4种实时操作系统实时性的分析对比

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1、4种实时操作系统实时性的分析对比

2、第1...摘要:本文分析了适用于测控领域的4种实时操作系统，并对比了它们实时性能的重要指标，归纳了实时性设计和实现中的若干问题。引言20世纪70年代以来嵌入式系统的硬件和软件技术的飞速进步，使得嵌入式应用得到了蓬勃发展，在这些应用中实时操作系统起着决定性的作用。在复杂测控应用中，必须使用对实时性要求非常高的实时操作系统。例如在工业控制、交通管理、机器人、航空航天、武器装备等领域，系统事件的响应如果不能准时或超时，就可能导致巨大的损失和灾难。因而，选择操作系统时，对实时性的仔细考虑至关重要。本文从实时性的角度细致

3、的分析对比了适用于此类有苛刻实时性要求的4种操作系统——VxS)和最早期限优先算法(EDF)变化而来。前者主要用于静态周期任务的调度，后者主要用于动态调度，在不同的系统状态下两种算法各有优劣。在商业产品中采用的实际策略常常是各种因素的折中。●任务优先级分配每个任务都有其优先级。任务越重要，赋予的优先级应越高。应用程序执行过程中诸任务优先级不变，则称之为静态优先级。在静态优先级系统中，诸任务以及它们的时间约束在程序编译时是已知的。反之，应用程序执行过程中，任务的优先级是可变的，则称之为动态优先级。●时间的可确定性强实时操作系统的函数调用与服务的执

4、行时间应具有可确定性。系统服务的执行时间不依赖于应用程序任务的多少。系统完成某个确定任务的时间是可预测的。实时性能重要指标衡量实时操作系统实时性能的重要指标有：●任务切换时间当多任务内核决定运行另外的任务时，它把正在运行任务的当前状态(即CPU寄存器中的全部内容)保存到任务自己的栈区之中。然后把下一个将要运行的任务的当前状态从该任务的栈中重新装入CPU的寄存器，并开始下一个任务的运行。这个过程就称为任务切换。做任务切换所需要的时间取决于CPU有多少寄存器要入栈。CPU的寄存器越多，额外负荷就越重。●中断响应时间(可屏蔽中断)计算机接收到中断信号

5、到操作系统作出响应，并完成切换转入中断服务程序的时间。对于占先式内核，要先调用一个特定的函数，该函数通知内核即将进行中断服务，使得内核可以跟踪中断的嵌套。占先式内核的中断响应时间由下式给出：中断响应时间＝关中断的最长时间＋保护CPU内部寄存器的时间＋进入中断服务函数的执行时间＋开始执行中断服务例程(ISR)的第一条指令时间中断响应时间是系统在最坏情况下响应中断的时间，某系统100次中有99次在50ms之内响应中断，只有一次响应中断的时间是250ms，只能认为中断响应时间是250ms。表2列出了部分体现实时性能重要指标的典型值，它们的测试平台和测

6、试方法不完全相同，影响了数据的可比性，但我们仍可作为参考。另外，还有系统响应时间(系统发出处理要求到系统给出应答信号的时间)、最长关中断时间、非屏蔽中断响应时间等辅助的衡量指标。若干问题虽然当今的实时操作系统已日臻完善，但仍有一些问题存在并干扰着强实时的实现。我们应充分的重视，并通过合理的安排程序减少它们的危害。●优先级反转这是实时系统中出现得最多的问题。优先级反转是指一个任务等待比它优先级低的任务释放资源而被阻塞，如果这时有中等优先级的就绪任务，阻塞会进一步恶化。它严重影响了实时任务的完成。为防止发生优先级反转，一些商业内核(如Vxma原则：

7、a．I/O原则：不同的外设执行不同任务；b．优先级原则：不同优先级处理不同的任务；c．大量运算：归为一个任务；d．功能耦合：归为一个任务；e．偶然耦合：归为一个任务；f．频率组合：对于周期时间，不同任务处理不同的频率。如果我们在具体分析一个系统的时候发生原则冲突的话，则要为每一个原则针对具体的系统设定“权重”，必要的时候可以通过计算“权重”来最终确定如何去划分任务。总结VxC/OS-II、RT-Linux、QNX都是优秀的强实时操作系统，各有特色：VxC/OS-II最短小精悍；RT-Linux支持调度策略的改写；QNX支持分布式应用。当我们充分

8、理解和掌握它们实现技术、衡量指标的不同，注意所存在的问题，就能在实时性应用中游刃有余。■