6ucos2嵌入式实时操作系统.ppt

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1、A Free sample background from Slide 1嵌入式系统原理与接口技术嵌入式系统原理与接口技术第六讲第六讲 嵌入式实时操作系统嵌入式实时操作系统 C/OS-C/OS-A Free sample background from Slide 2本节提要本节提要1 1 1 13 3 3 32 2 2 25 5 5 54 4 4 47 7 7 76 6 6 6嵌入式嵌入式实时操作系统实时操作系统概念概念 C/OS-C/OS-简介简介 C/OS-C/OS-C/OS-C/OS-时间管理时间管理时间管理时间管理 C/OS-C/OS-内核结构内核结构 C/OS-C/OS-C/OS-

2、C/OS-任务管理任务管理任务管理任务管理 C/OS-C/OS-C/OS-C/OS-任务通信与同步任务通信与同步任务通信与同步任务通信与同步 C/OS-C/OS-C/OS-C/OS-移植移植移植移植A Free sample background from Slide 31.1 1.1 计算机操作系统计算机操作系统q定义定义qOS是一种系统软件。qOS是在计算机硬件与计算机应用程序之间，通过提供应用程序接口，屏蔽了计算机硬件工作的一些细节，大大提高了应用程序的开发效率。p作用与功能作用与功能pOS为应用程序提供了一个界面友好，性能稳定、安全，效率高，操作方便的虚拟计算机。pOS的主要功能：处理

3、器的管理；存储的管理；设备的管理；文件的管理；网络和通信的管理；提供用户接口。A Free sample background from Slide 41.2 1.2 嵌入式操作系统嵌入式操作系统q定义定义q运行在嵌入式硬件平台上，对整个系统及其所操作的部件、装置等资源进行统一协调、指挥和控制的系统软件。q嵌入式操作系统的主要特点：q微型化q可裁剪性q实时性q高可靠性q易移植性q嵌入式操作系统按应用范围分为通用型（如Win CE，VXWorks，CLinuxCLinuxCLinuxCLinux，C/OS-C/OS-C/OS-C/OS-等）等）等）等）和专用型（Symbian，Plam OS等）

4、两种。A Free sample background from Slide 51.1.3 3 实时操作系统（实时操作系统（RTOSRTOS）q定义定义qRTOS是具有实时性能且能支持实时控制系统工作的操作系统。qRTOS是一个程序，它按时序方式调度执行，管理系统资源，并为开发应用代码提供一致的基础。RTOS的首要任务是调度一切可利用的资源来完成实时控制任务，其次才着眼于提高计算机系统的使用效率，其重要特点是能满足对时间的限制和要求。在实时计算中，系统的正确性不仅依赖于计算的逻辑结果，而依赖于结果产生的时间。A Free sample background from Slide 6qq RTO

5、SRTOSRTOSRTOS与通用计算机与通用计算机与通用计算机与通用计算机OSOSOSOS的区别的区别的区别的区别q实时性q代码尺寸小q应用程序开发较难q需要专用的开发工具A Free sample background from Slide 7qq RTOSRTOSRTOSRTOS的组成的组成的组成的组成 实时操作系统需根据实际应用环境的要求，对内核进行裁减和重配置。根据其面向实际应用领域的不同，实时操作系统组成也有所不同，一般包括以下几个重要部分：q实时内核q网络组件q文件系统q图形用户界面A Free sample background from Slide 8qq RTOSRTOSRT

6、OSRTOS的特点的特点的特点的特点q支持异步事件的响应q中断和调度任务的优先级机制q支持抢占式调度q确定的任务切换时间和中断延迟时间q支持同步A Free sample background from Slide 91.1.4 4 前前/后台系统后台系统q前/后台系统是嵌入式实时系统的主要形式，用于不复杂的小系统设计上。A Free sample background from Slide 10q前前/后台行为后台行为q应用程序是一个无限循环，循环中调用相应的函数完成相应的操作，这部分可看成后台行为（background）。q中断服务程序处理异步事件，这部分可看成前台行为（foregroun

