第八讲：嵌入式操作系统及RTOS概念
C语言嵌入式操作系统裸机和RTOS
C语言嵌入式操作系统裸机和RTOS C语言嵌入式操作系统裸机与RTOS嵌入式操作系统（Embedded Operating System，简称EOS）是一种专为嵌入式设备设计的操作系统，它具有小巧、高效、实时等特点。
而裸机编程是指在嵌入式系统中，直接与硬件进行交互编程的方式，不依赖于任何操作系统。
RTOS（Real-time Operating System，实时操作系统）是一种提供实时响应的操作系统，针对嵌入式系统而设计。
本文将介绍C语言嵌入式操作系统裸机编程和RTOS编程的基础知识和技巧。
一、裸机编程入门在进行裸机编程之前，我们需要了解硬件平台的相关信息，包括处理器型号、寄存器、外设等。
然后，我们可以通过配置寄存器来初始化硬件设备，设置中断服务程序，并编写具体的功能代码。
在裸机编程中，我们需要注意时间分片、中断处理和资源管理等问题。
二、裸机编程与RTOS的区别1. 复杂性：裸机编程相对简单，因为我们可以直接访问硬件资源。
而RTOS编程需要考虑任务调度、资源互斥、消息传递等复杂的操作系统特性。
2. 实时性：RTOS可以提供更好的实时性能，可以用于要求较高实时响应的应用场景。
而裸机编程的实时性取决于程序的具体实现。
3. 可移植性：裸机编程通常与特定的硬件平台绑定，不具备通用的可移植性。
而RTOS提供了抽象层，可以将应用程序与底层硬件解耦，提高了可移植性。
三、RTOS编程基础1. 任务管理：RTOS允许将应用程序划分为多个任务，并通过任务调度器进行管理。
每个任务执行特定的功能，实现任务之间的并发执行。
2. 中断处理：RTOS提供了中断处理机制，可以对不同的中断进行响应和处理。
中断处理程序可以与任务同时运行，保证了系统的实时性。
3. 时间管理：RTOS提供了时间管理功能，可以进行时间片轮转调度、优先级调度等，确保任务按照预定的时间顺序执行。
4. 同步与互斥：RTOS提供了信号量、互斥锁等机制，用于管理共享资源的访问。
嵌入式系统实时操作系统技术手册
嵌入式系统实时操作系统技术手册嵌入式系统实时操作系统（Real-Time Operating System，RTOS）是一种特殊的操作系统，具有高度可预测性和实时性。
在越来越多的嵌入式系统应用场景中，RTOS发挥着至关重要的作用。
本技术手册将介绍RTOS的基本概念、设计原理以及常用的实时操作系统技术。
1. RTOS概述RTOS是用于实时嵌入式系统的操作系统，其最主要的特点是具备实时性和可预测性。
实时性是指操作系统能够在规定的时间范围内完成任务响应和处理，可预测性则是指操作系统的行为是可预测和可控的。
RTOS广泛应用于航空航天、汽车电子、医疗设备等高可靠性和实时性要求较高的领域。
2. RTOS设计原理实时操作系统的设计原理主要包括任务调度、中断处理和内存管理。
任务调度是RTOS的核心，通过合理的任务调度算法，实现对任务的调度和分配，保证任务按照预定的优先级和时序得以执行。
中断处理是实时系统中重要的机制，用于处理外部中断和定时器中断等。
内存管理则负责对任务之间的内存空间进行分配和管理，确保任务间内存空间的隔离和资源的合理利用。
3. 实时任务管理实时任务管理是RTOS中的关键功能，主要包括任务创建、任务删除和任务切换。
任务创建是指通过系统调用接口，在RTOS中创建需要执行的任务，并为其分配系统资源。
任务删除则是指在任务完成后，释放其占用的系统资源。
任务切换是RTOS中的核心机制，通过合理的任务切换算法，实现对任务的切换和调度。
4. 中断处理与任务调度中断处理是实时系统中常见的机制，用于处理外部中断和定时器中断等。
中断处理需要快速响应，并在规定的时间内完成相应的处理。
任务调度则负责根据任务的优先级和时序，合理地进行任务调度和切换，确保高优先级任务能够及时得到执行。
5. 实时性保证实时性保证是RTOS设计的关键目标之一。
实时性的保证主要包括硬实时和软实时两种方式。
硬实时要求任务必须在规定的时间内完成执行，否则会导致系统故障。
嵌入式系统中的实时操作系统研究与应用
嵌入式系统中的实时操作系统研究与应用嵌入式系统是指被嵌入在其他设备中的电子计算系统。
这种系统通常具有小巧、低功耗、低成本等特点。
嵌入式系统被广泛运用于智能家居、智能交通、医疗器械、工业控制等领域。
嵌入式系统最重要的特点之一就是实时性。
实时性是指系统能够在预定的时间内，按照既定的要求完成任务。
因此，在嵌入式系统中，实时操作系统是非常重要的。
本文将围绕嵌入式系统中的实时操作系统进行研究探讨。
一、实时操作系统概述实时操作系统（RTOS）是嵌入式系统中最常见的操作系统类型之一。
RTOS是一种使得系统能够及时响应外部事件，按时完成任务的操作系统。
它具有高度的可预测性和可靠性。
RTOS常被运用于需要实时响应的设备中，如航空飞行控制系统、医疗监测设备、智能交通系统等。
与一般的操作系统不同，RTOS需要具备以下特点：1.响应速度快：实时操作系统需要及时响应任务，而且响应时间必须小于任务的时间限制。
2.可预测性：实时操作系统需要保证任务在规定时间内完成，因此必须具有可预测性。
3.可靠性：RTOS需要保证任务的可靠性，确保任务能够按时完成，不出错。
4.实时性：RTOS需要保证系统实时性，能够在规定时间内完成任务。
二、实时系统的分类按照实时性的要求，实时系统可以分为硬实时系统和软实时系统。
硬实时系统：硬实时系统对任务的响应时间有极高的要求，任务必须在严格的时间限制内完成。
举例来说，发生在航空飞行控制系统中的事件必须在极短的时间内得到响应，否则将带来灾难性的后果。
