嵌入式操作系统基础培训.ppt

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1、内部公开第 1页 http:/网络事业部网络事业部内部公开第 2页 http:/网络事业部网络事业部嵌入式操作系统基础培训嵌入式操作系统基础培训日期：Wednesday,December 28,2022版次：v1.0内部公开第 3页 http:/网络事业部网络事业部培训内容培训内容n嵌入式操作系统基本概念nvxWorks操作系统介绍n运行支撑MAP和IAP简介内部公开第 4页 http:/网络事业部网络事业部培训内容培训内容n嵌入式操作系统基本概念内部公开第 5页 http:/网络事业部网络事业部实时计算机系统实时计算机系统 实时计算机系统 简称为实时系统(real-time system)，

2、指能够在确定和限定的时间内执行其功能并对外部的异步事件作出响应的计算机系统。三个衡量指标：响应时间(Response Time)生存时间(Survival Time)吞吐量(Throughput)内部公开第 6页 http:/网络事业部网络事业部实时操作系统实时操作系统实时多任务操作系统(Real Time Operating System)对规模较大的实时系统，需要使用实时多任务操作系统来加以管理。实时操作系统是指具有实时性，能支持实时控制系统工作的操作系统。重要特点是要满足对时间的限制和要求。实时操作系统可以分为：一般实时操作系统嵌入式实时操作系统内部公开第 7页 http:/网络事业部网

3、络事业部嵌入式系统嵌入式系统嵌入式系统(Embedded System)：以应用为中心，以计算机技术为基础，软件硬件可裁剪，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积和功耗严格要求的专用计算机系统。交叉开发“宿主机/目标机”方式内部公开第 8页 http:/网络事业部网络事业部嵌入式实时操作系统嵌入式实时操作系统n嵌入式实时操作系统具备了实时操作系统和嵌入式系统的特征。即采用的是交叉开发的方式，同时要满足实时操作系统对时间的限制和要求。n常用的商用实时操作系统 1.Tornado/VxWorks 2.pSOSystem 3.WindowsCE内部公开第 9页 http:/网络事业部网络事业部任务任

4、务任务任务(task)(task)RTOSRTOS的任务是由计算的任务是由计算机所执行的一项活动，机所执行的一项活动，也就是一段程序，该也就是一段程序，该程序可以认为程序可以认为CPUCPU完全完全只属于该程序自己。只属于该程序自己。内部公开第 10页 http:/网络事业部网络事业部任务（续）任务（续）n任务的特点：n动态性n并发性n异步独立性n任务的状态：n运行态(Executing)n就绪态(Ready)n等待(waiting，通常又称为挂起，suspend)n休眠(Dormant)内部公开第 11页 http:/网络事业部网络事业部状态迁移图状态迁移图内部公开第 12页 http:/网

5、络事业部网络事业部互斥互斥n互斥 用于确保当一个任务使用一个共享资源时，其它任务不能做同样的操作的手段。与共享资源打交道时，使之满足互斥条件最一般的方法有：关中断 使用测试并置位指令 禁止做任务切换 利用信号量内部公开第 13页 http:/网络事业部网络事业部同步同步n同步 在实时系统中通常几个任务是协同工作的，需要在确定的时间里执行各自的功能，这就产生同步问题。对于单个任务，所谓同步就是使它能在指定的时间执行。一个任务可以通过系统调用来使自己挂起一段时间或者挂起到某一指定的时刻。通常我们所谓的任务同步，主要是指两个或两个以上的任务需要协调执行的情况。实现同步主要有两种方式：信号量和事件。内

6、部公开第 14页 http:/网络事业部网络事业部任务间通信任务间通信n任务间通信主要有两种途径1.共享数据结构-全局变量-缓冲区数据结构1.发消息给另一个任务-邮箱-消息队列内部公开第 15页 http:/网络事业部网络事业部中断中断n中断处理 中断是一种硬件机制，用于通知CPU有个异步事件发生了。异步事件是指无一定时序关系的随机发生的事件。中断一旦被识别，CPU就保存部分(或全部)上下文，即部分或全部寄存器值，跳转到专门的子程序，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：n 在前后台系统中，程序回到后台程序n 对非抢占内核，程序回到被中断的任务n 对抢占