7、d）。A Free sample background from Slide 11q说明说明q时间相关性很强的关键操作（critical operation）一定是靠中断服务来保证的。因为中断服务提供的信息一直要等到后台程序运行到该处理这个信息时，才能得到处理。q该系统在处理信息的及时性上，比实际做的要差。处理信息的及时性称做任务级响应时间。最坏情况下，任务级响应时间取决于整个循环的的执行时间。（循环执行时间不是常数）A Free sample background from Slide 121.1.5 5 代码的临界段代码的临界段 q代码的临界段也称为临界区，指处理时不可分割的代码。一旦这部

8、分代码开始执行，则不允许任何中断打入。q为确保临界段代码的执行不被中断，在进入临界段之前要关中断，而临界段代码执行完以后要立即开中断（在任务切换时，地址、指令、数据等寄存器堆栈保护）。A Free sample background from Slide 131.1.6 6 多任务多任务 q任务任务 q一个任务，也称作一个线程，是一个简单的程序。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。存储器存储器任务2堆栈任务n堆栈任务1堆栈任务任务控制控制块块1 1任务任务控制控制块块2 2任务任务控制控制块块n ncpucpucpucpu寄存器

9、寄存器A Free sample background from Slide 14 每个任务都是一个无限的循环。每个任务都在 以下5 5种状态种状态之一：q休眠态休眠态q休眠态相当于该任务驻留在内存中，但并不被多任务内核所调用。q就绪态就绪态q就绪态意味着该任务已经准备好，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。A Free sample background from Slide 15q挂起态挂起态(等待某一事件发生)q挂起状态也可以叫做等待事件态WAITING，指该任务在等待，等待某一事件的发生。q被中断态被中断态 q发生中断时，CPU提供相应的中断服务，

10、原来正在运行的任务暂不运行，进入中断处理。q 运行态运行态q 运行态的任务是指该任务掌握了CPU的控制权，正在运行中。A Free sample background from Slide 16A Free sample background from Slide 17qq 多任务多任务多任务多任务 q多任务运行的实现实际上是靠CPU(中央处理单元)在许多任务之间转换、调度。CPU只有一个，轮番服务于一系列任务中的某一个。q多任务运行使CPU的利用率得到最大的发挥，并使应用程序模块化。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。q使用多任务，应用程序将更容易设计与

11、维护。A Free sample background from Slide 18qq 任务切换任务切换任务切换任务切换(Context Switch)Context Switch)Context Switch)Context Switch)q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）到任务的当前状况保存区（即任务自己的栈区之中）。入栈完成后，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，并开始下一个任务的运行，这个过程叫做任务切换。q任务切换过程增加了应用程序的额外负荷。q任务切换所需要的时间取决于CPU有多少寄存器要

12、入栈。A Free sample background from Slide 191.1.7 7 系统内核与调度系统内核与调度q功能功能 多任务系统中，内核负责管理各个任务，或者说为每个任务分配CPU时间，并且负责任务之间的通讯。内核提供的基本服务是任务切换。q 优点优点 使用实时内核可以大大简化应用系统设计，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。qq 系统内核系统内核系统内核系统内核A Free sample background from Slide 20q缺点缺点q内核本身也增加了应用程序的额外负荷。q代码空间增加了ROM的用量。q内核本身的数据结构增加了RAM的用

13、量。q内核本身对CPU的占用时间一般在2到5个百分点之间。q说明说明q实时内核为使CPU的利用更为有效，提供了必不可少的系统服务：信号量管理，邮箱、消息队列及时间延时等。q单片机一般不能运行实时内核，因为单片机的RAM很有限。A Free sample background from Slide 21q调度算法调度算法q基于优先级的调度法 每个任务根据其重要程度的不同赋予一定的优先级，CPU总是让处在就绪态的、优先级最高的任务先运行。q时间片轮转调度法q调度原则调度原则 总是进入优先级最高、就绪态的任务运行。q 调度调度（SchedulerScheduler）调度是内核的主要职责之一，就是要决

