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嵌入式实时多任务操作系统的特征介绍 引言：适逢公司进行通用计算平台的硬件基础研究，在此硬件平台之上，必要引入通用的软 件平台。为此，操作系统无疑是最佳的选择。在德国十二套软启动项目中，远程 IO 控制机 的软件设计成功引入了实时多任务操作系统 μC/OS—II, 本文结合作者的工作成果，针对 μC/OS—II 将嵌入式操作系统的基本特征和原理进行简单的描述，并对大家所熟知的实时特 性概念进行简要的抛析。 嵌入式实时操作系统在国外在上世纪 60 年代便已发展，至今已有不下百种 产品。从在商业领域取得巨大成功的两个突出代表 VxWorks 和 QNX；到开源并 广泛传播的 Linux；以及由知名公司所推出的 WINCE 等；再到由个人之力发展 至今的 μC/OS，每种操作系统皆有其自身的特点及所专长的应用领域，但同时 作为嵌入式的实时多任务操作系统又有其共同的特征，以下将结合实际工作中所 用到的 μC/OS—II 为大家进行简单的介绍。 首先，操作系统作为用户应用程序同系统硬件之间的接口，承担着系统全部 软、硬件资源的分配、工作调度、控制协调并发活动的重任。如图 1 所示为包含 操作系统的软硬件体系结构。 图 1 比较于传统的PC 机操作系统，除具有任务调度、同步机制、中断处理、文 件功能外，嵌入式实时操作系统还具有如下几个主要特点： ◆ 可裁减性，嵌入式系统开发所特有的一点便是具有有限的存储空间。面 向不同硬件资源的情况下，操作系统具有自身可裁减的特性，以适应系统的存储 容量，以 μC/OS—II 为例，最小可将代码量裁减到 2K+。 ◆ 实时性，于军事及高端工业领域发展起来的嵌入式操作系统，系统所处 运行环境极为复杂，要求极为苛刻。对于外部的激励，操作系统能够及时的做出 响应，来保证系统的可靠运行。 ◆ 可移植性，操作系统作为通用型的软件平台，必要面对不同厂家、不同 硬件架构的处理器平台。因此为保证自身的可重用特性及兼容性的特点，操作系 统多可进行移植，来适应不同处理器的硬件架构。以 μC/OS—II 为例，在四款主 流 IP 核 PowerPC、ARM 、MIPS 和 X86 上皆可进行移植。 除此之外，嵌入式实时操作系统相比传统的 PC 机操作系统还具有更好的稳 定性及较弱的交互性，同时在容错性方面也要明显优于 PC 机操作系统，这里不 再鳌述。 μC/OS—II 由加拿大的著名嵌入式系统专家Jean J.Labrosse 在 μC/OS 的 基础上进行大幅的升级和改进而成的，是一个源码公开、完整的、可移植、固化、 裁减的占先式实时多任务内核。由 ANSI 的 C 语言编写，包含小部分汇编代码， 至今，从 8 位到 64 位，在超过 40 种不同的架构处理器上运行，同时通过了严 格的测试，并且得到了美国航空管理局(Federal Aviation Administration)的认证， 可以应用到飞行器上，其代码的安全性和可靠性已得到检验。 如下图图 2 所示，为 μC/OS—II 的文件结构及同硬件的关系。 图2 由上图便可以清晰的看到整个 μC/OS—II 操作系统的文件体系结构，以及 操作系统同所依赖的硬件之间的关系。操作系统需要借用 CPU 一个内部定时器 来为系统提供特定的周期中断以产生一个时钟节拍，这个时钟节拍可以看作是系 统心脏的脉动；μC/Probe 为操作系统提供了强大的通信接口管理，便于用户在 操作系统上开发各种通信功能；板级支持包帮助用户完成具体硬件的管理，包括 各种驱动程序的编写和初始化工作；移植文件为操作系统面向不同 CPU 架构时 所需要更改的文件部分，目前大多数的移植文件均在官网上有提供；与处理器无 关的文件为操作系统内核文件，这些文件包含操作系统内部的变量、函数定义和 调用，用户不可修改，当然依据具体需求可进行裁减；应用程序代码即为用户针 对具体项目在操作系统平台下进行的代码开发，包含项目的全部变量和功能函 数。 μC/OS—II 为我们提供了如下图所示三个方面的管理：多任务管理、外围设 备管理和内存管理。 图3 ●嵌入式实时操作系统提供丰富的多任务管理函数，并且会提供