07-第七章、RTOS基础 嵌入式系统（浙江大学）

RTOS1、实时多任务OS－RTOS单片机无os主程序RTOS资源包装API可移植（只要1－4%)实时系统在实时计算中，系统的正确性不仅仅依赖于计算的逻辑结果而且依赖于结果产生的时间响应时间限定可预知实时操作系统与I/O实时操作系统还需要有效的中断处理能力来处理异步事件和高效的I/O能力来处理有严格时间限制的数据收发应用。就是:●系统应该有在事先定义的时间范围内识别和处理离散的事件的能力。●系统能够处理和存储控制系统所需要的大量的数据。周期性的系统非周期性系统硬实时系统灾难后果软实时系统性能下降RTOS与分时系统事件响应时间限定事件随机到达系统可确定性Rtos的历史1）早早期的监控系统系统init时钟简单的任务调度2）专用实时OS依赖于特定硬件移植性不好3）通用RTOS嵌入式软件开发平台RTOS标准化可移植设备独立RTOS基本struct实时多任务core任务管理:多任务和基于优先级的任务调度定时器:系统的实时时钟服务，以及各个定时任务的调入等Mem:管理系统的内存资源，如DRAM,ROM,FLASHRAM等资源管理:管理系统的各种资源如系统的各种设备，端口，中断等；事件和消息管理：管理各种系统级的事件，如实时中断响应，各种异常等；任务间同步和通信（信号量和邮箱等）以及各种系统消息和应用程序之间的通讯RTOS的系统调用90%以上的设备独立RTOS的任务－－－分时系统Process实时带来的问题1-时间在实时系统中最基本的是系统应该能够提供对时间正确性进行指定的方法系统提供一种指定时间尺度的方法通用系统的延时不能满足问题2－实时系统的结构实时系统的体系结构必须满足：●高运算速度●高速的中断处理●高的I/O吞吐率●合理的处理器和I/O设备的拓扑连接●高速可靠的和有时间约束的通信●体系结构支持的出错处理，●体系结构支持的调度●体系结构支持的操作系统，●体系结构支持的实时语言特性。问题3－容错与分布稳定性容错分布式应用问题4－实时通讯●逻辑正确●要有确定的延迟时间问题5－其他问题●时间特性的指定和确正，这点与实际系统设计相同。●实时的调度理论。由于实时系统应用的特殊性以往通用系统中以大吞吐量为目标的调度算法必须改进以适应实时应用的需要。主要要求是满足时间的正确性，然后提供高度动态的，满足在线需求的，适应性的实时调度。●实时操作系统的设计和实现。在设计上首要目标是提供保证实时性的方法，包括一系列的经典问题的针对实时系统的解决方案。实现上要求操作系统的低开销，而且必须保证内核以及其他关键的可重入性。●实时的编程语言和设计方法。在编程语言级完成或提供实时应用所需要的方法。比如象Ada语言，FORTH语言。●分布式的实时数据库。●系统的容错。●实时时钟的同步。●实时系统中的人工智能与通用计算机区别通用：方便用户管理计算机资源追求系统资源最大利用率RTOS调度的实时性响应时间可确定性高可靠性性能衡量标准对传统的通用系统:大的系统吞吐量合理的响应速度对每个系统用户相对公平的进行计算资源的分配实时系统实时的数据吞吐取代了以吞吐量为目标的标准。对硬实时应用的优先响应取代了对每个用户的恰当的反应速度。系统的计算资源和其他外设资源必须优先满足实时应用的要求

RTOS的衡量指标●系统响应时间(Systemresponsetime)：系统发出处理要求到系统给出应答信号的时间;●任务切换时间(Context-switchingtime):任务之间切换而使用的时间;●中断延迟(Interruptlatencytime):是计算机接收到中断信号到操作系统作出响应，并完成换道转入中断服务程序的时间;RTOS的任务调度机制决定了多任务能力与实时性通用模式：调度策略：优先级调度、时间片轮转调度调度方式：抢占式、不可抢占式、选择可抢占式时间片：定长时间片与变长时间片RTOS一般使用抢占式任务调度时间限定的任务调度算法速度单调算法工作由定期任务组织任务时间定长度使用频率高的优先级高时限驱动算法工作定期与不定期执行时长随着时间变化下一个要安排执行的任务是时限最早的任务MMU实模式保护模式Mem管理最小mem开销Price256KRAM…4M…32MRAM中断禁止时间用户态－>中断态中断延时时间确认中断-----中断服务第一语句执行三部分Microprocessor的硬件延时RTOS由中断将权利交给相关代码的时间中断禁止时间可中断式内核中断发生时；即使运行核心服务也保证一定时间内响应缩短中断延时时间任务切换时间控制权取回交给另外一任务两个主要评价实时性的指标：

最大中断禁止时间

任务切换时间任务分时系统以进程（线程）为基本单位RTOS以任务为基本单位组成：任务控制块程序区数据区堆栈区系统堆栈用户堆栈任务的状态运行就绪挂起休眠任务的同步与通讯消息事件信号量信箱共享内存消息系统公用数据交换区私有消息缓冲区公用消息缓冲池消息机制创建删除接受消息发送消息广播消息紧急消息消息可以是定长与不定长事件应用于同步，通讯数据量不大接受事件发送事件RTOS一般有15－32个事件信号量创建删除P操作V操作RTOS需要解决优先级倒置问题优先级倒置问题条件高优先级任务H低优先级任务L中优先级任务M共享内存Y，写操作信号量S，互斥步骤1）L取得S（P操作），但是未做V操作2）H中断，H运行态3