14、定该轮到 哪个任务运行了。A Free sample background from Slide 221.1.8 8 不可剥夺与可剥夺型不可剥夺与可剥夺型q不可剥夺型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。异步事件还是由中断服务来处理。中断服务可以使一个高优先级的任务由挂起状态变为就绪状态。但中断服务以后控制权还是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。q 基于优先级的内核有两种类型：不可剥夺内核 和可剥夺型内核。q 不可剥夺型内核不可剥夺型内核q 要求每个任务主动放弃cpu的使用权。A Free sample

15、 background from Slide 23A Free sample background from Slide 24q不可剥夺型内核的优点不可剥夺型内核的优点q响应中断快 使用不可剥夺型内核时，任务级响应时间比前/后台系统快得多。此时的任务级响应时间取决于最长的任务执行时间。q几乎不需要使用信号量保护共享数据 运行着的任务占有CPU，而不必担心被别的任务抢占。但这也不是绝对的，在某种情况下，信号量还是用得着的。处理共享I/O设备时仍需要使用互斥型信号量。A Free sample background from Slide 25q不可剥夺型内核的缺点不可剥夺型内核的缺点q不可剥夺型内

16、核最大缺陷在于其响应时间,即响应高优先级的任务慢。不可剥夺型内核任务级响应时间要大大好于前/后台系统，但仍是不可知的，商业软件几乎没有不可剥夺型内核。A Free sample background from Slide 26q可剥夺型内核可剥夺型内核q最高优先级的任务一旦就绪，总能得到CPU的控制权。q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。A Free sample ba

17、ckground from Slide 27A Free sample background from Slide 28q说明说明q使用可剥夺型内核，最高优先级的任务什么时候可以执行，何时可以得到CPU的控制权，这些是可知的，使得任务级响应时间得以最优化。q使用可剥夺型内核时，应用程序不应直接使用不可重入型函数。调用不可重入型函数时，要满足互斥条件，这一点可以用互斥型信号量来实现。如果调用不可重入型函数时，低优先级的任务的CPU使用权被高优先级任务剥夺，不可重入型函数中的数据有可能被破坏。A Free sample background from Slide 29q 可剥夺型内核总是让就绪态的

18、高优先级的任 务先运行，中断服务程序可以抢占CPU。q C/OS-以及大多数的商业的实时内核都是 可剥夺型内核。A Free sample background from Slide 301.1.9 9 可重入型函数可重入型函数q可重入型函数可以被一个以上的任务调用，而不必担心数据的破坏。可重入型函数任何时候都可以被中断，一段时间以后又可以运行，而相应数据不会丢失。q可重入型函数或者只使用局部变量，即变量保存在CPU寄存器中或堆栈中。如果使用全局变量，则要对全局变量予以保护。A Free sample background from Slide 31q 可重入型函数的例子可重入型函数的例子q程

19、序清单程序清单（可重入型函数）void swap(int*x,int*y)void swap(int*x,int*y)int Temp;int Temp;Temp=*x;Temp=*x;*x =*y;*x =*y;*y =Temp;*y =Temp;A Free sample background from Slide 32q 不可重入型函数的例子不可重入型函数的例子q程序清单程序清单（不可重入型函数）int Temp;int Temp;void swap(int*x,int*y)void swap(int*x,int*y)Temp=*x;Temp=*x;*x =*y;*x =*y;*y =T

20、emp;*y =Temp;A Free sample background from Slide 33qq 把把TempTemp定义为局部变量；定义为局部变量；qq 调用函数之前关中断，调用后再开中断；调用函数之前关中断，调用后再开中断；qq 用信号量禁止该函数在使用过程中被再次调用。用信号量禁止该函数在使用过程中被再次调用。qq 使函数具有可重入性的方法使函数具有可重入性的方法使函数具有可重入性的方法使函数具有可重入性的方法:A Free sample background from Slide 341.1.10 10 任务优先级任务优先级qq任务优先级任务优先级任务优先级任务优先级 每个任

