4种嵌入式实时操作系统关键技术分析
嵌入式实时操作系统的设计与开发
嵌入式实时操作系统的设计与开发随着科技的不断发展，嵌入式系统在很多领域得到了广泛的应用，例如智能家居、物联网、智能医疗等。
嵌入式系统是一种专门为特定应用领域设计的计算机系统，具有高效、稳定、耐用等特点。
而实时操作系统是嵌入式系统的重要组成部分，它能够确保系统在实时性、可靠性、安全性等方面具有高水平的性能。
因此，嵌入式实时操作系统的设计与开发是嵌入式系统开发中的重要环节。
一、嵌入式实时操作系统的基本概念实时操作系统是指能够在规定的时间内响应某个事件的操作系统。
在一个实时系统中，时间是非常宝贵的资源，系统必须在预定时间内完成所需的操作，才能保证系统的可靠性和安全性。
嵌入式实时操作系统是一种应用于嵌入式系统中的实时操作系统，它有着更高的实时性和可靠性，可以为嵌入式系统提供更好的性能和稳定性。
在嵌入式实时操作系统中，任务的优先级和时间限制是非常重要的。
每个任务都有各自的时间限制和执行优先级，系统必须保证任务不会发生竞争或死锁，以免影响系统的正常运行。
而在一些高要求的场景中，例如商业飞机、炮火定位等领域，实时性是首要的，对于一些时间非常敏感的应用，响应时间和执行速度必须能够达到毫秒或者微秒级别。
二、嵌入式实时操作系统的特点嵌入式实时操作系统与其他操作系统相比有着许多独特的特点。
1.轻量级嵌入式实时操作系统必须是轻量级的，在保证实时性和可靠性的前提下，尽可能减少系统的资源占用和功耗。
由于嵌入式设备通常的资源比较有限，因此轻量级的操作系统在这种情况下显得尤为重要。
2.快速响应嵌入式实时操作系统必须能够快速响应各种事件，在规定的时间内完成任务。
在这种现实的场景中，延迟和响应速度的问题在业务上是不能被容忍的。
3.优先级调度嵌入式实时操作系统中，每个任务都有自己的优先级和时间限制，系统必须按照优先级轮询任务，及时分配资源。
优先级调度是嵌入式实时操作系统中最核心的功能之一，也是实时性和可靠性的重要保证。
三、嵌入式实时操作系统的设计和开发环节非常关键，关系到整个系统的性能和可靠性。
Nucleus嵌入式实时操作系统
目录一、M entor Graphics ESD公司简介二、N ucleus操作系统的特点三、源代码操作系统的优势四、Nucleus操作系统开发环境的配置五、Nucleus的网络浏览器（WebBrowse）介绍六、Nucleus操作系统的应用领域及在国内外的用户七、Nucleus操作系统的成功案例1、Nucleus操作系统在通讯设备上的应用●以Nucleus操作系统为核心的路由器方案2、Nucleus操作系统在消费类电子产品上的应用●Nucleus操作系统和MPC860平台开发机顶盒●N ucleus操作系统与ARM7构成POS系统●N ucleus操作系统与ARM7构成PDA3、Nucleus操作系统在医疗仪器上的应用4、Nucleus操作系统在电力系统上的应用5、Nucleus操作系统在美国军方的应用举例一、Mentor Graphics ESD公司简介●公司全称：Mentor Graphics Embedded Software Division●Mentor Graphics Group成立于1981年，全球雇员超过4000人，为全球领先的EDA工具提供商；ESD是Mentor Graphics公司内专注于嵌入式开发工具的部门，产品包括:Nucleus RTOS, CodeBench IDE, Inflexion UI Design Tools等，全球雇员超过200人；●ESD总部美国Alabama州的Mobile●在美国的加利佛尼亚，德克萨斯，马塞诸塞，佛罗里达以及田纳西等设有分支机构●在英国、法国和德国设有分支机构●在日本、韩国、澳大利亚、台湾、中国、意大利和俄罗斯等国设有代理商●1990年推出Nucleus实时多任务操作系统●1993年成为MOTOROLA推荐的四大RTOS厂商之一●1994年推出全球唯一的MNT虚拟开发平台●1994年推出全球唯一的VNET网络化虚拟平台●1994年成功地推出Java和RTOS产品●1995年成为全球第一大源代码RTOS厂商●1996年选定旋极科技公司为其中国大陆及香港地区独家代理商二、Nucleus PLUS的特点：Nucleus PLUS 是为实时嵌入式应用而设计的一个抢先式多任务操作系统内核，其95％的代码是用ANSIC写成的，因此非常便于移植并能够支持大多数类型的处理器。
4种实时操作系统实时性的分析对比
英特尔全球同庆公司成立 ３ ５ 周年
日前，英特尔公司宣布在全球启动“英特尔员工庆 祝周”，隆重庆祝公司成立 ３５周年，纪念公司在过去３５ 年的创新历程中创造出的各种微处理器产品对整个世界 产生的重要影响。
ａ． Ｉ／Ｏ原则：不同的外设执行不同任务； ｂ． 优先级原则：不同优先级处理不同的任务； ｃ． 大量运算：归为一个任务； ｄ． 功能耦合：归为一个任务； ｅ． 偶然耦合：归为一个任务； ｆ． 频率组合：对于周期时间，不同任务处理不同的 频率。
如果我们在具体分析一个系统的时候发生原则冲突 的话，则要为每一个原则针对具体的系统设定“权重”，必 要的时候可以通过计算“权重”来最终确定如何去划分任 务。
总结
ＶｘＷｏｒｋｓ、µＣ／ＯＳ－ＩＩ、ＲＴ－Ｌｉｎｕｘ、ＱＮＸ 都是优秀的 强实时操作系统，各有特色：ＶｘＷｏｒｋｓ 的衡量指标值最 好；µＣ／ＯＳ－ＩＩ 最短小精悍；ＲＴ－Ｌｉｎｕｘ支持调度策略的改 写；ＱＮＸ 支持分布式应用。当我们充分理解和掌握它们 实现技术、衡量指标的不同，注意所存在的问题，就能在 实时性应用中游刃有余。■
强实时操作系统的函数调用与服务的执行时间应具 应时间等辅助的衡量指标。
