ReWorks实时操作系统核心功能分析
实时操作系统原理与应用案例
实时操作系统原理与应用案例实时操作系统（RTOS）是一种针对实时任务的操作系统，其设计和实现目标是为了能够满足实时任务的时限要求。
实时任务是指对于任务的响应时间要求非常严格的任务，例如在工业自动化、航空航天、医疗设备等领域中的控制任务。
一、实时操作系统原理实时操作系统的原理涉及以下几个方面：1. 实时性：实时操作系统要能够保证任务的响应时间满足其时限要求。
为了做到这一点，实时操作系统采用了一些特殊的调度算法，例如优先级调度算法和周期调度算法。
2. 可预测性：实时操作系统的行为必须是可预测的，即在一定的输入下，其输出必须是确定的。
为了达到可预测性，实时操作系统采用了一些限制机制，例如资源管理和任务切换的尽量减少。
3. 实时性与可靠性协作：实时操作系统需要确保实时任务的可靠性，即在遇到异常情况时能够正确处理。
为了做到这一点，实时操作系统采用了一些容错机制，例如异常处理和任务重启。
二、实时操作系统的应用案例实时操作系统广泛应用在许多领域，下面是一些实时操作系统应用案例：1. 工业自动化：在工业自动化中，实时操作系统被用于控制和监控终端设备。
实时操作系统能够实时响应设备的控制命令，并进行数据采集和处理，以实现对设备的精确控制。
2. 航空航天：在航空航天领域，实时操作系统被用于控制飞机、导弹等载具。
实时操作系统能够实时响应飞行控制指令，并对系统状态进行监控和预测，以确保载具的安全和稳定飞行。
3. 医疗设备：在医疗设备中，实时操作系统被用于控制和监控医疗设备的运行。
实时操作系统能够实时响应医疗设备的操作指令，并对设备的感知和检测数据进行处理，以保证医疗设备的准确性和可靠性。
4. 智能交通：在智能交通领域，实时操作系统被用于控制和管理交通系统。
实时操作系统能够实时响应交通信号灯的切换指令，并进行交通流量的检测和优化调度，以提高交通系统的效率和安全性。
步骤：1. 确定实时任务的需求：首先需要明确实时任务的具体需求，包括任务的时限要求、可靠性要求等。
分析国产化操作系统Reworks的嵌入式网关软件设计
分析国产化操作系统 Reworks 的嵌入式网关软件设计发布时间：2022-11-13T02:30:03.319Z 来源：《中国科技信息》2022年第14期作者：周文吉昱玮薛亚楠[导读] 自二十一世纪以来，我国现代航空平台信息化程度普遍升高周文吉昱玮薛亚楠北方自动控制技术研究所 030006摘要：自二十一世纪以来，我国现代航空平台信息化程度普遍升高，其中机载任务系统需要采用IP协议与地面系统开展无线组网活动。
对此，本文基于国产化操作系统Reworks设计出一套能够实现嵌入式的网关软件框架，通过分析其关键技术及软件架构后，在不添加硬件成本的情形下，利用现有的机载通信设备实现软件升级并满足IP支持能力，将机载任务实现与太网通信设备的高速互联效应。
最终利用无线网络接入地面系统，实现航空平台空地一体化IP总网通信，为改造现有通信设备及其综合化通信设备增加IP能力的应用奠定基础。
关键字：嵌入式网关；Reworks；国产化操作系统前言：网关作为将两个使用不同协议网络连接在一起的设备，除了具备基础的路由功能之外，还能够令两个不同协议及之间进行转换，实现不同网络间的互联通信功能。
其中嵌入式网关主要采用嵌入式处理器作为硬件平台的方式，具备非常明显的可靠性高、体积小且低功耗等优势特征。
随着我国近年来机载通信设备逐步采用模块综合化设计等多类型的设计方式，越来越多的学者将重点放在研发一套通用的嵌入式网关软件框架上，以此来通过软件升级实现设备的IP无线通信支持。
成效最为明显的就是在利用Reworks网络驱动工作机制及其IP协议基础上，设计出一种基于Reworks的嵌入式网关软件框架，相比与现有系统来说，能够支撑以太网物理层上的各层协议，且不再限制于机载或地面IP地址必须配备不同网段的硬性条件中。
1.国产化操作系统Reworks的嵌入式网关软件设计关键技术1.1技术原理国产化操作系统Reworks的嵌入式网关软件设计，主要将任务以太网的原始网络包封在机载的RapidIO高速通信总线数据帧当中，然后发送给通信设备模块，并将来自通信设备模块中上报的地面数据提取出以太网数据帧信息，紧接着发送到记载任务以太网当中，实现原始以太网数据包在地空VFH等无线网络传输中的最终目标。
国产化操作系统Reworks的嵌入式网关软件设计