21、务都有优先级。任务越重要，赋予的优先级越高，对大多数内核而言，优先级是由用户决定的。q静态优先级静态优先级 应用程序执行过程中诸任务优先级不变，则称之为静态优先级。在静态优先级系统中，诸任务以及它们的时间约束在程序编译时是已知的。A Free sample background from Slide 35p 动态优先级动态优先级 应用程序执行过程中，任务的优先级是可变的，则称之为动态优先级。实时内核应当避免出现优先级反转问题。A Free sample background from Slide 361.1.11 11 优先级反转优先级反转q 优先级反转优先级反转q 为防止为防止优先级反转，内

22、核能自动变换任务优先级反转，内核能自动变换任务 的优先级，这叫做优先级继承的优先级，这叫做优先级继承A Free sample background from Slide 37q 优先级反转优先级反转A Free sample background from Slide 38q 优先级继承A Free sample background from Slide 391.11.12 2 任务优先级分配任务优先级分配 q任务优先级分配任务优先级分配q实时系统大多综合了软实时和硬实时这两种需求。软实时系统只是要求任务执行得尽量快，并不要求在某一特定时间内完成。硬实时系统中，任务不但要执行无误，还要准时

23、完成。q单调执行率调度法RMS(Rate Monotonic Scheduling),用于分配任务优先级。这种方法基于任务执行的次数(或称任务的执行率),执行最频繁的任务优先级最高。A Free sample background from Slide 40qq 单调执行率调度法单调执行率调度法单调执行率调度法单调执行率调度法qRMS做了一系列假设：q所有任务都是周期性的；q任务间不需要同步，没有共享资源,没有任务间数据交换等问题；qCPU必须总是执行那个优先级最高且处于就绪态的任务。换句话说,须使用优先级调度法。qRMS定理 (Ei/Ti)n（21/n-1）iA Free sample ba

24、ckground from Slide 41qRMS认为：最高执行率的任务具有最高的优先级；但在某些条件下，最高执行率的任务并非是最重要的任务。q 基于任务的CPU最高允许使用率A Free sample background from Slide 421.11.13 3 互斥条件互斥条件 实现任务间通讯最简便的办法是使用共享数据结构。虽然共享数据区法简化了任务间的信息交换，但必须保证每个任务在处理共享数据时的排它性，以避免竞争和数据的破坏。与共享资源打交道时，使之满足互斥条件最一般的方法有：q关中断；q使用测试并置位指令；q禁止做任务切换；q利用信号量。A Free sample backg

25、round from Slide 43qq 关中断和开中断关中断和开中断关中断和开中断关中断和开中断q处理共享数据时保证互斥，最简便快捷的办法是关中断和开中断。qC/OS-提供两个宏调用以完成关中断和开中断。qOS_ENTER_CRITICAL()qOS_EXIT_CRITICAL()q说明 在任何时候，关中断的时间都要尽量短。一般说，关中断时间最长不超过内核本身的关中断时间，这样就不会影响系统中断延迟。A Free sample background from Slide 44qq 测试并置位操作测试并置位操作测试并置位操作测试并置位操作q定义 如果不使用实时内核，当两个任务共享一个资源时，

26、一定要约定好，先测试某一全程变量，如果该变量是0，允许该任务与共享资源打交道。为防止另一任务也要使用该资源，前者只需简单地将全程变量置为1，这就称作测试并置位TAS(Test-And-Set)操作。q说明 TAS操作可能是微处理器的单独一条不会被中断的指令，否则应在程序中关中断做TAS操作再开中断。A Free sample background from Slide 45qq 禁止禁止禁止禁止,然后允许任务切换然后允许任务切换然后允许任务切换然后允许任务切换 q如果任务不与中断服务子程序共享变量或数据结构,可以使用“禁止、然后允许任务切换”操作。q应该尽量避免“禁止任务切换”之类操作，因为内

