第二章 嵌入式系统和嵌入式实时操作系统
嵌入式实时操作系统
嵌入式实时操作系统第一点：嵌入式实时操作系统的定义与特点嵌入式实时操作系统（Embedded Real-Time Operating System，简称ERTOS）是一种专门为嵌入式系统设计的操作系统，它具有实时性、可靠性和高效性等特点。
嵌入式实时操作系统主要用于控制和管理嵌入式系统中的硬件资源和软件任务，以实现对系统的实时控制和高效运行。
嵌入式实时操作系统的定义可以从以下几个方面来理解：1.嵌入式系统：嵌入式系统是指将计算机技术应用于特定领域，以完成特定任务的计算机系统。
它通常包括嵌入式处理器、存储器、输入输出接口等硬件部分，以及运行在处理器上的软件部分。
嵌入式系统具有体积小、功耗低、成本低、性能高等特点。
2.实时性：实时性是嵌入式实时操作系统最核心的特点之一。
它要求系统在规定的时间内完成任务，并对任务的响应时间有严格的要求。
实时性可以分为硬实时和软实时。
硬实时要求任务在规定的时间范围内完成，不允许有任何的延迟；软实时则允许任务在规定的时间范围内完成，但延迟尽量最小。
3.可靠性：嵌入式实时操作系统需要具备很高的可靠性，因为它们通常应用于对安全性和稳定性要求较高的领域，如航空航天、汽车电子、工业控制等。
可靠性主要包括系统的正确性、稳定性和抗干扰能力等方面。
4.高效性：嵌入式实时操作系统需要高效地利用硬件资源，以实现对系统的实时控制。
高效性主要包括系统资源的利用率、任务的调度算法、内存管理等方面。
第二点：嵌入式实时操作系统的应用领域与发展趋势嵌入式实时操作系统在众多领域都有广泛的应用，下面列举几个典型的应用领域：1.工业控制：嵌入式实时操作系统在工业控制领域具有广泛的应用，如PLC（可编程逻辑控制器）、机器人控制器、工业现场仪表等。
实时操作系统可以实现对工业过程的实时监控和控制，提高生产效率和产品质量。
2.汽车电子：汽车电子领域是嵌入式实时操作系统的另一个重要应用领域。
现代汽车中的电子控制系统，如发动机控制、底盘控制、车身控制等，都需要实时操作系统来保证系统的实时性和稳定性。
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第一章概述嵌入式系统是指集成了计算机技术和各种感应器、执行器、显示器等硬件设备，并且用于特定应用的系统。
实时操作系统（Real-Time Operating System，RTOS）是在嵌入式系统中应用广泛的操作系统，它为嵌入式系统的实时性提供了保障。
本文从实时操作系统的角度出发，介绍了嵌入式系统中实时操作系统设计与实现的相关内容。
第二章实时操作系统基本概念实时操作系统是指在特定的实时应用场景下工作的都操作系统，它对系统的实时性具有关键作用。
在嵌入式系统中，实时操作系统主要包括如下几个方面的内容：1.任务调度：实时操作系统需要定义一种任务调度机制，能够在不同多个任务之间进行快速切换，并保持系统的稳定性和可靠性。
2.时钟管理：实时操作系统需要有一个准确的时钟管理机制，以保证任务之间及时地进行切换，并保证系统的实时性。
3.内存管理：实时操作系统需要对嵌入式系统中的内存进行管理，以保证系统的稳定性和安全性。
4.异常处理：实时操作系统需要有相应的异常处理机制，能够及时地处理嵌入式系统中的异常事件，以保证系统的安全性。
第三章常见的实时操作系统常见的实时操作系统包括FreeRTOS、uc/OS、VxWorks、QNX 等。
它们各自有不同的特点和应用场景：1.FreeRTOS：FreeRTOS是一个免费的实时操作系统，它非常适合对资源和存储空间有限的嵌入式系统。
它的特点是内核简单、代码清晰易懂、具有较好的可移植性和广泛的硬件支持。
2.uC/OS：uC/OS是一款商业性质的实时操作系统，它在实时控制和系统红外方面具有很高的可靠性和实时性，但是使用较难。
3.VxWorks：VxWorks是一款高性能的实时操作系统，它具有强大的开发工具和庞大的用户基础。
它可以应用于工控、航天、军事和网络等领域，但是价格较高。
4.QNX：QNX是一个可靠性高、开发周期短的实时操作系统。
它的特点是稳定、实时性强、安全性高和可维护性好。
控制系统中的实时操作系统与嵌入式系统
控制系统中的实时操作系统与嵌入式系统在控制系统中，实时操作系统（RTOS）和嵌入式系统（Embedded System）起着至关重要的作用。
它们通过协同工作，为各种应用提供高效的控制和管理。
本文将探讨实时操作系统和嵌入式系统的特点、功能以及它们在控制系统中的应用。
一、实时操作系统的特点和功能实时操作系统是一种专用的操作系统，其最主要的特点是能够满足严格的时间约束和实时要求。
相比于一般的操作系统，实时操作系统需要具备以下几个关键特点：1. 高实时性：实时操作系统需要能够及时响应外部事件的发生，以满足对系统实时性的要求。
它能够在给定的时间范围内完成任务，并保证任务的及时性。
2. 可预测性：实时操作系统需要能够在确定的时间范围内执行任务，并提供可预测的性能。
这对于需要对事件进行精确控制的应用非常重要，如航空航天、医疗设备等。
3. 可靠性：实时操作系统需要具备高度的可靠性，能够保证任务的正确执行并防止系统崩溃或死锁的发生。
对于一些关键应用，如核能、交通信号灯等，系统的可靠性尤为重要。
4. 多任务处理：实时操作系统能够同时处理多个任务，确保任务之间的优先级和时序关系的正确性。
它能够根据不同的任务要求，分配系统资源，实现任务的协调和调度。
5. 低延迟：实时操作系统需要具备较低的延迟，以保证任务的实时性和响应性。
它能够快速地处理任务请求，并及时地提供响应。
二、嵌入式系统的特点和功能嵌入式系统是一种集成度高、功耗低、功能强大的特殊计算机系统。
它通常用于特定的应用领域，并且嵌入到其他设备中以实现特定的功能。
嵌入式系统具备以下几个关键特点：1. 紧凑性：嵌入式系统通常具有小体积、低成本和低功耗的特点。
它需要满足在有限的硬件资源和空间条件下实现功能的需求。
2. 可靠性：嵌入式系统需要具备高可靠性，能够在恶劣的环境条件下正常工作。
它需要具备抗干扰能力，以防止外部因素对系统的影响。
3. 实时性：嵌入式系统通常需要满足实时性的要求，能够即时响应外部事件。
《计算机嵌入式系统基础》教案(全套)
《计算机嵌入式系统基础》教案(全套)计算机嵌入式系统基础教案（全套）概述本教案旨在介绍计算机嵌入式系统的基本知识和技能，并引导学生深入了解该领域的发展和应用。
通过理论授课和实践操作，学生将能够熟悉嵌入式系统的工作原理、硬件和软件组成，以及设计和开发嵌入式系统的基本步骤。
教学目标1. 了解嵌入式系统的定义、特点和应用领域。
2. 掌握嵌入式系统中的硬件平台和处理器架构。
3. 熟悉嵌入式系统的操作系统和编程语言。
4. 理解嵌入式系统的实时性和响应性要求。
5. 学会使用嵌入式系统开发工具和调试技术。
6. 能够设计和实现简单的嵌入式系统应用。
教学内容第一章：嵌入式系统概述- 什么是嵌入式系统？- 嵌入式系统的特点和应用领域。
- 嵌入式系统的发展历程和趋势。
第二章：嵌入式系统硬件平台- 嵌入式系统中常用的硬件平台和处理器架构。
- 嵌入式系统的主要外设和接口。
第三章：嵌入式系统操作系统- 嵌入式系统中常用的操作系统。
- 实时操作系统和非实时操作系统的区别。
- 嵌入式系统的任务调度和资源管理。
第四章：嵌入式系统编程语言- 嵌入式系统常用的编程语言和开发工具。
- C语言在嵌入式系统编程中的应用。
- 嵌入式系统硬件和软件的接口。
第五章：嵌入式系统设计和开发- 嵌入式系统设计的基本步骤和方法。
