都江堰操作系统介绍-内核技术篇

都江堰操作系统欢迎您概述•都江堰操作系统（简称djyos）是一个嵌入式操作系统，定位于实时控制和移动设备应用。

•得名于一个来自中国的世界性千年水利工程。

都江堰工程稳定、可靠，运行千年不辍。

•djyos以事件为调度目标，兼具易学易用、强实时、高可靠的特点。

•djyos孕育于2004年，2009年发布实验性版本，已经成功用于电力系统继电保护等领域。

系统架构图•事件调度内核简单、高效地实现事件触发式编程，易学易用。

•三合一版本构成在单片机、高性能嵌入式系统、移动设备应用三大类平台上，相同的方法编程、使用相同的研发团队，源码共享。

•完备的中断管理模块对中断实施有效管理，实现前所未有的中断响应速度，在某些平台上可实现亚微秒级的中断响应时间，并且在系统加载过程中就可以使用中断。

•预加载、运行关键代码复位（上电）后，应用程序的关键代码，几乎可以立即运行，不必等待“漫长”的系统加载和启动过程结束。

•看门狗模块高可靠的系统，必须有“看门狗”支持，在实时多线程环境下，硬件看门狗难于驾驭，djyos的看门狗模块，提供了完整的看门狗管理方案。

•实时内存分配模块快速、减少碎片的内存分配体系，可在确定的时间内完成内存分配，满足实时应用需求。

•安全可靠的文件系统统一、灵活的文件系统接口，支持各类存储介质，单个文件尺寸可以达到1G*blocksize。

Flash文件系统支持磨损平衡、掉电保护。

•泛设备管理模块创新的驱动程序架构，以面向对象的软件思想设计驱动架构，使设备驱动程序不仅仅作为软硬件模块间的接口，也适合做软件模块之间的接口。

•图形内核高度可伸缩，支持内存极稀少的单片机系统到数百M内存的系统。

支持镜像显示，可在单片机上实现远程桌面。

支持窗口缓冲管理，实现“发射后不管”，无须应用程序执行“重绘”操作。

内核级支持alpha、透明色、二、三、四元光栅操作、256级前端窗口。

•TCPIP协议栈高度可伸缩的协议栈，可用于单片机和大型嵌入式系统。

高效的缓冲区管理，节省内存消耗，提高传输速度。

零拷贝技术，开放的DMA接口，实现数据快速传递。

•信号量和互斥量模块支持信号量和互斥量，信号量支持fifo模式和优先级模式；互斥量支持多级优先级继承。

•资源管理模块资源管理组件用于管理公共资源，便于公共数据的检索，既便于模块间交互数据，又降低甚至消除模块间的耦合。

•事件类型数量：32767，受内存量限制•处理中的事件数量：32767，受内存量限制•优先级数量：255个（用户可用：240个）•调度方式：优先级抢占+时间片轮转•实时中断响应时间（最坏情况）：1.5uS（lpc1225，cortex-m0内核，主频=40M，flash速度=20M）•最小内核尺寸：flash=20K，ram=1.5K•代码中充分考虑了CPU字长，适用于8~64位CPU。

典型应用•某继保自动化有限公司，DJYOS用于高压（110~220kV）和超高压（500~1000kV）继电保护和综合自动化产品。

•助力坚强电网，呵护万家灯火。

•深圳某电力自动化公司，用DJYOS研发配电保护产品。

•DJYOS用于交通运输信息系统的终端产品。

事件触发式编程实现方式比较非常低，单片机即可非常高平台要求应用范围执行效率代码尺寸实现原理开发环境比较项目适用于开发全部djyos 应用程序基本只能用于人机界面编程，难于在嵌入式控制软件中使用高低目标代码尺寸：小大OS 原生地用事件触发调度在线程调度基础上，增加事件触发外壳对开发环境无特别要求在VB 、VC 类的强大工具支持下才可用事件触发式编程Djyos 传统OS事件调度内核•线程比较抽象，学习难度大，人力资源成本高。

几乎所有桌面应用的开发工具，都提供“事件触发式编程”手段。

说明“事件触发式编程”是十分需要的。

•事件触发式编程符合人类“有事就做，无事就坐”的自然思维，编程更高效，易学易用。

代码简单直观，有助于减少bug。

•Djyos按事件调度，天然地支持“事件触发式编程”•传统OS使用线程调度，只能通过高级开发工具转换才能间接地、部分地实现“事件触发式编程”•传统OS中，线程从创建到删除均由应用程序控制，线程池成为一项复杂的技术；djyos中，天然地包含高效的线程池技术。

事件调度内核•事件调度模型•操作系统维护一个事件队列，事件表示计算机应该处理的一条任务。

•调度器决定当前CPU处理哪一条事件。

•线程是事件的资源，由内核分配给事件。

•在djyos中，程序员无须使用类似VC的编程工具，就可以实现事件触发式编程。

事件调度内核•传统操作系统中，内核维护一个线程队列。

•调度器决定当前CPU 执行哪一个线程。

•事件是线程的资源，是被线程处理的对象。

•欲实现事件触发式编程，需要依赖像VC、DEPHI之类的可视化编程工具。

•传统的线程调度模型调度器按一定规则从队列中选择一个线程就绪线程队列创建线程CPU等待、阻塞、休眠中的线程，可能有多个队列原因：1、程序员控制。

2、调度器要求。

3、共享资源三合一平台三合一平台•简单的嵌入式控制器、复杂的嵌入式控制系统、通用移动计算系统，是OS面对的三类典型应用。

•Djyos支持下，三类产品用相同的方法开发，人员可以互相流动；相同功能模块可以统一开发，统一维护，代码复用；复用的代码，可以有更多机会验证，软件成熟度发展快，帮助用户迅速提高产品质量。

