嵌入式实时多任务操作系统的特征介绍.pdf

《嵌入式实时多任务操作系统的特征介绍.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、嵌入式实时多任务操作系统的特征介绍引言：适逢公司进行通用计算平台的硬件基础研究，在此硬件平台之上，必要引入通用的软件平台。为此，操作系统无疑是最佳的选择。在德国十二套软启动项目中，远程IO控制机的软件设计成功引入了实时多任务操作系统μC/OS—II,本文结合作者的工作成果，针对μC/OS—II将嵌入式操作系统的基本特征和原理进行简单的描述，并对大家所熟知的实时特性概念进行简要的抛析。嵌入式实时操作系统在国外在上世纪60年代便已发展，至今已有不下百种产品。从在商业领域取得巨大成功的两个突出代表VxWorks和QNX；到开源并广泛传

2、播的Linux；以及由知名公司所推出的WINCE等；再到由个人之力发展至今的μC/OS，每种操作系统皆有其自身的特点及所专长的应用领域，但同时作为嵌入式的实时多任务操作系统又有其共同的特征，以下将结合实际工作中所用到的μC/OS—II为大家进行简单的介绍。首先，操作系统作为用户应用程序同系统硬件之间的接口，承担着系统全部软、硬件资源的分配、工作调度、控制协调并发活动的重任。如图1所示为包含操作系统的软硬件体系结构。图1比较于传统的PC机操作系统，除具有任务调度、同步机制、中断处理、文件功能外，嵌入式实时操作系统还具有如下几个主要

3、特点：◆可裁减性，嵌入式系统开发所特有的一点便是具有有限的存储空间。面向不同硬件资源的情况下，操作系统具有自身可裁减的特性，以适应系统的存储容量，以μC/OS—II为例，最小可将代码量裁减到2K+。◆实时性，于军事及高端工业领域发展起来的嵌入式操作系统，系统所处运行环境极为复杂，要求极为苛刻。对于外部的激励，操作系统能够及时的做出响应，来保证系统的可靠运行。◆可移植性，操作系统作为通用型的软件平台，必要面对不同厂家、不同硬件架构的处理器平台。因此为保证自身的可重用特性及兼容性的特点，操作系统多可进行移植，来适应不同处理器的硬件架

4、构。以μC/OS—II为例，在四款主流IP核PowerPC、ARM、MIPS和X86上皆可进行移植。除此之外，嵌入式实时操作系统相比传统的PC机操作系统还具有更好的稳定性及较弱的交互性，同时在容错性方面也要明显优于PC机操作系统，这里不再鳌述。μC/OS—II由加拿大的著名嵌入式系统专家JeanJ.Labrosse在μC/OS的基础上进行大幅的升级和改进而成的，是一个源码公开、完整的、可移植、固化、裁减的占先式实时多任务内核。由ANSI的C语言编写，包含小部分汇编代码，至今，从8位到64位，在超过40种不同的架构处理器上运行，同

5、时通过了严格的测试，并且得到了美国航空管理局(FederalAviationAdministration)的认证，可以应用到飞行器上，其代码的安全性和可靠性已得到检验。如下图图2所示，为μC/OS—II的文件结构及同硬件的关系。图2由上图便可以清晰的看到整个μC/OS—II操作系统的文件体系结构，以及操作系统同所依赖的硬件之间的关系。操作系统需要借用CPU一个内部定时器来为系统提供特定的周期中断以产生一个时钟节拍，这个时钟节拍可以看作是系统心脏的脉动；μC/Probe为操作系统提供了强大的通信接口管理，便于用户在操作系统上开发各

6、种通信功能；板级支持包帮助用户完成具体硬件的管理，包括各种驱动程序的编写和初始化工作；移植文件为操作系统面向不同CPU架构时所需要更改的文件部分，目前大多数的移植文件均在官网上有提供；与处理器无关的文件为操作系统内核文件，这些文件包含操作系统内部的变量、函数定义和调用，用户不可修改，当然依据具体需求可进行裁减；应用程序代码即为用户针对具体项目在操作系统平台下进行的代码开发，包含项目的全部变量和功能函数。μC/OS—II为我们提供了如下图所示三个方面的管理：多任务管理、外围设备管理和内存管理。图3●嵌入式实时操作系统提供丰富的多任

7、务管理函数，并且会提供良好的任务调度机制，控制任务的启动、运行、暂停和结束等状态。通常这些调度算法是满足实时性要求的，也就是能使任务运行时的每个动作会在一个严格要求的时间内执行完毕；●内存管理是指负责动态内存的管理，当应用程序的某一部分需要使用内存时，可利用操作系统提供的API函数来获得内存空间，一旦使用完毕，可利用系统的内存释放函数来释放内存，以此实现内存的动态管理；●作为完整的嵌入式应用系统，还需要多种外围设备支持，如键盘、显示装置、通信接口等，这些外围设备作为各个任务可利用的资源，操作系统必须对这些资源进行合理的调度和管理

8、，以保证系统中各任务在执行过程中获得足够的资源。实时性特征是嵌入式实时多任务操作系统的主要特征之一，也是我们弃传统前后台程序而引入操作系统的首要原因。实时性作为系统的主要性能指标是大家所熟知的，但同时在笔者的日常交流当中，发现大家对实时性概念的理解尚还存在误区，