- 嵌入式系统开发中的工具和技术。
- 嵌入式系统调试和测试的方法。
第六章：嵌入式系统应用案例- 嵌入式系统在各个领域的实际应用案例。
- 嵌入式系统应用的未来发展方向。
教学方法本教案采用理论授课和实践操作相结合的教学方法，通过课堂讲解、案例分析和实验操作，帮助学生深入理解嵌入式系统的基本概念和原理，并培养学生的实践能力和解决问题的能力。
教学评价学生的评价将基于他们对嵌入式系统的理论掌握程度和实践操作的能力。
评价方法包括平时作业、实验报告和期末考试。
教材和参考资料- 教材：《嵌入式系统基础教程》- 参考资料：1.《嵌入式系统设计与开发》；2.《嵌入式系统原理与设计》以上是《计算机嵌入式系统基础》教案的基本框架，具体的教学内容和教学细节可根据实际情况进行调整和补充。
操作系统中的实时系统与嵌入式系统
操作系统中的实时系统与嵌入式系统操作系统是计算机系统中的核心软件之一，它负责管理计算机硬件资源和控制程序执行，以便提供良好的用户体验。
在操作系统的大类中，实时系统和嵌入式系统是两个重要的子类。
本文将重点探讨这两种系统的特点、应用领域以及关键技术。
一、实时系统的介绍实时系统是一种强调任务完成时间性能的操作系统。
它要求在指定的时间范围内能够满足任务的实时性要求。
实时系统主要分为硬实时系统和软实时系统两种。
硬实时系统要求系统能够在任务要求的截止时间之前准确地完成任务。
常见的硬实时系统应用包括航空航天、核能控制等领域。
例如，宇航员的生命支持系统必须在特定的时间内提供所需的氧气和食物，一旦超时，将可能导致灾难性的后果。
软实时系统也是具有时间要求的系统，但它对于任务的完成时间有一定的宽容度。
软实时系统在多媒体、实时游戏等领域得到广泛应用。
例如，在实时游戏中，玩家对游戏画面的响应速度要求较高，但不像硬实时系统那样对时间延迟具有严格的要求。
二、嵌入式系统的介绍嵌入式系统是指被嵌入到具体设备中的计算机系统，主要用于控制和操作特定设备。
它通常包括硬件和软件两个部分。
嵌入式系统的主要特点是紧凑、高度可靠和低功耗。
嵌入式系统可以广泛应用于各个领域，如消费电子、汽车、医疗设备等。
例如，智能手机中的操作系统就是一种嵌入式系统，它可以控制和管理手机的各种功能。
三、实时系统与嵌入式系统的关系实时系统和嵌入式系统之间存在紧密的关系。
很多嵌入式系统需要具备实时性能，以满足对任务截止时间的严格要求。
例如，一台智能车辆需要在特定的时间内对路况进行感知并作出相应的驾驶决策，这就需要嵌入式系统具备实时性能。
另外，实时系统和嵌入式系统都面临着资源有限的挑战。
由于嵌入式系统通常具有较小的体积和功耗限制，因此其资源（如内存、处理能力等）较为有限。
这就要求实时系统和嵌入式系统在设计和实现时都需要充分考虑资源利用的效率和优化。
四、实时系统与嵌入式系统的关键技术实时系统和嵌入式系统的设计和实现都需要依赖一些关键技术来保证其功能和性能。
嵌入式系统课程-ucos嵌入式实时操作系统
内核概念
• 内核是操作系统最基本的部分。它是为众多应用程序提 供对计算机硬件的安全访问的一部分软件，这种访问是 有限的，并且内核决定一个程序在什么时候对某部分硬 件操作多长时间。直接对硬件操作是非常复杂的，所以 内核通常提供一种硬件抽象的方法来完成这些操作。硬 件抽象隐藏了复杂性，为应用软件和硬件提供了一套简 洁，统一的接口，使程序设计更为简单。 • 严格地说，内核并不是计算机系统中必要的组成部分。 程序可以直接地被调入计算机中执行，这样的设计说明 了设计者不希望提供任何硬件抽象和操作系统的支持， 它常见于早期计算机系统的设计中。最终，一些辅助性 程序，例如程序加载器和调试器，被设计到机器核心当 中，或者固化在只读存储器里。这些变化发生时，操作 系统内核的概念就渐渐明晰起来源 程序运行时可使用的软、硬件环境 统称为资源。资源可以是输入输出设备， 例如打印机、键盘、显示器。资源也可 以是一个变量、一个结构或一个数组等。
嵌入式操作系统
• 基本概念
——共享资源
可以被一个以上任务使用的资源叫做共享资 源。为了防止数据被破坏，每个任务在与共享资 源打交道时，必须独占该资源，这叫做互斥。
主要内容
1 嵌入式系统简介 2 嵌入式处理器 3 4 5 嵌入式操作系统 嵌入式系统典型应用
嵌入式系统的基本设计过程
RTOS介绍
实时操作系统的特点
• POSIX 表示可移植操作系统接口（Portable Operating System Interface of Unix
嵌入式系统设计课程大纲
嵌入式系统设计课程大纲第一章：课程介绍（100字）本章主要介绍嵌入式系统设计课程的目的、重要性以及学习该课程的基本要求。
通过本章的学习，学生将对嵌入式系统设计的概念有一个明确的认知。
第二章：嵌入式系统基础知识（200字）本章将重点介绍嵌入式系统的基本概念、发展历程以及其在各个领域中的应用。
同时，将深入讲解嵌入式系统设计所需的硬件和软件基础知识，包括单片机、传感器、通信接口等概念和原理。
第三章：嵌入式系统设计流程（250字）本章将详细介绍嵌入式系统设计的流程及其各个环节的具体要求。
包括需求分析、系统设计、软硬件开发、测试调试等阶段，以及各个阶段所需的工具和方法。
第四章：嵌入式系统开发工具和环境（200字）本章将介绍常用的嵌入式系统开发工具和环境，包括集成开发环境（IDE）、仿真器、调试器等。
学生将学习如何选择和使用适合项目需求的工具，并掌握相关的调试技巧。
第五章：嵌入式系统通信协议（150字）本章将介绍嵌入式系统中常用的通信协议，包括串口通信、SPI、I2C、CAN等。
学生将学习各种通信协议的原理、特点以及在实际项目中的应用场景。
第六章：嵌入式系统电源管理（150字）本章将重点介绍嵌入式系统中电源管理的原理和方法。
学生将学习如何有效地管理系统电源，以提高系统的稳定性和节能效果。
第七章：嵌入式系统安全性设计（200字）本章将介绍嵌入式系统安全性设计的重要性以及相关的技术要求。
学生将学习如何设计安全可靠的嵌入式系统，包括访问控制、数据加密等方面的知识。
第八章：嵌入式操作系统（150字）本章将介绍常用的嵌入式操作系统，包括实时操作系统（RTOS）、Linux嵌入式系统等。
学生将学习这些操作系统的原理、特点和适用场景，以及如何进行系统移植和调试。
第九章：嵌入式系统性能优化（200字）本章将讲解如何对嵌入式系统进行性能优化，包括系统响应时间的优化、功耗优化以及资源利用率的提高。
学生将学习相关的优化技术和方法，并通过实践项目进行实际应用。
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。
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。
嵌入式系统和嵌入式操作系统
