哈工大嵌入式操作系统课件
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哈工大嵌入式操作系统课件—4_vxworks嵌入式操作系统
Watchdog Timers Calls
wd***()函数
WDOG_ID wdCreate (void) 创建一个看门狗定时器
返回值：如果成功则返回该看门狗定时器的ID， 否则返回ERROR。
wd***()函数
STATUS wdStart ( WDOG_ID wdId, int delay, FUNCPTR pRoutine, int parameter)
STATUS msgQSend ( MSG_Q_ID msgQId, char * buffer, UINT nBytes, int timeout, int priority)
发送一个消息到消息队列 msgQId ：接收消息的队列ID buffer：待发送消息存放的缓存 nBytes：消息长度（字节） timeout：任务期望等待的tick数
将写全局和变量的代码作为临界区，使用互斥 机制进行保护。
Task Variables
任务间通信
共享数据结构 互斥机制 信号量 消息队列 管道 基于网络的任务间通信 信号
共享数据结构
Global variables Pointers Linear buffers Ring buffers Linked lists
抢占锁
Less restrictive form of mutual exclusion. 除ISR外，任务调度被禁止。 在调用taskLock()的函数离开临界区前，任何
其他任务都不能执行，除非该任务进入等待态。
信号量
VxWorks提供的最快速的任务间通信机制。 存在3类信号量：
- Binary - Mutual exclusion - Counting
A subroutine is reentrant if a single copy of the routine can be called from several task contexts simultaneously without conflict.
【第4章】嵌入式操作系统原理精品PPT课件
实际调度模型
先来先服务 FCFS 最短任务优先调度 基于优先级的非抢占式调度
18
非抢占式调度
低优先级任务
(1)
(2)
(4)
高优先级任务
t0
ISR
t1
(3)
t2
等待态 运行态
时间
(5)
(6) 低优先级任务释 放CPU使用权
t3 t4
(7)
就绪态 被中断态
19
非抢占式调度
低优先级任务
(1)
(2)
(4)
suspended -> pended
taskResume() [shell] tr
suspended -> delayed
taskResume() [shell] tr
4.2.2 任务调度和管理
操作系统内核负责为对任务进行调度和管理；
为每个任务分配CPU时间； 负责任务切换工作； 按照一定的策略，在就绪态任务列表中选择一个任 务执行； 负责任务间的同步和通信。
43
优先级反转的解决方法
Thigh
t0
t1
t2 t3 时间 t4
t5 运行态
Tmedium
就绪态
Tlow
等待态
空闲
T3拥有
T1拥有
空闲
t0: Tlow获得资源 t1: Thigh抢占Tlow，Tlow进入就绪态 t2: Thigh试图获得资源锁，Thigh进入等 待态，Tlow优先级升高，Tlow运行
(5)
高优先级任务
t0
ISR
t1
(3)
t2
中断服务程序 使高优先级任
务就绪
时间
(6)
低优先级任务释 放CPU使用权
先来先服务 FCFS 最短任务优先调度 基于优先级的非抢占式调度
18
非抢占式调度
低优先级任务
(1)
(2)
(4)
高优先级任务
t0
ISR
t1
(3)
t2
等待态 运行态
时间
(5)
(6) 低优先级任务释 放CPU使用权
t3 t4
(7)
就绪态 被中断态
19
非抢占式调度
低优先级任务
(1)
(2)
(4)
suspended -> pended
taskResume() [shell] tr
suspended -> delayed
taskResume() [shell] tr
4.2.2 任务调度和管理
操作系统内核负责为对任务进行调度和管理；
为每个任务分配CPU时间； 负责任务切换工作； 按照一定的策略，在就绪态任务列表中选择一个任 务执行； 负责任务间的同步和通信。
43
优先级反转的解决方法
Thigh
t0
t1
t2 t3 时间 t4
t5 运行态
Tmedium
就绪态
Tlow
等待态
空闲