软实时系统：软实时系统对任务的响应时间要求有所放宽，任务可以在更广泛的时间范围内完成。
虽然并不是所有任务都必须在规定时间内得到响应，但是任务响应的时间超出一定的范围，也会对系统造成灾难性的后果。
通常，软实时系统和硬实时系统一同出现在一个复杂的嵌入式系统中。
三、实时操作系统的调度机制实时操作系统可以采用不同的调度策略。
常见的调度策略如下：1.先进先出调度（FIFO）：按照任务的到来顺序进行调度。
rtos原理
rtos原理
RTOS是实时操作系统（Real-time Operating System）的缩写。
RTOS是一种针对嵌入式系统设计的操作系统，与我们常用的桌面操作系统和服务器操作系统不同。
RTOS系统的特点是准确、可预期的响应时间，适用于对响应时间和可靠性要求较高的嵌入式应用程序。
RTOS的原理主要包括以下几个方面：
1. 系统调度：RTOS能够管理多个任务，因此系统调度是RTOS的一个重要特点。
RTOS通过调度器来处理多个任务，通过对任务进行优先级调度和时间片轮转等方式，确保任务按照一定的顺序完成。
2. 硬件驱动：RTOS还能够提供各种硬件驱动，如串口驱动、网络驱动、存储驱动等，以便使用者快速开发硬件相关的应用程序。
3. 应用管理：RTOS可以提供基于事件、消息、信号量等机制的任务间通信和同步，以及多任务之间的资源管理，包括任务间的内存管理和各种设备的调度。
4. 可配置性：RTOS集成灵活、可配置的模块架构，可以让使用者根据需求，选择不同的模块和配置进行开发。
5. 核心任务：RTOS的核心任务是调度、通讯和同步，其中调度任务是RTOS
最主要的功能。
总之，RTOS是为了更好地满足实时性和可预测性要求而设计的嵌入式操作系统，其原理主要在于采用合适的任务调度策略、提供多种硬件驱动、实现多任务间的通信和同步、提供灵活可配置等方面。
嵌入式实时操作系统简介
嵌入式实时操作系统简介嵌入式实时操作系统简介一：引言嵌入式实时操作系统（RTOS）是一类特殊的操作系统，用于控制和管理嵌入式系统中的实时任务。
本文将介绍嵌入式实时操作系统的基本概念、特点和应用领域。
二：嵌入式实时操作系统的定义1. 实时操作系统的概念实时操作系统是一种能够处理实时任务的操作系统。
实时任务是指必须在严格的时间约束内完成的任务，例如航空航天、工业自动化和医疗设备等领域的应用。
2. 嵌入式实时操作系统的特点嵌入式实时操作系统相比于通用操作系统具有以下特点：- 实时性：能够满足严格的时间要求，保证实时任务的及时响应。
- 可靠性：具备高可用性和容错能力，能够保证系统的稳定运行。
- 精简性：占用资源少，适应嵌入式系统的有限硬件资源。
- 可定制性：能够根据具体应用需求进行定制和优化。
三：嵌入式实时操作系统的体系结构1. 内核嵌入式实时操作系统的核心部分，负责任务和资源管理、中断处理和调度算法等。
- 任务管理：包括任务的创建、删除、挂起和恢复等。
- 资源管理：包括内存、文件系统、网络资源等的管理。
- 中断处理：负责中断的响应和处理。
- 调度算法：根据任务的优先级和调度策略进行任务的调度。
2. 设备管理嵌入式实时操作系统需要与各种外设进行通信和交互，设备管理模块负责管理设备驱动、中断处理和设备的抽象接口等。
3. 系统服务提供一系列系统服务，例如时钟管理、内存管理和文件系统等，以支持应用程序的运行。
四：嵌入式实时操作系统的应用领域嵌入式实时操作系统广泛应用于以下领域：1. 工业自动化：用于控制和监控工业设备和生产过程。
2. 航空航天：用于飞行控制、导航和通信系统。
3. 交通运输：用于车辆控制和交通管理。
4. 医疗设备：用于医疗仪器和设备控制和数据处理。
附件：本文档附带示例代码和案例分析供参考。
注释：1. 实时任务：Real-Time Task，简称RTT。
2. 嵌入式系统：Embedded System，简称ES。
在嵌入式开发中使用RTOS
在嵌入式开发中使用RTOS嵌入式系统是现代科技领域中非常重要的一部分，而在嵌入式系统开发中，实时操作系统（Real-Time Operating System，简称RTOS）的应用更是不可或缺的。
RTOS可以帮助开发者在嵌入式系统中实现实时任务调度、资源管理和通信等关键功能，为嵌入式设备提供高效可靠的运行环境。
本文将介绍嵌入式开发中使用RTOS的核心概念、特点以及优势。
一、RTOS的定义与基本概念RTOS是一种专门为实时应用程序设计而开发的操作系统。
与通用操作系统相比，RTOS具有更强的实时性和可预测性。
它能够提供对实时任务的快速响应，保证任务按照预定的时间要求执行，确保系统能够按时完成任务，同时还能有效管理系统资源。
在嵌入式开发中，RTOS的基本概念主要包括任务、实时调度器、信号量、消息队列和中断服务等。
任务是RTOS中最基本的执行单元，相当于一个独立的线程，可以并行执行不同的任务。
实时调度器负责任务的调度，根据任务的优先级和调度算法决定任务执行的顺序。
信号量和消息队列是常用的资源同步与通信机制，用于进程间的数据交换和互斥访问。
中断服务是实时系统中常见的事件响应机制，用于对硬件中断的处理。
二、RTOS的特点与优势1. 实时性：RTOS能够提供对实时任务的快速响应和高精度的时间控制。
通过优化任务调度算法和采用特殊的实时调度策略，RTOS可以保证实时任务在规定的时间限制内完成，满足实时系统对任务执行时间的要求。
2. 可预测性：RTOS的任务调度机制具有可预测性，可以预测任务的执行时间和顺序，保证任务能够按照设计要求正确执行。
这对于需要精确控制时间的嵌入式应用非常重要，如航空航天、工业自动化等领域。