有可确定性。系统服务的执行时间不依赖于应用程序任
务的多少。系统完成某个确定任务的时间是可预测的。
若干问题
实时性能重要指标
衡量实时操作系统实时性能的重要指标有：
虽然当今的实时操作系统已日臻完善，但仍有一 些问题存在并干扰着强实时的实现。我们应充分的重视， 并通过合理的安排程序减少它们的危害。
四种实时操作系统的分析比较
本文对四种实时操作系统(RTOS)特性进行分析和比较。
它们是：Lynx实时系统公司的LynxOS、QNX软件系统有限公司的QNX以及两种具有代表性的实时Linux--新墨西哥工学院的RT－Linux和堪萨斯大学的KURT－Linux。
近年来，实时操作系统在多媒体通信、在线事务处理、生产过程控制、交通控制等各个领域得到广泛的应用，因而越来越引起人们的重视。
1、基本特征概述QNX是一个分布式、嵌入式、可规模扩展的实时操作系统。
它遵循POSIX.1、(程序接口)和POSIX.2(Shell和工具)、部分遵循POSIX.1b(实时扩展)。
它最早开发于1980年，到现在已相当成熟。
LynxOS是一个分布式、嵌入式、可规模扩展的实时操作系统，它遵循POSIX.1a、POSIX.1b和POSIX.1c标准。
它最早开发于1988年。
RT－Linux是一个嵌入式硬实时操作系统，它部分支持POSIX.1b标准。
KURT－Linux不是为嵌入式应用设计的，不同于硬(hard)实时／软(soft)实时应用，他们提出"严格(firm)"实时应用的概念，如一些多媒体应用和ATM网络应用，KURT是为这样一些应用设计的"严格的"实时系统。
2、体系结构异同实时系统的实现多为微内核体系结构，这使得核心小巧而可靠，易于ROM固化，并可模块化扩展。
微内核结构系统中，OS服务模块在独立的地址空间运行，所以，不同模块的内存错误便被隔离开来。
但它也有弱点，进程间通信和上下文切换的开销大大增加。
相对于大型集成化内核系统来说，它必须靠更多地进行系统调用来完成相同的任务。
QNX是一个微内核实时操作系统，其核心仅提供4种服务：进程调度、进程间通信、底层网络通信和中断处理，其进程在独立的地址空间运行。
所有其它OS服务，都实现为协作的用户进程，因此QNX核心非常小巧(QNX4.x大约为12Kb)而且运行速度极快。
嵌入式操作系统
嵌入式操作系统有哪些？下面介绍国外和国内常用的实时操作系统。
1.国外著名的实时操作系统国外实时操作系统已经从简单走向成熟，有代表性的产品主要有VxWorks，QNX，Palm OS，Windows CE等，占据了机顶盒、PDA等的绝大部分市场。
其实，实时操作系统并不是一个新生的事物，从20世纪80年代起，国际上就有一些IT组织、公司开始进行商用嵌入式系统和专用操作系统的研发。
(1)VxWorksVxWorks操作系统是美国WindRiver公司于1983年设计开发的一种实时操作系统。
VxWorks 拥有良好的持续发展能力、高性能的内核以及良好的用户开发环境，在实时操作系统领域内占据一席之地。
它以其良好的可靠性和卓越的实时性被广泛地应用在通信、军事、航空、航天等高精尖技术及实时性要求极高的领域中，如卫星通信、军事演习、导弹制导、飞机导航等。
在美国的F-16、FA-18战斗机，B-2隐形轰炸机和爱国者导弹上，甚至连1997年4月在火星表面登陆的火星探测器上也使用了VxWorks。
它是目前嵌入式系统领域中使用最广泛、市场占有率最高的系统。
它支持多种处理器，如x86，i960，Sun Sparc，Moto--rola MC68xxx，MIPS RX000，Power PC，ARM，StrongARM等。
大多数的VxW---orksAPI是专有的。
(2)QNXQNX是一个实时的、可扩充的操作系统；它部分遵循POSIX相关标准，如POSIX.1b实时扩展；它提供了一个很小的微内核以及一些可选的配合进程。
其内核仅提供4种服务：进程调度、进程间通信、底层网络通信和中断处理，其进程在独立的地址空间中运行。
所有其他操作系统服务都实现为协作的用户进程，因此QNX内核非常小巧(QNX4．x大约为12KB)，而且运行速度极快。
这个灵活的结构可以使用户根据实际的需求，将系统配置成微小的嵌入式操作系统或包括几百个处理器的超级虚拟机操作系统。
实时操作系统的关键实时性体系结构
实时操作系统的关键实时性体系结构实时操作系统（RTOS）是专为在严格的时间限制内完成特定任务而设计的操作系统。
它们在许多关键领域中发挥着重要作用，如航空航天、医疗设备、工业自动化等。
本文将探讨实时操作系统的关键实时性体系结构，包括其定义、特性、以及实现实时性的关键技术。
一、实时操作系统的定义与特性实时操作系统是一种特殊的操作系统，它能够保证在规定的时间内完成对外部事件的响应和处理。
这种系统的主要特点是具有高度的可靠性和可预测性。
以下是实时操作系统的一些基本特性：1. 确定性：RTOS必须能够在确定的时间内完成任务的调度和执行。
2. 可预测性：系统的行为和性能应该是可预测的，以便用户可以依赖其在规定时间内完成任务。
3. 优先级调度：RTOS通常采用优先级调度算法，以确保高优先级的任务能够优先执行。
4. 任务间通信：RTOS提供了多种任务间通信机制，如信号量、消息队列和共享内存等，以支持任务之间的协调和数据交换。
5. 资源管理：RTOS需要有效管理有限的资源，如CPU时间、内存和I/O设备，以避免资源竞争和死锁。
6. 容错性：RTOS应该具备一定的容错能力，能够在出现错误时快速恢复，保证系统的稳定运行。
二、实时操作系统的关键实时性体系结构实时操作系统的体系结构是实现其实时性的关键。
