512实时性.ppt

5.1.2 实时特性 实时性是指控制系统能够及时处理系统中发生的要求控制的外部事件的能力。 1.实时性能（可以理解为规定时间完成任务） （1）实时系统和实时嵌入式OS 实时系统是指计算结果的正确性不仅依赖于计算结果的逻辑正确性，还依赖于计算结果产生时间的计算机系统。 分类： 强实时系统：系统响应时间：毫秒或微秒。 一般实时系统：系统响应时间：数秒。 弱实时系统：系统响应时间：数十秒或更长。 硬实时：必须能及时对外部事件作出反应，绝对不允许任务错过时限，一旦错过就意味着巨大的损失和灾难。（航天飞机，导弹的制导） 软实时：在系统负荷较重时，任务错过时限会引起性能下降，但不会造成严重的后果。（任务排队） 实时嵌入式操作系统（RTOS） 定义： 应用于嵌入式系统之中，有能力在响应额边界内，提供满足要求的服务的操作系统。 RTOS （Embedded Real-time Operation System） （2）实时系统的特征 异步事件响应(随机发生的事件→响应) 确定的切换时间和中断延迟时间 抢占式调度（优先级排队） 优先级中断和调度（用户自定义） 同步 内存锁定（cache） 连续文件存储方式。 （3）内核的实现 操作系统的结构：微内核结构。 要求： 多任务管理（并发性） 任务抢占式调度 快速灵活的通信和同步（任务和中断） 性能边界 其他特殊考虑 （4）实时性能指标 任务切换时间 中断延迟时间 系统响应时间 P176 实时操作系统案例 （1）μC/OS-II （2）RTLinux （1）μC/OS-II 四个性能指标： ①内核结构 ②任务调度方式 ③时间性能 ④空间性能 (1)?核心部分(OSCore.c) ：uC/OS-II处理核心，包括初始化、启动、中断管理、时钟中断、任务调度及事件处理等用于系统基本维持的函数。 (2) 任务管理(OSTask.c) ：包含与任务操作密切相关的函数，包括任务建立、删除、挂起及恢复等，uC/OS II以任务为基本单位进行调度。 (3) 时钟部分(OSTime.c) ：uC/OS-II中最小时钟单位是时钟节拍，其中包含时间延迟、时钟设置及时钟恢复等与时钟相关的函数。 (4) 多任务同步与通信(OSMbox.c, OSQ.c, OSSem.c)：包含事件管理函数。 (5) 内存管理部分(OSMem.c)：主要用于构建私有的内存分区管理机制，其中包含创建memPart、申请/释放memPart、获取分区信息等函数。 P180 时间性能 主要是响应异步事件的时间，即中断响应时间。 中断响应时间=中断延迟+中断响应+中断恢复 关中断时间越长，中断延迟就越长 中断延迟=关中断的最长时间+开始执行中断服务子程序的第一条指令的时间 中断响应=中断延迟+保存CPU内部寄存器的时间+内核的进入中断服务 中断恢复时间=判定是否有优先级更高的任务进入了就绪态时间+恢复那个优先级更高任务的CPU内部寄存器的时间+执行中断返回指令的时间 空间性能 RAM的四个需求: 应用程序的RAM需求 内核数据区的RAM需求 各任务栈需求之总和 最多中断嵌套的栈需求 结论：目标代码2KB,数据4KB,有很多的可移植目标 随机事件：外部数据传输完成、实时控制设备出现异常 微内核：提供操作系统核心功能的内核的精简版本。如DOS 实模式：在实模式下，内存寻址方式和8086相同，由16位段寄存器的内容乘以16（10H）当做段基地址，加上16位偏移地址形成20位的物理地址。 保护模式：内存段的访问受到了限制，地址转换方式发生变化。 死锁：集合中的每一个进程都在等待只能由本集合中的其他进程才能引发的事件，那么该组进程是死锁的。 吞吐量：单位时间内成功地传送数据的数量。 Lecture8: 层次嵌入式操作系统 18/5/2007 嵌入式系统原理 不同应用领域的实时系统响应时间 应用 时间 100ns 1us 10us 1ms 10ms 100ms 100us 语音 音频 系统 网络控制 飞行系统 机器人控制 遥感测量 过程控制 系统 与 工业自动化 1s 响应时间 慢 快 消防系统 医疗系统 应用类型 响应要求 人机接口 设计复杂性 功能性 任务处理数 文件系统 机器实现 控制 机器人 数采 仪表 微秒到1 毫秒 简单/无 简单 低 低于5 无 板级 电机控制 过程控制 小于1ms 有时 中 中 中/多于10 无 工作站 客户化 微机 科学数据采集 微秒到1 毫秒 简单易用 高 高 多 有 带局域网 高性能 微机 医疗影像 小于1s 简单 中/较高 中 中-少 有 板级工作站 客户化 微机 航空仿真 与控制 微秒到1 毫秒 复杂 高 高 很多 〉50 有 高性能 微机 不同应用类型实时系统设计需求P174 实时性 存储空间 任务