嵌入式操作系统--嵌入式操作系统介绍.ppt
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1、中中山山大大学学Intel嵌嵌入入式式技技术术实实验验室室v嵌入式操作系统-嵌入式操作系统介绍v Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 vWhere there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望中中山山大大学学Intel嵌嵌入入式式技技术术实实验验室室Embedded System 目录目录p什么是嵌入式操作系统?p常用嵌入式操作系统简介 nWindows EmbeddednVxWorksnEmbedded Linux中中山山大大学学Intel嵌嵌入入式式技技术术实实验验室室Embedded System 目录
2、目录p什么是嵌入式操作系统?p常用嵌入式操作系统简介 nWindows EmbeddednVxWorksnEmbedded Linux中中山山大大学学Intel嵌嵌入入式式技技术术实实验验室室Embedded System 各式各样的各式各样的OSp桌面机nWindows(9X,XP Home,XP/2000 Pro)nMacp服务器nWindows(XP/2000 Server&Advanced Server)nUnix Varietiesp嵌入式nMany 中中山山大大学学Intel嵌嵌入入式式技技术术实实验验室室Embedded System 什么是嵌入式操作系统?什么是嵌入式操作系统?
3、p嵌入式系统是使用特定嵌入式软件完成特定功能的计算机系统,嵌入式操作系统作为软件的组成部分,为嵌入式软件的开发和运行提供良好的环境。p嵌入式系统可以是基于ROM或者是磁盘的系统,类似PC,但它并不能替代通用计算机系统。中中山山大大学学Intel嵌嵌入入式式技技术术实实验验室室Embedded System 操作系统计算机系统由硬件和软件组成,在发展初期没有操作系统这个概念,用户使用监控程序来使用计算机。随着计算机技术的发展,计算机系统的硬件、软件资源也愈来愈丰富,监控程序已不能适应计算机应用的要求。于是在六十年代中期监控程序又进一步发展形成了操作系统(Operating System)。发展到
4、现在,广泛使用的有三种操作系统即多道批处理操作系统、分时操作系统以及实时操作系统。中中山山大大学学Intel嵌嵌入入式式技技术术实实验验室室Embedded System 操作系统操作系统监监控控程程序序操操作作系系统统实时操作系统实时操作系统分时操作系统分时操作系统v多道批处理操作系统多道批处理操作系统时时 间间 先先 后后 适用于多个用户共享系适用于多个用户共享系统资源统资源适用于计算中心等较大适用于计算中心等较大的计算机系统的计算机系统适用于嵌入式设备和有适用于嵌入式设备和有实时性要求的系统中实时性要求的系统中中中山山大大学学Intel嵌嵌入入式式技技术术实实验验室室Embedded S
5、ystem pIEEE 的实时UNIX分委会认为实时操作系统应具备以下的几点:p异步的事件响应 p切换时间和中断延迟时间确定 p优先级中断和调度 p抢占式调度 p内存锁定 p连续文件 p同步 实时操作系统的特点实时操作系统的特点中中山山大大学学Intel嵌嵌入入式式技技术术实实验验室室Embedded System 实时操作系统的特点实时操作系统的特点实时操作系统是事件驱动的,能对来自外界的作用和信号在限定的时间范围内作出响应。强调的是实时性、可靠性和灵活性,与实时应用软件相结合成为有机的整体起着核心作用,由它来管理和协调各项工作,为应用软件提供良好的运行软件环境及开发环境。从实时系统的应用特
6、点来看实时操作系统可以分为两种:一般实时操作系统和嵌入式实时操作系统。中中山山大大学学Intel嵌嵌入入式式技技术术实实验验室室Embedded System 实时操作系统的特点实时操作系统的特点 一般实时操作系统应用于实时处理系统的上位机和实时查询系统等实时性较弱的实时系统,并且提供了开发、调试、运用一致的环境。嵌入式实时操作系统应用于实时性要求高的实时控制系统,而且应用程序的开发过程是通过交叉开发来完成的,即开发环境与运行环境是不一致。嵌入式实时操作系统具有规模小(一般在几K几十K 内)、可固化使用实时性强(在毫秒或微秒数量级上)的特点。中中山山大大学学Intel嵌嵌入入式式技技术术实实验
7、验室室Embedded System 嵌入式操作系统嵌入式操作系统p基本概念 对基于芯片的开发来说,应用程序一般是一个无限的循环,可称为前后台系统或超循环系统。很多基于微处理器的产品采用前后台系统设计,例如微波炉、电话机、玩具等。在另外一些基于微处理器应用中,从省电的角度出发,平时微处理器处在停机状态,所有事都靠中断服务来完成。前后台系统中中山山大大学学Intel嵌嵌入入式式技技术术实实验验室室Embedded System p基本概念 中断服务程序中断服务程序处理异步事件,处理异步事件,这部分可以看成这部分可以看成前台行为前台行为,前台,前台也叫中断级。时也叫中断级。时间相关性很强的间相关性