以下是一些核心的实时性体系结构组成部分：1. 内核设计：RTOS的内核是系统的核心，负责任务调度、资源分配和中断处理等。
内核的设计需要精简高效，以减少系统的响应时间。
2. 调度策略：调度策略是RTOS中最重要的组成部分之一。
常见的调度策略包括先来先服务（FCFS）、最短作业优先（SJF）、轮转调度（RR）和优先级调度等。
3. 任务管理：RTOS需要能够创建、调度和管理任务。
任务可以是周期性的，也可以是偶发的，RTOS需要能够根据任务的属性和优先级进行有效管理。
4. 中断处理：中断是RTOS响应外部事件的重要机制。
RTOS需要能够快速响应中断，并在中断服务程序中执行必要的任务切换。
单片机嵌入式操作系统选择指南 适合你的系统
单片机嵌入式操作系统选择指南适合你的系统在嵌入式系统领域，单片机是一种重要的组成部分，而选择合适的操作系统对于单片机的功能和性能起着决定性的作用。
本文将介绍一些常见的单片机嵌入式操作系统，并针对不同应用场景提供一些建议，以帮助选择适合你的系统。
一、嵌入式操作系统的重要性嵌入式系统通常用于控制和管理各种设备，如智能家居、医疗设备、交通工具等。
选择合适的嵌入式操作系统可以提升系统的稳定性、安全性和性能。
以下是一些常见的嵌入式操作系统。
二、常见的嵌入式操作系统1. 实时操作系统（RTOS）实时操作系统（RTOS）是一种专门设计用于处理实时任务的操作系统。
它具有以下特点：高度可靠、响应时间短、实时性强。
常见的RTOS有嵌入式Linux、FreeRTOS、uC/OS等。
2. 裸机编程裸机编程是指直接在单片机上编写程序，不依赖于操作系统。
这种方式效率高，资源占用少，但对开发者的要求较高。
3. 嵌入式Linux嵌入式Linux是一种基于Linux内核的操作系统，具有强大的功能和广泛的应用领域。
它支持多线程、网络连接、文件系统等特性，适用于对功能要求较高的嵌入式系统。
4. uC/OSuC/OS是一种采用优先级调度算法的实时操作系统，具有较小的内存占用和快速的响应时间。
它适用于对实时性要求较高的系统，如工业自动化和航空航天。
5. FreeRTOSFreeRTOS是一种开源的实时操作系统，具有小巧、高效、可靠的特点。
它适用于资源受限、对实时性要求较高的系统，如传感器节点和嵌入式设备。
三、选择适合的操作系统在选择嵌入式操作系统时，需要考虑以下几个因素：1. 功能需求首先需要明确系统的功能需求，包括任务调度、网络连接、文件系统等。
根据需求选择适合的操作系统。
2. 系统的资源限制考虑系统的处理能力、内存大小等资源限制。
对于资源受限的系统，选择轻量级的操作系统或裸机编程可能更为合适。
3. 开发人员的经验和技术开发人员的经验和技术能力对选择操作系统也起着关键的作用。
嵌入式Linux操作系统的实时技术分析
Ｘｉ ｎ ｅ Ｐｉ ｇ Ｃｈ ｎ Ｍ ｉ ｎ ｅ ａ
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ｔ ｅ ｐ ｐ ｒａ ａ ｚ ｓ ｔｅ ａ ｖｎａ ｅ ｆ ｅ ｂ ｄ ｅ ｉｕ ｐ ｒｔ ｎ ｓ ｓ ｍ， ｎ ｅ ｒ ｅ ｔ ｔｅ ｔ ｈ ｉ ｌｂ ｒｉ ｓ ｆ － ｓ ｒ ｃ ： ｈ ａ ｅ ｎ ｌ ｅ ｈ ｄ ａ ｔｇ ｓ ｏ ｍ ｅ ｄ ｄ Ｌ ｎ ｘ ｏ ｅａｉ ｙ ｔ ａ ｄ ｒｐｅ ｎｓ ｈ ｅ ｎｃ ａｒ ｒ ｏ Ｌ ｙ ｏ ｅ ｓ ｃ ａ ｅ ｒ
Ｍｏｏ ｌ ｔ ｏａ公 司 的 Ｐ ｗ ｒ Ｃ Ｐ 以 及 Ｉｔ ｒ ｏ ｅ Ｃ Ｕ Ｐ ｎｅ ｌ公 司 的 Ｓｒｎ ｔ ｇ ｏ
式操作 系统相 比， 嵌入式 Ｌｎｘ具有一些独特 的优势 ， ｉｕ 主要
表 现 为 以下 几 方 面 ： （ ） 发成 本 低 。Ｌｎｘ 作 系 统 不 仅 性 能优 良， 且 １开 ｉｕ 操 而 不 需要 版 权 费 ， 买 费用 只 需 支 付 媒 介 成 本 。 时 ， ｉ ｘ是 购 同 Ｌｎ ｕ 自由软 件 ， 开源 代 码 ， 种 不 同领 域 和 不 同 层 次 的 用 户 都 公 各
台。
保 留了 Ｈｎｘ以整体式 结构为基础 ， ｕ 多任务多进 程 的特 点，
满 足 了对 嵌 入 式 系 统 高 度 简 练 、 面 友 好 、 量 可 靠 、 用 界 质 应 广泛 、 开发、 任务 ， 易 多 并且 价格 低 廉 的要 求 。 其 他 的嵌 入 与
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。
几种嵌入式实时操作系统的分析与比较
⼏种嵌⼊式实时操作系统的分析与⽐较VxWorks、µClinux、µC／OS-II和eCos是4种性能优良并被⼴泛应⽤的实时操作系统。
本⽂通过对这4种操作系统的主要性能进⾏分析与⽐较，归纳出它们的选型依据和适⽤领域。
1 4种操作系统的介绍(1)VxWorksVxWorks是美国WindRiver公司的产品，是⽬前嵌⼊式系统领域中应⽤很⼴泛，市场占有率⽐较⾼的嵌⼊式操作系统。
VxWorks实时操作系统由400多个相对独⽴、短⼩精悍的⽬标模块组成，⽤户可根据需要选择适当的模块来裁剪和配置系统；提供基于优先级的任务调度、任务间同步与通信、中断处理、定时器和内存管理等功能，内建符合POSIX(可移植操作系统接⼝)规范的内存管理，以及多处理器控制程序；并且具有简明易懂的⽤户接⼝，在核⼼⽅⾯甚⾄町以微缩到8 KB。
(2) µC／OS-IIµC／OS-II是在µC-OS的基础上发展起来的，是美国嵌⼊式系统专家Jean J．Labrosse⽤C语⾔编写的⼀个结构⼩巧、抢占式的多任务实时内核。