3. 低延迟：RTOS能够在极短的时间内响应任务请求，快速切换任务执行。
这对于需要即时响应的应用非常重要，如实时监控、安全系统等。
4. 高效性：RTOS采用了精简的设计，减少了不必要的功能和复杂性，使得系统运行更加高效和稳定。
嵌入式系统中的实时操作系统
嵌入式系统中的实时操作系统嵌入式系统是一种特殊的计算机系统，通常嵌入在其他设备中，用于控制和管理设备的功能。
在嵌入式系统中，实时操作系统（RTOS）起着至关重要的作用。
本文将介绍嵌入式系统中的实时操作系统的概念、特点以及在嵌入式开发中的应用。
一、实时操作系统的概念实时操作系统是一种专为嵌入式系统设计的操作系统，具有高度可预测性和响应性能。
它的主要特点是能够在严格的时间约束下处理任务，并能够及时响应外部事件。
实时操作系统分为硬实时系统和软实时系统两种类型。
硬实时系统要求任务必须在预定的时间内完成，不能有任何延迟。
这种系统广泛应用于一些对时间要求非常严格的领域，例如航空航天和医疗设备。
软实时系统对任务的时间要求相对较轻松，任务可以在一定范围内有一定的延迟。
这种系统适用于一些对时间要求较为宽松的场景，例如智能家居和工业控制。
二、实时操作系统的特点1.提供任务调度和管理：实时操作系统能够根据任务的优先级和时间要求进行任务的调度和管理，确保高优先级任务能够及时得到处理。
2.保证任务的及时响应：实时操作系统能够在严格的时间约束下响应任务，确保任务按时完成，并能够实时处理外部事件。
3.可靠性和稳定性：实时操作系统需要具备高度的可靠性和稳定性，以确保嵌入式系统的正常运行。
4.低内存占用和低功耗：嵌入式系统通常具有资源有限的特点，实时操作系统需要占用较少的内存，并尽量降低功耗，以提高系统的效率和续航时间。
三、实时操作系统在嵌入式开发中的应用实时操作系统在嵌入式开发中有广泛的应用，以下是一些常见的应用场景：1.工业控制：实时操作系统可以用于工业自动化系统中，例如控制生产线上的机器人进行精确的动作控制，保证生产线的高效运行。
2.汽车电子：实时操作系统在汽车电子系统中发挥着重要作用。
例如，车载信息娱乐系统需要及时响应驾驶员的指令，并能够处理导航和娱乐功能。
3.医疗设备：医疗设备通常对时间要求非常严格，实时操作系统可以保证医疗设备准确地进行数据采集和处理，并及时响应医生的指令。
解读嵌入式系统中的实时操作系统RTOS
解读嵌入式系统中的实时操作系统RTOS嵌入式系统是指集成电子、机械、软件等多种技术的综合系统，广泛应用于汽车、家电、医疗、工业控制等领域。
嵌入式系统中的实时操作系统RTOS是嵌入式软件领域的一个重要概念。
本文将从嵌入式系统的特点、实时操作系统的概念、实时性的定义、RTOS的特点、RTOS的应用等多个方面，对RTOS进行解读。
一、嵌入式系统的特点嵌入式系统与常规PC机相比，有以下几个特点：1.硬件资源受限：嵌入式系统的硬件资源（如存储器、CPU、外设等）相对有限，因此需要对软件进行极度的精简和优化。
2.实时性要求高：嵌入式系统往往需要及时响应外界的变化，如数据输入、控制指令等，因此需要在一定时间内完成相关操作。
3.稳定性要求高：嵌入式系统往往需要长时间运行，需要保持系统的稳定性和可靠性。
二、实时操作系统的概念实时操作系统是一种专门针对实时性要求较高的系统而设计的操作系统。
实时操作系统分为硬实时操作系统和软实时操作系统两类。
硬实时操作系统的特点是，对实时性的响应具有非常高的保证，但它的可扩展性较差，往往只能运行在特定的硬件上。
软实时操作系统则是一种相对灵活的操作系统，可以根据不同的应用情况进行定制，因此它的可扩展性和灵活性较高。
三、实时性的定义实时性是指对于某个系统，在一定的时间要求内完成某种任务的能力。
实时性分为硬实时和软实时两种。
硬实时要求系统必须按照严格的时间要求执行任务，如控制系统中的电机控制等，若不能在规定的时间内完成执行，则会导致系统失效。
软实时要求系统完成任务的时间不能超过预定的时间，但是在时间不急迫的情况下，可以适当延迟任务的执行时间。
四、RTOS的特点实时操作系统中，RTOS是较为常用的操作系统之一，它具有以下几个特点：1.多任务性：RTOS可以同时处理多个任务，每个任务的执行时间固定，这可以帮助系统保证实时性。
2.资源可管理：RTOS可以管理系统的资源，包括CPU、内存、线程等，从而对系统进行优化。
《嵌入式实时操作系统RTOS分析》教学大纲
《嵌入式实时操作系统RTOS分析》教学大纲一、课程概述嵌入式计算机系统开发技术是继互联网技术之后,计算机应用技术的又一个发展热点，它的发展,对人类的工作、生活的影响，将较之互联网技术的影响更为深远，对计算机科学技术学科教学模式，人才培养模式也将产生重大的影响。
嵌入式系统是一项以计算机开发技术为基础的计算机应用技术，在嵌入式系统开发中,特别是嵌入式软件开发中,如何更好的使用各种开发工具,组织各种开发资源，是嵌入式软件开发的核心问题，其中,操作系统作为嵌入式基本软件资源,在嵌入式系统开发中，具有及其重要的地位，因此,学生在学完前续课程之后,开设《嵌入式实时操作系统分析》这门课程。
《嵌入式实时操作系统分析》是一门培养学生具有嵌入式系统管理软件、应用软件开发能力的技术基础课。
是计算机系嵌入式系统专业的主要课程之一,本课程在教学方面应着重基本知识、基本理论和基本方法,在培养实践能力方面着重于软件设计,特别是计算机管理软件设计构思、设计技能的基本训练。
《嵌入式实时操作系统分析》是计算机系嵌入式系统专业的专业基础课程，与《嵌入式系统应用原理》、《单片机应用技术》等课程处于同一层次。