27、核最主要的功能就是做任务的调度与协调。A Free sample background from Slide 461.11.14 4 信号量信号量(Semaphores)Semaphores)q信号量是60年代中期Edgser Dijkstra 发明的。信号量实际上是一种约定机制，在多任务内核中普遍使用.q信号量用于：q控制共享资源的使用权(满足互斥条件);q标志某事件的发生;q使两个任务的行为同步。q信号量像是一把钥匙，任务要运行下去，得先拿到这把钥匙。如果信号量已被别的任务占用，该任务只得被挂起，直到信号量被当前使用者释放。A Free sample background from Sli

28、de 47q信号量有两种类型：信号量有两种类型：q二进制型：只有两个值1和0。当信号量的值为0时，该任务被挂起；当值为1时，任务得以运行。A Free sample background from Slide 48任务1任务2打印机信号量“我是任务1”请求信号量请求信号量“我是任务2”A Free sample background from Slide 49q计数型信号量计数型信号量 计数式信号量的值可以是0255或065535或04294967295，取决于信号量规约机制使用的是8位、16位还是32位，实际上是取决于所用内核的类型。根据信号量的值，内核跟踪那些等待信号量的任务。计数型信号量

29、用于某资源可以同时为几个任务所用。A Free sample background from Slide 50信号量管理缓冲区阵列下一个下一个0空余缓冲区表BufReq()BufRel()任务1任务210缓冲区管理下一个A Free sample background from Slide 51q说明说明q信号量常被用过了头。请求和释放信号量的过程是要花相当的时间的。处理简单共享变量使用信号量是多余的，使用关中断、开中断还可提高效率。A Free sample background from Slide 521.11.15 5 死锁死锁 q 定义定义q死锁也称作抱死，指两个任务无限期地互相等待

30、对方控制着的资源。设任务T1正独享资源R1，任务T2在独享资源R2，而此时T1又要独享R2，T2也要独享R1，于是哪个任务都没法继续执行了，发生了死锁。q 防止发生死锁的方法防止发生死锁的方法:让每个任务都：q先得到全部需要的资源再做下一步的工作;q用同样的顺序去申请多个资源;q释放资源时使用相反的顺序。A Free sample background from Slide 53q 说明说明q内核大多允许用户在申请信号量时定义等待超时，以此化解死锁。当等待时间超过某一确定值，而信号量还是无效状态时，就会返回某种形式的出现超时错误的代码，告知任务，不是得不到资源使用权，而是系统错误。A Free

31、 sample background from Slide 541.11.16 6 同步同步q 利用信号量可实现多个任务间的同步。q 单向同步单向同步(unilateral rendezvous)q利用信号量使某个任务与中断服务同步或与另一个无数据交换的任务同步。ISRTASKTASKPOSTPOSTPENDPENDTASKA Free sample background from Slide 55q 双向同步双向同步(bilateral rendezvous)q2个任务可以用2个信号量同步它们的行为，如图：TASKTASKPENDPOSTPOSTPENDA Free sample backg

32、round from Slide 56p说明说明 p 双向同步不可能在任务与ISR之间实施 因为ISR不可能等待一个信号量。A Free sample background from Slide 571.11.17 7 事件标志事件标志(Event Flags)Event Flags)q 当某任务要与多个事件同步时，要使用事件标志。若任务需要与任何事件之一发生同步，可称为独 立型同步(OR)。任务也可以与若干事件都发生了 同步，称之为关联型同步(AND)。q 可以用多个事件的组合发信号给多个任务。q 通过任务和中断服务给每一位置位或复位，确定任 务执行与否。A Free sample back