µC／OS-II 能管理64个任务，并提供任务调度与管理、内存管理、任务间同步与通信、时间管理和中断服务等功能，具有执⾏效率⾼、占⽤空间⼩、实时性能优良和可扩展性强等特点。
(3)µClinuxµClinux是⼀种优秀的嵌⼊式Linux版本，其全称为micro-control Linux，从字⾯意思看是指微控制Linux。
同标准的Linux相⽐，µClinux的内核⾮常⼩，但是它仍然继承了Linux操作系统的主要特性，包括良好的稳定性和移植性、强⼤的⽹络功能、出⾊的⽂件系统⽀持、标准丰富的API，以及TCP／IP⽹络协议等。
因为没有MMU内存管理单元，所以其多任务的实现需要⼀定技巧。
(4)eCoseCos(embedded Configurable operating system)，即嵌⼊式可配置操作系统。
嵌入式操作系统综述
信息技术与机电化工141嵌入式操作系统综述李孟轩（山西农业大学信息学院）摘要：科学和经济伴随着时代的脚步大步前进，计算机技术的发展也发生了巨大的飞跃。
芯片的制造技术也日益崛起，嵌入式实时操作系统的应用越加广泛，人人家中也有各种实时实时操作系统，最显而易见是手机的应用。
通过这种系统软件，可以始终实现为我们服务的目的。
另外还有无人机、智能洗碗机等等内布置有嵌入式操作系统的高科技产品。
在军事中的应用例如军用飞机、航空母舰中都有嵌入式操作系统，为我国的国防军备的发展做出了重要贡献。
本文根据嵌入式操作系统的特点及应用进行探究讨论。
关键词：嵌入式操作系统；综述；开发引言随着社会的不断发展，新时代对计算机系统和软件的要求越来越高，尤其是大数据时代下对高运算能力的要求。
应用程序是嵌入式操作系统的核心，系统运行的关键在于计算机技术的发展程度，具有良好的稳定性，在计算机技术的不断演变发展的过程中计算机嵌入式操作系统在现阶段已经在许多行业中发挥了重要作用，在未来的发展中也具有良好的发展前景。
一、嵌入式操作系统的发展现代科学技术的飞跃进步，在通过先进技术的结合下，计算机嵌入式操作系统逐渐完善，功能日益强大。
其经历了四个阶段：（一）嵌入式算法阶段在嵌入式计算机系统开发的初始阶段，系统中没有嵌入式算法，其核心是单芯片控制部件，这就导致了计算机嵌入式操作系统的总体结构较为单一、存储容量较小、功能很少、工作效率也比较低、而且没有任何用户互动接口。
（二）以 CPU 为核心计算机嵌入式操作系统主要是以嵌入式CPU作为重要基础。
在此阶段中，加入了许多类型的嵌入式操作系统，但是操作系统的通用性很差，再具体工作中处理器处于轻负载状态。
将过载的处理器之间的任务转换为处于空闲状态的处理器，其基本目标是以提高系统的整体运行性能为基准。
（三）通用式嵌入通用式嵌入，在计算机信息应用程序中计算机嵌入操作系统是第三阶段。
在此阶段，操作系统的性能已得到显著改善，同时针对特定情况（例如静态和动态指标）进行了适当的调整，以提高处理器之间的性能，可以实现负载分配，这样不仅确保了系统稳定性，而且也节省了时间。
嵌入式实时操作系统FreeRTOS原理 架构与开发
读书笔记
01 思维导图
03 精彩摘录 05 目录分析
目录
02 内容摘要 04 阅读感受 06 作者简介
思维导图
本书关键字分析思维导图
深入
操作系统
操作系统
嵌入
大家
开发
介绍
架构
原理
freertos 系统
任务
实时
架构
包括
原理
提供
实时
管理
内容摘要
内容摘要
阅读感受
《嵌入式实时操作系统FreeRTOS原理、架构与开发》读后感
近日，我阅读了一本名为《嵌入式实时操作系统FreeRTOS原理、架构与开发》 的书籍，深感其内容丰富、深入浅出，为我在嵌入式实时操作系统领域提供了 宝贵的指导。下面，我将从不同的角度分享我的阅读感受。
这本书所使用的FreeRTOS版本为0，对于想要了解这一特定版本的朋友来说， 无疑是一份宝贵的资料。FreeRTOS作为一个轻量级的操作系统，其功能强大 且全面，包括任务管理、时间管理、信号量、消息队列、内存管理以及记录功 能等。这使它能够满足大多数小型系统的需求。而FreeRTOS的实时性，更是 使其在许多需要快速响应的场景中得到了广泛应用。
书中还提到了轮换调度算法。在没有更高优先级任务就绪的情况下，同一优先 级的任务可以共享CPU的使用时间。这一设计使得系统能够更为均衡地处理各 种任务，避免某些任务因等待资源而被长时间挂起。
在开发部分，书中提供了丰富的实例和代码片段，使读者能够更为直观地了解 FreeRTOS的实际应用。这些示例不仅涵盖了FreeRTOS的基本功能，还深入到 了内存管理、任务间通信等高级主题，为读者提供了全面的学习资源。
4种嵌入式实时操作系统的两种主要技术分析和选择
域 ， 实时嵌入 式操 作 系统 的选择 提 供 了依 据 。 为
关键词 ： 嵌入式实时操作 系统； 任务管理 ； 内存管理 ； 适用领 域
中 图分类 号 ： Ｐ３ ９ Ｔ １ 文献 标 识码 ： Ａ
作者简介 ： 蔡长安（ ９ ４一） 男 ， １６ ， 江苏省盐都 县人 ， 硕士研究生 ， 高级实验 师 ， 事计算机网络与分布计算机系统研究。 从
维普资讯
１２ ６
重庆工商大学学报（ 自然科学版 ）
第２ ４卷
远小于原来的程序代码 ， 其源代码是公开的。它包含 Ｌ ｕ ｉ ｘ常用 Ａ Ｉ但 内核小于 ５２ｋ ， ｎ Ｐ， １ Ｂ 并且保留了原 来 Ｌ ｕ 操作系统所具有的高稳定性、 ｉｘ ｎ 强大的网络功能和卓越 的文件系统支持功能等优点 。ｕ Ｌ ｕ 是一 Ｃｉ ｘ ｎ
摘
要 ： 绍 了 ｕ ／ Ｓ—Ｉ、 ｔ—Ｌｎｘ ｕ ＬｎｘＶ Ｗｏｋ 嵌 入 式 实时操 作 系统 ， 介 ＣＯ Ｉｌ ｉ ｉｕ 、Ｃ ｉｕ 、 ｘ ｒｓ４种 分析 、