7、内核，让进入就绪态的优先级最高的任务开始运行内部公开第 16页 http:/网络事业部网络事业部时钟节拍时钟节拍n时钟节拍 在实时系统中，一般不能缺少实时时钟，它是实时软件运行的必不可少的硬件设施。实时时钟单纯地提供一个规则的脉冲序列，脉冲之间的间隔可以作为系统的时间基准称为时基，时基的大小代表了实时时钟的精度，这个精度取决于系统的要求。n软时钟方法n硬件所做的工作内部公开第 17页 http:/网络事业部网络事业部死锁死锁n死锁死锁 若一个进程集合中的每一个进程都在等待只能由本集合中的另若一个进程集合中的每一个进程都在等待只能由本集合中的另一个进程才能引发的事件，则这种情况被视为死锁一个进程

8、才能引发的事件，则这种情况被视为死锁(deadlock)(deadlock)。例：系统有两个信号量，初始值都是例：系统有两个信号量，初始值都是1 1，任务，任务1 1和任务和任务2 2优先级相优先级相同。任务同。任务1 1申请到信号量申请到信号量1 1，此时系统调度到任务，此时系统调度到任务2 2，任务，任务2 2申申请到了信号量请到了信号量2 2，此时，任务，此时，任务2 2又想申请信号量又想申请信号量1 1，由于任务，由于任务1 1没有释放而阻塞。系统调度任务没有释放而阻塞。系统调度任务1 1运行，任务运行，任务1 1想申请信号量想申请信号量2 2，同样由于任务，同样由于任务2 2没有释放

9、而阻塞。这样一来，任务没有释放而阻塞。这样一来，任务1 1和任务和任务2 2都想获得对方占用的资源，永远都不可能继续执行下去，引都想获得对方占用的资源，永远都不可能继续执行下去，引起了死锁。起了死锁。申请信号量1申请信号量2申请信号量1申请信号量2获得信号量1获得信号量2任务1任务2调度阻塞内部公开第 18页 http:/网络事业部网络事业部调度策略调度策略n实时调度策略 任务调度就是从就绪状态的任务中，挑选一个任务到处理器上运行。n常见的调度算法有：1.先进先出2.短任务优先3.轮循调度4.基于优先级的抢占式调度内部公开第 19页 http:/网络事业部网络事业部培训内容培训内容nvxWor

10、ks操作系统介绍内部公开第 20页 http:/网络事业部网络事业部任务的定义任务的定义代码上下文（context）内部公开第 21页 http:/网络事业部网络事业部任务上下文任务上下文n内存位置：TCBn内容：CPU的寄存器（PC+SP+.）堆栈I/O输入，输出分配的I/O。延时定时器时间片定时器内核的控制结构信号句柄其它用于调试和监控的值内部公开第 22页 http:/网络事业部网络事业部任务的状态及转换任务的状态及转换任务状态转换图任务状态转换图内部公开第 23页 http:/网络事业部网络事业部基于优先级可抢占调度算法内部公开第 24页 http:/网络事业部网络事业部时间片轮转调度

11、算法内部公开第 25页 http:/网络事业部网络事业部抢占禁止抢占禁止ntaskLock()/taskUnlock()执行时间长不禁止中断nintLock()/intUnlock()执行时间短会增加系统的中断时延不会关掉任务调度（semTake会调度）内部公开第 26页 http:/网络事业部网络事业部消息队列消息队列内部公开第 27页 http:/网络事业部网络事业部消息队列使用注意消息队列使用注意n使用消息队列发送和接受消息时都存在着内存拷贝。因此要注意效率。n如果传递的是指针的话要注意堆栈的问题。n注意消息队列的大小。n中断中可以调用msgQSendmsgQSend，但必须使用NO_W

