， 因此系統的異常處理能力是其可靠性很關鍵的因素之一 。 可靠性（ 6/7） 42 ?一個操作系統提供的系統調用 （ 應用編程接口 API） 越多， 功能越強 ， 就越能對應用程序的開發提供高效的支持， 同時也會減少應用程序的維護工作量 。 ?API也影響著應用參與系統控制的深淺程度 。 ?提供面向行業的接口標準是嵌入式實時操作系統的一個發展趨勢 。 應用編程接口（ 7/7） 43 二、嵌入式操作系統基本概念 ? 前臺與后臺 ? 多任務，任務優先級，調度 ? 非占先式與占先式，可重入型函數 ? 信號量，死鎖，同步，事件標志 ? 任務間通信，消息郵箱，消息隊列 ? 中斷 44 前后臺系統（ 1/2） ISR ISR 后臺 前臺 ISR 時間 45 ? 代碼的臨界區也稱為臨界區，指處理時不可分割的代碼。一旦這部分代碼開始執行，則不允許任何中斷打入。 ? 在進入臨界區之前要關中斷，而臨界區代碼執行完以后要立即開中斷（在任務切換時，地址、指令、數據等寄存器堆棧保護）。 代碼的臨界區（ 2/2） 46 多任務（ 1/6） CPU寄存器 任務 控制 塊 1 任務 控制 塊 2 任務 控制 塊