比较 了这 ４ 实时嵌入式操作 系统 的两种主要 关键技 术——任务管理和 内存 管理 ， 种 任务管理主 要 从 任务 优先 级 、 任务 调度 策略 和 时 间的 可确 定性 进 行 比较 分 析 ； 内存 管理 主要 从 内存 分 配方
当前 ， 嵌人式实时操作系统（ ｍ ｅｅ ｅｌ Ｔｍ ｐｒ ｉ ｙ ｅ Ｅ Ｔ Ｓ 逐步成为嵌人式 系统 的 Ｅ ｂｄｄＲ ａ — ｉ ｅ ｅａｎ Ｓｓ ｍ， Ｒ Ｏ ） Ｏ ｔｇ ｔ 主流 ， 嵌人 式 系统 软件 最重 要 的组 成 部分 ， 是 也是 嵌 人 式 应 用 软件 的基 础 和开 发 平 台 。现 在 全球 范 围 内
几种嵌入式实时操作系统的研究与比较
几种嵌入式实时操作系统的分析与比较2008-07-04 20:54VxWorks、μClinux、μC／OS-II和eCos是4种性能优良并被广泛应用的实时操作系统。
本文通过对这4种操作系统的主要性能进行分析与比较，归纳出它们的选型依据和适用领域。
1. 4种操作系统的介绍(1>VxWorksVxWorks是美国WindRiver公司的产品，是目前嵌入式系统领域中应用很广泛，市场占有率比较高的嵌入式操作系统。
VxWorks实时操作系统由400多个相对独立、短小精悍的目标模块组成，用户可根据需要选择适当的模块来裁剪和配置系统；提供基于优先级的任务调度、任务间同步与通信、中断处理、定时器和内存管理等功能，内建符合POSIX(可移植操作系统接口>规范的内存管理，以及多处理器控制程序；并且具有简明易懂的用户接口，在核心方面甚至町以微缩到8 KB。
(2> μC／OS-IIμC／OS-II是在μC-OS的基础上发展起来的，是美国嵌入式系统专家Jean J．Labrosse用C语言编写的一个结构小巧、抢占式的多任务实时内核。
μC／OS-II能管理64个任务，并提供任务调度与管理、内存管理、任务间同步与通信、时间管理和中断服务等功能，具有执行效率高、占用空间小、实时性能优良和可扩展性强等特点。
(3>μClinuxμClinux是一种优秀的嵌入式Linux版本，其全称为micro-control Linux，从字面意思看是指微控制Linux。
同标准的Linux相比，μClinux的内核非常小，但是它仍然继承了Linux操作系统的主要特性，包括良好的稳定性和移植性、强大的网络功能、出色的文件系统支持、标准丰富的API，以及TCP ／IP网络协议等。
因为没有MMU内存管理单元，所以其多任务的实现需要一定技巧。
(4>eCoseCos(embedded Configurable operating system>，即嵌入式可配置操作系统。
嵌入式实时系统实验报告
一、实验目的与要求1. 理解嵌入式实时系统的基本概念和特点。
2. 掌握实时操作系统（RTOS）的基本原理和常用实时调度算法。
3. 学习使用实时操作系统进行嵌入式系统开发，并实现简单的实时任务调度。
4. 通过实验加深对实时系统性能分析和优化的理解。
二、实验正文1. 实验内容本次实验采用嵌入式实时操作系统FreeRTOS进行，通过编写代码实现以下功能：（1）创建实时任务，包括高优先级任务、中优先级任务和低优先级任务。
（2）实现任务间的通信，包括信号量、互斥锁和消息队列。
（3）实时任务调度，观察任务调度策略对系统性能的影响。
2. 实验原理实时操作系统（RTOS）是一种专门为实时系统设计的操作系统，它能够在规定的时间内完成任务的调度和执行。
RTOS的主要特点包括：（1）实时性：RTOS能够在规定的时间内完成任务，满足实时系统的需求。
（2）抢占性：RTOS支持抢占式调度，高优先级任务可以打断低优先级任务的执行。
（3）确定性：RTOS的任务调度和执行具有确定性，便于系统分析和优化。
FreeRTOS是一款开源的实时操作系统，具有以下特点：（1）轻量级：FreeRTOS代码量小，易于移植和集成。
（2）跨平台：FreeRTOS支持多种硬件平台，如ARM、AVR、PIC等。
（3）模块化：FreeRTOS提供丰富的模块，便于用户根据需求进行定制。
3. 实验步骤（1）环境搭建：在PC上安装FreeRTOS相关开发工具，如Keil、IAR等。
（2）创建实时任务：编写代码创建三个实时任务，分别具有高、中、低优先级。
（3）任务间的通信：使用信号量、互斥锁和消息队列实现任务间的通信。
（4）实时任务调度：观察任务调度策略对系统性能的影响，分析不同调度算法的特点。
（5）实验结果分析：对比不同任务调度策略下的系统性能，总结实时系统性能优化的方法。
三、实验总结或结论1. 实验总结通过本次实验，我们深入了解了嵌入式实时系统的基本概念和特点，掌握了RTOS 的基本原理和常用实时调度算法。
嵌入式实时操作系统μClinux关键技术分析与应用
Ｉ Ｐ是 国 际 互 联 网协 议 （ｎｅ ｔ ｒｔ ｏ） 简 称 ， Ｉｔｍｅ Ｐ ｏ ｅ １ 的 ｏ Ｉ Ｐ电 话 是 按
Ｐ ＳＸ标 准 兼 容 ， 采用 Ｐ ＳＸ 标 准 的 程 序具 有 更 好 的移 植 性 。 ＯＩ 而 ＯＩ
３ｉ ｉｕ Ｃｌ ｘ关键 技术分 析 Ｊ ｎ
本 文 主 要 从 任 务 管 理 、任 务 及 中断 间 的 同 步 与通 信 机 制 、 存 储 器 管 理 、 中 段 管 理 、对 Ｃ Ｕ 和 存 储 器 的 需 求 等 方 面 来 分 析 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱＰ
