嵌入式控制系统原理及设计PPT课件（共25单元） 嵌入式操作系统概述.pptxVIP

嵌入式控制系统原理及设计第6章 嵌入式操作系统及应用6.1 嵌入式实时操作系统概述嵌入式控制系统原理及设计6.1.1 嵌入式实时操作系统的概念操作系统（Operating System，缩写：OS）是管理计算机硬件与软件资源的计算机程序，同时也是计算机系统的内核与基石。根据操作系统的使用环境和对作业处理方式来考虑，可分为批处理系统（MVX、DOS/VSE）、分时系统（WINDOWS、UNIX、XENIX、Mac OS）、实时系统（iEMX、VRTX、RTOS、RT Linux）；根据所支持的用户数目，可分为单用户（MSDOS、OS/2）、多用户系统（UNIX、MVS、Windows）；根据硬件结构，可分为网络操作系统（Netware、Windows NT、OS/2 warp）、分布式系统（Amoeba）、多媒体系统（Amiga）等。嵌入式控制系统原理及设计6.1.1 嵌入式实时操作系统的概念嵌入式操作系统指支持嵌入式系统应用的操作系统，是嵌入式系统重要的组成部分。其既具有通用操作系统的基本特点，同时由于嵌入式系统大部分都是实时系统，因此操作系统也需提供系统实时性需求的功能，如调度、控制、协调并发活动等。因此常常将嵌入式操作系统成为嵌入式实时操作系统（Embedded Real-time Operation System，简写为ERTOS，或RTOS）。嵌入式控制系统原理及设计6.1.1 嵌入式实时操作系统的概念1. 进程与任务在嵌入式控制系统中，进程和任务大多数情况下是等同的概念；任务所对应的是一个通常意义上的可执行文件，只是文件是存储于存储系统中的静态形式，而任务是这个可执行文件的动态形式；所谓的动态形式是CPU已经将该可执行文件的部分代码读入到内存，并为这个任务分配了所需要的资源以及优先级；任务之间是相互独立的，一个任务并不知道其他的任务，它们之间不能直接传递参数，必须通过嵌入式实时操作系统所提供的服务来实现。嵌入式控制系统原理及设计6.1.1 嵌入式实时操作系统的概念【任务状态】任务具有多种状态，包括：就绪态、运行态、挂起和休眠等。嵌入式控制系统原理及设计6.1.1 嵌入式实时操作系统的概念2）资源与资源共享任何为任务所占用的实体就称为资源。嵌入式系统中，常用的资源包括数据结构、变量、主内存区域、文件、寄存器以及I/O单元。系统资源可以分为可抢占的和不可抢占的两种，可抢占的资源指哪些已占用该资源的任务正在使用的或仍需继续使用这些资源时，被另一个任务强行抢走并占用；不可抢占的资源指只有当占用者不再需要该资源并主动释放时，其他任务才可以抢占的资源，即其他任务不能在使用者进程使用资源的过程中强行抢占。嵌入式控制系统原理及设计6.1.1 嵌入式实时操作系统的概念可以被一个以上任务使用的资源称为共享资源。资源共享可能导致数据被破坏，因此需要引入互斥条件等机制，确保任意一个任务在访问共享资源时都是独占该资源，这样可保证共享资源数据的安全性。任务之间可以通过共享存储区的方式传递消息和数据，任务访问共享存储区的那段代码就称为代码临界区；嵌入式控制系统原理及设计6.1.1 嵌入式实时操作系统的概念为了保证多个任务共享资源的安全性，嵌入式操作系统会规定：任务必须取得互斥锁以后才能访问共享资源任务在访问共享资源时，即处于代码临界区时，是不能被抢占的，无论想抢占的任务优先级有多高嵌入式控制系统原理及设计6.1.1 嵌入式实时操作系统的概念（3）代码的临界区（Critical Section）代码的临界区指一个访问共用资源（例如：共用设备或是共用存储器）的程序片段，而这些共用资源又无法同时被多个线程访问的特性。当有线程进入临界区段时，其他线程或是进程必须等待，有一些同步的机制必须在临界区段的进入点与离开点实现，以确保这些共用资源是被互斥获得使用，只能被单一线程访问的设备。嵌入式控制系统原理及设计6.1.1 嵌入式实时操作系统的概念（3）代码的临界区（Critical Section）进程进入临界区的调度原则是：如果有若干进程要求进入空闲的临界区，一次仅允许一个进程进入。任何时候，处于临界区内的进程不可多于一个。如已有进程进入自己的临界区，则其它所有试图进入临界区的进程必须等待。进入临界区的进程要在有限时间内退出，以便其它进程能及时进入自己的临界区。若进程不能进入自己的临界区，则应让出CPU，避免进程出现“忙等”现象。嵌入式控制系统原理及设计6.1.1 嵌入式实时操作系统的概念（4）任务切换任务切换，也称作上下文切换，是操作系统的核心，指CPU从一个进程或线程切换到另一个进程或线程。上下文是指某一时间点CPU寄存器和程序计数器的内容。上下文切换在CPU上对于进程（包括线程）进行以下的活动：挂起一个进程，将这个进程在CPU中的状