它与《计算机组成原理》、《C语言程序设计》、《算法与数据结构》、《操作系统》、《单片机》等课程构成计算机系嵌入式系统专业系列课程体系。
先修课程有《电工电子电路》、《数字电路》、《计算机组成原理》、《C语言程序设计》、《算法与数据结构》、《单片机》、《操作系统》.这门学科的重点是为“计算机系嵌入式系统专业”专业的学生，在系统软件应用设计与编程方面奠定最基本的知识和技能基础。
二、课程目标1．具有正确的系统软件设计思想、勇于创新探索、实事求是的严谨学习态度2．掌握系统管理软件的基本工作机理，掌握实时操作系统工作的—般规律，进而具有综合运用所学的知识,研究改进或开发新的基础管理软件及设计简单的管理模块的能力;3．具有运用编程规范、手册、图册和查阅有关技术资料的能力；4．掌握计算机系统管理软件的基本设计方法，获得有关计算机管理软件设计的基本技能的基本训练；5．了解当前的有关嵌入式技术的发展概况，并对嵌入式技术的新发展有所了解。
嵌入式系统中的实时操作系统设计与实现
嵌入式系统中的实时操作系统设计与实现嵌入式系统已经成为了现代科技的重要领域。
它们被用于各种规模和领域，从个人电子设备到大规模制造业设备，以及军事和航空航天应用等。
嵌入式系统的核心是实时操作系统（RTOS），它可以满足实时性和低功耗方面的需求。
在本文中，我们将探讨RTOS的设计和实现，以及它如何在嵌入式系统中发挥重要作用。
嵌入式系统中的RTOSRTOS是一种操作系统，其主要目的是在一个给定时间内，使系统能够在预期的时间内响应外部事件。
在嵌入式系统中，RTOS 用于管理各种任务和进程。
这些任务和进程通常被称为线程，它们可以异步执行，但在执行时会按照一定的优先级进行排序。
一些任务可能需要高优先级或实时响应；而其他一些任务可能较为简单，可以使用低优先级运行。
RTOS的优点使用RTOS来设计和实现嵌入式系统可以带来许多优势。
以下是一些主要优势：1. 支持多任务：RTOS可以支持多个线程之间的同步和异步执行。
这意味着可以同时执行多个任务，从而提高了系统的效率和性能。
2. 提供实时性：RTOS的主要优点之一是它可以提供实时性。
该系统被设计为在特定时间内响应外部事件，以满足实时应用的要求。
此外，RTOS还可以确保对关键任务的快速响应，从而避免了与误差等一些严重问题的出现。
3. 降低功耗：嵌入式系统通常需要在电池供电的情况下运行，因此，降低功耗是非常重要的。
RTOS是一个轻量级的系统，可以在低功耗模式下进行运行，从而延长电池的寿命。
RTOS的结构RTOS的结构由三个部分组成：内核、任务和进程、以及低级别的硬件驱动。
1. 内核: 在RTOS中，内核是操作系统的核心部分。
它提供了构建任务和进程的基本机制，例如线程调度、进程同步、内存管理等。
2. 任务和进程: 任务和进程是由内核创建的。
它们由操作系统负责在给定的时间内进行调度和执行。
使用RTOS，可以创建一些任务，这些任务可以相互独立地执行，并将相关的资源封装在一起。
嵌入式实时操作系统统FreeRTOS
可以有多个任务。这点上比uC/OS-II 好。
✓抢占式或协作式调度算法：任务调度既可以为抢占式也可
以为协作式。采用协作式调度算法后，一个处于运行态任 务除非主动要求任务切换（Yielding），否则是不会被调 度出运行态的。
✓任务调度的时间点：调度器会在每次定时中断到来时决定
FreeRTOS任务管理
FreeRTOS任务管理
• 任务函数
✓FreeRTOS的任务是由C语言函数实现的。任务函数的返回
值必须是void，且带有一个void类型的指针参数。
✓FreeRTOS任务函数的原型声明如下：
void ATaskFunction(void *pvParameters);
✓FreeRTOS的任务只是一个简短的程序，它拥有一个入口
司用于嵌入式产品的开发。
• 支持的处理器架构：ARM7，ARM9，CORTEX系列、
AVR、PIC等，目前已支持包含X86，Xilinx，Altera等在 内的多达30种硬件平台。
FreeRTOS简介
• FreeRTOS的主要特性
✓实时性：FreeRTOS “可以”配置成为一个硬（Hard）实时
操作系统内核。要注意这里用的是“可以”，FreeRTOS 也可以配置为非实时型内核，甚至于部分任务是实时性的， 部分不是。这一点比uC/OS-II 要灵活。
嵌入式实时操作系统
FreeRTOS
Agenda
• FreeRTOS简介 • FreeRTOS任务管理 • FreeRTOS队列管理 • FreeRTOS中断管理 • FreeRTOS资源管理 • FreeRTOS内存管理 • Further Reading Materials
什么是RTOS
什么是RTOSRTOS的定义实时系统（Real-time operating system,RTOS）的正确性不仅依赖系统计算的逻辑结果，还依赖于产生这个结果的时间。
实时系统能够在指定或者确定的时间内完成系统功能和外部或内部、同步或异步时间做出响应的系统。
因此实时系统应该在事先先定义的时间范围内识别和处理离散事件的能力；系统能够处理和储存控制系统所需要的大量数据。
为了便于理解，机场的售票系统就是一个典型的实时系统。
什么是RTOS1.RTOS是一个内核典型的单片机程序在程序指针复位后，首先进行堆栈、中断、中断向量、定时器、串行口等接口设置、初始化数据存储区和显示内容，然后就来到了一个监测、等待或空循环，在这个循环中，CPU可以监视外设、响应中断或用户输入。
这段主程序可以看作是一个内核，内核负责系统的初始化和开放、调度其它任务，相当于C语言中的主函数。