国产化操作系统Reworks的嵌入式网关软件设计王帅;杜刚;陈琪【摘要】With the improvement of the information degree of the aviation platform ,the airborne mission system needs to use the TCP/IP protocol and the ground system to carry on the wireless network .In this paper ,a reusable embedded gateway software framework is de-signed based on the localization operating system Reworks .Without increasing hardware cost ,the software of airborne communication e-quipment is upgraded to achieve IP support capability ,the airborne mission Ethernet and the communication equipment are interconnec-ted .The integrated air-ground IP network communication is realized through the wireless network access to the ground system .This technology has been successfully used in a certain type of communication system .%随着航空平台信息化程度的提高,机载任务系统需要采用TCP/IP协议与地面系统进行无线组网,本文基于国产化操作系统Reworks设计了一套可复用嵌入式网关软件框架,在不增加硬件成本条件下,对现有机载通信设备进行软件升级实现IP支持能力,将机载任务以太网与通信设备高速互联,通过无线网络接入地面系统,实现了空地一体化IP组网通信.此技术已经在某型通信系统中得到了成功的应用.【期刊名称】《单片机与嵌入式系统应用》【年(卷),期】2017(017)003【总页数】5页(P18-22)【关键词】嵌入式网关;Reworks;空地IP网络通信【作者】王帅;杜刚;陈琪【作者单位】中国电子科技集团公司第十研究所通信事业部,成都610036;中国电子科技集团公司第十研究所通信事业部,成都610036;中国电子科技集团公司第十研究所通信事业部,成都610036【正文语种】中文【中图分类】TP393随着航空平台信息化程度的不断提高，机载任务系统往往需要采用TCP/IP协议与地面系统各个节点实现空地网络互联。
基于ReWorks操作系统的实时多任务程序设计
中国新技术新产品 一５ ３—
Ｑ １ 盟 Ｑ ： Ｑ （ ２
信 息 技 术
Ｃｈ ｉ ｎ ａ Ｎｅ ｗ Ｔｅ ｃ ｈ ｎｏ ｌ ｏ ｇ ｉ ｅ ｓ ａ ｎ ｄ Ｐｒ ｏ ｄ ｕ ｃ ｔ ｓ
基于 Ｒ ｅ Ｗｏ ｒ ｋ ｓ 操作系统的实时多任务程序设计
董 巍 马 云 （ １ 坤 国电子科技 集 团公 司第 ３ ８ 研 究所， 安徽 合肥 ２ ３ ０ ０ ３ １ ； ２ 冲 国电子科技 集团公 司第 ３ ２ 研 究所 ， 上海 ２ ０ ０ ２ ３ ３ ）
一
如何按照功能进行任 务划分 、 任 务优先级 的 设置、 任 务 间通 信机 制 的选 择 、 中断处 理程 序的编写 、 如何在多个 处理器之 间进行任务 的分配 和采取 什么样 的任 务调 度策 略等关 键技术 。 对于多项任务的划分 以及分配和调
Hale Waihona Puke 开销 大 ； Ｖ ｘ Ｗｏ ｒ ｋ ｓ 操 作系统， 功能强大 、 价 格 昂贵 ； ｐ Ｓ Ｏ Ｓ 操 作系 统， 技术服 务 资源匮乏 ； Ｑ Ｎ Ｘ操作系统 ， 开发工 具少 ，应用不 普及 ； Ｒ ｅ Ｗｏ ｒ ｋ ｓ 操作 系统 周 产操作 系统 ， 它有着 非 常优秀 的功效 。 Ｒ ｅ Ｗｏ ｒ ｋ ｓ 是一个 运行 在 目 标 机 上 的高 性 能 和 可 裁 减 的 嵌 入 式 实 时 操 作 系 统
（ Ｒ Ｔ ０ ｓ ） ， 自 从面世至今 ， 它凭借着 自身的优 势， 比如稳定性好 ， 安全性高等等的一些优
点 ，被大 范围的运用到很 多的行业之 中 ， 比