8、很强的关键操作一定是关键操作一定是靠中断服务程序靠中断服务程序来保证的。来保证的。循环中调用相循环中调用相应的函数完成相应的函数完成相应的操作,这部应的操作,这部分可以看成分可以看成后台后台行为行为,后台也可,后台也可以叫做任务级。以叫做任务级。这种系统在处理这种系统在处理的及时性上比实的及时性上比实际可以做到的要际可以做到的要差。差。ISRISRISRISR后台前台中断服务程序时间前后台系统中中山山大大学学Intel嵌嵌入入式式技技术术实实验验室室Embedded System 嵌入式操作系统嵌入式操作系统p基本概念 操作系统是计算机中最基本的程序。操作系统负责计算机系统中全部软硬资源的分配
9、与回收、控制与协调等并发的活动;操作系统提供用户接口,使用户获得良好的工作环境;操作系统为用户扩展新的系统功能提供软件平台。操作系统硬件硬件硬件驱动硬件驱动操作系统操作系统用户程序用户程序中中山山大大学学Intel嵌嵌入入式式技技术术实实验验室室Embedded System 嵌入式操作系统嵌入式操作系统p基本概念 实时操作系统是一段在嵌入式系统启动后首先执行的背景程序,用户的应用程序是运行于RTOS之上的各个任务,RTOS根据各个任务的要求,进行资源(包括存储器、外设等)管理、消息管理、任务调度、异常处理等工作。在RTOS支持的系统中,每个任务均有一个优先级,RTOS根据各个任务的优先级,动
10、态地切换各个任务,保证对实时性的要求。实时操作系统(RTOS)中中山山大大学学Intel嵌嵌入入式式技技术术实实验验室室Embedded System 嵌入式操作系统嵌入式操作系统p基本概念 代码的临界区指处理时不可分割的代码,运行这些代码不允许被打断。一旦这部分代码开始执行,则不允许任何中断打入。为确保临界区代码的执行,在进入临界区之前要关中断,而临界区代码执行完成以后要立即开中断。代码的临界区中中山山大大学学Intel嵌嵌入入式式技技术术实实验验室室Embedded System 嵌入式操作系统嵌入式操作系统p基本概念 程序运行时可使用的软、硬件环境统称为资源。资源可以是输入输出设备,例如
11、打印机、键盘、显示器。资源也可以是一个变量、一个结构或一个数组等。资源中中山山大大学学Intel嵌嵌入入式式技技术术实实验验室室Embedded System 任务A共享资源任务B任务C信号量 嵌入式操作系统嵌入式操作系统p基本概念 可以被一个以上任务使用的资源叫做共享资源。为了防止数据被破坏,每个任务在与共享资源打交道时,必须独占该资源,这叫做互斥。共享资源访问共享资源之前申请信号量其它任务访问受阻而不能使用共享资源得到允许后,才能使用共享资源中中山山大大学学Intel嵌嵌入入式式技技术术实实验验室室Embedded System 嵌入式操作系统嵌入式操作系统p基本概念 一个任务,也称作一个
12、线程,是一个简单的程序,该程序可以认为CPU完全属于该程序自己。实时应用程序的设计过程,包括如何把问题分割成多个任务,每个任务都是整个应用的某一部分,每个任务被赋予一定的优先级,有它自己的一套CPU寄存器和自己的栈空间。任务中中山山大大学学Intel嵌嵌入入式式技技术术实实验验室室Embedded System 嵌入式操作系统嵌入式操作系统p基本概念 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,即CPU寄存器中的全部内容。这些内容保存在任务的当前状态保存区,也就是任务自已的栈区之中。入栈工作完成以后,就把下一个将要运行的任务的当前状态从任务的栈中重新装入CPU的寄存器,并开
13、始下一个任务的运行。这个过程就称为任务切换。任务切换中中山山大大学学Intel嵌嵌入入式式技技术术实实验验室室Embedded System 嵌入式操作系统嵌入式操作系统p基本概念 多任务系统中,内核负责管理各个任务,为每个任务分配CPU时间,负责任务之间的通信。内核提供的基本服务是任务切换。实时内核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。内核需要消耗一定的系统资源,比如25的CPU运行时间、RAM和ROM等。内核提供必不可少的系统服务,如信号量、消息队列、延时等。内核中中山山大大学学Intel嵌嵌入入式式技技术术实实验验室室Embedded Syste