RTOS就是这样的一个标准内核，包括了各种片上外设初始化和数据结构的格式化，不必、也不推荐用户再对硬件设备和资源进行直接操作，所有的硬件设置和资源访问都要通过RTOS核心。
硬件这样屏蔽起来以后，用户不必清楚硬件系统的每一个细节就可以进行开发，这样就减少了开发前的学习量。
一般来说，对硬件的直接访问越少，系统的可靠性越高。
RTOS是一个经过测试的内核，与一般用户自行编写的主程序内核相比，更规范，效率和可靠性更高。
对于一个精通单片机硬件系统和编程的“老手”而言，通过RTOS对系统进行管理可能不如直接访问更直观、自由度大，但是通过RTOS管理能够排除人为疏忽因素，提高软件可靠性。
另外，高效率地进行多任务支持是RTOS设计从始至终的一条主线，采用RTOS管理系统可以统一协调各个任务，优化CPU时间和系统资源的分配，使之不空闲、不拥塞。
针对某种具体应用，精细推敲的应用程序不采用RTOS可能比采用RTOS能达到更高的效率；但是对于大多数一般用户和新手而言，采用RTOS是可以提高资源利用率的，尤其是在片上资源不断增长、产品可靠性和进入市场时间更重要的今天。
PC端操作系统、移动端操作系统、嵌入式操作系统
PC端操作系统、移动端操作系统、嵌⼊式操作系统左侧部分已是历史的操作系统，右侧的还是活跃的操作系统。
安卓系统Android 是Google开发的基于Linux平台的开源⼿机操作系统。
它包括操作系统、⽤户界⾯和应⽤程序—— 移动电话⼯作所需的全部软件，⽽且不存在任何以往阻碍移动产业创新的专有权障碍。
iOSiOS是由苹果公司开发的移动操作系统[1]。
苹果公司最早于2007年1⽉9⽇的Macworld⼤会上公布这个系统，最初是设计给iPhone使⽤的，后来陆续套⽤到iPod touch、iPad以及Apple TV等产品上。
iOS与苹果的Mac OS X操作系统⼀样，属于类Unix的商业操作系统。
Windows phoneWindows Phone（简称：WP）是微软发布的⼀款智能⼿机操作系统，它将微软旗下的Xbox Live游戏、Xbox Music⾳乐与独特的视频体验集成⾄⼿机中。
Firefox OSFirefoxOS，专案名称为Boot to Gecko。
是由谋智公司（Mozilla Corporation）主导研发的开放源代码移动操作系统，采⽤Linux核⼼，应⽤于智能⼿机。
采⽤开放⽹络（open Web）技术，它以Gecko浏览器引擎为核⼼，采⽤HTML5相关的Web前端技术开发。
不过在2015年12⽉Firefox 宣布关闭对Firefox OS的维护。
Ubuntu移动版操作系统Ubuntu是⼀个以桌⾯应⽤为主的Linux操作系统。
与Windows和Mac OS相⽐，Ubuntu尽管普及程度远不及前者，但得益于开源、免费等特性，在世界各地仍然拥有⼤量拥趸。
如果你是魅族⼿机的忠实粉丝，那么Ubuntu（乌班图）你肯定很熟悉：在2014年，Ubuntu正式宣布与魅族合作推出乌班图版MX3，正式开启了Ubuntu系统的魅族时代。
此后也推出了Ubuntu版的MX4和Pro 5，⼝碑也甚好。
YunOSYunOS是我们国家国产的操作系统⼀枚新星，虽然⽬标不仅仅是⼿机，更多的智能设备都可以⽤YunOS操作，系统是基于Linux研发，搭载⾃主研发的核⼼操作系统功能和组件，⽀持HTML5⽣态和独创的CloudCard应⽤环境，增强了云端服务能⼒。
嵌入式实时操作系统1
嵌入式实时操作系统嵌入式实时操作系统(Embedded Real-time Operation System，RTOS)。
1 嵌入式实时操作系统概念当外界事件或数据产生时，能够接受并以足够快的速度予以处理，其处理的结果又能在规定的时间之内来控制生产过程或对处理系统作出快速响应，并控制所有实时任务协调一致运行的嵌入式操作系统。
2 嵌入式实时操作系统特点1）多任务；2）有线程优先级3）多种中断级别3 嵌入式实时操作系统应用在工业控制、军事设备、航空航天等领域对系统的响应时间有苛刻的要求，这就需要使用实时系统。
采用嵌入式实时操作系统(简称RTOS)能够支持多任务，使得程序开发更加容易，便于维护，同时能够提高系统的稳定性和可靠性。
4 实时操作系统的必要性：首先，嵌入式实时操作系统提高了系统的可靠性。
其次，提高了开发效率，缩短了开发周期。
实时操作系统的优缺点：在嵌入式实时操作系统环境下开发实时应用程序使程序的设计和扩展变得容易，不需要大的改动就可以增加新的功能。
通过将应用程序分割成若干独立的任务模块，使应用程序的设计过程大为简化；而且对实时性要求苛刻的事件都得到了快速、可靠的处理。
通过有效的系统服务，嵌入式实时操作系统使得系统资源得到更好的利用。
但是，使用嵌入式实时操作系统还需要额外的ROM/RAM 开销，2~5% 的CPU 额外负荷，以及内核的费用。
5 实时系统与非实时系统的根本区别实时系统与非实时系统的根本区别在于：实时系统具有与外部环境及时交互作用的能力。
也就是说实时系统从外部获取信息以及系统得出结论要在很短的限制时间内完成。
它具有嵌入式软件共有的可裁剪、低资源占用、低功耗等特点；实时任务之间可能还会有一些复杂的关联和同步关系，如执行顺序限制、共享资源的互斥访问要求等。
实时操作系统所遵循的最重要的设计原则是：采用各种算法和策略，始终保证系统行为的可预测性(predictability)。
可预测性是指在系统运行的任何时刻，在任何情况下，实时操作系统的资源调配策略都能为争夺资源(包括CPU、内存、网络带宽等)的多个实时任务合理地分配资源，使每个实时任务的实时性要求都能得到满足。
rtos基本概念