如通信以及医疗装置等等， 在我们国家有着
数量非常庞大 的使用者 。 １ 关于Ｒ ｅ Ｗｏ ｒ ｋ ｓ 它是一 项嵌 入式的实时的操作体 系 ， 有
多核嵌入式实时操作系统(RTOS)综述
多核嵌入式实时操作系统（RTOS）综述作者：张朝来源：《电脑知识与技术》2015年第12期摘要：从1981年第一个商业嵌入式实时操作系统VRTX/OS的出现，嵌入式实时操作系统已经过三十多年的发展。
本文对嵌入式相关的文献进行了调研，发现随着嵌入式芯片多核技术的日趋成熟和广泛应用，嵌入式实时操作系统对多核处理器提供了一定的支持，包括对称多核（SMP）和非对称多核（AMP），但也仍然存在多核并发控制、任务调度等问题。
在分析RTOS的研究现状后，得出了今后RTOS的研究热点有异构多核支持和物联网应用。
关键词：嵌入式系统；实时操作系统；对称多核；非对称多核中图分类号：TP316 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2015）12-0248-03A Survey on Multi-Core Real-Time Operating System （RTOS）ZHANG Zhao（The Institute of Computer Application，China Academy of Engineering Physics，Mianyang 621900，China）Abstract：The RTOS has been developed over three decades till now after the first available commercial RTOS which named VTRX/OS .After the study on embedded related literatures， it shows that with the development of Multi-core technology and widely use of Multi-core chips， the RTOS is becoming to support the Multi-core features include SMP and AMP， in order to fully use the potential of hardware， but still have some problem such as concurrency control and task allocation. So the next hot research filed of RTOS is the support of Heterogeneous multiprocessor. Besides the IOT also could be an important application filed for RTOS.Key words：EOS； RTOS； SMP； AMP早期的嵌入式应用由于嵌入式处理器运算能力低，所以功能单一，主要使用死循环代码实现。
管理系统的核心功能及作用解析
管理系统的核心功能及作用解析管理系统是现代企业管理中不可或缺的重要工具，它通过信息化技术的支持，帮助企业实现高效、精准的管理。
管理系统的核心功能涵盖了多个方面，下面将对管理系统的核心功能及其作用进行解析。
一、数据管理功能管理系统的核心功能之一是数据管理。
管理系统可以帮助企业对各类数据进行收集、存储、整理和分析，实现数据的集中管理和高效利用。
通过数据管理功能，企业可以及时获取各项业务数据，为决策提供有力支持。
同时，管理系统还可以对数据进行分类、归档，确保数据的安全性和完整性，防止数据丢失或泄露。
二、业务流程管理功能管理系统还具备业务流程管理功能，可以帮助企业规范和优化业务流程，提高工作效率和质量。
管理系统可以对业务流程进行建模和优化，实现流程自动化和标准化。
通过业务流程管理功能，企业可以清晰了解各项业务流程的执行情况，及时发现问题并进行调整，提升整体运营效率。
三、人员管理功能管理系统还包含人员管理功能，可以帮助企业对员工信息进行管理和监控。
管理系统可以记录员工的基本信息、工作记录、绩效评估等数据，实现对员工的全面管理。
通过人员管理功能，企业可以更好地安排人力资源，提高员工的工作效率和满意度，同时也可以及时发现和解决人员管理方面的问题。
