第一章：嵌入实时式操作系统发展简介.ppt

1 嵌入式操作系统系统发展简介 1.1 嵌入式实时操作系统定义 1.2 嵌入式系统发展 1.3 主流嵌入式操作系统系统 1.1 嵌入式实时操作系统定义 1.1.1 操作系统定义 1.1.2 实时操作系统定义 1.1.3 嵌入式实时操作系统 1.1.1 操作系统定义 操作系统（Operation System）是针对计算机系统的控制管理程序的总称，它是系统软件中最为核心的部分。操作系统通过控制管理计算机的各种资源，实现计算机系统运行的基本管理，其实现目标是： 管理计算机系统的全部资源，使它们能充分发挥作用、高效率的工作。在这里所提及的资源是指计算机系统的各种功能部件。 在计算机系统和用户之间提供友好访问接口，使用户利用操作系统提供的功能去操作和控制计算机。 1.1.1 操作系统定义（继续） 随着计算机的发展，操作系统逐渐形成标准的管理体系，基本划分为计算控制、资源分配、安全和维护和 人机交互管理几个方面。 计算控制：处理器计算和硬件接口的控制处理 资源调度：资源的调度和分配 安全维护：约束和错误处理能力 人机交互: 命令、响应处理能力 计算控制（处理器） 计算单元（执行计算或协处理计算） 指令单元（执行指令） 地址、数据和控制单元（存储空间访问和控制） 异常/中断管理（异常情况和中断处理） MMU单元（存储空间的映射管理） CACHE（高速存储访问管理） 计算控制（硬件接口） 内存 固态存储（EPROM、FLASH etc） I/O接口（寄存器） MEM控制接口（DAM控制器） 总线接口（PCI、VME etc） 网络接口（以太网） 输入输出接口（键盘、显示VGA） 资源调度 操作系统调度 时钟调度、线程、进程、任务、堆栈等管理 内存资源分配 分配内存变量、释放内存变量 存储空间映射 系统空间的分配和映射 异常和中断现场管理 中断入口、现场入栈、出栈管理 安全维护 异常处理： 异常的触发和维护 错误报告： 错误检查和错误报告 环境监控： 温度、自检警告 电源管理： 休眠、恢复 人机交互 输入设备管理： 键盘、鼠标管理 输出设备管理： 显示设备 字符管理： ASCII码、字符串 图形管理： XWINDOW、窗口 实时系统特点 RTOS追求调度的实时性、事件响应的可确定性和系统的高可靠性 时间约束：系统的任务具有时间约束（deadline） 可预测 ：系统能对运行任务的时间可预测 可靠性 ：系统对可靠性要求比较高 完整性 ：系统与外部环境交互作用 实时系统特点(继续) 时间约束 系统执行时间有严格约束，属于系统重要指标 完全满足（硬实时） 实时事件的响应时间需求必须得到完全的满足，否则可能破坏系统安全性，造成重大的损失和破坏，不能完成系统要求的任务。 有限满足（软实时） 在某个时间需求范围内波动，对偶尔出现不满足约束的情况系统能有限的容忍，但总体的平均指标满足时间需求。 可预测性 对系统任务执行时间进行判定，确定能否满足任务的时限要求，属于实时系统的重要指标 硬件延迟的可预测 通过硬件设计保障 软件系统的可预测 由操作系统源语、调度开销保障 应用的响应可预测 通过应用设计保障 可靠性 系统必须具备可靠性保障的要素满足系统要求，使系统在最坏情况下能正常执行和恢复功能，属于系统重要指标。 静态分析 资源保护 冗余管理 现场保护 完整性 实时系统一般是控制系统，其外部环境通常是受控子系统或控制源系统，两者共同保证实时管理的完整性，必须作为整体进行系统的实时性评估 控制主系统 控制子系统 系统控制源 实时系统评估 衡量实时系统的指标： 响应时间（Response Time） 系统识别一个外部事件到做出响应的时间 生存时间（Survival Time） 数据有效时间，在此过程中处理数据有效 吞吐量（Throughput） 在一定时间内系统可以处理的事件总数 实时操作系统评估 评估实时操作系统和通常的多任务系统不同 任务调度机制： RTOS的任务调度能力是衡量实时性的重要依据 任务切换时间： RTOS选择任务切换过程中的时间开销 中断禁止和延迟时间 RTOS关键过程中中断禁止时间和中断开销时间 内存管理和开销 1.1.3 嵌入式实时操作系统 嵌入式系统 嵌入式操作系统 嵌入式实时操作系统 嵌入式系统 嵌入式系统最初是指用以控制设备的计算机，通常是在设备内部，为了控制设备行为或是嵌入在其它系统中的一种专用软件和硬件。它一旦启动就执行某一特定的程序，中间无需人工干预，直到关机为止。但通常要求具有实时响应能力，一般不要求复杂的用户界面，甚至不要求支持键盘、显示器、串行口、硬盘等外设接口，也不需用户进行二次开发。它被广泛地用于仪器仪表、工业控制设备、