rtos基本概念
RTOS（Real-time Operating System）是一种针对实时计算的操作系统，其基本概念包括以下几个方面：
1. 实时性：RTOS具备对任务的实时响应能力，能够满足实时
计算的需求。
实时性可以分为硬实时和软实时两种。
硬实时要求任务必须在指定时间内完成，而软实时只要求任务在一定时间范围内完成即可。
2. 多任务处理：RTOS能够同时处理多个任务，每个任务具有
独立的执行时间和优先级。
RTOS利用任务调度算法来决定任
务的执行顺序，保证高优先级任务能够及时响应。
3. 任务通信和同步：RTOS提供了任务间通信和同步的机制，
使不同任务之间能够共享数据和资源，并能够协调各个任务的执行。
常见的任务通信和同步机制包括信号量、邮箱、消息队列等。
4. 中断处理：RTOS能够处理硬件中断，在中断发生时及时响应，并执行相应的中断服务程序（ISR），保证实时性的要求。
5. 内存管理：RTOS管理系统的内存资源，分配和释放任务所
需的内存。
RTOS提供了内存管理机制，可以实现动态内存分
配和释放。
6. 定时器：RTOS提供了定时器功能，可以按照预定的时间间
隔执行特定任务，实现定时任务的调度和执行。
总而言之，RTOS是一种满足实时计算需求的操作系统，具备多任务处理、任务通信和同步、中断处理、内存管理、定时器等基本特性。
它被广泛应用于实时控制、嵌入式系统、自动化等领域。
嵌入式系统的RTOS引入与使用方法
嵌入式系统的RTOS引入与使用方法嵌入式系统是一种特殊的计算机系统，主要用于控制、监控和执行特定任务，通常用于汽车、家电、医疗设备和工业自动化等领域。
在设计嵌入式系统时，选择合适的操作系统对于系统的性能和稳定性至关重要。
实时操作系统（RTOS）是嵌入式系统常用的操作系统之一，在本文中，我们将探讨RTOS的引入与使用方法。
RTOS是一种能够响应时间要求并能提供实时响应的操作系统。
与通用的操作系统相比，RTOS更注重任务的响应时间，并能够通过任务调度算法进行优先级管理，以确保高优先级任务能够及时执行。
同时，RTOS还提供了一系列的服务和功能，如任务管理、中断处理、内存管理和通信机制等，以帮助开发者更好地构建嵌入式系统。
在引入RTOS之前，我们需要先选择合适的RTOS版本。
市场上存在多种不同的RTOS，每种RTOS都有其自身的特点和适用场景。
在选择RTOS时，需要考虑系统的要求和限制，如希望实现的功能、系统的处理能力和存储容量等。
同时，还需要考虑RTOS的可靠性和稳定性，以确保系统的安全性和性能。
引入RTOS后，下一步是根据系统的需求进行任务划分和设置任务优先级。
任务划分是将系统的功能和需求划分成不同的模块和任务，以便系统能够并行执行。
每个任务被赋予一个优先级，优先级越高的任务将被优先执行。
任务优先级的设置需要根据系统的实际需求进行合理的调整，以保证系统的实时响应性。
另外，RTOS还提供了各种任务管理和资源管理功能，以便开发者更好地管理系统的任务和资源。
例如，任务管理可以在不同的任务之间进行任务切换和调度，确保每个任务都能按时执行。
资源管理可以分配和管理系统中的各种资源，如处理器时间、内存和输入输出等，以提高系统的效率和性能。
RTOS还支持中断处理机制，可以响应硬件设备的中断请求。
中断是实现实时系统的一种重要方式，它可以在外部事件发生时立即执行相应的操作。
中断处理可以通过RTOS提供的中断处理机制来完成，使系统能够快速响应外部事件，并及时处理。
2.四种常用嵌入式RTOS的比较与选择
o Linux 的特点
（五）硬件支持 ：
支 持 多 种 体 系 结 构 ， 如 X86 、 ARM 、 MIPS 、 ALPHA、SPARC等目前，Linux已经被移植到数十种 硬件平台上，几乎支持所有流行的CPU。
（六）标准兼容性：
Linux可作为一个嵌入式操作系统，它支持POSIX.1b 标准。
o Linux 的特点
（七）技术支持
Linux具有开放性： （1） 用户可得到UNIX的全部开发工具。 （2） 可使用市场上便宜又常见的硬件。
（八）源代码还是目标代码
Linux是源代码完全公开的。 Linux的内核映像 bzImage.bin大小为569，764大小。加上其他应用程序， 其大小可在2M左右。
（三）内核
o Linux 的特点
Linux采用的是带保护的平行内核体系(见上图)。其优点是: （1）采用平行内核,因为各层次间以及同层次间的实现比较独立, 这种体系的稳定性就要好的多,如果一个子系统崩溃,系统一般不 会全部瘫痪；（2）可以更容易地添加新服务模块,Linux甚至无 须重新启动。 缺点是:（1）当高层模块(如加减设备,服务器时)更新时,往 往更新了特权任务表的内容,所以内核需要重新编译. （2）这种 体系的底层代码和硬件直接关联,且功能越强,这种关联越紧,再 加上核心比微内核体系要大得多,所以移植也要费事。
（4）最大中断禁止时间：
（5）任务切换时间：
二：如何选择RTOS
4．内核要求的最小存储器大小
实时操作系统可以装入小得令人惊讶的内存中。最小的 内核经常是仅仅支持很少的特性，而典型的配置可能产生大 得多的内核。一般情况下，供应商可以提供一份详细的列表， 说明了创建包含不同服务的内核分别需要多大的RAM和ROM。
嵌入式实时操作系统-BIOS
RTOS是针对不同处理器优化设计的高效率实 时多任务内核。据专家预测，在优秀RTOS上 跨处理器平台的程序移植只需要修改1％~ 5 ％的内容。它的引入解决了嵌入式软件开发标
准化的难题。基于RTOS开发出来的程序具有 较高的可移植性，引入RTOS相当于引入了一 个新的管理模式，可减少重复劳动，提高知识
