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未知 點(diǎn)擊數：1302 更新時(shí)間：2006-7-13 18:01:39 熱 ★★★
相信了解嵌入式系統的人都知道，嵌入式系統是指操作系統和功能軟件集成于計算機硬件系統之中。簡(jiǎn)單的說(shuō)就是系統的應用軟件與系統的硬件一體化，類(lèi)似與BIOS的工作方式，具有軟件代碼小，高度自動(dòng)化，響應速度快等特點(diǎn)。他與傳統的普通單片機等處理器最大的不同就在于它特別適合于要求實(shí)時(shí)的和多任務(wù)的體系，下面我們就來(lái)介紹一下有關(guān)嵌入式實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統的有關(guān)知識。
1. 實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(Real Time multi-tasking Operation System, RTOS)
實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統（RTOS）是嵌入式應用軟件的基礎和開(kāi)發(fā)平臺，它是根據操作系統的工作特性而言的。實(shí)時(shí)是指物理進(jìn)程的真實(shí)時(shí)間。實(shí)時(shí)操作系統是指具有實(shí)時(shí)性，能支持實(shí)時(shí)控制系統工作的操作系統。首要任務(wù)是調度一切可利用的資源完成實(shí)時(shí)控制任務(wù)，其次才著(zhù)眼于提高計算機系統的使用效率，重要特點(diǎn)是要滿(mǎn)足對時(shí)間的限制和要求。目前在中國大多數嵌入式軟件開(kāi)發(fā)還是基于處理器直接編寫(xiě)，沒(méi)有采用商品化的RTOS，不能將系統軟件和應用軟件分開(kāi)處理。RTOS是一段嵌入在目標代碼中的軟件，用戶(hù)的其它應用程序都建立在RTOS之上。不但如此，RTOS還是一個(gè)可靠性和可信性很高的實(shí)時(shí)內核，將CPU時(shí)間、中斷、I/O、定時(shí)器等資源都包裝起來(lái)，留給用戶(hù)一個(gè)標準的API，并根據各個(gè)任務(wù)的優(yōu)先級，合理地在不同任務(wù)之間分配CPU時(shí)間。
RTOS是針對不同處理器優(yōu)化設計的高效率實(shí)時(shí)多任務(wù)內核，優(yōu)秀商品化的RTOS可以面對幾十個(gè)系列的嵌入式處理器MPU、MCU、DSP、SOC等提供類(lèi)同的API接口，這是RTOS基于設備獨立的應用程序開(kāi)發(fā)基礎。因此基于RTOS上的C語(yǔ)言程序具有極大的可移植性。據專(zhuān)家測算，優(yōu)秀RTOS上跨處理器平臺的程序移植只需要修改1~5%的內容。在RTOS基礎上可以編寫(xiě)出各種硬件驅動(dòng)程序、專(zhuān)家庫函數、行業(yè)庫函數、產(chǎn)品庫函數，和通用性的應用程序一起，可以作為產(chǎn)品銷(xiāo)售，促進(jìn)行業(yè)內的知識產(chǎn)權交流，因此RTOS又是一個(gè)軟件開(kāi)發(fā)平臺。
RTOS是嵌入式系統的軟件開(kāi)發(fā)平臺，RTOS最關(guān)鍵的部分是實(shí)時(shí)多任務(wù)內核，它的基本功能包括任務(wù)管理、定時(shí)器管理、存儲器管理、資源管理、事件管理、系統管理、消息管理、隊列管理、旗語(yǔ)管理等,這些管理功能是通過(guò)內核服務(wù)函數形式交給用戶(hù)調用的，也就是RTOS的API。RTOS的引入，解決了嵌入式軟件開(kāi)發(fā)標準化的難題。隨著(zhù)嵌入式系統中軟件比重不斷上升、應用程序越來(lái)越大，對開(kāi)發(fā)人員、應用程序接口、程序檔案的組織管理成為一個(gè)大的課題。引入RTOS相當于引入了一種新的管理模式，對于開(kāi)發(fā)單位和開(kāi)發(fā)人員都是一個(gè)提高。