T3拥有
T1拥有
空闲
t0: Tlow获得资源 t1: Thigh抢占Tlow，Tlow进入就绪态 t2: Thigh试图获得资源锁，Thigh进入等 待态，Tlow优先级升高，Tlow运行
(5)
高优先级任务
t0
ISR
t1
(3)
t2
中断服务程序 使高优先级任
务就绪
时间
(6)
低优先级任务释 放CPU使用权
嵌入式操作系统1精品PPT课件
前后台系统 （后台循环、前台中断）
后台
前台
ISR
时间
ISR
ISR
有操作系统的情形
应用 软件层
WWW 浏览器
中间 件层
嵌入式 CORBA
MP3 播放器
嵌入式 JAVA
操作 系统层
TCP/IP 网络系统
设备 驱动层
板级 初始化
文件 系统
以太网 驱动
…
电子
邮件
嵌入式 DCOM
面向领域 的中间件
内核
嵌入式 GUI
单体结构
最常用的组织结构；
应用软件
整个系统只有一个可 执行文件，包含所有 的操作系统组件；
单体内核
文件I /O 存储管理 进程管理 I/O驱动 存储驱动 中断驱动
系统的结构就是无结
硬件
构，由一组函数组成，
相互之间可以随意地
调用。
分层结构
一个操作系统被划分 为若干个层次 （0..N），各个层次 之间的调用关系是单 向的，即某一层次上 的代码只能调用比它 低层的代码。
I/O驱动 存储驱动 中断驱动
硬件
C/OS-II的文件结构
计算机操作系统的功能
任务管理
存储管理 存储
任务表
分配表
文件管理
表 处理总器的之管理，需要一大堆 文件
目录
操作系统
网络和通信的 管理
设备表
I/O设备管理
操作系统中经常使用 的数据结构（数组）
数组
1。同一数据类型数据 的集合；
a
2。占用连续内存空间； a+1
硬实时和软实时
• 硬实时：响应时间超过规定时限将导致灾 难性后果的实时系统
操作系统课件
Operating System
22
哈工大计算机科学与技术学院
进程状态转换
在进程执行过程中，其状态会不断变化
运行
一个CPU上正 在执行的进程
就绪
准备运行的进程
Harbin Institute of Technology
Operating System
23
哈工大计算机科学与技术学院
进程状态转换
(1) 就绪 (2) 运行 运行: 该进程被配遣(Dispatch) 就绪: 运行并中断，如时间片用完
将其它资源加以限制后分配给不同的进程
如内存映射: Give each process their own address space 内核/用户模式: Arbitrary multiplexing of I/O through system calls
Harbin Institute of Technology
Harbin Institute of Technology
Operating System
16
哈工大计算机科学与技术学院
进程 vs. 程序
程序: 代码 + 数据
是静态的
int c; int main() { printf(“hello”); }
进程是程序关于某数据集 stack 上的一次运行活动
Harbin Institute of Technology
Operating System
7
哈工大计算机科学与技术学院
并发引出的问题
多个用户对资源的共享
单一的CPU,单一的DRAM,单一的I/O设如何分配 如何让用户(程序员)感觉到是独占机器
操作系统需要协调所有的活动
第六节-嵌入式操作系统1PPT课件
据类型数 struct Student{
据的集合； int age;
2。占用连 char*name;
续内存空 char sex;
间；
};
使用上的特点：
1。不分类存 放，但用来描 述同一事物； 2。检索速度 快且恒定；
2021
22
操作系统中经常使用 的数据结构（链表）
struct Student{
两个元素的链表
2021
35
μC/OS-II中 的任务管理
2021
36
正在运行的任务，需要
等待一段时间或需要等
待一个事件发生再运行
时，该任务就会把CPU
任务在没有被配备
的使用权让给别的任务
任务控制块或被剥 夺了任务控制块时
。 一个正在运行的
而使任务进入任等务待一状旦态响应中
的状态叫做任务的
断申请就会中止
任务的状态及其转换 睡眠状态
运行而去执行中 断服务程序，这 时任务的状态叫
做中断服务状态
系统为任务配备 了任务控制块且 在任务就绪表中 进行了就绪登记， 这时任务的状态 叫做就绪状态。
2021
处于就绪状态的 任务如果经调度 器判断获得了 CPU的使用权， 则任务就进入运
行状态
37
void MyTask(void *pdata)
