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1.3 实时操作系统概念（RTOS） 前后台系统（后台循环、前台中断） 嵌入式实时操作系统_多任务系统 多任务运行的实现实际上是靠CPU（中央处理单元）在许多任务之间转换、调度。 CPU只有一个，轮番服务于一系列任务中的某一个。多任务运行使CPU的利用率得到最大的发挥，并使应用程序模块化。 实时应用程序的设计过程，包括如何把问题分割成多个任务。 任务的状态  每个任务都处在以下5种状态之一的状态下，这5种状态是休眠态，就绪态、运行态、挂起态(等待某一事件发生)和被中断态 任务切换(Context Switch or Task Switch) Context Switch 在有的书中翻译成上下文切换，实际含义是任务切换，或CPU寄存器内容切换。 当多任务内核决定运行另外的任务时，它保存正在运行任务的当前状态（Context），即CPU寄存器中的全部内容。这些内容保存在任务的当前状况保存区（Task’s Context Storage area），也就是任务自己的栈区之中。 入栈工作完成以后，就是把下一个将要运行的任务的当前状况从该任务的栈中重新装入CPU的寄存器，并开始下一个任务的运行。这个过程叫做任务切换。 任务切换过程增加了应用程序的额外负荷。CPU的内部寄存器越多，额外负荷就越重。做任务切换所需要的时间取决于CPU有多少寄存器要入栈。 非占先式与占先式 非占先式（non-preemptive） 非占先式调度法也称作合作型多任务（cooperative multitasking），各个任务彼此合作共享一个CPU。 中断服务可以使一个高优先级的任务由挂起状态变为就绪状态。但中断服务以后控制权还是回到原来被中断了的那个任务，直到该任务主动放弃CPU的使用权时，那个高优先级的任务才能获得CPU的使用权。 非占先式内核的一个特点是几乎不需要使用信号量保护共享数据。运行着的任务占有CPU，而不必担心被别的任务抢占。 非占先式内核的最大缺陷在于其响应高优先级的任务慢，任务已经进入就绪态，但还不能运行，也许要等很时间，直到当前运行着的任务释放CPU。内核的任务级响应时间是不确定的，不知道什么时候最高优先级的任务才能拿到CPU的控制权，完全取决于应用程序什么时候释放CPU。 占先式（preemptive） 当系统响应时间很重要时，要使用占先式（preemptive）内核。最高优先级的任务一旦就绪，总能得到CPU的控制权。 当一个运行着的任务使一个比它优先级高的任务进入了就绪态，当前任务的CPU使用权就被剥夺了，或者说被挂起了，那个高优先级的任务立刻得到了CPU的控制权。 使用占先式内核时，应用程序不应直接使用不可重入型函数。低优先级的任务CPU的使用权被高优先级任务剥夺，不可重入型函数中的数据有可能被破坏。 代码的临界区 代码的临界区: 处理时不可分割的代码。一旦这部分代码开始执行，则不允许任何中断打入。 在进入临界区之前要关中断，而临界区代码执行完以后要立即开中断（在任务切换时，地址、指令、数据等寄存器堆栈保护）。 程序进行时可使用的软硬件环境称为资源，2个以上任务可同时访问的共享资源称为临界资源。 任何任务所占用的实体都可称为资源。资源可以是输入输出设备，例如打印机、键盘、显示器，资源也可以是一个变量、一个结构或一个数组等。 内核（Kernel） 多任务系统中，内核负责管理各个任务，或者说为每个任务分配CPU时间，并且负责任务之间的通讯。 内核提供的基本服务是任务切换。 内核本身也增加了应用程序的额外负荷，代码空间增加ROM的用量，内核本身的数据结构增加了RAM的用量。但更主要的是，每个任务要有自己的栈空间。 通过提供必不可少的系统服务，诸如信号量管理，邮箱、消息队列、延时等，实时内核使得CPU的利用更为有效。一旦读者用实时内核做过系统设计，将决不再想返回到前后台系统。 时间片轮番调度法 任务优先级 优先级反转 多任务内核应允许动态改变任务的优先级以避免发生优先级反转现象。为防止发生优先级反转,内核能自动变换任务的优先级,这叫做优先级继承(Priority inheritance) 但μC/OS-Ⅱ不支持优先级继承,一些商业内核有优先级继承功能 互斥条件 实现任务间通讯最简便的办法是使用共享数据结构。特别是当所有的任务都在一个单一地址空间下，能使用全程变量、指针、缓冲区、链表等，使用共享数据结构通讯就更为容易。 虽然共享数据区法简化了任务间的信息交换，但是必须保证每个任务在处理共享数据时的排它性，以避免竞争和数据的破坏。 与共享资源打交道时，使之满足互斥条件最一般的方法有： l????关中断 l?? 使用测试并置位指令 l 禁止做任务切