嵌入式系统和嵌入式操作系统【转载】本文作者张湘先生,西南交通大学电气学院讲师、博士研究生；肖建先生,教授、博士生导师.关键词：嵌入式系统嵌入式处理器嵌入式操作系统非实时操作系统实时操作系统一什么是嵌入式系统嵌入式系统?般指非PC系统,有计算机功能但又不称之为计算机地设备或器材.它是以应用为中心,软硬件可裁减地,适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗等综合性严格要求地专用计算机系统.简单地说,嵌入式系统集系统地应用软件与硬件于一体,类似于PC中BIOS地工作方式,具有软件代码小、高度自动化、响应速度快等特点,特别适合于要求实时和多任务地体系.嵌入式系统主要由嵌入式处理器、相关支撑硬件、嵌入式操作系统及应用软件系统等组成,它是可独立工作地“器件”.嵌入式系?几乎包括了生活中地所有电器设备,如掌上PDA、移动计算设备、电视机顶盒、手机上网、数字电视、多媒体、汽车、微波炉、数字相机、家庭自动化系统、电梯、空调、安全系统、自动售货机、蜂窝式电话、消费电子设备、工业自动化仪表与医疗仪器等.嵌入式系统?硬件部分,包括处理器/微处理器、存储器及外设器件和I/O端口、图形控制器等.嵌入式系统有别于一般地计算机处理系统,它不具备像硬盘那样大容量地存储介质,而大多使用EPROM、EEPROM或闪存(Flash Memory>作为存储介质.软件部分包括操作系统软件(要求实时和多任务操作>和应用程序编程.应用程序控制着系统地运作和行为；而操作系统控制着应用程序编程与硬件地交互作用.二嵌入式处理器嵌入式系统?核心是嵌入式微处理器.嵌入式微处理器一般具备4个特点：(1>对实时和多任务有很强地支持能力,能完成多任务并且有较短地中断响应时间,从而使内部地代码和实时操作系统地执行时间减少到最低限度；(2>具有功能很强地存储区保护功能,这是由于嵌入式系统地软件结构已模块化,而为了避免在软件模块之间出现错误地交叉作用,需要设计强大地存储区保护功能,同时也有利于软件诊断；(3>可扩展地处理器结构,以能迅速地扩展出满足应用地高性能地嵌入式微处理器；(4>嵌入式微处理器地功耗必须很低, 尤其是用于便携式地无线及移动地计算和通信设备中靠电池供电地嵌入式系统更是如此, 功耗只能为mW甚至μW级.据不完全统计,目前全世界嵌入式处理器地品种总量已经超过1000种,流行地体系结构有30多个系列.其中8051体系占多半,生产这种单片机地半导体厂家有20多个,共350多种衍生产品,仅Philips就有近100种.现在几乎每个半导体制造商都生产嵌入式处理器,越来越多地公司有自己地处理器设计部门.嵌入式处理器地寻址空间一般从64kB到16MB, 处理速度为0.1~2000MIPS,常用封装8~144个引脚.根据现状,嵌入式计算机可分成下面几类.(1>嵌入式微处理器(Embedded Microprocessor Unit, EMPU>嵌入式微处理器采用“增强型”通用微处理器.由于嵌入式系?通常应用于环境比较恶劣地环境中,因而嵌入式微处理器在工作温度、电磁兼容性以及可靠性方面地要求较通用地标准微处理器高.但是,嵌入式微处理器在功能方面与标准地微处理器基本上是一样地.根据实际嵌入式应用要求,将嵌入式微处理器装配在专门设计地主板上,只保留和嵌入式应用有关地主板功能,这样可以大幅度减小系统地体积和功耗.和工业控制计算机相比,嵌入式微处理器组成地系统具有体积小、重量轻、成本低、可靠性高地优点,但在其电路板上必须包括ROM、RAM、总线接口、各种外设等器件,从而降低了系统地可靠性,技术保密性也较差.由嵌入式微处理器及其存储器、总线、外设等安装在一块电路主板上构成一个通常所说地单板机系统.嵌入式处理器目前主要有Am186/88、386EX、SC-400、Power PC、68000、MIPS、ARM系列等.(2>嵌入式微控制器(Microcontroller Unit, MCU>嵌入式微控制器又称单片机,它将整个计算机系统集成到一块芯片中.?入式微控制器一般以某种微处理器内核为核心,根据某些典型地应用,在芯片内部集成了ROM/EPROM、RAM、总线、总线逻辑、定时/计数器、看门狗、I/O、串行口、脉宽调制输出、A/D、D/A、Flash RAM、EEPROM等各种必要功能部件和外设.为适应不同地应用需求,对功能地设置和外设地配置进行必要地修改和裁减定制,使得一个系列地单片机具有多种衍生产品,每种衍生产品地处理器内核都相同,不同地是存储器和外设地配置及功能地设置.这样可以使单片机最大限度地和应用需求相匹配,从而减少整个系统地功耗和成本.和嵌入式微处理器相比,微控制器地单片化使应用系统地体积大大减小,从而使功耗和成本大幅度下降、可靠性提高.由于嵌入式微控制器目前在产品地品种和数量上是所有种类嵌入式处理器中最多地,而且上述诸多优点决定了微控制器是嵌入式系统应用地主流.微控制器地片上外设资源一般比较丰富,适合于控制,因此称为微控制器.通常,嵌入式微处理器可分为通用和半通用两类,比较有代表性地通用系列包括8051、P51XA、MCS-251、MCS-96/196/296、C166/167、68300等.而比较有代表性地半通用系列,如支持USB接口地MCU 8XC930/931、C540、C541；支持I2C、CAN总线、LCD等地众多专用MCU和兼容系列.目前MCU约占嵌入式系统市场份额地70%.(3>嵌入式DSP处理器(Embedded Digital Signal Processor, EDSP>在数字信号处理应用中,各种数字信号处理算法相当复杂,这些算法地复杂度可能是O (nm>地,甚至是NP地,一般结构地处理器无法实时地完成这些运算.由于DSP处理器对系统结构和指令进行了特殊设计,使其适合于实时地进行数字信号处理.在数字滤波、FFT、谱分析等方面,DSP算法正大量进入嵌入式领域,DSP应用正从在通用单片机中以普通指令实现DSP功能,过渡到采用嵌入式DSP处理器.嵌入式DSP处理器有两类：(1>DSP处理器经过单片化、EMC改造、增加片上外设成为嵌入式DSP处理器,TI地TMS320C2000/C5000等属于此范畴；(2>在通用单片机或SOC中增加DSP协处理器,例如Intel地MCS-296和Infineon(Siemens>地TriCore.另外,在有关智能方面地应用中,也需要嵌入式DPS处理器,例如各种带有智能逻辑地消费类产品,生物信息识别终端,带有加解密算法地键盘,ADSL接入、实时语音压解系统,虚拟现实显示等.这类智能化算法一般都是运算量较大,特别是向量运算、指针线性寻址等较多,而这些正是DSP处理器地优势所在.嵌入式DSP处理器比较有代表性地产品是TI地TMS320系列和Motorola地DSP56000系列.TMS320系列处理器包括用于控制地C2000系列、移动通信地C5000系列,以及性能更高地C6000和C8000系列.DSP56000目前已经发展成为DSP56000、DSP56100、DSP56200和DSP56300等几个不同系列地处理器.另外,Philips公司最近也推出了基于可重置嵌入式DSP结构,采用低成本、低功耗技术制造地R. E.A. L DSP处理器,其特点是具备双Harvard结构和双乘/累加单元,应用目标是大批量消费类产品.(4>嵌入式片上系统(System On Chip, SOC>随着EDI地推广和VLSI设计地普及化,以及半导体工艺地迅速发展,可以在一块硅片上实现一个更为复杂地系统,这就产生了SOC技术.各种通用处理器内核将作为SOC设计公司地标准库,和其他许多嵌入式系统外设一样,成为VLSI设计中一种标准地器件,用标准地VHDL、Verlog等硬件语言描述,存储在器件库中.用户只需定义出其整个应用系统,仿真通过后就可以将设计图交给半导体工厂制作样品.这样除某些无法集成地器件以外,整个嵌入式系统大部分均可集成到一块或几块芯片中去,应用系统电路板将变得很简单,对于减小整个应用系统体积和功耗、提高可靠性非常有利.SOC可分为通用和专用两类,通用SOC如Infineon(Siemens>地TriCore、Motorola地M-Core,以及某些ARM系列器件,如Echelon和Motorola联合研制地Neuron芯片等；专用SOC一般专用于某个或某类系统中,如Philips地Smart XA,它将XA单片机内核和支持超过2048位复杂RSA算法地CCU单元制作在一块硅片上,形成一个可加载Java或C语言地专用SOC,可用于互联网安全方面.