四、资源管理功能管理系统还具备资源管理功能，可以帮助企业对各类资源进行有效管理和调配。
资源管理功能涵盖了物资、设备、资金等多个方面，可以帮助企业实现资源的合理配置和利用。
通过资源管理功能，企业可以降低成本、提高效益，确保资源的充分利用和保障企业的正常运转。
五、决策支持功能管理系统还具备决策支持功能，可以为企业决策提供数据支持和分析帮助。
管理系统可以通过数据挖掘、统计分析等技术手段，为企业提供全面、准确的数据分析报告，帮助企业领导层做出科学决策。
通过决策支持功能，企业可以更好地把握市场动态、把握发展方向，提高决策的准确性和效率。
六、沟通协作功能管理系统还包含沟通协作功能，可以帮助企业内部各部门之间实现信息共享和协同工作。
一文详解实时操作系统RTOS
根据实时性要求设计任务调度策略，如基 于优先级的调度算法。
设计任务通信机制
设计内存管理方案
确定任务间的通信方式，如信号量、消息 队列等。
根据系统资源需求设计内存管理方案，确保 实时任务的顺利执行。
编码实现阶段
编写实时操作系统内核
实现任务调度、任务通信、内存管理等核心功能。
编写实时任务代码
根据功能需求编写实时任务代码，确保满足实时性要求。
特点
高性能、可裁剪、微内核实时操作系统，支 持多任务处理和优先级调度。
优缺点
功能强大、稳定性好，但价格较高，且源代 码不开放。
μC/OS-II
开发者
Micrium
特点
基于优先级调度的抢占式实时内核， 可移植性好，源代码开放。
应用领域
嵌入式系统、智能仪表、医疗设备等 。
优缺点
结构简洁、易于理解和学习，但在某 些复杂应用场景下可能显得功能不足 。
3
随着物联网和嵌入式系统的发展，RTOS的应用 领域将一步扩大。
本文目的和结构
本文旨在详细介绍实时操作系 统（RTOS）的基本概念、特点
、应用领域和发展趋势。
文章将首先介绍RTOS的基本概 念和特点，然后分析RTOS的应
用领域和市场需求。
接着，文章将探讨RTOS的设计 原则和实现方法，包括任务调 度、内存管理、中断处理等方 面。
需求分析阶段
明确系统实时性要求
确定系统对实时性的具体需求，包括任务响应时间、任务执行时 间等。
分析系统功能需求
对系统需要实现的功能进行详细分析，划分功能模块。
评估系统资源需求
根据功能需求评估系统所需的硬件资源，如处理器、内存等。
系统设计阶段
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。
嵌入式系统设计中的实时性分析
嵌入式系统设计中的实时性分析在嵌入式系统设计中，实时性分析是至关重要的一环。
嵌入式系统是一种专门针对特定任务进行设计的计算机系统，通常被嵌入在其他设备中以控制、监视或执行特定功能。
因此，对于嵌入式系统来说，实时性是系统正常运行的关键要素之一。
实时性可以分为硬实时和软实时两种。
硬实时要求系统在规定的时间内完成特定任务，如果任务未在规定时间内完成，就会对系统产生严重的影响甚至造成灾难性后果。
软实时则要求系统在规定的时间内完成任务，但允许偶尔的任务延迟。
在不同应用场景下，对实时性的要求也有所不同。
在嵌入式系统设计中，实时性分析的主要目的是确保系统在运行过程中能够按照预定的时间要求完成任务。
为了保证系统的实时性，首先需要对系统的任务进行分析和划分。
根据任务的紧急程度和重要程度，将其划分为不同的优先级。
然后，在系统设计阶段，需要根据任务的优先级和时间要求，合理地分配系统资源，确保高优先级任务能够在规定时间内完成。
另外，为了更好地分析系统的实时性，还需要进行系统的时序分析。
时序分析主要是针对系统中各个任务的时间要求进行分析，包括任务的最大执行时间、最小执行时间、执行时间的变化范围等。
通过时序分析，可以更加清晰地了解系统的任务执行情况，从而更好地保证系统的实时性。
除此之外，在嵌入式系统设计中，还需要考虑系统的中断处理机制和任务调度算法。
中断处理机制是指系统在接收到外部事件时的响应机制，需要根据任务的优先级和紧急程度进行中断处理，确保系统能够在规定时间内对紧急事件进行响应。
任务调度算法则是指系统如何根据任务的优先级和时间要求进行任务调度，保证高优先级任务能够优先得到执行。
总的来说，实时性分析在嵌入式系统设计中起着非常重要的作用。
通过合理的任务分析、时序分析、中断处理机制和任务调度算法，可以有效地保证系统在运行过程中能够按照规定的时间要求完成任务，从而提高系统的可靠性和稳定性。
