嵌入式实时操作系统的基本概念

第一章 嵌入式实时操作系统的基本概念

操作系统(Operating System,OS)是一种系统软件。它在计算机硬件与计算机应用程序之间,通过提供应用程序接口(Application Programming Interface,API),屏蔽计算机硬件工作的一些细节,从而使应用程序的设计人员得以在一个友好的平台上进行应用程序的设计和开发,大大提高了应用程序开发效率。

操作系统负责对计算机系统几类主要的资源,如处理器、存储器、输入/输出设备、数据与文档资源、用户作业等进行管理。

计算机系统中的硬件和软件是分层次的。下层是上层运行的基础,上层是下层功能的扩充;下层对上层隐藏了下层功能实现的细节,只对上层提供了使用这些功能的接口。

操作系统的主要功能如下:

  1. 处理器的管理。操作系统对处理器的管理主要有两项工作:一是对中断的管理;二是对处理器的工作进行调试。
  2. 存储的管理。
  3. 设备的管理。
  4. 文件的管理。
  5. 网络和通信的管理。
  6. 提供用户接口。

人们把嵌入到对象体系中,为实现对象体系智能化控制的计算机系统,称作嵌入式计算机系统,简称为嵌入式系统。

对于什么是嵌入式系统,从不同的角度有不同的定义。一个较为通用的定义为:嵌入式系统是对对象进行自动控制而使具有智能化并可嵌入对象体系中的专用计算机系统。“嵌入性”、“专用性”与“计算机系统”是嵌入式系统的三个要素。

对象系统也叫做嵌入式系统的宿主对象系统。

嵌入式系统的技术要求则是对象的智能化控制能力,技术发展方向是与对象系统密切相关的嵌入性能、控制能力与控制的可靠性等。

人们根据应用的需要把这些功能模块与MCU进行有机结合,制造出集成度更高的系统级的芯片,这种芯片就叫做SoC系统。

嵌入式系统是集软硬件于一体的、可独立工作的计算机系统。

嵌入式系统的硬件部分包括系统软件和应用软件。

嵌入式计算机系统与通用型计算机系统相比,具有以下特点:

  1. 专用性强。
  2. 可裁剪性好。
  3. 实时性与可靠性好。
  4. 功耗低。

运行在嵌入式硬件平台上,对整个系统及其所操作的部件、装置等资源进行统一协调、指挥和控制的系统软件就叫做嵌入式操作系统。

其主要特点:

  1. 微型化。
  2. 可裁剪性。
  3. 实时性。
  4. 高可靠性。
  5. 易移植性。

嵌入式操作系统有实时操作系统和分时操作系统两类。

如果操作系统能使计算机系统及时响应外部事件的请求,并能及时控制所有实时设备与实时任选协调运行,且能在一个规定的时间内完成对事件的处理,那么这种操作系统就是一个实时操作系统(Real Time Operation System,RTOS)。

对实时操作系统有两个基本要求:第一,实时系统的计算必须产生正确的结果,称为逻辑或功能正确(Logical ;Functional Correctness);第二,实时系统的计算必须在预定的时间内完成,称为时间正确(Timing Correctness)。

按时间正确的程序来分,实时操作系统又分为硬实时操作系统和软实时操作系统两种。如果要求系统必须在极严格的时间内完成实时任务,那么这样的系统就叫做硬实时操作系统。

相对来说,如果系统完成实时任务的截止时间要求不是十分严格,那么这种系统就叫做软件 实时系统。

 

实时操作系统应满足以下三个条件:

  1. 实时操作系统必须是多任务系统。
  2. 任务的切换时间与系统中的任务数无关。
  3. 中断延迟的时间可预知并尽可能短。

 

内核的类型:

  1. 多任务实时操作系统的内核分为可剥夺型和不可剥夺型两种类型。
  2. 由于可剥夺型内核实时性较好,所以目前大多数嵌入式实时操作系统是可剥夺型内核。

 

大多数嵌入式操作系统主要提供三项服务来辅助应该程序设计人员:

  1. 内存管理。内存管理主要是动态内存的管理。
  2. 多任务管理。
  3. 外围资源管理。

μC/OS-II构思巧妙,结构简洁精练,可读性很强,同时又具备了实时操作系统的大部分功能,所以虽然它只是一个内核,但非常适合初次接触嵌入式实时操作系统的学生、嵌入式系统开发人员和爱好者学习。

 

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