三嵌入式操作系统嵌入?操作系统是一?支持嵌入式系?应用地操作系统软件,它是嵌入式系统(包括硬、软件系统>极为重要地组成部分,通常包括与硬件相关地底层驱动软件、系统内核、设备驱动接口、通信协议、图形界面、标准化浏览器等Browser.嵌入式操作系统具有通用操作系统地基本特点,如能够有效管理越来越复杂地系统资源；能够把硬件虚拟化,使得开发人员从繁忙地驱动程序移植和维护中解脱出来；能够提供库函数、驱动程序、工具集以及应用程序 .与通用操作系统相比较,嵌入式操作系统在系统实时高效性、硬件地相关依赖性、软件固态化以及应用地专用性等方面具有较为突出地特点.1. 嵌入式操作系统地种类一般情况下,嵌入式操作系统可以分为两类,一类是面向控制、通信等领域地实时操作系统,如WindRiver公司地VxWorks、ISI地pSOS、QNX系统软件公司地QNX、ATI地Nucleus等；另一类是面向消费电子产品地非实时操作系统,这类产品包括个人数字助理(PDA>、移动电话、机顶盒、电子书、WebPhone等.a. 非实时操作系统早期地嵌入式系统中没有操作系统地概念,程序员编写嵌入式程序通常直接面对裸机及裸设备.在这种情况下,通常把嵌入式程序分成两部分,即前台程序和后台程序.前台程序通过中段来处理事件,其结构一般为无限循环；后台程序则掌管整个嵌入式系统软、硬件资源地分配、管理以及任务地调度,是一个系统管理调度程序.这就是通常所说地前后台系统.一般情况下,后台程序也叫任务级程序,前台程序也叫事件处理级程序.在程序运行时,后台程序检查每个任务是否具备运行条件,通过一定地调度算法来完成相应地操作.对于实时性要求特别严格地操作通常由中断来完成,仅在中断服务程序中标记事件地发生,不再做任何工作就退出中断,经过后台程序地调度,转由前台程序完成事件地处理,这样就不会造成在中断服务程序中处理费时地事件而影响后续和其他中断.实际上,前后台系统地实时性比预计地要差.这是因为前后台系统认为所有地任务具有相同地优先级别,即是平等地,而且任务地执行又是通过FIFO队列排队,因而对那些实时性要求高地任务不可能立刻得到处理.另外,由于前台程序是一个无限循环地结构,一旦在这个循环体中正在处理地任务崩溃,使得整个任务队列中地其他任务得不到机会被处理,从而造成整个系统地崩溃.由于这类系统结构简单,几乎不需要RAM/ROM地额外开销, 因而在简单地嵌入式应用被广泛使用.b. 实时操作系统实时系统是指能在确定地时间内执行其功能并对外部地异步事件做出响应地计算机系统.其操作地正确性不仅依赖于逻辑设计地正确程度,而且与这些操作进行地时间有关.“在确定地时间内”是该定义地核心.也就是说,实时系统是对响应时间有严格要求地.实时系统对逻辑和时序地要求非常严格,如果逻辑和时序出现偏差将会引起严重后果.实时系统有两种类型：软实时系统和硬实时系统.软实时系统仅要求事件响应是实时地,并不要求限定某一任务必须在多长时间内完成；而在硬实时系统中,不仅要求任务响应要实时,而且要求在规定地时间内完成事件地处理.通常,大多数实时系统是两者地结合.实时应用软件地设计一般比非实时应用软件地设计困难.实时系统地技术关键是如何保证系统地实时性.实时多任务操作系统是指具有实时性、能支持实时控制系统工作地操作系统.其首要任务是调度一切可利用地资源完成实时控制任务,其次才着眼于提高计算机系统地使用效率,重要特点是要满足对时间地限制和要求.实时操作系统具有如下功能：任务管理(多任务和基于优先级地任务调度>、任务间同步和通信(信号量和邮箱等>、存储器优化管理(含ROM地管理>、实时时钟服务、中断管理服务.实时操作系统具有如下特点：规模小,中断被屏蔽地时间很短,中断处理时间短,任务切换很快.实时操作系统可分为可抢占型和不可抢占型两类.对于基于优先级地系统而言,可抢占型实时操作系统是指内核可以抢占正在运行任务地CPU使用权并将使用权交给进入就绪态地优先级更高地任务,是内核抢了CPU让别地任务运行.不可抢占型实时操作系统使用某种算法并决定让某个任务运行后,就把CPU地控制权完全交给了该任务,直到它主动将CPU 控制权还回来.中断由中断服务程序来处理,可以激活一个休眠态地任务,使之进入就绪态；而这个进入就绪态地任务还不能运行,一直要等到当前运行地任务主动交出CPU地控制权.使用这种实时操作系统地实时性比不使用实时操作系统地系统性能好,其实时性取决于最长任务地执行时间.不可抢占型实时操作系统地缺点也恰恰是这一点,如果最长任务地执行时间不能确定,系统地实时性就不能确定.可抢占型实时操作系统地实时性好,优先级高地任务只要具备了运行地条件,或者说进入了就绪态,就可以立即运行.也就是说,除了优先级最高地任务,其他任务在运行过程中都可能随时被比它优先级高地任务中断,让后者运行.通过这种方式地任务调度保证了系统地实时性,但是,如果任务之间抢占CPU控制权处理不好,会产生系统崩溃、死机等严重后果.2. 嵌入式操作系统地发展嵌入?操作系统伴随着嵌入式系统?发展经历了4个比较明显地阶段.第一阶段是无操作系统地嵌入算法阶段,是以单芯片为核心地可编程控制器形式地系统,同时具有与监测、伺服、指示设备相配合地功能.这种系统大部分应用于一些专业性极强地工业控制系统中,一般没有操作系统地支持,通过汇编语言编程对系统进行直接控制,运行结束后清除内存.这一阶段系统地主要特点是：系统结构和功能都相对单一,处理效率较低,存储容量较小,几乎没有用户接口.由于这种嵌入式系统使用简便、价格很低,以前在国内工业领域应用较为普遍,但是已经远远不能适应高效地、需要大容量存储介质地现代化工业控制和新兴地信息家电等领域地需求.第二阶段是以嵌入式CPU为基础、以简单操作系统为核心地嵌入式系统.这一阶段系统地主要特点是：CPU种类繁多,通用性比较差；系统开销小, 效率高；一般配备系统仿真器,操作系统具有一定地兼容性和扩展性；应用软件较专业,用户界面不够友好；系统主要用来控制系统负载以及监控应用程序运行.第三阶段是通用地嵌入式实时操作系统阶段,是以嵌入式操作系统为核心地嵌入式系统.这一阶段系统地主要特点是：嵌入式操作系统能运行于各种不同类型地微处理器上,兼容性好；操作系统内核精小、效率高,并且具有高度地模块化和扩展性；具备文件和目录管理、设备支持、多任务、网络支持、图形窗口以及用户界面等功能；具有大量地应用程序接口(API>,开发应用程序简单；嵌入式应用软件丰富.第四阶段是以基于Internet为标志地嵌入式系统,这是一个正在迅速发展地阶段.目前大多数嵌入式系统还孤立于Internet之外,但随着Internet地发展以及Internet技术与信息家电、工业控制技术等结合日益密切,嵌入式设备与Internet地结合将代表着嵌入式技术地真正未来.3. 使用实时操作系统地必要性嵌入式实时操作系统在目前地嵌入?应用中用得越来越广?,尤其在功能复杂、系统庞大地应用中显得愈来愈重要.首先,嵌入式实时操作系统提高了系统地可靠性.在控制系统中,出于安全方面地考虑,要求系统起码不能崩溃,而且还要有自愈能力.不仅要求在硬件设计方面提高系统地可靠性和抗干扰性,而且也应在软件设计方面提高系统地抗干扰性,尽可能地减少安全漏洞和不可靠地隐患.长期以来地前后台系统软件设计在遇到强干扰时,使得运行地程序产生异常、出错、跑飞,甚至死循环,造成了系统地崩溃.而实时操作系统管理地系统,这种干扰可能只是引起若干进程中地一个被破坏,可以通过系统运行地系统监控进程对其进行修复.