33、ground from Slide 58ISRTASKTASKTASKPOSTPOSTPENDPEND事件事件(8,16 8,16 或或32bit)32bit)ORAND事件事件信号量信号量信号量信号量事件事件A Free sample background from Slide 591.11.18 8 任务间通信任务间通信q 定义定义q任务间或中断服务与任务间的信息传递称为任务间的通信。（intertask communication）。q 任务间信息传递有两个途径：任务间信息传递有两个途径：q 全程变量或共享内存q 用全程变量时，必须保证每个任务或中断服务程序独享该变量。q 中断服务中保证

34、独享的唯一办法是关中断。如果两个任务共享某变量，各任务实现独享该变量的办法可以是关中断再开中断，或使用信号量。A Free sample background from Slide 60q注意：任务只能通过全程变量与中断服务程序通信，而任务并不知道什么时候全程变量被中断服务程序修改了，除非中断程序以信号量方式向任务发信号或者是该任务以查询方式不断周期性地查询变量的值。要避免这种情况，用户可以考虑使用邮箱或消息队列。q邮箱或消息队列A Free sample background from Slide 611.11.19 9 消息邮箱消息邮箱(Message Mail boxes)Message

35、 Mail boxes)q 定义定义q通过内核服务可以给任务发送消息。典型的消息邮箱也称作交换消息，即用一个指针型变量。一个任务或一个中断服务程序通过内核服务，可以把一则消息(即一个指针)放到邮箱里去。同样，一个或多个任务可以通过内核服务接收这则消息。q发送消息和接收消息的任务约定，该指针指向的内容就是那则消息。A Free sample background from Slide 62q 下图示意把消息放入邮箱TASKMailboxTASKPOSTPEND10A Free sample background from Slide 63q 内核一般提供以下邮箱服务内核一般提供以下邮箱服务 q邮

36、箱内消息内容的初始化,邮箱里最初可以有，也可以没有消息。q将消息放入邮箱(POST)。q等待有消息进入邮箱(PEND)。q从邮箱中得到消息。如果邮箱内有消息，就接收这则消息。如果邮箱里没有消息，则任务并不被挂起(ACCEPT),用返回代码表示调用结果。q 说明说明q消息邮箱也可以当作只取两个值的信号量来用：邮箱里有消息，表示资源可以使用；而空邮箱表示资源已被其它任务占用。A Free sample background from Slide 641.1.20 20 消息队列消息队列(Message Queue)Message Queue)q 定义定义q消息队列用于给任务发消息。消息队列实际上是

37、邮箱阵列。通过内核提供的服务，任务或中断服务子程序可以将一条消息(该消息的指针)放入消息队列。同样，一个或多个任务可以通过内核服务从消息队列中得到消息。发送和接收消息的任务约定，传递的消息实际上是传递的指针指向的内容。通常，先进入消息队列的消息先传给任务，也就是说，任务先得到的是最先进入消息队列的消息，即基于先进先出原则(FIFO)。q 每个消息队列有一张等待消息任务的等待列表(Waiting List)。A Free sample background from Slide 65q如图所示：中断服务子程序如何将消息放入消息队列。图中 表示消息队列，“10”表示消息队列最多可以放10条消息，沙

38、漏旁边的0表示任务没有定义超时，将永远等下去，直至消息的到来。TASKQueue0POSTISRInterruptPEND10A Free sample background from Slide 66q内核提供的消息队列服务如下：q消息队列初始化，队列初始化时总是清为空。q放一则消息到队列中去(Post)。q等待一则消息的到来(Pend)。q如果队列中有消息，则任务可以得到消息，但如果此时队列为空，内核并不将该任务挂起(Accept)，则用特别的返回代码通知调用者。A Free sample background from Slide 671.1.21 21 中断中断q 在实时系统中，中断用