在今后的嵌入式系统设计中，实时性分析将继续扮演着至关重要的角色，为系统的正常运行提供有力的支持和保障。
ReWorks介绍
基于ReWorks/ReDe的技术架构
信息家电、智能导航、实时监控„
集 成 开 发 环 境
ReDe技术特点
开放性
基于Eclipse构建 支持功能插件的组合与扩展 支持开发工具的界面集成 集成第三方CASE工具，支持UML建模 提供可视化的配置工具 支持交叉编译、远程调试、目标仿真 支持团队开发 提供“所见即所得”的ReUI系统 集成测试工具，支持静态分析和动态测试 全部可控源代码 部分集成组件及子系统源自开发源码
易用性
可持续性
ReWorks功能介绍
微内核、组件化体系结构 微内核： 任务管理 256个优先级 强实时调度 实现基于优先级的抢占式调度策略 基本内存管理 存储管理 支持可变/固定大小的区域管理机制 核心可抢占设计 支持时间片轮转调度 时钟管理 支持动态分配/释放内存 中断管理 提供中断处理和任务的关联机制 中断管理 提供单调速率算法 支持内存预分配机制 抽象化设备操作 设备管理 支持256级中断，支持中断嵌套 核心组件 初打关读写控轮 定时器 时钟/定时器管理 支持常见的设备 区域、分区 多串、I/O、USB、1553、CAN、网络 任务通讯 信号量 信号、事件、信号量、消息等 为轮转调度提供时间片 Flash、DOC、DPRam 消息队列 用户扩展 在关键系统调用点提供钩子函数 红外、I2S、I2C、SPI等 用于信号量、事件、消息、信号等操作的超时管理
原有应用 源代码移植 ReDe ReWorks
Work/目标代码
驱动
应用案例
实时系统中的实时操作系统性能分析与性能优化策略(五)
实时操作系统（Real-time Operating System，RTOS）是一种专门设计用于实时系统的操作系统，它在实时性和可靠性方面具有较高的要求。
为了保证实时系统的正常运行，必须对实时操作系统的性能进行分析与优化。
本文将从实时系统中的实时操作系统性能分析和性能优化策略两个方面进行阐述。
一、实时操作系统性能分析实时操作系统性能分析是评估实时系统运行性能的过程，通过对系统中的关键指标进行测量、分析和评估，以便了解系统的行为和性能瓶颈。
以下是几种常用的实时操作系统性能分析方法：1. 响应时间分析：通过测量任务的响应时间来评估实时系统的性能。
响应时间是指从任务发起请求到系统响应完成的时间间隔。
通过监控任务的执行时间和延迟，可以判断系统是否满足实时性要求。
2. 利用率分析：利用率是指任务在给定时间段内所占用的处理器时间的比例。
通过分析任务的利用率，可以评估系统的负载情况，以及识别可能的瓶颈或资源竞争问题。
3. 中断频率分析：中断是实时系统中用于处理外部事件的重要机制。
通过分析中断的频率和响应时间，可以评估实时系统的对外部事件的处理能力。
4. 内存使用分析：实时系统的内存管理是其性能的重要因素之一。
通过分析系统的内存使用情况，包括堆栈空间、堆空间和数据区的利用率，可以评估系统的内存效率和资源利用情况。
二、性能优化策略实时操作系统性能优化是改善实时系统运行性能的过程，目的是提高系统的实时性、可靠性和效率。
以下是几种常用的实时操作系统性能优化策略：1. 任务调度策略优化：实时操作系统中的任务调度是确保任务按照优先级和时限要求有序执行的关键机制。
通过选择合适的任务调度算法和优先级规划策略，可以提高系统的任务响应能力和实时性。
2. 中断管理优化：中断是实时系统中处理外部事件的重要机制。
通过优化中断处理程序的设计和实现，包括减少中断响应时间、提高中断处理程序的处理能力等，可以提高系统对外部事件的响应速度和实时性。
ReWorks实时操作系统核心功能分析(ppt 47页)
4
培训大纲
1
时钟/定时器管理:
阐述ReWorks的系统时钟、时间、定时器等基本功能。
中断/异常管理:
2
描述ReWorks对于外部事件的中断响应方式，以及对于CPU异常的
处理机制。
rks中对于多任务的调度机制，以及任务间共享资源以
及同步的手段。
4
内存管理：
叙述实时系统中对于内存的管理方法，包括对于硬件MMU的支持。
5
总结：
通过几个上机分组实验对培训内容进行归纳总结。
5
培训大纲
1
时钟/定时器管理:
阐述ReWorks的系统时钟、时间、定时器等基本功能。
中断/异常管理:
2
描述ReWorks对于外部事件的中断响应方式，以及对于CPU异常的
处理机制。
多任务管理 :
3