空闲循环是DSP/BP和主机分析工具间的通信通常在空闲 状态循环中执行。这保证了分析工具不会影响 应用程序的处理。
DSP/BIOS运行优先级最高的线程
当下面情况发生时, 不一定运行优先级最高的 线程: (1) HWI_disable, SWI_disable或TSK_disable 被调用 (2) 高优先级的任务处于阻塞时,即调用了 TSK_sleep, LCK_pend, MBX_pend, or SEM_pend.
DSP/BIOS的SWI模块提供了软件中断的能力。通过 在程序中调用一个API函数，即可触发中断。优先级 介于硬件中断与任务之间。适用于处理频率较低或 者实时性没有硬件中断严格的程序作业。
当软件中断被触发时，它会在等待中的硬件中断都 执行完后才开始执行。正在运行的SWI线程在任何时 刻都可以被高优先级抢断。另一方面，SWI线程总能 抢占任务的执行。
3.1.2 时钟管理模块CLK
CLK模块为用户周期性调用提供方法，同时对 一些代码评估工具提供了时间参考。实际上 CLK模块完全依赖于DSP的定时器中断。CLK 管理器还允许随意建立各种时钟函数，当定时 器中断发生时，CLK管理器就执行这些时钟函 数。
当定时器减至0时，便产生定时器中断。内核 进入中断服务子程序CLK_F_isr函数。
所有的DSP/BIOS对象都可以在配置工具中静态建立； 实时监测数据在主机端做格式化处理； API函数是模块化的，只有应用程序用到的API模块才
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18
Uc/OSII介绍
Uc/OS的作者是Jean Labrosse 最初发表在1992年的“Embedded System Programming”杂志上 两本书
《嵌入式实时操作系统uc/OSII》 《嵌入式系统构件》
最小的可以称得上操作系统的实时内核
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Uc/OSII 的内核层次
9
任务优先级
静态任务优先级
每个任务的优先级在程序执行过程中不变 在应用程序的执行过程中，任务的优先级可以改变 优先级低的任务可能永远不会被执行 优先级的反转问题
动态优先级
优先级分配方面的问题：
10
任务响应时间Biblioteka “非剥夺”内核任务响应时间
最长任务执行时间（时间片）+优先级判别时间+任务 切换时间
第八讲：嵌入式操作系 统及ucOS
段勃 duanbo@
1
计算机与操作系统
为什么需要操作系统
硬件资源的复杂，需要在应用程序与硬件之间提供一 个软件层次以简化开发 资源的丰富，需要有专门的资源管理 任务的增加，需要有系统来进行任务的调度 设备访问、资源管理、任务管理、统计及其他功能
23
任务和任务的状态
任务是一个无限循环 外表上看，任务与其他函数没有区别，但永远不 会返回 任务可以被删除
被其他进程所删除 自我删除，可以释放资源
任务被删除后依然在代码空间存在，但不会再被 调度
24
任务状态的转换
等待状态 任务删除 事件发生 睡眠状态 任务创建 任务删除 就绪状态 任务调度
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挂起 被中断状态 中断发生
任务删除 中断返回 运行状态
任务控制块
内核对任务的管理通过任务控制块（TCB）来进 行 任务控制块是一个数据结构，其内容描述了一个 任务的基本信息 任务控制块由内核维护，驻留在RAM中 任务控制块的空间由内核预留，各任务控制块以 链表的方式连接，同时内核维护一个空闲任务控 制块的列表
14
时钟节拍
对于操作系统来说，时钟节拍是系统的依据
利用时钟节拍可以控制任务的延时 时钟节拍越长，时间控制精度越低 时钟节拍越短，CPU额外的负载越大
15
任务空间和系统空间的一体化
大多数嵌入式操作系统不再区分任务空间和系统 空间，二者共享同一地址空间
使得任务之间共享数据方便，通信变得简单 任务有了直接使用内核资源的可能，效率提高 避免了很多调用带来的空间切换 系统安全性变差、应用软件的开发也变得复杂
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任务控制块的数据结构
typedef struct os_tcb { OS_STK *OSTCBStkPtr; #if OS_TASK_CREATE_EXT_EN > 0 。。。。。。 #endif struct os_tcb *OSTCBNext; struct os_tcb *OSTCBPrev; 。。。。。。 INT16U OSTCBDly; INT8U OSTCBStat; INT8U OSTCBPrio; INT8U INT8U INT8U INT8U /* Pointer to next TCB in the TCB list /* Pointer to previous TCB in the TCB list */ */ /* Pointer to current top of stack */
中断延迟时间
最长关中断时间+开始执行中断服务子程序的时间 中断延迟时间+保存现场时间 优先级判断+现场恢复+执行中断返回指令时间
中断响应时间
中断恢复时间
13
ISR时间和中断嵌套
ISR时间是指中断服务子程序运行的时间，此时 间段的长短并无特别限制 中断服务不应该被任务中断，所以ISR应该被连 续执行直到返回 ISR时间过长会影响系统实时性，应该避免 允许中断嵌套将提高系统的响应速度，但由此会 带来存储空间消耗的增加 任务调度应该在所有嵌套的中断都执行完毕才进 行