39、于通知CPU“有异常事件发生了”。中断一旦被识别，CPU保存部分(或全部)现场(Context),即部分或全部寄存器的值，跳转到中断服务子程序(ISR)。中断服务子程序进行事件处理，处理完成后，程序回到：q 在前/后台系统中，程序回到后台程序；q 对不可剥夺型内核而言，程序回到被中断了的任务；q 对可剥夺型内核而言，让进入就绪态的优先级最高的任务开始运行。A Free sample background from Slide 68q 通过两条特殊指令：关中断(Disable interrupt)和开中断(Enable interrupt)，可以让微处理器不响应或响应中断。微处理器一般允许中断嵌

40、套。A Free sample background from Slide 69qq 中断延迟中断延迟中断延迟中断延迟q实时系统最重要的指标就是关中断的时间长短。所有实时系统在进入临界区代码段之前都要关中断；执行完临界代码段之后再开中断。关中断的时间越长，中断延迟就越长。q中断延迟由表达式给出：中断延迟=关中断的最长时间+开始执行中 断服务子程序的第1条指令的时间 A Free sample background from Slide 70qq 中断响应中断响应中断响应中断响应q中断响应为从中断发生到开始执行用户的中断服务子程序代码来处理这个中断的时间。q对前/后台系统，保存寄存器以后立即执行

41、用户代码，q中断响应时间=中断延迟+保存CPU内部 寄存器的时间 q对于不可剥夺型内核，微处理器保存内部寄存器以后，立即执行中断服务子程序代码：q中断响应时间=中断延迟+保存CPU内部 寄存器的时间 A Free sample background from Slide 71q对于可剥夺型内核，则要先调用一个特定的函数，该函数通知内核即将进行中断服务，使得内核可以跟踪中断的嵌套。q中断响应 中断延迟+保存CPU内部寄存 器的时间+内核进入中断服 务函数的执行时间 A Free sample background from Slide 72q 中断恢复时间中断恢复时间(Interrupt Rec

42、overy)Interrupt Recovery)q中断恢复时间定义为微处理器返回到被中断了的程序代码所需要的时间。q在前/后台系统中，中断恢复时间=恢复CPU内部寄存器值的时间 +执行中断返回指令的时间q不可剥夺型内核的中断恢复时间与前/后台系统一样。中断恢复时间=恢复CPU内部寄存器值的时间 +执行中断返回指令的时间A Free sample background from Slide 73q对于可剥夺型内核，在中断服务子程序的末尾要调用一个由实时内核提供的函数。该函数用于判断中断是否脱离了所有的中断嵌套。如果脱离了嵌套，内核要判断是否使得一个优先级更高得任务进入就绪态。如果是，则让优先级

43、更高的任务开始运行。中断恢复时间=判定是否有优先级更高的任 务进入了就绪态的时间+恢 复优先级更高任务的CPU内部 寄存器的时间+执行中断返 回指令的时间 A Free sample background from Slide 74q 中断处理中断处理 虽然中断服务的处理时间应该尽可能的短，但是对处理时间并没有绝对的限制，根据实际应用要求时间而定。A Free sample background from Slide 751.21.22 2 时钟节拍时钟节拍(Clock Tick)Clock Tick)q定义定义q时钟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

44、取决于不同的应用，一般在10ms200ms之间。q说明说明q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。q时钟节拍率越快，系统的额外开销就越大。q各种实时内核都有将任务延时若干个时钟节拍的功能。一般来说，延时精度是1个时钟节拍。A Free sample background from Slide 761.21.23 3 对存储器的要求对存储器的要求q 对于前/后台系统，对存储器容量的需求仅仅取决于应用程序代码；而使用多任务内核时，内核本身就需要额外的代码空间(ROM)。内核的大小取决于多种因素，取决于内核的特性，从1K100K字节都

45、是可能的。q 总代码量=应用程序代码+内核代码 A Free sample background from Slide 77q 因为每个任务都是独立运行的，必须给每个任务提供单独的栈空间(RAM)。决定栈空间的大小，不仅须计算任务本身的需求(局部变量、函数调用等等)，还需要计算最多中断嵌套层数。q若内核不支持单独的中断用栈 qRAM总需求=应用程序的RAM需求+(任务 栈需求+最多中断嵌套栈需 求)*任务数q若内核支持中断用栈分离qRAM总需求=应用程序的RAM需求+内核数 据区的RAM需求+各任务栈需 求之总和+最多中断嵌套栈 需求A Free sample background from