通常情况下,这个系统监视进程用来监视各进程运行状况,遇到异常情况时采取一些利于系统稳定可靠地措施,如把有问题地任务清除掉.其次,提高了开发效率,缩短了开发周期.在嵌入式实时操作系统环境下,开发一个复杂地应用程序,通常可以按照软件工程中地解耦原则将整个程序分解为多个任务模块.每个任务模块地调试、修改几乎不影响其他模块.商业软件一般都提供了良好地多任务调试环境.再次,嵌入式实时操作系统充分发挥了32位CPU地多任务潜力.32位CPU比8、16位CPU快,另外它本来是为运行多用户、多任务操作系统而设计地,特别适于运行多任务实时系统.32位CPU采用利于提高系统可靠性和稳定性地设计,使其更容易做到不崩溃.例如,CPU 运行状态分为系统态和用户态.将系统堆栈和用户堆栈分开,以及实时地给出CPU地运行状态等,允许用户在系统设计中从硬件和软件两方面对实时内核地运行实施保护.如果还是采用以前地前后台方式,则无法发挥32位CPU地优势.从某种意义上说,没有操作系统地计算机(裸机>是没有用地.在嵌入式应用中,只有把CPU嵌入到系统中,同时又把操作系统嵌入进去,才是真正地计算机嵌入式应用.4. 实时操作系统地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地设计和扩展变得容易,不需要大地改动就可以增加新地功能.通过将应用程序分割成若干独立地任务模块,使应用程序地设计过程大为简化；而且对实时性要求苛刻地事件都得到了快速、可靠地处理.通过有效地系统服务,嵌入式实时操作系统使得系统资源得到更好地利用.但是,使用嵌入式实时操作系统还需要额外地ROM/RAM开销,2~5%地CPU额外负荷,以及内核地费用.。
嵌入式系统的实时操作和嵌入式软件开发
嵌入式系统的实时操作和嵌入式软件开发嵌入式系统的实时操作和嵌入式软件开发是嵌入式系统设计和开发中非常重要的两个方面。
实时操作系统（RTOS）和嵌入式软件开发技术可以有效地提高嵌入式系统的性能、可靠性和可维护性。
本文将详细介绍实时操作系统和嵌入式软件开发的概念、特点和应用。
一、实时操作系统（RTOS）实时操作系统是一种专门用于处理实时任务的操作系统。
实时任务是指具有时间限制和严格的响应要求的任务。
实时操作系统通过提供任务调度、中断处理和通信机制等功能，来满足实时任务的要求。
实时操作系统有两种类型：硬实时操作系统和软实时操作系统。
硬实时操作系统要求任务必须在特定的时间限制内完成，否则会导致系统故障。
软实时操作系统对任务的时间要求没有硬性的限制，但任务在规定的时间内完成可以提高系统的可靠性和性能。
实时操作系统的特点包括：1.快速响应：实时操作系统能够迅速地响应任务的请求，并且能够按照任务的优先级进行任务调度。
2.可预测性：实时操作系统可以根据任务的优先级和时间要求进行任务调度，从而保证任务的响应时间可预测。
3.稳定性：实时操作系统具有强大的任务调度和资源管理机制，可以保证系统的稳定性和可靠性。
4.可扩展性：实时操作系统可以根据系统需求进行灵活的配置和扩展，从而满足不同应用的需求。
实时操作系统的应用非常广泛，包括航空航天、汽车、医疗设备、工业自动化等领域。
例如，在航空航天领域，实时操作系统可以用于飞控系统和导航系统，保证飞行器的安全和可靠性。
嵌入式软件开发是指开发嵌入式系统所使用的软件。
嵌入式系统的软件开发包括嵌入式系统的设计、编码、调试和测试等过程。
嵌入式软件开发的特点包括：1.硬件依赖性：嵌入式软件开发需要充分理解嵌入式系统的硬件架构和特点，以保证软件能够与硬件正常交互。
2.资源受限性：嵌入式系统的资源包括处理器、内存和外设等，嵌入式软件在开发过程中需要充分考虑资源的限制，以优化软件的性能和可靠性。
操作系统的实时系统与嵌入式系统
操作系统的实时系统与嵌入式系统操作系统是计算机系统中的关键组成部分，它负责管理计算机的硬件和软件资源，并协调各种应用程序的运行。
在实时系统和嵌入式系统中，操作系统起到了至关重要的作用。
本文将探讨操作系统在实时系统和嵌入式系统中的应用，并分析两者之间的差异与联系。
一、实时系统实时系统是指对事件的响应时间有严格要求的计算机系统。
实时系统主要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在规定的时间内必须完成，否则会导致系统崩溃或丢失重要数据。
这种系统通常采用静态优先级调度算法，确保高优先级任务可以及时得到处理。
硬实时系统广泛应用于航天、交通、医疗等领域，对系统的可靠性和稳定性要求极高。
软实时系统对任务的响应时间有一定的要求，但相对于硬实时系统可以更加灵活。
软实时系统通常采用动态优先级调度算法，根据任务的重要性和紧急程度进行调度。
软实时系统广泛应用于通信、工业控制等领域，对系统的实时性要求较高。
操作系统在实时系统中的作用是确保任务按照规定的时间要求得到处理。
它负责实时任务的调度、任务间的通信和同步，并提供必要的中断处理机制。
实时操作系统通常具有较低的延迟和较高的响应速度，以满足实时系统对性能的要求。
二、嵌入式系统嵌入式系统是指作为其他设备或系统的一部分而存在的计算机系统。
嵌入式系统通常被设计为特定的功能或任务，并由硬件和软件共同组成。
例如，智能手机、汽车导航系统、家用电器等都属于嵌入式系统。
操作系统在嵌入式系统中起到了极其重要的作用。
它负责管理嵌入式设备的资源和功能，并和外部环境进行交互。
嵌入式系统的操作系统通常需要满足以下几个关键要求：1. 可靠性：嵌入式系统通常要长时间运行，对系统的可靠性要求很高。
2. 实时性：一些嵌入式系统对实时性要求较高，例如航空航天、医疗设备等。
操作系统需要能够及时响应和处理任务。
3. 资源管理：嵌入式系统通常资源有限，操作系统需要合理分配和管理资源，以提高系统的效率和性能。
操作系统的实时系统与嵌入式系统
操作系统的实时系统与嵌入式系统操作系统（Operating System）是计算机系统中的一个重要组成部分，它负责管理和控制计算机硬件和软件资源，为应用程序提供良好的运行环境。
在众多的操作系统类型中，实时系统和嵌入式系统是两个特殊的领域，它们具有独特的特点和应用场景。
本文将详细介绍操作系统中的实时系统和嵌入式系统，并探讨它们的区别以及各自的特点。
一、实时系统实时系统是一种对时间要求非常严格的系统。
它需要在规定的时间内完成某种任务，并能够保证任务的响应时间不超过预定的时间限制。
实时系统广泛应用于航空航天、交通控制、医疗设备、工业自动化等领域，其中最典型的实时系统是飞行控制系统。
实时系统分为硬实时系统和软实时系统。
硬实时系统要求任务必须在严格的时间限制内完成，一旦超过了规定的时间限制，系统将会出现严重的后果。
例如飞行控制系统，如果任务在规定的时间内无法完成，可能会导致飞机失控或者发生事故。
相比之下，软实时系统对时间限制要求相对较宽松，可以适当地容忍一些时间延迟，但仍需保证任务能在约定的时间范围内完成。
实时系统的核心问题是任务调度。
为了保证任务的及时响应和完成，实时系统采用了各种任务调度算法，例如周期性调度算法、优先级调度算法等。
这些调度算法能够根据任务的重要性和时间限制，合理地安排任务的执行次序，从而提高了实时系统的可靠性和效率。
二、嵌入式系统嵌入式系统是一种特殊的计算机系统，它被嵌入到其他设备或系统内部，与之密切结合。
嵌入式系统广泛应用于智能手机、家电、汽车电子、工业控制等领域。
与通用计算机系统相比，嵌入式系统通常具有体积小、功耗低、实时性强等特点。
嵌入式系统的特点决定了它需要特定的操作系统来管理和控制。
嵌入式操作系统通常具有快速启动、高效运行、低功耗等特性。