21
临界区
临界区的概念 Uc/OS II中，进入临界区有三种方法
进入时关中断、出来时开中断
容易导致原中断状态的改变
在堆栈中保存中断寄存器状态，出来时恢复寄存器 利用局部变量保存中断状态寄存器，出来时恢复该寄 存器值
22
Uc/OS II关于临界区进出的代码
共同点
都完成任务的调度、资源的管理 都有一个内核向任务层提供系统级调用 嵌入式操作系统对实时性有要求；而通用系统往往不要求 通用操作系统对任务空间和系统空间有严格区分，以保护系统安 全；嵌入式操作系统往往合为一体 通用操作系统要求大而全；嵌入式系统要求短小精悍
不同点
4
实时性的概念
6
操作系统的任务
任务一般有五种状态：
运行：正在由CPU执行其中指令 就绪：已经准备好运行，但未被CPU处理 睡眠：已经完成使命，不会再被运行 等待：任务需要等待某种资源或信号 被中断：运行过程中发生了中断
7
任务的调度
处理器上一个时间段内只能处理一个任务 多任务的运行需要操作系统来进行调度 调度的策略有很多种，目的都是为了确定接下来 将执行哪一个任务
32
空闲任务
任何时刻，CPU总在运行，意味着总在处理任务 没有任务需要处理时，需要让CPU空转，让CPU 空转的代码也用一个任务来完成，称作空闲任 务，也可以在其中做一些电源管理之类的工作 空闲任务只在所有任务都不需要处理时才运行， 所以优先级最低
/* Nbr ticks to delay task or, timeout waiting for event */ /* Task status */ /* Task priority (0 == highest, 63 == lowest) */
/* Bit position in group corresponding to task priority (0..7) */ OSTCBX; /* Index into ready table corresponding to task priority */ OSTCBY; /* Bit mask to access bit position in ready table */ OSTCBBitX; /* Bit mask to access bit position in ready group */ OSTCBBitY;
实时性指的是系统对于特定的事件的处理需要在 要求的时间内完成 实时性总是相对而言的，系统的响应总存在延时 随着处理器速度的提升，实时性要求所带来的限 制也会有所变化 从操作系统的角度来讲，实时性指的系统的结构 能在多大程度上保证反映的速度
5
RTOS与嵌入式操作系统
早期的嵌入式操作系统几乎都是实时操作系统， 但近年随着一些手持通用计算机设备的出现，使 得现在的嵌入式操作系统有很多不需要实时性 “可剥夺内核”与“不可剥夺内核”的区分往往是 RTOS与非实时嵌入式操作系统的区别所在
操作系统的功能
2
嵌入式操作系统
嵌入式操作系统就是用于嵌入式系统中的操作系 统 嵌入式操作系统是指一个集合，种类丰富 并不是所有的嵌入式系统都需要操作系统，比如 最简单的前/后台系统 作为一个集合，嵌入式操作系统在要求上有其共 同点，实现形式根据需要各不相同
3
嵌入式操作系统与通用操作系统
#define OS_CRITICAL_METHOD
2
#if OS_CRITICAL_METHOD == 1 #define OS_ENTER_CRITICAL() asm CLI #define OS_EXIT_CRITICAL() asm STI #endif #if OS_CRITICAL_METHOD == 2 #define OS_ENTER_CRITICAL() asm {PUSHF; CLI} #define OS_EXIT_CRITICAL() asm POPF #endif #if OS_CRITICAL_METHOD == 3 #define OS_ENTER_CRITICAL() (cpu_sr = OSCPUSaveSR()) #define OS_EXIT_CRITICAL() (OSCPURestoreSR(cpu_sr)) #endif
软中断的概念
中断可以是硬件信号触发，也可以是指令触发 一般处理器都有触发中断的指令，称作软中断 相同点：
中断处理与任务切换的异同
进入时都需要保存现场，而且都是入栈 出来时都要从堆栈中恢复现场 中断处理时一般入栈和出栈使用的是同一个堆栈 任务切换时保存使用的堆栈和恢复使用的堆栈不同
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任务切换的过程
保护被中断的任务现场
将所有可能被其他任务修改的内容保存起来 保存的地点在任务自己的堆栈中 SP保存在TCB中 找到将要运行的任务的堆栈指针SP 将该任务上次被中断时保存的内容从该任务的堆栈中 恢复出来
恢复将要运行的任务的现场
继续运行直到下一次切换
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用软中断来进行任务切换
不同点：
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给任务调度上锁和解锁
高优先级任务可以随时抢占CPU的使用权 如果优先级低的任务需要连续运行，同时又需要 响应中断，有两种方法
更改优先级 给任务调度上锁 OSSchedlock（）