切换？ 并简单发地：说，由就同是一能用个一处个理处器理并轮器发示过换意程地图
运并行发多（个注程意序，。不或是者同说时是由！多）个
程地运序行轮多班个地程占序的用计处算理机器管理这系个统资。源。 且在占用这个资源期间，并不一
定能够把程序运行完毕。
2021
26
程序的切换（两句话）
嵌入式操作系统ppt课件
可编辑ppt
5
ARM－Advanced RISC Machines
ARM（Advanced RISC Machines），既可以认 为是一个公司的名字，也可以认为是对一类微 处理器的通称，还可以认为是一种技术的名字。
ARM公司是专门从事基于RISC技术芯片设计开
发的公司，作为知识产权供应商，本身不直接
2、支持Thumb（16位）/ARM（32位）双指令 集，能很好的兼容8位/16位器件；
3、大量使用寄存器，指令执行速度更快；
4、大多数数据操作都在寄存器中完成；
5、寻址方式灵活简单，执行效率高；
6、指令长度固定；
可编辑ppt
7
ARM微处理器系列
ARM微处理器目前包括下面几个系列，以及其它 厂商基于ARM体系结构的处理器，除了具有ARM 体系结构的共同特点以外，每一个系列的ARM微 处理器都有各自的特点和应用领域。
M取至Multiplier，表示具备32bit硬件乘法器。
I取至ICE，表示支持Embedded-ICE接口，可 进行在线仿真。
可编辑ppt
10
ARM微处理器的寄存器结构
ARM处理器共有37个寄存器，被分为若 干个组（BANK），这些寄存器包括：
－ 31个通用寄存器，包括程序计数器 （PC指针），均为32位的寄存器。
－ 6个状态寄存器，用以标识CPU的工作 状态及程序的运行状态，均为32位，目 前只使用了其中的一部分。
可编辑ppt
11
ARM微处理器的工作状态
从编程的角度看，ARM微处理器的工作状态一 般有两种，并可在两种状态之间切换：
第一种为ARM状态，此时处理器执行32位的字 对齐的ARM指令；
第二种为Thumb状态，此时处理器执行16位的、 半字对齐的Thumb指令。
嵌入式操作系统-教学课件01
<>
操作系统的发展
操作系统的演变
单道批处理系统
串行执行预先组织好的一组任务 提高了系统效率 。
多道批处理系统
可以交错运行多个程序 再次提高系统效率。
分时系统
将处理器的运行时间分成数片，均分或依照一定权重 派发给系统中的用户使用
快速响应
<>
硬件角度下的操作系统发展轨迹
硬件角度下的操作系发展轨迹
控制器 运算器
存储器
系统总线
中央处理器
内存储器
适配器 I/O端口
输入设备
适配器 I/O端口
输出设备
适配器 外存储器接口
外存储器
Байду номын сангаас
计算机的逻辑结构
操作系统的功能和目标
处理机管理（进程管理） 存储器管理（内存管理） 设备管理 文件管理 作业管理
操作系统的功能和目标
一、处理机管理（进程管理）
进程管理主要是对处理机进行管理。CPU是计算机中 最宝贵的硬件资源。为了提高CPU的利用率，操作系统 采用了多道程序技术。当一个程序因等待某一条件而不 能运行下去时，就把处理机占用权转交给另外一个可运 行程序。或者，当出现了一个比当前运行的程序更重要 的可运行程序时，后者应能抢占CPU。
2）作业级：提供一组控制操作指令供用户去组织、控 制自己的作业执行。
第二节 操作系统视角
整体看 使用者
操作系统设计者
操作系统
普通开发者
不同角度看到的操作系统
认识操作系统－从使用者的角度看
打开计算机，首先跳入眼帘的是什么？ 要拷贝一个文件，具体的拷贝操作是谁完成的？
你需要知道文件存放在何处吗？ 柱面、磁道、扇区描述什么？ 数据的搬动过程怎样进行
操作系统的发展
操作系统的演变
单道批处理系统
串行执行预先组织好的一组任务 提高了系统效率 。
多道批处理系统
可以交错运行多个程序 再次提高系统效率。
分时系统
将处理器的运行时间分成数片，均分或依照一定权重 派发给系统中的用户使用
快速响应
<>
硬件角度下的操作系统发展轨迹
硬件角度下的操作系发展轨迹
控制器 运算器
存储器
系统总线
中央处理器
内存储器
适配器 I/O端口
输入设备
适配器 I/O端口
输出设备
适配器 外存储器接口
外存储器
Байду номын сангаас
计算机的逻辑结构
操作系统的功能和目标
处理机管理（进程管理） 存储器管理（内存管理） 设备管理 文件管理 作业管理
操作系统的功能和目标
一、处理机管理（进程管理）
进程管理主要是对处理机进行管理。CPU是计算机中 最宝贵的硬件资源。为了提高CPU的利用率，操作系统 采用了多道程序技术。当一个程序因等待某一条件而不 能运行下去时，就把处理机占用权转交给另外一个可运 行程序。或者，当出现了一个比当前运行的程序更重要 的可运行程序时，后者应能抢占CPU。