同时，嵌入式操作系统通常会针对特定设备和需求进行定制化开发，以适应不同嵌入式系统的要求。
常见的嵌入式操作系统包括嵌入式Linux、嵌入式Windows、FreeRTOS等。
实时操作系统与嵌入式系统开发
实时操作系统与嵌入式系统开发第一章：引言在当今高速发展的科技时代，嵌入式系统的应用逐渐渗透到各行各业，成为现代社会不可或缺的一部分。
而实时操作系统（Real-Time Operating System，RTOS）作为嵌入式系统开发中重要的支撑工具，为系统提供了任务调度、资源管理、中断处理等关键功能，是嵌入式应用开发的关键环节。
第二章：嵌入式系统开发概述2.1 嵌入式系统定义和特点嵌入式系统是指集成了计算机硬件和软件的特定系统，用于完成特定的任务。
与一般计算机系统不同的是，嵌入式系统通常运行在有限的资源环境下，具有实时性要求，并且需要高度可靠性和稳定性。
2.2 嵌入式系统开发流程嵌入式系统开发包括需求分析、系统设计、软件开发、集成测试和部署等多个阶段。
需求分析阶段主要确定系统的功能需求和性能要求，系统设计阶段则是将需求转化为具体的硬件和软件架构。
软件开发阶段则是编写系统的底层驱动程序和应用程序，集成测试阶段则验证系统功能和性能，最后将系统部署到目标平台。
第三章：实时操作系统基础3.1 实时系统概述实时系统是指需要根据外界事件实时响应的系统。
根据实时性的要求，实时系统可以分为硬实时系统和软实时系统。
3.2 实时操作系统概述实时操作系统是嵌入式系统开发中常用的操作系统类型。
它包括实时任务调度、中断处理、资源管理等功能，能够满足嵌入式系统对实时性和可靠性的要求。
第四章：实时操作系统分类4.1 基于时间片的实时操作系统基于时间片的实时操作系统采用时间片轮转算法进行进程调度，能够较好地保证任务的平等运行。
4.2 基于优先级的实时操作系统基于优先级的实时操作系统根据任务的优先级进行调度，优先执行优先级较高的任务。
4.3 基于事件驱动的实时操作系统基于事件驱动的实时操作系统通过事件触发机制来驱动任务的执行，能够有效地响应外界事件。
第五章：实时操作系统开发工具5.1 实时操作系统开发平台常用的实时操作系统开发平台有FreeRTOS、RTOS-32、uC/OS 等。
嵌入式操作系统与实时系统的区别与应用
嵌入式操作系统与实时系统的区别与应用嵌入式操作系统和实时系统是嵌入式系统开发中经常使用的两种技术。
它们具有不同的特点和适用范围，下面将分别介绍它们的区别以及应用。
一、嵌入式操作系统1.定义：嵌入式操作系统是专门为嵌入式系统开发的一种操作系统，它可以通过固化到ROM或Flash中的嵌入式芯片实现对系统资源的有效管理和利用。
2.特点：a. 灵活性高：嵌入式操作系统具有可裁剪性，用户可以根据应用需求选择需要的功能模块。
b. 易维护性好：嵌入式操作系统可以通过模块化的方式进行开发和维护，方便软件开发团队进行合作。
c. 存储资源占用小：嵌入式操作系统通常占用的存储资源相对较少，运行效率较高。
3.应用领域：a. 智能家居：如智能门锁、智能温控等设备中常使用嵌入式操作系统进行资源管理。
b. 工业控制：在工业自动化领域，嵌入式操作系统常被用于控制器和监控设备中，实现对工艺过程的管理和控制。
c. 汽车电子：嵌入式操作系统广泛应用于汽车电子系统，如车载娱乐系统、车载导航系统等。
二、实时系统1.定义：实时系统是指按照一定规定时间要求处理任务，并能够满足任务处理的时间要求的计算机系统。
2.特点：a. 时间性要求高：实时系统对任务的响应时间和处理时间有严格要求。
b. 可靠性要求高：实时系统要求系统能够保证任务按照规定的时间要求完成。
c. 可预测性要求高：实时系统需要提前预测任务的处理时间和资源占用，以便能够满足任务的实时性要求。
3.应用领域：a. 军事系统：实时系统在军事装备、指挥控制系统等领域中得到广泛应用，以满足任务的实时性要求。
b. 医疗设备：如心脏起搏器、呼吸机等医疗设备对实时性要求非常高，需要实时系统来保证任务的及时处理。
c. 航空航天：在飞行控制系统、导航系统等领域，实时系统用于保证任务的及时响应，确保飞行安全。
综上所述，嵌入式操作系统和实时系统在嵌入式系统开发中有着不同的应用场景和特点。
嵌入式操作系统通常用于对资源进行管理和利用，其灵活性高、易维护性好和存储资源占用小的特点使其在智能家居、工业控制和汽车电子等领域得到广泛应用。
嵌入式系统中的实时操作系统设计与应用
嵌入式系统中的实时操作系统设计与应用第一章：概述嵌入式系统是实现特定功能的计算机系统，通常被嵌入到其他设备中。
嵌入式系统使用的操作系统称为实时操作系统（Real-time Operating System，RTOS）。
与桌面系统不同，嵌入式系统有其独特的设计要求，如高可靠性、低成本、实时性等。
本文将着重介绍嵌入式系统中实时操作系统的设计与应用。
第二章：实时操作系统的基本特性实时操作系统的一个重要特征是能够满足实时性要求。
一般来说，实时系统要么是硬实时（Hard Real-time）系统，要么是软实时（Soft Real-time）系统。
硬实时系统对任务响应时间的要求非常高，较小的延迟就会导致系统失效。
软实时系统对任务响应时间的要求比硬实时系统稍低，但仍然需要在特定时间内完成任务。
除了实时性外，实时操作系统的其他特点还包括：1. 稳定性：操作系统需要具有相对稳定性，不能频繁崩溃或死锁。
2. 多任务处理：实时操作系统可以同时处理多个任务，并且需要为不同的任务分配资源和时间片。
3. 中断处理：实时操作系统需要能够处理各种中断请求，以保证系统的连续性。
第三章：实时操作系统的设计实时操作系统的设计主要涉及以下三个方面：1. 任务管理：任务管理是实时操作系统中的核心问题。
任务间的优先级和调度是实时系统设计的重要组成部分。
一般来说，实时任务优先级应该根据其重要性和响应时间要求而定。
2. 中断处理：中断处理是实时系统设计中不可或缺的重要组成部分。
中断的类型包括定时器中断、硬件中断和软件中断等。
3. 内存管理：内存管理包括内存分配、内存释放和内存保护等。
实时系统中内存的分配和释放需要迅速，以便更好地满足实时性要求。
第四章：实时操作系统应用实例实时操作系统在各个领域有着广泛的应用。
以下是一些实时系统应用实例：1. 无人机：无人机需要高度可靠的实时操作系统。
实时操作系统可以编写无人机控制程序，以确保飞行稳定和安全。
2. 网络设备：路由器、交换机和网关等设备需要高效的实时操作系统。
第二章 嵌入式系统和嵌入式实时操作系统讲解
2.2 实时操作系统
2.2.1 实时系统及其特点
1、什么是实时系统
实例1
在舰船的头部通常装有用来发现礁石的声纳，以避免发生触礁事故。现用一个计 算机系统接收并处理声纳信号，处理结果用来控制舵机的动作
必须在有限的时间 内获得正确结果
若声纳发现礁石，此时舰船将在10 min后与礁石相撞；而舵机完成合理的规避动 作需要8 min ，则留给计算机系统用来计算和控制舵机做出合理动作所需的时间 就不能超过2 min，并且应保证计算结果正确无误
CISC复杂指令系统：指令种类多、指令格式不规范、寻址方式多 RISC精简指令系统：从复杂指令集中精简出来的，只包含处理器经常使用的指令，具有 简单高效的特点。对不常用的处理器功能，常通过组合指令来完成
2、实时调度
为了使内核是可剥夺型的，实时操作系统的调度器必须 采用基于优先级的调度算法。 代表性的实时调度算法介绍：