Ｆ， ｉｌＬ ａ ｇｉ ＥＪｎ Ｐ￣Ｌ—ｉ Ｉ Ｊ ， Ｈｕ— ｕ， ＮＩ ｕ （ ｅ ａ ｍｅｔ ｆ ｍｐ ｔｒ ｐ ｌａｏ ｓ Ａ ａｅ ｆ ｍｐ ｔｒ ｃ ｎｅ Ｙ ｎ ｔ ｉｅ ｉ Ｊｎ ｚｏ ３ ０ ３ ｉａ 【 ｐｒ ｎ ） ｔ ｏ Ｃｏ ｕｅ ｐ ｃｔ ｎ ， ｃｄｍｙｏ Ａ ｉ ｉ Ｃｏ ｕｅ ｉ ｃ， ａｇｚ Ｕｎｖｒｔ ｉ ｈ ｕ４ ４２ ， ｎ ） Ｓｅ ｅ ｓｙ ｇ Ｃｈ
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嵌入式实时操作系统 ￣ ｌ Ｃ ｕ ｉ ｘ关键技术分析与应用 ｎ
樊 丽 丽 。 华 贵 ， 俊 李 聂
嵌入式操作系统中的实时调度算法
嵌入式操作系统中的实时调度算法嵌入式操作系统是在资源受限的嵌入式系统中运行的一个特殊操作系统。
实时调度算法是嵌入式操作系统中一个重要的组成部分，它决定了系统的响应时间和可靠性。
本文将详细讨论嵌入式操作系统中的实时调度算法，并分步骤进行介绍。
1. 什么是实时调度算法实时调度算法是一种用于确定系统中任务执行顺序和优先级的算法。
实时系统要求任务在特定的时间约束下完成。
因此，实时调度算法需要在保证任务完成时间的前提下，进行任务的调度。
2. 常见的实时调度算法在嵌入式操作系统中，常见的实时调度算法有以下几种：2.1 固定优先级调度算法(Fixed Priority Scheduling)2.2 最早截止时间优先调度算法(Earliest Deadline First Scheduling)2.3 循环调度算法(Round Robin Scheduling)2.4 最优实时调度算法(Optimal Real-Time Scheduling)3. 固定优先级调度算法(Fixed Priority Scheduling)固定优先级调度算法是根据任务的优先级进行任务的调度，优先级越高的任务越早执行。
该算法通常使用静态优先级，即优先级在任务开始前就确定好了。
4. 最早截止时间优先调度算法(Earliest Deadline First Scheduling)最早截止时间优先调度算法是根据任务的截止时间来确定任务的优先级。
任务的截止时间越早，优先级越高。
该算法通常使用动态优先级，即任务的优先级在运行时根据截止时间动态变化。
5. 循环调度算法(Round Robin Scheduling)循环调度算法采用循环队列的方式进行任务的调度，每个任务按照一定的时间片轮流执行。
当一个任务的时间片用完后，系统将切换到下一个任务。
这样，所有任务将按照相同的时间片轮流执行。
6. 最优实时调度算法(Optimal Real-Time Scheduling)最优实时调度算法是一种理论上最佳的调度算法，它可以保证所有任务的截止时间都能得到满足。
嵌入式操作系统的优缺点分析
嵌入式操作系统的优缺点分析优点：1.资源消耗低：嵌入式操作系统通常设计为轻量级系统，占用较少的存储空间和计算资源。
这使得它们适用于资源有限的嵌入式设备，如传感器、手机和智能家居设备。
2.高效实时性：嵌入式操作系统具备高实时性能，可以在规定的时间范围内完成各种任务。
这对于需要及时响应外部事件的应用场景非常重要，比如自动驾驶系统、工业控制系统和医疗设备。
3.稳定可靠性：嵌入式操作系统经过严格的测试和验证，确保在长时间运行和高负载工作条件下的稳定性和可靠性。
这对于需要长时间运行、无故障的设备至关重要，如航空航天、军事和电信设备。
4.定制化灵活性：嵌入式操作系统可以根据特定需求进行定制和配置，以满足各种应用的需求。
开发人员可以选择安装特定的模块和功能，以减少不必要的资源消耗，并提高性能。
5.安全性强：嵌入式操作系统通常具有安全性方面的改进，以保护设备免受网络攻击、非法访问和数据泄露。
这对于存储和处理敏感数据的应用场景特别重要，如金融、医疗和能源行业。
缺点：1.开发复杂性：嵌入式操作系统的开发和定制需要专业的知识和技能。
开发人员需要了解底层硬件和驱动程序，并确保软件与硬件之间的兼容性和稳定性。
这增加了开发和维护成本。
2.成本较高：嵌入式操作系统通常需要购买或许可，这增加了设备的成本。
另外，为了将操作系统与硬件配对，可能需要专门设计和制造定制芯片，这也增加了设备制造的成本。
3.学习曲线陡峭：嵌入式操作系统具有自己的编程模型和开发工具，与传统的桌面操作系统有所不同。
因此，开发人员需要花费一定时间和精力来学习和掌握相应的开发技术和工具。
4.可伸缩性局限性：嵌入式操作系统通常设计为针对特定硬件平台的，因此在其他平台上的可伸缩性可能受到限制。
这可能导致在一些情况下，升级硬件或更换平台时需要重新设计和开发操作系统。
5.限制性操作：嵌入式操作系统通常是为一些特定应用领域而开发的，因此可能会存在一些功能局限性。
如果需要新的功能或更新的技术支持，可能需要与操作系统供应商合作或进行额外的定制开发。
嵌入式操作系统任务切换方法对比分析
护的 同 时还 能 提 高 系统 的 稳 定 性 和 可 靠 性 ， 以逐 步 成 为 嵌 入 式 系统 的 重 要 组 成 部 分 。本 文 介 绍 ４种 嵌 入 式 实 时 操 作 所
系 统 Ｖｘ ｏ ｋ 、 Ｃｌ ｕ 、 Ｃ／ Ｉ 和 Ｗ ｉｄ ｗｓＣＥ， 多任 务 的 调 度 切 换 进 行 了 分 析 比 较 。 Ｗ ｒ ｓ ｆ ｉ ｘ ｆ ＯＳ Ｉ ｎ ｎｏ 对
任 务 间 同步 与通 信 、 断处 理 、 时 器 和 内存 管 理 等 功 能 ， 中 定
引 言
嵌 入 式 系统 在 航 天 、 事 、 控 以 及 家 电 等 方 面得 到 军 工 了 ７ 泛 应用 。大 量 的嵌 入 式 系统 具 有 实 时 性 的要 求 ， 是 一 但
由 于 体 积 、 耗 、 格 等 方 面 的 约 束 ， 处 理 器 速 度 往 往 比 能 价 其