讲述ReWorks中对于多任务的调度机制，以及任务间共享资源以
❖ 首先，中断的优先级高于任务，即使ISR 发送一条消息和唤醒 一个高优先级的任务使其就绪，ReWorks•内核仍然必须先返 回到ISR，让ISR完成。
❖ 其次, ISR 通常是通信/同步源，它往往需要返回一个信号量， 或者向任务发送一个消息或一个事件。ISR 很少会是通信汇点 ，它不能等待消息或事件。
。 ❖ ReWorks采用中断处理和任务 的关联机制，使主体的中断处理任 务可运行于用户空间。
任务态
中断产生
中断态 恢复现场
中断嵌套
保存现场
中断处理
任务切换
就绪队列 任务优先级高
14
2.1 中断/异常管理
中断/异常概述
❖ 作为其I/O处理的一部分。ISR 通常直接与一个或多个任务通信 ，这种通信的性质通常是驱使一个任务运行并处理中断条件。 这类似于任务与任务的通信或同步。但有两点重要的差别。
实时操作系统使用指南
实时操作系统使用指南第一章：实时操作系统简介实时操作系统（RTOS）是一种专门设计用于实时应用的操作系统。
它可以满足对时间响应要求非常高的应用程序，例如航空航天、医疗设备、工业自动化等领域。
本章将介绍实时操作系统的基本概念、分类和特点。
1.1 实时操作系统概念实时操作系统是指在严格的时间约束下，保证应用程序在规定的时间内完成响应的操作系统。
它能够在固定时间内响应外部事件的发生，并完成相应的任务。
1.2 实时操作系统分类实时操作系统根据任务的执行时限，可以分为硬实时和软实时两种。
硬实时要求系统在严格的时间限制下完成任务，而软实时要求系统在大多数时候满足时间要求，但可以在一些情况下超过限制。
1.3 实时操作系统特点实时操作系统的特点包括快速响应、高可靠性、严格时间约束和可预测性等。
它们能够高效地处理实时数据，提供稳定可靠的系统性能。
第二章：实时操作系统应用领域实时操作系统在许多领域都有广泛的应用。
本章将介绍实时操作系统在航空航天、医疗设备和工业自动化等领域的具体应用。
2.1 航空航天领域实时操作系统在航空航天领域被广泛应用，用于飞行控制、导航系统和通信等任务。
它们可以确保飞行器的稳定飞行，提供高可靠性的飞行控制功能。
2.2 医疗设备领域在医疗设备领域，实时操作系统用于控制和监测医疗仪器的运行。
例如，心脏起搏器、呼吸机和血压监测仪等设备都需要实时处理和反馈数据，以保证患者的生命安全。
2.3 工业自动化领域实时操作系统在工业自动化领域的应用十分广泛。
它们用于控制和管理自动化系统，如机器人、生产线和仓储系统等。
实时操作系统能够提供高效稳定的工业控制功能，提高生产效率和质量。
第三章：实时操作系统特性与选择选择适合的实时操作系统对于应用程序的性能至关重要。
本章将介绍实时操作系统的特性，并提供一些选择实时操作系统的指导原则。
3.1 实时调度算法实时操作系统的调度算法直接影响任务的执行顺序和响应时间。
常用的调度算法包括先来先服务（FIFO）、最短剩余时间优先（SRTF）和优先级调度等。
ReWorks实时操作系统核心功能分析
2.1 中断/异常管理
x86常见异常号
❖ 系统出现异常时，CPU通常通过异常号来反映具体的异常信息。以x86为例，常见的异常号如下表
所示：
异常号
0 4 5
异常名称
除零异常 溢出异常 越界异常
异常号
6 7 14
异常名称
无效指令异常 浮点异常
非法地址异常
路漫漫其修远兮, 吾将上下而求索
培训大纲
1
时钟/定时器管理:
阐述ReWorks的系统时钟、时间、定时器等基本功能。
中断/异常管理:
2
描述ReWorks对于外部事件的中断响应方式，以及对于CPU异常的处
理机制。
多任务管理 :
3
讲述ReWorks中对于多任务的调度机制，以及任务间共享资源以
及同步的手段。
4
内存管理：
叙述实时系统中对于内存的管理方法，包括对于硬件MMU的支持
ReWorks实时操作系统 核心功能分析
路漫漫其修远兮, 吾将上下而求索
2020年4月4日星期六
路漫漫其修远兮, 吾将上下而求索
培训大纲
1.ReWorks实时操作系统概述 2.ReDe开发环境介绍 3.ReWorks BSP开发 4.ReWorks BSP示例分析 5.ReWorks核心功能介绍 6.ReWorks核心功能示例分析与实验 7.ReWorks扩展功能介绍 8.ReWorks设备驱动开发 9.ReWorks示例分析与实验
定时器
❖ 定时器通过定时器控制块管理，通过系统时钟的计时手段提供定时触 发功能。 定时器状态转换图如下图所示：