12、AIT的方式。内部公开第 28页 http:/网络事业部网络事业部二进制信号量二进制信号量 n二进制信号量能够满足两种类型的任务协调需要：互斥和同步。二进制信号量需要的系统开销最小，因而特别适用于高性能的需求。n二进制信号量可以处于两种状态：FULL态或者EMPTY态。FULL态代表信号量可用，一般量化为1；EMPTY态代表信号量不可用，对应的量化为0。n用于互斥时信号量的初始值必须是1（FULL）n用于同步时信号量的初始值必须是0（EMPTY）内部公开第 29页 http:/网络事业部网络事业部互斥信号量互斥信号量 互斥信号量：用来解决任务的优先级继承、安全删除和对资源的递归访问等问题。互斥

13、信号量使用有一些特别要求：1）它只能用于互斥 2）它只能被取走它的任务释放，且可以嵌套调用 3）它不能被中断服务程序使用 4）不能用semFlush()函数对它进行操作内部公开第 30页 http:/网络事业部网络事业部计数信号量计数信号量 n计数信号量是任务同步和互斥的另一种实现方式。计数信号量除了保留信号量被释放的次数的跟踪以外，其他功能和二进制信号量是一样的。每次信号量被释放一次，计数增加1；每次信号量被占用一次，计数减少1。当计数减少为0时，要求得到信号量的任务被阻塞。内部公开第 31页 http:/网络事业部网络事业部中断服务中断服务内部公开第 32页 http:/网络事业部网络事业

14、部中断使用注意中断使用注意n不能调用那些由可能引起阻塞的程序（malloc、free、printf等）n不允许通过VxWorks的驱动来执行其它I/O操作n浮点寄存器（自己保存和恢复）n请注意能被中断中调用的系统函数 （semGive，logMsg，msgQSend，intLock等）内部公开第 33页 http:/网络事业部网络事业部内存划分内存划分LOCAL_MEM_LOCAL_ADRS到到RAM_LOW_ADRS之间的之间的空间用于存放一些与具体空间用于存放一些与具体CPU相关的系统信息如中断向量等；相关的系统信息如中断向量等；RAM_LOW_ADRS到到FREE_RAM_ADRS之间用

15、于之间用于存放存放VxWorks image（映像（映像文件）；文件）；WDB_POOL_SIZE段专供调段专供调试使用；试使用；SYSTEM MEMORY POOL与与USER_RESERVED_MEM段段可供用户使用。可供用户使用。内部公开第 34页 http:/网络事业部网络事业部内存分配方式内存分配方式n从静态存储区域分配，固定长度的内存池，如UB：user blockn在栈上创建n从堆上分配，即malloc，频繁使用会造成内存碎片内部公开第 35页 http:/网络事业部网络事业部培训内容培训内容n运行支撑MAP和IAP简介内部公开第 36页 http:/网络事业部网络事业部支撑系统

16、位置支撑系统位置n系统位置l应用模块之下l系统层面之上应用模块支撑系统OS 或 CPU小系统内部公开第 37页 http:/网络事业部网络事业部支撑系统作用支撑系统作用n功能或作用l约束上层应用（框架规范）l简化应用设计l屏蔽系统层面差异l资源控制，便于管理l辅助故障诊断内部公开第 38页 http:/网络事业部网络事业部支撑系统组成支撑系统组成n支撑内核模块 内存管理 进程调度 进程通讯 定时器管理n支撑外围模块l 板间通讯l 版本加载l 系统控制l 其他辅助模块n支撑增强模块 内存监听 在线补丁 进程私有页面管理内部公开第 39页 http:/网络事业部网络事业部MAP平台平台n小型接入平台n用于DSL9806H项目的支撑系统nVOS接口nR层接口内部公开第 40页 http:/网络事业部网络事业部IAP平台平台n综合接入平台n用于DSL9800v3.0、c200、msag6000等项目的支撑系统nR层接口内部公开第 41页 http:/网络事业部网络事业部