￣／ ｃ ｏｓ—Ｉ Ｉ是 在 ｃ ｏｓ 的 基 础 上 发 展 起 来 的 ， 美 ／ 是
较慢 ， 储 器 容 量 也 有 限 。 而传 统 的实 时 操 作 系统 难 以 简 存
单地 移 植 到 嵌 入 式 系统 中 ， 以需 要 重 新 开 发针 对 嵌 入 式 所 系统 特 性 的 实 时操 作 系 统 。任 务 调 度 策 略 是 实 时 系 统 内
嵌 入 式 操 作 系统 任 务 切 换 方 法 对 比分 析 ※
孙 利 锋
（ 州 大学 电气 工程 学 院 ， 阳 ５ ０ ０ ） 贵 贵 ５ ０ ０
摘 要 ：嵌 入 式 操 作 系 统 在 很 多 领 域 得 到 应 用 。 由 于 嵌 入 式 实 时 操 作 系 统 支 持 多 任 务 ， 得 程 序 开 发 更 加 容 易 ， 便 于 维 使 在
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MC68 EN302
Matsushita AM3x
存储容 量需求
1 . 5 MB ROM 和 4MB RAM 512KB
R AM
和
几 KB 的 ROM 和
几 十 KB 到 几 百 KB 的
ROM
1 MB R OM / Flash RA M ( MiniRT-Linux)
和 R AM
支持 支持
MMU
不支持
( 2) 基于优先级抢占式调度 系统 中每一 个任务 都有一 个优先 级, 内 核总是 将 CPU 分 配给处于就绪态的优先级 最高的 任务运 行。 如果系 统发现 就
( 4) eCos eCos 的全称是“Embedded Configurable Operating System”, 源于 Cygnus Solution 公司, 后 成为 Redhat 的嵌 入式 部门, 现 由 eCosCentric 公司开发维护。eCos 是一个免费的、无版权限制的 ( 无版税) 、源码 开 放 的、面 向深 度 嵌 入式 应 用 的实 时 操 作 系 统。eCos 最大的特点 是 采用 模块 化 设计, 可 进 行源 代码 级 的 裁剪配置; 提供可选择的多种调度器 ( 调 度算法) ; 提 供多线 程 管理函数; 提供丰富的同步原语; 提供可选择的内存分配策略; 提供定时器和计数器; 支持中断和延迟中断; 支持异常处理; 提 供 ISO C 库和数学库; 具有开放 的 API 接口, 支持 POSIX API, EL/ IX 兼容和 μITRON 3. 02 API 标准; TCP/ IP 网络栈; 文件 系 统支持 JFFS2 Flash, RAM 和 ROM 格 式; 支持 远程 调试。与 其 他四种 ERTOS 不同 的是 eCos 将 实时 内核 也作 为可 选配 置 之 一, 当系统没有内核时, 它将作为单任务运行。 ( 5) ERTOS 的基本内容比较 对 ERTOS 的 API 特征、CPU 种类和存储容量需求、开发环 境和工具等基本内容作一简单比较, 如表 1 所示。
任务管理是 ERTOS 的核心和灵魂, 决定 了 ERTOS 的 实时 性能。通常涉及到以下技术: 动态优先级、时间确定性、基于优 先级 抢 占 式 调 度 、时 间 片 轮 转 调 度 、多 任 务 调 度 机 制 。
( 1) 动态优先级
每个任务都有其优先级。任务越重要, 赋予的优先级应越 高。任务的优先级( 特别是应用程序的优先级) 在运行时可以 动态变化的, 则称之为动态优先级。
TCP / IP 协 议 栈 , 用 ; 商 业 化 文 件 系 IX 兼 容 ; μITR ON
大 量 其 他 网 络 协 统 μC / FS 和 TCP 3 . 02 A PI; TCP / IP
议 ; 各 种 文 件 系 统 / IP 协 议 栈
网络栈
CPU 位 数 16 位 以 上 16 位 到 64 位
( 1. Bio-electronics Research Center, Shanghai University, Shanghai 200072, China; 2 . Institute of Genetic Engineering, Nanfang Medical University, Guangzhou Guangdong 510515, China)
Abstract: The paper reviews four embedded real-time operating systems, namely the RT-Linux, μCLinux, μC/ OS-Ⅱ and eCos. The key ERTOS procedures are compared and analyzed systematically, which include task scheduling, task synchronizing and communicating, memory allocating, interrupt handling and so on. The ERTOS’s applications are discussed. Key words: Embedded System; Real-Time Operating System; Task Scheduling; Task Synchronizing and Communicating; Memory Allocating; Interrupt Handling
1 前言
随着微电子技术、软件 技术的 飞速发 展, 嵌 入式系 统广 泛 应用于 生物医学仪 器、智能 汽车、通信设备、网络设备、仪器 仪 表、手持设备等领域, 成为当前研究与应用的热点。