基于RTOS開(kāi)發(fā)出的程序，具有較高的可移植性，實(shí)現90%以上設備獨立，一些成熟的通用程序可以作為專(zhuān)家庫函數產(chǎn)品推向社會(huì )。嵌入式軟件的函數化、產(chǎn)品化能夠促進(jìn)行業(yè)交流以及社會(huì )分工專(zhuān)業(yè)化，減少重復勞動(dòng)，提高知識創(chuàng )新的效率。
嵌入式工業(yè)的基礎是以應用為中心的芯片設計和面向應用的軟件開(kāi)發(fā)。實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(RTOS)進(jìn)入嵌入式工業(yè)的意義不亞于歷史上機械工業(yè)采用三視圖的貢獻，對嵌入式軟件的標準化和加速知識創(chuàng )新是一個(gè)里程碑。
目前，商品化的RTOS可支持從8BIT的8051到32BIT的PowerPC及DSP等幾十個(gè)系列的嵌入式處理器。提供高質(zhì)量源代碼RTOS的著(zhù)名公司主要集中在美國。
2. 實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統與分時(shí)多任務(wù)操作系統的區別
這兩者有著(zhù)明顯的區別。具體的說(shuō)，對于分時(shí)操作系統，軟件的執行在時(shí)間上的要求，并不嚴格，時(shí)間上的錯誤，一般不會(huì )造成災難性的后果。而對于實(shí)時(shí)操作系統，主要任務(wù)是對事件進(jìn)行實(shí)時(shí)的處理，雖然事件可能在無(wú)法預知的時(shí)刻到達，但是軟件上必須在事件發(fā)生時(shí)能夠在嚴格的時(shí)限內作出響應（系統響應時(shí)間），即使是在尖峰負荷下，也應如此，系統時(shí)間響應的超時(shí)就意味著(zhù)致命的失敗。另外，實(shí)時(shí)操作系統的重要特點(diǎn)是具有系統的可確定性，即系統能對運行情況的最好和最壞等的情況能做出精確的估計。
實(shí)時(shí)操作系統中的重要概念：
1）系統響應時(shí)間(System response time )系統發(fā)出處理要求到系統給出應答信號的時(shí)間。
2）任務(wù)換道時(shí)間(Context-switching time)是任務(wù)之間切換而使用的時(shí)間。
3）中斷延遲(Interrupt latency )是計算機接收到中斷信號到操作系統作出響應，并完成換道轉入中斷服務(wù)程序的時(shí)間。
實(shí)時(shí)操作系統應具有如下的功能：
1) 任務(wù)管理（多任務(wù)和基于優(yōu)先級的任務(wù)調度）
2) 任務(wù)間同步和通信（信號量和郵箱等）
3) 存儲器優(yōu)化管理（含ROM的管理）
4) 實(shí)時(shí)時(shí)鐘服務(wù)
5) 中斷管理服務(wù)
實(shí)時(shí)操作系統的工作特性：
實(shí)時(shí)操作系統中的任務(wù)(Task)等同于分時(shí)操作系統中的進(jìn)程(Process)的概念。系統中的任務(wù)有四種狀態(tài)：運行(Executing)，就緒(Ready)，掛起(Suspended)，冬眠(Dormant)。
運行：獲得CPU控制權。
就緒：進(jìn)入任務(wù)等待隊列。通過(guò)調度轉為運行狀態(tài)。
掛起：任務(wù)發(fā)生阻塞，移出任務(wù)等待隊列，等待系統實(shí)時(shí)事件的發(fā)生而喚醒。從而轉為就緒或運行。
冬眠：任務(wù)完成或錯誤等原因被清除的任務(wù)。也可以認為是系統中不存在了的任務(wù)。系統中只能有一個(gè)任務(wù)在運行狀態(tài)。各任務(wù)按級別通過(guò)時(shí)間片分別獲得對CPU的訪(fǎng)問(wèn)權。