46、Slide 78q说明说明q为减少应用程序需要的RAM空间，对每个任务栈空间的使用都要非常小心，特别要注意以下几点：q定义函数和中断服务子程序中的局部变量，特别是定义大型数组和数据结构；q函数(子程序)的嵌套；q中断嵌套；q库函数需要的栈空间；q多变元的函数调用。A Free sample background from Slide 79q综上所述，多任务系统比前/后台系统需要更多的代码空间(ROM)和数据空间(RAM)。额外的代码空间取决于内核的大小，而RAM的用量取决于系统中的任务数。A Free sample background from Slide 80前前/后台系统后台系统不可剥夺

47、型内核不可剥夺型内核可剥夺型内核可剥夺型内核中断延时时间中断延时时间MAXMAX（最长指令时间，（最长指令时间，用户关中断时间用户关中断时间)中中断向量跳转时间断向量跳转时间MAXMAX（最长指令时间，用（最长指令时间，用户关中断时间，内核关中断户关中断时间，内核关中断时间时间)中断向量跳转时间中断向量跳转时间MAXMAX（最长指令时，用（最长指令时，用户关中断时间，内核关户关中断时间，内核关中断时间中断时间)中断向量跳中断向量跳转时间转时间中断响应时间中断响应时间中断延时时间保存中断延时时间保存CPUCPU状态时间状态时间中断延时时间保存中断延时时间保存CPUCPU状状态时间态时间中断延时时

48、间保存中断延时时间保存CPUCPU状态时间内核状态时间内核ISRISR进入时间进入时间中断恢复时间中断恢复时间后台状态恢复时间中后台状态恢复时间中断返回时间断返回时间后台状态恢复时间中断返后台状态恢复时间中断返回时间回时间寻找最高优先级任务的寻找最高优先级任务的时间最高优先级任务时间最高优先级任务恢复时间中断返回时恢复时间中断返回时间间任务响应时间任务响应时间后台后台最长任务的执行时间寻找最长任务的执行时间寻找最高优先级任务的时间任最高优先级任务的时间任务切换时间务切换时间寻找最高优先级任务的寻找最高优先级任务的时间任务切换时间时间任务切换时间ROMROM大小大小应用程序代码应用程序代码应用程

49、序代码内核代码应用程序代码内核代码应用程序代码内核代应用程序代码内核代码码RAMRAM大小大小应用程序代码应用程序代码应用程序代码内核应用程序代码内核RAMRAMSUM(SUM(任务栈任务栈MAX(ISR)MAX(ISR)应用程序代码内核应用程序代码内核RAMRAMSUM(SUM(任务栈任务栈MAX(ISR)MAX(ISR)可获得服务可获得服务应用程序代码必须提供应用程序代码必须提供有有有有A Free sample background from Slide 811 1 1 13 3 3 32 2 2 25 5 5 54 4 4 47 7 7 76 6 6 6嵌入式嵌入式实时操作系统实时操作

50、系统概念概念 C/OS-C/OS-简介简介 C/OS-C/OS-C/OS-C/OS-时间管理时间管理时间管理时间管理 C/OS-C/OS-内核结构内核结构 C/OS-C/OS-C/OS-C/OS-任务管理任务管理任务管理任务管理 C/OS-C/OS-C/OS-C/OS-任务通信与同步任务通信与同步任务通信与同步任务通信与同步 C/OS-C/OS-C/OS-C/OS-移植移植移植移植A Free sample background from Slide 822.1 2.1 C/OSC/OS简介简介qC/OS-Micro Controller OS，微控制器操作系统。q C/OSC/OS简介简介q