2）作业级：提供一组控制操作指令供用户去组织、控 制自己的作业执行。
第二节 操作系统视角
整体看 使用者
操作系统设计者
操作系统
普通开发者
不同角度看到的操作系统
认识操作系统－从使用者的角度看
打开计算机，首先跳入眼帘的是什么？ 要拷贝一个文件，具体的拷贝操作是谁完成的？
你需要知道文件存放在何处吗？ 柱面、磁道、扇区描述什么？ 数据的搬动过程怎样进行
第7章-嵌入式操作系统PPT课件
内核（core）
处理器存储器子系统
处理器（Processor）
芯片（SoC）
SoC的片内外设 系统的片外设备 系统（System）
2020/3/24
嵌入式操作系统的选择
• 应用需求 • 实时性 • 开发工具 • CPU种类 • 价格和技术支持和服务
2020/3/24
一些典型的应用实例
goReader Internet eBook
Windows CE
笔记本PC
• 复杂的文档编辑和读写 • 桌面键盘输入 • 键盘和鼠标输入法 • 完整的.NET framework
支持
平板电脑
• 复杂的文档编辑和读写 • 桌面键盘输入 • 支持数字墨水
• 可以支持键盘，也可以把 键盘拿走
• 键盘、鼠标、数字墨水和 语音输入
• 完整的 .NET framework支 持
Tektronix TDS7000 Digital Oscilloscopes
Samsung AnyWeb Internet Screen Phone
Nixvue Digital Album Digital Photo Album
eRemote Intelligent Home Controller
• 桌面机
– Windows (9X, XP Home, XP/2000 Pro) – Mac
• 服务器
– Windows (XP/2000 Server &Advanced Server)
– Unix Varieties
• 嵌入式
– Many
2020/3/24
嵌入式操作系统概念
• 嵌入式操作系统EOS（Embedded Operating System）是一种支持嵌入式系统应用的操作系 统软件，是嵌入式系统的重要组成部分。
哈工大嵌入式操作系统课件—1 嵌入式系统简介
嵌入式操作系统 - Linux
嵌入式Linux种类 - Hard Hat Linux: Monta Vista - RTLinux: New Mexico Institute of Technology - Embedix: Lineo
Agenda
嵌入式系统概述 嵌入式系统硬件基础 嵌入式系统软件基础 嵌入式系统开发过程
目标板是一个独立的开发系统，包含了引导、 操作以及开发额外软件所必须的软件。 非常适合以PC为主的高级嵌入式系统开发应 用。
独立式开发环境
宿主机/目标设备
*引导加载程序 *内核 *完整的根文件系统 *开发环境
嵌入式软件开发工具
应用软件开发： 1. Windriver公司Tornado for VxWorks 2. 嵌入式Linux的开发工具链gcc，gdb和make
在实时系统中，系统的正确性不仅仅依赖于计 算的逻辑结果而且依赖于结果产生的时间 实时操作系统必须在指定的时间内对外部或内 部的事件进行响应和处理 需要高效的中断处理能力来处理异步事件和高 效的I/O能力来处理有严格时间限制的数据收 发应用
实时操作系统的性能参数
系统响应时间(System response time ) 系统发出处理要求到系统给出应答信号的时间。 任务切换时间(Context-switching time) 是任务之间切换而使用的时间。 中断延迟(Interrupt latency ) 是计算机接收到中断信号到操作系统作出响 应，并转入中断服务程序的时间。
Agenda
嵌入式系统概述 嵌入式系统硬件环境 嵌入式系统软件基础 嵌入式系统开发过程
嵌入式操作系统基础ppt
1. 无操作系统的嵌入算法阶段
♫ 以单芯片为核心的可编程控制器形式，同时具
♫
有与监测、伺服、指示设备相配合的功能。 ♫ 主要用于一些专业性极强的工业控制系统中， 一般没有操作系统的支持，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。 这一阶段系统的主要特点： ♫ 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
嵌入式操作系统发展的四个阶段
3. 通用的嵌入式实时操作系统阶段，是以嵌入式操作系