路漫漫其修远兮, 吾将上下而求索
1.3 定时器管理
实时操作系统的设计与开发
实时操作系统的设计与开发随着社会科技的不断进步，人们对于计算机系统的要求越来越高，尤其是在工业制造、军事领域、航空航天等较为敏感的领域，对于操作系统的实时性提出了更高的要求。
实时操作系统（Real-Time Operating System，RTOS）应运而生，它要求系统能在指定的时间内响应外部事件并完成任务，也就是要有硬性的时间限制。
因此，本文将从实时操作系统的基本原理、应用场景、设计要求、实现方法和开发技术等方面进行探讨。
一、实时操作系统的基本原理实时操作系统（RTOS）一般分为硬实时和软实时两种情况。
硬实时要求任务必须在规定的时间内及时完成；而软实时则是要求在规定的时间内完成一定程度上的任务，不完成则不能再继续使用。
实时操作系统的基本原理是在为应用程序提供一个“实时环境”，它在规定的时间内必须有相应的响应时间和任务完成时间。
在实时环境中，任务被分为多个不同的优先级，并被动态地调度和分配时间片来保证整个系统运行的流畅性。
这种机制使得操作系统可以保证低延迟、高可靠、高吞吐量等优点。
二、实时操作系统的应用场景实时操作系统主要应用于机器人控制、航空航天、智能家居、工业自动化、医疗器械、物联网等领域。
其应用范围与需求极其广泛，主要的体现在以下几个方面：1. 机器人控制机器人控制需要实时响应时间和准确的运动控制，RTOS的设计可以满足这一需求，从而实现更准确和可靠的控制。
2. 航空航天在航空航天领域，RTOS的任务主要是控制/监控、通信、数据记录等。
其主要特点是响应时间要求特别高、CPU占用率相对较高以及具有非常高的可靠性。
3. 智能家居在智能家居应用中，RTOS可以完成智能家居设备与音频视频设备的连接管理、任务调度等任务。
其主要特点是即时启动、运行稳定、响应速度快等特点。
4. 工业自动化工业自动化应用主要有过程控制、机器控制、制造执行系统和在线质量控制等领域。
在这些领域，RTOS主要实现数据采集及控制指令实时处理等任务。
实时操作系统概述
实时操作系统概述在当今科技飞速发展的时代，计算机系统在各个领域的应用日益广泛，从航空航天、工业控制到消费电子，从医疗设备到智能交通，无一不需要高效可靠的操作系统来保障其正常运行。
其中，实时操作系统因其独特的性能和特点，在对时间要求极为严格的应用场景中发挥着至关重要的作用。
那么，什么是实时操作系统呢？简单来说，实时操作系统是指能够在规定的时间内完成特定任务，并对外部事件做出及时响应的操作系统。
与我们常见的通用操作系统（如 Windows、Linux 等）不同，实时操作系统更注重任务的实时性和确定性，它需要保证系统的响应时间是可预测的，并且能够在严格的时间限制内完成关键操作。
实时操作系统的核心特点之一就是其确定性。
这意味着对于给定的输入和系统状态，系统的输出和响应时间是完全可预测的。
无论是处理传感器数据、控制机械运动还是进行实时通信，实时操作系统都能够按照预定的时间计划准确执行任务，不会出现不可预测的延迟或波动。
例如，在汽车的防抱死制动系统中，实时操作系统必须在极短的时间内检测车轮的转速变化，并迅速做出制动调整，以确保车辆的安全稳定。
实时操作系统的另一个重要特点是任务的优先级调度。
在实时系统中，任务通常被分为不同的优先级，高优先级的任务能够优先获得系统资源并得到执行。
这种优先级调度机制确保了关键任务能够在第一时间得到处理，从而满足系统的实时性要求。
比如，在医疗设备中，生命体征监测任务的优先级往往高于数据存储任务，以保证患者的生命安全。
为了实现高效的实时性能，实时操作系统通常采用简洁高效的内核设计。
内核是操作系统的核心部分，负责管理系统资源、任务调度和进程通信等关键功能。
实时操作系统的内核通常体积较小、代码简洁，以减少系统的开销和延迟。
同时，它还采用了一些优化技术，如中断处理的快速响应、内存管理的高效算法等，以提高系统的整体性能。
实时操作系统在很多领域都有着广泛的应用。
在工业控制领域，它被用于自动化生产线的控制、机器人的运动控制等，确保生产过程的精确和高效。
ReWorks嵌入式实时操作系统和ReDe嵌入式软件开发环境
ReWorks嵌入式实时操作系统和ReDe嵌入式软件开发环境1 引言嵌入式系统与软件是发展先进制造业和现代服务业，满足高端数字化应用对网络自适应、服务个性化、功能综合化以及功能复杂化等需求的重要技术保障。