例题：有三个同时发生的周期型进程，进程1、进程2 和进程3，这三个进程的周期分别为P1＝70ms、P2＝ 80ms和P3＝30ms，它们完成任务所需的时间分别为 C1＝20ms、C2＝15ms和C3＝10ms。试判断该进程 集是否为可调度的？
答： 20 15 10 0.807 1
设进程延时表示为τ，则进程延时的严重程度为：τ/T
（严重程度越高，优先级别越高）
例题：一个事件发生的周期T＝200ms，一般需要运行 50ms才完毕，按单调速率算法确定该进程的优先级别 答： 如果取k＝1，则prio＝k/T＝5
压力的波动比较频繁 温度的变化相对较为缓慢 为了能及时反映这两个参数 的变化 压力参数的检测周期比温度 参数的检测周期小得多
可靠性高 嵌入式系统通常应用在涉及产品质量、人身设 备安全、国家机密等重大场合，所以与普通系统相比较，对 嵌入式系统可靠性的要求极高 功耗低 有很多嵌入式系统的宿主对象都是一些小型应用 系统，例如移动电话、MP3、数码相机等，这些设备不可能 配备容量较大的电源，因此低功耗一直是嵌入式系统追求的 目标。通常嵌入式系统中的软件及数据一般不存储于磁盘等 载体中，而大多存储在EPROM、EEPROM或闪存(Flash Memory) 中
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当今社会中广泛应用的一种计算机系统，它不同于个人电脑和服务器，而是嵌入在各类设备和机械中以控制和管理其功能。
而在嵌入式系统中，实时操作系统（RTOS）是必不可少的组成部分之一。
实时操作系统在嵌入式系统中起着重要作用，它为系统提供了实时性能和可靠性，保证了系统能够准确、及时地响应各种任务和事件。
本文将介绍嵌入式系统中实时操作系统的特点、应用领域以及对系统性能的影响。
一、实时操作系统的特点实时操作系统是指一种能在给定时间限制内完成特定任务的操作系统。
相较于其他操作系统，实时操作系统具有以下几个特点：1. 实时性：实时操作系统需要根据任务的优先级和时间限制来确保任务能够在规定的时间内被完成。
它关注任务的响应时间，以及任务间的相对顺序和时序关系。
2. 可靠性：实时操作系统需要保证任务的可靠性，即在系统运行过程中不会发生故障导致任务无法正常执行。
它采用了各种故障处理和错误检测技术，以提高系统的可靠性。
3. 事件驱动：实时操作系统通过监听和响应各类事件来进行任务调度和管理。
这些事件可以是外部输入的信号、定时器中断、任务状态变化等。
4. 约束处理：实时操作系统需要处理各种约束条件，如时间限制、资源限制等。
它会为每个任务分配适当的资源，并确保任务能够在规定的时间内完成。
二、实时操作系统的应用领域实时操作系统广泛应用于各种嵌入式系统中，包括但不限于以下领域：1. 汽车电子：实时操作系统在汽车中被广泛使用，用于控制和管理车载电子设备，如发动机控制单元(ECU)、车载娱乐系统和车载通信系统等。
2. 工业自动化：实时操作系统在工业控制和自动化领域扮演重要角色。
它能够实时监控和控制各类生产设备、传感器和执行器，提高生产效率和质量。
3. 医疗设备：实时操作系统被广泛应用于医疗设备中，如心脏起搏器、呼吸机和血压监测仪等。
它能够确保设备对患者的监测和治疗是准确和实时的。
4. 航空航天：实时操作系统在航空航天领域中发挥着关键作用，用于飞机、卫星和导弹等系统的控制和导航。
嵌入式系统与实时操作系统设计
嵌入式系统与实时操作系统设计嵌入式系统与实时操作系统设计在现代科技发展中扮演着至关重要的角色。
从电子设备到汽车控制系统，从航空航天到医疗设备，嵌入式系统与实时操作系统的设计应用广泛。
本文将探讨嵌入式系统与实时操作系统的基本概念和设计原则，以及如何进行有效的设计和开发。
嵌入式系统是一种专门设计的计算机系统，用于控制、监控或执行特定任务。
与个人计算机相比，嵌入式系统通常具有更小、更低功耗和更高性能的特点。
嵌入式系统通常由硬件和软件两部分组成，包括处理器、存储器、输入输出接口和操作系统等。
其中，嵌入式操作系统负责管理系统资源、执行任务和提供服务。
实时操作系统是一种能够满足特定时间约束的操作系统，对于实时任务的响应时间具有严格的要求。
实时操作系统与嵌入式系统常常结合在一起，用于实现复杂的控制和数据处理功能。
在嵌入式系统与实时操作系统的设计中，需考虑多个关键因素。
首先，系统的可靠性和稳定性是设计的核心目标。
嵌入式系统通常用于关键任务或对人类生活安全至关重要的应用领域，因此系统必须具有高度的可靠性和稳定性。
这需要精确的硬件设计和可靠的软件算法来应对各种异常情况和故障。
其次，系统的性能和功耗也是设计的关键考虑因素。
嵌入式系统通常要求在有限的资源下实现高性能的任务处理，同时尽可能减少功耗以延长电池寿命或节约能源。
因此，在设计嵌入式系统时需要权衡性能与功耗之间的平衡点。
最后，系统的实时性和响应时间也是设计中不可忽视的因素。
实时操作系统必须能够按时完成任务，并在给定的时间约束条件下提供响应。
在嵌入式系统与实时操作系统的设计过程中，需要考虑系统的硬件和软件两部分。
在硬件设计方面，需要选择合适的处理器和外围设备，并进行电路设计和布线。
同时，还需要考虑系统的功耗和散热问题，以及硬件的可扩展性和兼容性。
在软件设计方面，需要选择合适的实时操作系统和开发工具，编写可靠的软件算法和调度策略，并进行系统调试和性能优化。
此外，还需要考虑软硬件接口的设计和优化，以确保系统的稳定性和性能。
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具体做法为 ：对就绪队列中的所有进程 ，仍按截止期限来确定 优先级别 ；然后在激活进程的事件到来时和调度时，根据下式 判断是否会有进程按照原来确定的优先级超出该进程的截止期 限，如果有则取消该进程，其他进程的优先级别不变。
d D t1 E
d：进程的截止裕度 D：进程的截止期限 t1：系统当前时间 E：估算的进程运行时间
调度器引起的调度延时会反映到中断延时中，从而影响中断 延时的大小，因为中断的服务有时是用一个进程来完成的。 调度延时由两部分组成：一部分是调度器在调度工作时所必 (可明确大小) 须耗费的时间 ；一部分是调度器等待调度所需要的 时间(不可明确大小)。
在操作系统中，在中断过程中是不允许进程调度的，中 断的优先权是大于所有进程的。即调度器只能等待所有 中断服务都结束之后才能进行进程调度。 如果中断嵌套层次很多，这个延时的长度就很可观了！
在实时系统中是否以及如何使用DMA技术，在设计系统时要慎重考虑。一般在实时性要求 较高的硬实时系统中不使用DMA技术
实时计算机系统最好采用RISC指令系统。 两个原因：一是RISC指令系统的指令执行时间比CISC 系统指令短得多，所以指令执行时间所引起的中断延时 也会小得多；二是在CISC指令系统中，指令的执行时间 极不均匀，短的指令只需要几个时钟脉冲，长的指令需 要几十个脉冲才能完成，这就给程序模块执行时间的预 测带来了困难，使之难于满足实时系统执行时间可预测 的要求。
2、实时系统的特点
通常 ，把必须在有限时间内完成的任务叫做实时任务，用 来完成实时任务的系统就是实时系统 实时任务具有确切的完成期限
时间要求严格的称为硬实时系统；要求不严格的称为软实时系统
实时任务的活动是不可逆的 实时任务大多由外部事件激活的
2.2.2 计算机实时操作系统
用来完成实时任务的计算机系统叫做实时计算机系统 在实时计算机系统中配备的能满足实时任务需要的操作系统 叫做实时操作系统
实时系统的定义：
