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第1章 嵌入式系统基础 1.1 嵌入式系统概述 嵌入式系统概述 嵌入式应用开发过程 嵌入式操作系统的基本概念 中断与中断优先级 中断是计算机中软件系统与硬件系统共同提供的功能。它包括中断源、中断优先级、中断处理程序及中断任务等相关概念。实时操作系统充分利用中断来改变CPU执行程序的顺序，达到实时处理目的。 系统中所有中断控制器一共可以连接几个外部信号，则称系统有几个中断源。 操作系统对每个中断级指定了优先级，称之为中断优先级。在多个中断源同时发出申请时，CPU按优先级的高低顺序处理。这种总是保证优先级最高的任务占用CPU的方式，称为按优先级抢占式调度。 嵌入式操作系统的基本概念 同步与异步 实时系统中常用同步或异步来说明事件发生的时序或任务执行的顺序关系。 由于事件1停止而引起事件2发生，或者必须有事件2发生，事件3才可能发生，如此类推，这一系列与时间相关的事件称为同步事件。由同步事件驱动的任务称为同步任务。使任务同步的目的是使相关任务在执行顺序上协调，不至于发生时间相关的差错，以保证任务互斥地访问系统的内存、外设等共享资源。 异步事件是指随机发生的事件。异步事件发生的因素很复杂，往往与工业现场有关，难以预测其发生的时间，因此异步事件又称随机事件。由异步事件驱动的任务称为异步任务。中断任务都是异步任务，优先级高于同步任务。 嵌入式操作系统的基本概念 资源与临界资源 程序运行时可使用的软、硬件环境统称为资源。主要包括CPU的可利用时间、系统可提供的中断源、内存空间与数据、通用外部设备等等。 没有指派给具体任务的资源属于系统所有，是共享资源。 如果系统中出现2个以上任务可能同时访问的共享资源，则称为临界资源。系统中的公共数据区、打印机等都是临界资源。 系统内任务应采取互斥的方式访问共享资源。在实时多任务系统中，当异步任务被激活时，容易出现资源的临界状态。实时多任务操作系统中应保证任何时刻临界资源内只有一个任务在访问。资源临界问题解决不好，执行任务交不出资源的控制权，将引起系统死锁。 嵌入式操作系统的基本概念 容错与安全 容错是指这样一种性能或措施，当系统内某些软、硬件出现故障时，系统仍能正常运转，完成预定的任务或某些重要的不允许间断的任务。容错能力包括系统自诊断、自恢复、自动切换等多方面能力，由软、硬件共同采取措施才能实现。容错是实时系统提高可靠性的手段。 安全性控制是操作系统对自身文件和用户文件的存取合法性的控制。在实时操作系统中安全性极为重要，必须保证系统工作的高度可靠和安全，防止对应用系统有意或无意的破坏。通常采用一些软件控制方法来保证系统的安全性，如标记检查、多级口令设置、加密等等。 二、 实时操作系统 实时操作系统(RTOS)是具有实时性且能支持实时控制系统工作的操作系统。 RTOS与通用计算机OS的区别： 实时性。响应速度快，只有几微秒；执行时间确定、可预测； 代码尺寸小。10～100KB，节省内存空间，降低成本； 应用程序开发较难； 需要专用开发工具：仿真器、编译器和调试器等。 实时操作系统的发展 实时操作系统的研究是从20世纪60年代开始的。从系统结构上看，实时操作系统经历了以下3个发展阶段。 （1）早期的实时操作系统 不能称为真正的实时操作系统。它只是一个小而简单、具有一定专用性的软件，其功能较弱，可以认为是一种实时监控程序。它一般为用户提供对系统的初始管理以及简单的实时时钟管理。 （2）专用实时操作系统 在国外称为Real-Time Operating System Developed in House。它是早期用户为满足自身开发需要而研制的，一般只能用于特定的硬件环境，且缺乏严格的评测，移植性也不太好。 （3）通用实时操作系统 大多采用软组件结构，以“标准组件”构成通用的实时操作系统。一方面，在实时操作系统内核的最底层将不同的硬件特性屏蔽掉；另一方面，对不同的应用环境提供了标准的、可剪裁的系统服务软组件。 实时操作系统的组成 根据面向实际应用领域的不同,实时操作系统的组成也有所不同。但一般都包括以下几个重要组成部分： (1) 实时内核 实时内核一般都是多任务的。它主要实现任务管理、定时器管理、存储器管理、任务间通信与同步、中断管理等功能。 (2) 网络组件 网络组件实现了链路层的ARP/RARP协议、PPP及SLIP协议，网络层的IP协议，传输层的TCP和UDP协议。网络组件为应用层提供服务,它本身是可裁减的。 (3) 文件系统