统为核心的嵌入式系统 这一阶段系统的主要特点： 嵌入式操作系统能运行于各种不同类型的微处理器 上，兼容性好； 操作系统内核精小、效率高，并且具有高度的模块 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； 具有大量的应用程序接口 (API) ，开发应用程序简 单； 嵌入式应用软件丰富。
统 ♫ 结构紧凑、功能强大 ♫ 高可用(High Available)、高可靠(High Reliable )、支持 多处理器和分布式计算 ♫ 可动态加载和升级软件 ♫ 与开发工具有机的结合起来
使用嵌入式操作系统的必要性
♫ 嵌人式实时操作系统提高了系统的可靠性。
系统不崩溃，有自愈能力
♫ 提高了开发效率，缩短了开发周期。
任务分解为多个模块。每个模块的调试、修改几
乎不影响其他模块，支持多任务调试环境。 ♫ 嵌入式实时操作系统充分发挥了32位CPU的多任务 潜力。 32位CPU是为运行多用户、多任务操作系统而设 计的，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的设计，使其 更容易做到不崩溃。
Windows CE
♫ 微软公司嵌入式、移动计算平台的基础，是一个开放的、
♫ 以单芯片为核心的可编程控制器形式，同时具
♫
有与监测、伺服、指示设备相配合的功能。 ♫ 主要用于一些专业性极强的工业控制系统中， 一般没有操作系统的支持，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。 这一阶段系统的主要特点： ♫ 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
嵌入式操作系统发展的四个阶段
3. 通用的嵌入式实时操作系统阶段，是以嵌入式操作系
统为核心的嵌入式系统 这一阶段系统的主要特点： 嵌入式操作系统能运行于各种不同类型的微处理器 上，兼容性好； 操作系统内核精小、效率高，并且具有高度的模块 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； 具有大量的应用程序接口 (API) ，开发应用程序简 单； 嵌入式应用软件丰富。
统 ♫ 结构紧凑、功能强大 ♫ 高可用(High Available)、高可靠(High Reliable )、支持 多处理器和分布式计算 ♫ 可动态加载和升级软件 ♫ 与开发工具有机的结合起来
使用嵌入式操作系统的必要性
♫ 嵌人式实时操作系统提高了系统的可靠性。
系统不崩溃，有自愈能力
♫ 提高了开发效率，缩短了开发周期。
任务分解为多个模块。每个模块的调试、修改几
乎不影响其他模块，支持多任务调试环境。 ♫ 嵌入式实时操作系统充分发挥了32位CPU的多任务 潜力。 32位CPU是为运行多用户、多任务操作系统而设 计的，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的设计，使其 更容易做到不崩溃。
Windows CE
♫ 微软公司嵌入式、移动计算平台的基础，是一个开放的、
哈工大操作系统课件3-10(全)
哈尔滨工业大学远程教育课程
操作系统
第7 讲
主讲人：张英涛
进程的挂起
挂起原语：SUSPEND（） 挂起原语的执行过程： 检查被挂起进程的状态，若处于活动就 绪状态，改为静止就绪；若处于活动阻塞 状态，则改为静止阻塞；若正在执行，则 转向调度程序重新调度。
有挂起状态的进程状态图
执行
活动 就绪
临界资源
一次仅允许一个进程使用的 共享资源 如：打印机、磁带机、表格
临界区
在每个 进程 中访 问临 界 资源的那段程序
进程必须互斥进入临界区
访问临界区的循环进程描述
repeat
进入区 临界区
检查临界资源是否能访问
退出区
剩余区
until false;
将临界区标志设为未访问
同步机制遵循的原则
空闲让进 ② 忙则等待 ③ 有限等待 ④ 让权等待
char class[10]；
}；
typedef struct Student STUDENT；
PCB中的信息
（1）进程标识符 （2）处理机状态 （3）进程调度信息 （4）进程控制信息
进程标识符
（1）内部标识符 进程唯一的数字编号，给OS使用。 （2）外部标识符 由字母、数字组成，给用户使用。
处理机状态
虚拟:通过某种技术把一个物理实 体变为若干个逻辑上的对应物。 如：虚拟处理器、虚拟内存等 异步性：进程以不可预知的速度向 前推进。
操作系统的五大功能
1.处理机管理（硬件）
资源管理
2.存储器管理（硬件）
3.设备管理（硬件）
4.文件管理（软件） 联机用户接口 5.用户接口 命令接口 程序接口 图形接口 脱机用户接口