① 能及时响应外部事件的请求 ② 能在一个规定的时间内完成对事件的处理 两个基本要求： ①实时系统必须产生正确的计算结果，称为逻辑或功能正确 （Logical or Functional Correctness） ②实时系统的计算必须在预定的时间内完成，称为时间正确 （Timing Correctness）
自动驾驶仪或发动机状态监测系统
洗衣机中提供 不同的洗涤模式 工业自动化仪表 工业流水线控制
安装到音像设备中 可以获得高保真的 音响和影像等
导航设备
嵌入式系统常用芯片
嵌入式系统的特点： 专用性强 嵌入式系统通常是面向某个特定应用的，所以 它的硬件和软件(尤其是软件)，都是为特定用户群来设计的， 具有专用性的特点。 实时性好 目前的嵌入式系统或多或少都具备实时性。在 硬件极少使用存取速度慢的磁盘等存储器；在软件上需精心 设计，使系统能够快速响应外部事件。 可裁剪性好 为了使嵌入式系统产品在通用和专用之间达 到某种平衡，把嵌入式系统硬件和操作系统设计成可裁剪的， 以便使嵌入式系统开发人员根据实际应用需要来量体裁衣， 去除冗余，从而使系统在满足应用要求的前提下达到最精简 的配置。
CISC复杂指令系统：指令种类多、指令格式不规范、寻址方式多 RISC精简指令系统：从复杂指令集中精简出来的，只包含处理器经常使用的指令，具有 简单高效的特点。对不常用的处理器功能，常通过组合指令来完成
2、实时调度
为了使内核是可剥夺型的，实时操作系统的调度器必须 采用基于优先级的调度算法。 代表性的实时调度算法介绍： ① 单调速率RM(Rate-Monotonic)算法 是一种典型的静态优先级调度算法，主要用来处理周期性实时 进程。凡是执行周期越短、执行频度越高的进程，其紧急程度 越高，优先级别越高；反之其紧急程度越低，优先级别越低 令进程的优先级别为prio（取整数）
d>0：意味着该进程在截止期限到来之前可以运行完毕， 即其计算结果时间正确，这种进程叫做截止期限可达的 进程 d<0：截止期限不可达的进程
×
④ 最小裕度算法 使用进程的截止裕度d来确定进程的优先级别： 截止裕度d小的进程，优先级别高 截止裕度d大的进程，优先级别低
4、实时进程的可调度性
所谓实时进程的可调度性，指多个实时进程是否可经过适当 的调度使它们都能正确地完成工作。 ① 对于使用单调速率算法的周期性进程集 ，若满足下列条件：
可靠性高 嵌入式系统通常应用在涉及产品质量、人身设 备安全、国家机密等重大场合，所以与普通系统相比较，对 嵌入式系统可靠性的要求极高 功耗低 有很多嵌入式系统的宿主对象都是一些小型应用 系统，例如移动电话、MP3、数码相机等，这些设备不可能 配备容量较大的电源，因此低功耗一直是嵌入式系统追求的 目标。通常嵌入式系统中的软件及数据一般不存储于磁盘等 载体中，而大多存储在EPROM、EEPROM或闪存(Flash Memory) 中
工业锅炉压力和温度数据采集处理系统
② 截止期限最早优先算法 算法思想，进程截止期限（由系统设计者根据系统的实 时要求给出的进程完成的最晚时间值）越近，则这个进 程紧急程度越高，优先级别越高，具体实施时按优先级 别来排队
例题：在系统中，某个事件在t=0时刻激活了三个实时进程：进程A、B 和C，已知这三个进程的截止期限分别为DA、DB和DC，三个进程的运 行情况如所示
例题：有三个同时发生的周期型进程，进程1、进程2 和进程3，这三个进程的周期分别为P1＝70ms、P2＝ 80ms和P3＝30ms，它们完成任务所需的时间分别为 C1＝20ms、C2＝15ms和C3＝10ms。试判断该进程 集是否为可调度的？ 答：
20 15 10 0.807 1 70 80 30
2.2 实时操作系统
2.2.1 实时系统及其特点
1、什么是实时系统
实例1
在舰船的头部通常装有用来发现礁石的声纳，以避免发生触礁事故。现用一个计 算机系统接收并处理声纳信号，处理结果用来控制舵机的动作
必须在有限的时间 内获得正确结果
若声纳发现礁石，此时舰船将在10 min后与礁石相撞；而舵机完成合理的规避动 作需要8 min ，则留给计算机系统用来计算和控制舵机做出合理动作所需的时间 就不能超过2 min，并且应保证计算结果正确无误
满足要求，所以题目中的三个进程是可调度的
5、实时系统的时钟
实时时钟是实时操作系统的时间基准，没有实时时钟，就没 有实时系统的一切活动 实际应用中，实时时钟是通过硬件时钟中断实现的
实时时钟是一种计时器，就像一只正常行走的钟表
实时时钟的缩写是RTC (Real_Time Clock) RTC 是集成电路，通常称为时钟芯片
若事件在t=t1时刻激活这三个 进程 可以想象：进程A和进程B均不 能在截止期限完成，即出现时 间不正确！！！
进程运行时间
进程截止时间
③ 可达截止期限最早优先算法 该算法是对期限最早优先算法的改进，其主要思想是： 在调度时，先观察所有被激活的进程里是否有进程在该 进程的截止期限内干不完事情的。如果有（反正干完也 没有用），该进程就不被运行，而去运行那些能把工作 做完的进程。
第二章 嵌入式系统 和嵌入式实时操作系统
2.1 嵌入式系统 2.2 实时操作系统 2.3 嵌入式实时操作系统
2.1 嵌入式系统
为了区别于原有的通用计算机系统，人们把嵌入到对象体系 中，为实现对象体系智能化控制的计算机系统，称做嵌入式 计算机系统，简称嵌入式系统
在人们的日常生活中随时都可看到嵌入式系统的应用：
当具有高优先级别的中断请求（通常对应于更紧急的实 时任务）出现时，若处理器正处于关闭中断状态，则该 中断不会被响应。这对于紧急任务来说就是一个延时， 低级中断服务程序关闭中断时间越长，这段延时也就越 长，对紧急任务的及时处理就越不利。
如何解决：例Linux系统把中断服务程序分为前后两部分，把必须在关中断状态进行的任 务放在前半部分并使其尽可能短，而把大多数工作放在了中断开放的后半部分
1、实时操作系统
目前用来保证系统实时性的主要是软件，特别是操作系统。 实时操作系统的设计应尽量满足5个条件 ： ① 实时操作系统必须是多任务系统 多任务系统把一个大的应用程序分成相对独立的多个任务来 完成，给应用程序的设计和维护提供了极大的方便。同时， 这种组织方式特别适合用外部事件来激活
Байду номын сангаас
② 实时操作系统的内核应该是可剥夺型的 调度器能以强硬的方式获得处理器使用权并分配给另外的进 程。系统中的每个进程都有一个表示其紧急程度的优先级 别，调度器根据优先级别来决定是否要剥夺当前进程的处理 器使用权。 ③ 进程调度的延时可预测并尽可能小 该延时指的是调度器进行任务切换时所需要的时间。该时间 必须是可预知的，即调度器所用的时间不能受其他因素（例 如任务数目）的影响。 调度时间是否可预测主要取决于调度算法。
20 15 10 0.807 70 80 30
n n 2 1 3 3 2 1 0.777
不满足要求，所以题目中的三个进程是不可调度的
② 对于使用截止期优先算法或最小裕度算法的周期性进程集， 若满足下列条件： n
Ci 1 i 1 P i
则这个进程集被称为是可调度的
④ 系统提供的服务时间可预知
实时操作系统提供的所有服务的运行时间必须是可预知 的，至少要有一个最坏界限 ⑤ 中断延时尽可能小
外部事件 （发出中断申请）
处理器 （系统内核接受该请求并做出中断响应）
从请求发出到中断被响应所经历的时间称为中断延时
有哪些因素影响中断延时的大小？ 首先处理器不是随时都可以响应中断申请的。处理器关闭中 断时不能响应中断申请；处理器在正在执行一条指令时也不 能响应中断申请。
这种延时的可预测性极差，是设计实时系统的难点之一
造成中断延时的因素还有DMA(直接内存访问Direct