实时操作系统基本概念

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1、第一章实时操作系统基本概念第一章实时操作系统基本概念§1.00操作系统操作系统是管理计算机硬件、软件资源，提高资源利用率，方便用户应用计算机的最基本的系统软件。操作系统一般具有存储管理、进程管理、设备管理、文件管理、作业管理等五项基本功能，表现出并发、共享、虚拟等特征。按追求的目标和所适应的环境，操作系统分为多道批处理系统、分时系统和实时系统。§1.01实时操作系统（RealTimeOperatingSystem.RTOS）实时系统是指计算机对特定的输入作出快速反应，以控制发出实时信号的对象。实时控制系统应用的操作系

2、统是典型的实时操作系统，它要求系统可靠性高，反应速度快，响应速度在ms级甚至ns级。实时系统大都是具有特殊用途的专用系统，只允许访问有限的专用程序及实现通用操作系统的部分功能，以换起可靠性和实时性。实时系统有软实时系统和硬实时系统之分。软实时系统要求各任务尽快地执行，在规定的时间内都执行完，而不要求某一具体任务在特定时间内完成。硬实时系统不仅要求各任务在规定的时间内必须完成，而且每个任务必须准时执行。多数实时系统都是嵌入式的，计算机建在系统内部，用户看不到。§1.02前后系统应用程序是一个无限的循环，循环中调用有关函

3、数以完成相应的操作，这部分看成后台行为（background）；中断复合程序处理异步事件，这部分看成前台行为（foreground）。后台叫作任务级，前台叫作中断级。5黄石市科威自控有限公司第一章实时操作系统基本概念时间相关性很强的操作一般靠中断服务来保存（前台操作），但中断服务产生的信息要交给后方应用程序处理。当后方运行到处理该信息时，才能得到处理。从前台中断到后台任务处理所产生的时差称作任务级响应时间。§1.03多任务多任务运行的实现靠的是CPU（中央处理单元）在许多任务之间转换和调度。CPU只有一个，轮番服务于

4、一系列任务中的某一个。在实时应用中，多任务化的最大特点是，开发人员可以将很复杂的应用程序层次化。使用多任务，应用程序将更容易设计与维护。§1.04任务一个任务，也称作一个线程，是一个简单的程序，该程序认为CPU完全只属于自己。实时应用程序的设计包括如何把问题分割成多个任务。每个任务都是整个应用程序的一部分，都被赋予一定的优先级，有自己的一套CPU寄存器和伐空间（如图F2.2所示）。典型的实时应用程序，每个任务都是一个无限的循环，都可能处在以下5种状态之一——休眠态、就绪态、运行态、挂起态（等待某一事件发生）及被中断态

5、（参见图F2.3）。休眠态相当于任务驻留在内存中，但不被多任务内核所调度；就绪态意味着任务已经准备好，可以运行，但由于该任务的优先级比正在运行的任务的优先级低，还暂时不能运行；运行态是指任务掌握了CPU的使用权，正在运行中；挂起态也叫做等待事件态（waiting），指任务在等待某一事件的发生（例如等待某外设的I/O操作，等待某共享资源由暂不能使用变成使用状态，等待定时脉冲的到来，或等待超时信号的到来，以结束目前的等待，等等）；发生中断时，CPU提供相应的中断服务，原来正在运行的任务不能运行，就进入了被中断状态。§1.

6、05任务切换当多任务内核决定运行另外的任务时，它保存正在运行任务的当前状态（constorage5黄石市科威自控有限公司第一章实时操作系统基本概念area）（保存到正在运行任务自己的栈区之中，见图（F2.2）。入栈工作完成之后，就把下一个将要运行的任务的当前状况从该任务的栈中重新装入CPU的寄存器，并开始运行，这一过程叫做任务切换。任务切换过程增加了应用程序的额外负荷，CPU的内部寄存器越多，额外负荷就越重。任务切换所需要的时间取决于CPU有多少寄存器要入栈。实时内核的性能不应以每秒能做多少次任务切换来评价。§1.0

7、6内核多任务系统中，内核（kernel）负责管理各项任务，或者说为每个任务分配CPU时间，并且负责任务间的通信。内核提供的基本服务是任务切换。使用实时内核可以大大简化应用系统的设计，因为实时内核允许将应用分成若干个任务，由实时内核来管理它们。内核本身也增加了应用程序的额外负荷，因为内核提供的服务需要一定的执行时间。额外负荷的量取决于用户多久调用一次这类服务。单片机一般不能运行实时内核，因为单片机的RAM很有限。通过提供必不可少的系统服务，诸如信号量管理、邮箱、消息队列及时间延时等，实时内核使得CPU的利用更为有效。用

8、实时内核做过系统设计以后，将决不会再想返回到前/后态系统。§1.07调度调度（schedulers），是内核的主要职责之一，就是决定该轮到哪个任务运行了。多数实时内核是采用优先级调度法。每个任务根据其重要程度的不同，被赋予相应的优先级。CPU总是让处于就绪态的、优先级最高的任务先运行。何时高优先级任务掌握CPU的使用权，由使用的内核的类型确定。