按照系统对时间限制的满足程度, 实时系统可分为硬实时 ( Hard Real Time) 系统和软实时( Soft Real Time) 系统。硬实时 系统是指那些对每个任务调度时间要求非常严格的系统, 如果 不满足时间限制的要求, 则会对系统带来毁灭性的后 果。软实 时系统是指那些对每个任务调度时间要求不是很严格的 系统, 即使超过了时间限制的要求, 也不会对系统带来毁灭性的后果。
中图 法分 类号 : TP316. 2
文献标识码: A
文章 编号 : 1001- 3695( 2005) 09- 0004 - 05
Analysis of Key Techniques Based on Four Embedded Real-Time Operating Systems
JI Zhi-jun1 , MA Wen-li1,2, CHEN Hu2, ZHENG Wen-ling1,2
Time Operating Systems, ERTOS) , 详 细分 析比 较了 关键 实 现 技 术———任 务 管 理、任务 及 中 断 间 的 同 步 通信 机 制 、
存储 器管 理、中断 管理 等, 指出 了不 同应 用领 域所适 合的 ERTOS。
关键词: 嵌入式系统; 实时操作系统; 任务调度; 任务同步与通信; 内存分配; 中断处理
收稿日期: 2004- 08- 16; 修返日期: 2004- 09- 28 基金项目: 国家自然科学基 金资助 项目( 39880018 ) ; 广 州市重 大科技基金资助项目 ( 199-Z005-001)
适的 ERTOS 提供基本依据。
2 ERTOS 简介
( 1) RT-Linux RT-Linux 由美国新墨西哥州大学计算机科学系 Victor Yodaiken 和 Michael Brananov 开发, 现由 FSMlabs 公司开 发维护。 RT-Linux 的设计思想是 在标 准 Linux 基 础上 实 现抢 占式 的 硬 实时内核, 仅需支持底层任务创建、中断服务例程装入、底层任 务 通信队列、中断服务例程( ISR) 和 Linux 进程。将 Linux 作为 这个实时内核的一个优先级最低的任务来运行, 所有实时任务 的优先级都要高于 Linux 本身以 及 Linux 的一 般任 务, 所有 任 务都在核心地址空间运行。 ( 2) μCLinux μCLinux 是一个完全 符合 GNU/ GPL 公 约的 项目, 完 全 开 放源 代码, 现在 由 Lineo 公司 支持维 护。μCLinux 这个 英文 单 词中: μ表 示 Micro, C 表 示 Control, 所 以 μCLinux 就是 MicroControl-Linux, 字面上的理解为“微控制领域中的 Linux 系统”。 μCLinux 最大的特 征 就是 没有 内 存管 理 单 元 ( MMU) , 专 门针对无存储器管理单元的中低档 CPU, 并且专为嵌入式系统 做了许多小型化的工 作。这就使 得 μCLinux 的内 核同 标准 的 Linux 内核相比非常之 小, 但是 它 仍保 持了 Linux 操 作系 统 的 主要优点, 如稳 定性、良好的移植性、强大 的网络功能、出色 而 完备的文件系统支持, 以及标准丰富的 API 等。 ( 3) μC / OS-Ⅱ μC/ OS-Ⅱ是一个著名的、源码公开的、抢占式的 多任务 实 时内核, 由美 国嵌入 式系统 专家 Jean J. Labrosse 用 C 语言 编
8 位 到 32 位
16 位 到 64 位
CPU 种类
AR M 系 列 、x86 、
Moto rola
68 k/
StrongA rm、 X s-
x86,
Drago nball / ColdP ower-
8051 系 列、AR M cale 、
Po werPC、
PC ,
fire , AR M 7TDMI, Strong-
不支持
不支持
开发 环境
Linux
Linux
UNIX , Windows Linux 或 Windows
或 Linux
的 Cygwin
开发调 GNU 系 列
试工具
GNU 系 列
C 交叉编译器、 汇编器和连接器
GNU 系 列
3 ERTOS 的比较和分析
本文主要从任务管理; 任务及中断间的同步与通信机制; 存储器管理; 中断管理; 对 CPU 和存储器的需 求等方面比 较分 析这四种 ERTOS。 3. 1 任务管理
当前, 实时操 作系 统( Real-Time Operating System, RTOS) 逐步成为嵌入式系统的主流, 是嵌入式系统软件的最重要组成 成分, 也是嵌入式应用软 件的基 础和开 发平台, 所以 对嵌入 式 实时操作系统 ( Embeded Real-Time Operating System, ERTOS) 的研究变得尤其重要。全球范围内有数百种 ERTOS, 如 Nucleus Plus, QNX, LynxOS, pSOS, VRTX, VxWorks, Windows CE, Hopen( 中国 科学 院 软 件研 究 中 心 研 制) , Palm OS, RT-Linux, μCLinux, μC/ OS-Ⅱ, eCos 等。开放 源码的 ERTOS 在 成本和 技 术上有着独特的优势, 并占有越来越重要的地位。本文将介绍 RT-Linux, μCLinux, μC/ OS-Ⅱ和 eCos 四种源码公开的 ERTOS, 通 过对它们关键实现技术的分析和比较, 为不同应用领域 选择合