•传统OS模式下，三类产品用不同的方法，独立开发、独立维护，人员流动难，代码重用率低，经验难于共享，三类产品的软件成熟度发展慢。

三合一平台•传统操作系统的分类，以CPU性能和所提供内存大小为依据，主要分三大类：–微小型系统，以ucosii为代表–高性能嵌入式实时系统，以vxworks、threadx为代表–通用移动计算平台，以嵌入式linux，windows mobile为代表•三类系统，操作系统的特性、开发工具、开发方法，都是完全不一样的；开发者需要掌握的技能也不一样，人员流动困难；实现相同功能的代码，也不能复用，须重复开发。

三合一平台•DJYOS的版本划分，以人为本，根据应用程序开发团队的组织方式分类。

–小团队（SI）版本，要求团队一起工作，所有代码连同操作系统编译成单个可执行文件。

•Tiny版本，是SI版本的简化分支，适用于资源极度匮乏的单片机–大团队协作版本（DLSP），单进程，应用程序各模块可动态加载，开发团队可以分散配置。

——截至2012.6，此版本尚未发布–通用移动计算版本（MP），或称大团队无协作版本、多进程版本，各研发团队完全独立地开发各自的应用程序，故称无协作。

——截至2012.6，此版本尚未发布•三种版本的应用程序，用相同的开发工具、相同的编程方法开发，人员可以互相流动，代码可以复用。

三合一平台•Djyos的各组件，均按照“三合一”的原则设计，即使功能完整的djygui，亦可以运行在内存稀少的单片机上。

•Djyos的SI（含TINY）版本免费，是免费而有维护的商业化嵌入式实时操作系统。

•注：免费的SI不是删减版本，与其他两个版本的功能和代码是完全相同的，仅加载方式不同。

三合一平台•许多企业，研发生产多元化的产品。

既有简单、量大、低附加值、单片机控制的小型产品，也有用复杂、高性能、高附加值的产品，还可能有通用移动计算产品。

–传统OS中，找不到能同时适用各类产品的OS，存在重复开发、代码复用率低的问题。

–适用于小型产品的OS中，免费的没有维护，出了问题不知找谁；收费的又太贵，不能用于成本敏感产品。

–Djyos下，企业可以按照产品的BOM成本、研发团队组织方式等，灵活部署djyos的不同版本。

低成本的产品选用免费的SI版本，功能复杂的高附加值产品则用DLSP或MP版本。

•物联网应用中，在多种不同规模、不同功能、不同性能的硬件平台上，运行着许多使用相同协议、功能相似的代码，迫切要求统一开发平台，复用功能相同或相似的代码。

中断管理中断管理普通操作系统DJYOS所有中断等同对待，只封装硬件操作，很少管理把中断划分为实时中断和异步信号，统一管理实时性：低，访问临界段时，关闭所有中断实时性：高，访问临界段时，不关闭实时中断完成加载，多线程调度开始后，才能响应中断操作系统加载过程中，就可以在紧急代码中使用实时中断必须编写ISR才能处理中断允许不编写ISR也可以处理中断中断响应速度：依赖于OS关中断的持续时间实时中断接近裸机响应速度，例如在cortex-m0（主频40Mhz，flash 20Mhz）上，可确保1.5uS内响应ISR限制：高，许多API不能在ISR中调用。

ISR限制：低，异步信号ISR可以调用所有API中断管理•中断管理秉承“九九加一”设计原则，让99%的需求更便于实现，1%的极端苛刻需求可能实现。

•Djyos把实时性要求不高的中断（例如键盘）划分为异步信号；把响应时间要求非常苛刻的中断划为实时中断。

•允许象处理普通事件一样处理异步信号，体现99%的方便性。

•实时中断实现裸跑的响应速度，体现1%的可能性。

•实时控制系统中，实时性要去最高的需求，一般用中断实现，中断响应实时性，就代表了整个系统的实时性。

预加载、执行紧急代码DJYOS启动过程简图预加载、执行紧急代码•djyos允许在操作系统加载前，执行紧急的应用程序代码，并且在紧急代码中允许使用实时中断。

•用户只要把需要紧急执行的代码放在工程目录下的critical\目录中即可。

•这两个特点可以用于：–系统上电后，立即执行应用程序的关键部分。

传统OS在漫长的加载和启动结束前，是不能执行任何用户代码的。

–即使系统崩溃导致重启，重启期间可以确保产品的关键功能立即正常运作。

–典型地，如果系统设置了外部看门狗电路，可用紧急代码喂狗，不至于在启动期间被复位。

–一些特殊的、需要在系统加载前初始化的硬件，可放在critical 目录中初始化，无须更改BSP。

帮助用户设计低耦合程序•提供统一的资源管理模块，集中管理公共数据，降低因使用公共数据导致的模块间耦合。

•所有公共资源包含事件类型在内，均可按字符串名字访问。

系统工程师或项目经理只需要管理命名空间即可。

•丰富的同步功能，任何事件均独立控制自己的行为，不需要线程间直接互相控制的api函数（像task_resume）；中断同步功能可用于解除硬件驱动模块和软件模块之间的耦合。

•16、32、64位机上，使用相同的源码，降低平台间的耦合。

图形内核（gui kernel）•支持多窗口，窗口数量只受内存限制。

•256级z序，轻松实现前端窗口。

•窗口光栅属性，包含：二、三、四元光栅，alpha混合，透明色等特效。

–在窗口绘图后，只要有规律地改变该窗口的光栅属性，就可以实现魔幻般的图形效果，特别适合编写高级图形应用。

–简单地改变动态画面，无须重绘背景，即可实现动画效果。