论嵌入式操作系统关键技术

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1、论嵌入式操作系统关键技术　　嵌入式操作系统以其高可靠性、实时性、系统可剪裁、方便移植等特点，在各个领域受到了空前的欢迎。本文首先介绍了嵌入式系统的概念和分类，随后介绍了嵌入式操作系统的一般要求，最后从任务管理、任务与中断间的同步与通信机制、中断管理、对CPU和存储器的需求等四个方面介绍了嵌入式操作系统的关键技术。　　嵌入式系统经历了无操作系统、简单操作系统、实时操作系统和面向Internet四个发展阶段，嵌入式操作系统也得到迅猛发展。嵌入式操作系统是嵌入式系统的重要组成部分，不但具有通用操作系统的基本特点，如能够有效管理复杂的系统资源、能把

2、硬件虚拟化，使得开发人员能从繁忙的驱动程序移植和维护中解脱出来，能够提供库函数、驱动程序、工具集和应用程序等，而且具有实时高效性、可剪裁性、软件固态化等优点。嵌入式操作系统应用广泛，从工业控制到手机通讯，从掌上电脑到PDA，无处不在。因此加强对嵌入式操作系统关键技术的研究，具有重要意义。　　1嵌入式操作系统概念与分类　　嵌入式操作系统是一种支持嵌入式系统应用的操作系统软件。它是嵌入式系统中极为重要的部分，通常包括与硬件相关的底层驱动软件、系统内核、设备驱动接口、通信协议、图形界面以及标准化浏览器等。嵌入式操作系统按源代码公开与否分有两类：一

3、类是源代码公开的操作系统，如Linux、μC/OSⅡ。另一类是源代码不公开的操作系统，如WindowsCE、VxWorks、QNX、PalmOS等。目前国内应用比较多的是Linux、μC/OSⅡ和WindowsCE。按其面向的对象分，可以分为两类：一类是面向控制和通信等领域的实时操作系统。另一类是面向消费电子产品的非实时操作系统。本文主要论述的是实时操作系统。　　2嵌入式实时操作系统关键技术　　嵌入式实时操作系统(EmbeddedReal-timeOperatingSystem:ERTOS)涉及的关键技术有很多，其中内核部分主要包括:任务管

4、理、任务与中断间的同步与通信机制、中断管理、对CPU和存储器的需求等四个方面，它们对于RTOS的性能有着重要影响。任务管理是ERTOS的核心和灵魂，决定了ERTOS的实时性能。下面从这四个方面分别加以简要介绍。　　任务管理　　任务管理是ERTOS的核心和灵魂，决定了ERTOS的实时性能。任务管理的最终目标是让系统中运行的多个任务按照一定的调度逻辑去无冲突的共享CPU资。通常涉及到以下技术:动态优先级、时间确定性、基于优先级抢占式调度、时间片轮转调度、多任务调度机制。　　任务与中断间的同步与通信　　任务与中断间的同步与通信是ERTOS的重要内

5、容之一，通常通过若干任务和中断服务程序共同完成，任务与任务之间、任务与中断服务程序之间必须协调动作互相配合，这就牵涉到任务与中断间的同步与通信问题。ERTOS通常是通过信号量(Semaphore)、互斥型信号量(Mutex)、事件标志(EventFlag)和异步信号(AsynchronousSignal)来实现同步，通过消息邮箱(MessageBox)、消息队列(MessageQuery)、管道(Pipe)和共享内存(SharedMemory)来提供通信服务。　　中断管理　　中断管理是ERTOS内核的重要部分，主要考虑是否支持中断嵌套、中断

6、处理机制、中断延时等内容。大多数的中断处理细节是与体系结构有关的，但ERTOS内核中同时会有一些通用的处理中断的机制和接口。ERTOS一般会允许中断嵌套，也就是说在中断服务期间，ERTOS可以识别另一个更高级别的中断，并服务于那个更高级别的中断。ERTOS的实时性能大部分体现在系统对中断请求的响应和中断服务例程IRQISR的处理效率上。不同系统用的方式不一样。RT一Linux由于采用硬实时解决方案，因而中断延时最短；μCLinux由于采用软实时方案，中断延时最长；μC/OSⅡ由于采用微内核设计，中断机理简单，中断延时相对较长。　　存储管理　

7、　存储管理也是ERTOS的重要内容之一，主要包括:内存分配原则、存储保护和内存分配方式。⑴内存分配原则，主要包括：①快速性:系统强调对实时性的保证，要求内存分配过程要尽可能地快，通常都采用简单、快速的内存分配方案。②可靠性:系统强调对可靠性要求，也就是内存分配的请求必须得到满足。③高效性:系统强调对高效性要求，不仅仅是对系统成本的要求，而且系统本身可配置的内存容量也是很有限的，所以内存分配要尽可能地少浪费。(2)存储保护：在ERTOS中，内存中既有系统程序，又有许多用户程序。为使系统正常运行，避免内存中各程序相互干扰，通常需要对内存中的程序

8、和数据进行保护。存储保护的内容包括:保护系统程序区不被用户有意或无意侵犯;不允许用户程序读写不属于自己地址空间的数据，如系统区地址空间;其他用户程序的地址空间。存储保护通常需要有