14、m 嵌入式操作系统嵌入式操作系统p基本概念 调度就是决定该轮到哪个任务运行了。调度就是决定该轮到哪个任务运行了。实时内核基于优先级调度法。每个任务根据其重要程序的不同被赋予一定的优先级。优先级的调度法指CPU总是让处在就绪态的优先级最高的任务先运行。何时让高优先级任务掌握CPU的使用权,有两种不同的情况,这要看用的是什么类型的内核,是非占先式的还是占先式的内核。调度中中山山大大学学Intel嵌嵌入入式式技技术术实实验验室室Embedded System 嵌入式操作系统嵌入式操作系统p基本概念非占先式调度法也称作合作型多任务,各个任务彼此合作共享一个CPU。异步事件是由中断服务来处理。中断服务可
15、以使一个高优先级的任务由挂起状态变为就绪状态。中断服务以后控制权回到原来被中断了的那个任务,直到该任务主动放弃CPU的使用权时,那个高优先级的任务才能获得CPU的使用权。非占先式内核中中山山大大学学Intel嵌嵌入入式式技技术术实实验验室室Embedded System 嵌入式操作系统嵌入式操作系统p基本概念 当系统响应时间很重要时,使用占先式内核。最高优先级的任务一旦就绪,总能得到CPU的控制权。当一个运行着的任务使一个比它优先级高的任务进入了就绪状态,当前任务的CPU使用权就被剥夺了,或者说被挂起了,那个高优先级的任务立刻得到了CPU的控制权。如果是中断服务子程序使一个高优先级的任务进入就
16、绪态,中断完成时,中断了的任务被挂起,优先级高的那个任务开始运行。占先式内核中中山山大大学学Intel嵌嵌入入式式技技术术实实验验室室Embedded System 嵌入式操作系统嵌入式操作系统p基本概念 任务的优先级是表示任务被调度的优先程度。每个任务都具有优先级。任务越重要,赋予的优先级应越高,越容易被调度而进入运行态。任务优先级中中山山大大学学Intel嵌嵌入入式式技技术术实实验验室室Embedded System 嵌入式操作系统嵌入式操作系统p基本概念 中断是一种硬件机制,用于通知CPU有异步事件发生。中断一旦被识别,CPU保存部分(或全部)上下文即部分或全部寄存器的值,跳转到专门的子
17、程序,称为中断服务子程序(ISR)。中断服务子程序做事件处理,处理完成后,程序回到:1.在前后台系统中,程序回到后台程序;2.对非占先式内核而言,程序回到被中断了的任务;3.对占先式内核而言,让进入就绪态的优先级最高的 任务开始运行。中断中中山山大大学学Intel嵌嵌入入式式技技术术实实验验室室Embedded System 前后台系统 嵌入式操作系统嵌入式操作系统p基本概念中断ISR任务ISR非占先操作系统任务A任务B任务CISR占先操作系统任务A任务B任务C中中山山大大学学Intel嵌嵌入入式式技技术术实实验验室室Embedded System 嵌入式操作系统嵌入式操作系统p基本概念 时钟
18、节拍是特定的周期性中断。这个中断可以看作是系统心脏的脉动。中断之间的时间间隔取决于不同应用,一般在10ms到200ms之间。时钟的节拍式中断使得内核可以将任务延时若干个整数时钟节拍,以及当任务等待事件发生时,提供等待超时的依据。时钟节拍率越快,系统的额外开销就越大。时钟节拍中中山山大大学学Intel嵌嵌入入式式技技术术实实验验室室Embedded System 嵌入式操作系统?嵌入式操作系统?p模块化p可升级p可配置p小内存损耗pCPU支持p设备驱动p等等.中中山山大大学学Intel嵌嵌入入式式技技术术实实验验室室Embedded System 什么构成实时操作系统什么构成实时操作系统RTOS
19、?p多线程和抢占式调度p由于非时限驱动OS的存在,具有线程优先级p必须支持可预测线程同步机制p优先级继承系统中中山山大大学学Intel嵌嵌入入式式技技术术实实验验室室Embedded System 常用嵌入式操作系统常用嵌入式操作系统 pMicrosoft n Embedded NT/XPp“实时”控制nWindows CE(CE.NET)pInternet 设备nPocket PC 2002pHandheld PCs and PDAspWind River SystemsnVxWorksnpSOS中中山山大大学学Intel嵌嵌入入式式技技术术实实验验室室Embedded System 目录目
20、录p什么是嵌入式操作系统?p常用嵌入式操作系统简介 nWindows EmbeddednVxWorksnEmbedded Linux中中山山大大学学Intel嵌嵌入入式式技技术术实实验验室室Embedded System 微软的移动平台微软的移动平台更强的功能v笔记本笔记本PCv复杂的文档编辑和读写v桌面键盘输入v键盘和鼠标输入法v完整的.NET framework 支持vvWindows XP/XPEWindows XP/XPEv平板电脑平板电脑v复杂的文档编辑和读写v桌面键盘输入v支持数字墨水v可以支持键盘,也可以把键盘拿走v键盘、鼠标、数字墨水和语音输入v完整的.NET framewor
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- 嵌入式 操作系统 介绍
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