随着嵌入式微处理器、通信总线、存储器和嵌入式计算机系统结构的技术发展，嵌入式硬件的价格不断降低，计算能力、通信能力和存储能力不断提高，这为嵌入式软件的发展提供了更大的空间。
另一方面，嵌入式应用层面的信息化、智能化、网络化需求，促使传统的嵌入式软件向基于嵌入式实时操作系统的、更具功能扩展能力和价值创造能力的嵌入式软件发展。
在轨道交通、船舶电子、信息家电等领域，嵌入式技术的应用已经成为提高产品竞争力的重要手段。
ReWorks是华东计算技术研究所自主研制的嵌入式实时操作系统，ReDe是为ReWorks提供的嵌入式软件开发环境，该产品已广泛应用于轨道交通、船舶电子、信息家电、工业控制和国防领域。
本文从技术角度对ReWorks/ReDe的结构、功能和特点作简要介绍。
2 ReWorks嵌入式实时操作系统嵌入式实时操作系统位于嵌入式硬件和嵌入式应用软件之间，为上层应用提供基础服务，是信息家电、信息终端等嵌入式应用产品的核心和灵魂，应用系统的功能实现、实时性能、安全可靠在很大程度上依赖于操作系统的支持。
ReWorks/ReDe采取宿主/目标机的体系结构，如图1所示：图1 ReWorks/ReDe的宿主/目标机体系结构（1）系统结构ReWorks采用微内核及组件技术，能根据应用需要对操作系统内核进行配置、裁剪、扩展与定制，具备较强的伸缩能力。
其中，微内核提供强实时调度、基本内存管理、时钟管理、中断管理等功能，核心组件提供定时器、区域、分区、信号、事件、信号量、消息等可裁剪功能。
这种微内核、层次化组件结构决定了其固有的模块化特性，为提高系统的升级维护能力、目标处理环境适应能力以及系统的扩展能力等提供了基础保障。
（2）ReWorks的强实时性ReWorks提供实时多任务管理机制，支持基于优先级的可抢占调度、时间片轮转调度以及速率单调算法等任务调度策略和技术。
(rte)原理
(rte)原理RTE（Real-Time Executive）是指实时执行系统，是一种为实时应用程序设计的软件系统。
它的主要功能是提供一个能够更方便地控制应用程序的运行和资源的分配的环境。
RTE系统有以下特点：1. 必须满足实时性要求一个RTE系统最重要的特点就是必须要满足实时性的要求。
这就要求RTE系统能够更快地处理数据，能够在规定时间内完成任务，同时还要能够及时响应外部的事件。
2. 严格的可预测性RTE系统要求具有高度的可预测性，即在给定的时间内，系统的行为是可以预见的和控制的。
系统中每个任务的执行时间和优先级都是确定的，系统其它任务的执行不能干扰当前正在执行的任务。
3. 系统稳定性和可靠性RTE系统要求具有高度的系统稳定性和可靠性。
系统的每个组件之间都要协调工作，从而保证系统的稳定性和可靠性。
系统也必须能够自我修复和处理异常情况，具备高可靠性。
4. 灵活和可扩展性RTE系统要求具有灵活性和可扩展性。
系统必须能够支持不同的硬件平台和软件环境，同时也要能够随着应用需求的变化而扩展和升级。
RTE系统还包括以下几个主要方面：1. 任务管理一个RTE系统需要管理多个任务，每个任务都有不同的执行时间和优先级，系统必须能够按照任务的优先级来进行管理和调度。
当系统空闲时，会执行最高优先级的任务。
2. 中断处理RTE系统必须能够及时响应外部中断事件，例如硬件的信号或者软件的事件，这是实现实时性的关键。
当出现中断事件时，系统必须能够暂停当前执行的任务并处理中断事件。
3. 内存管理RTE系统必须能够有效地管理内存，使得每个任务都能够得到足够的内存空间，同时也要避免内存泄漏和内存碎片的问题。
为了满足实时性的要求，RTE系统需要使用一种实时可用的内存分配算法。
4. 消息传递RTE系统中的任务通常是通过消息传递进行交互的，因此需要一个有效的消息传递机制。
消息传递可以是同步的或异步的，可以是基于共享内存的，也可以是基于消息队列的。
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10
培训大纲
1
时钟/定时器管理:
阐述ReWorks的系统时钟、时间、定时器等基本功能。
中断/异常管理:
2
描述ReWorks对于外部事件的中断响应方式，以及对于CPU异常的
处理机制。
多任务管理 :
3
讲述ReWorks中对于多任务的调度机制，以及任务间共享资源以
高精度时戳接口
sys_timestamp() 返回当前的时戳数； sys_timestamp_freq() 返回时戳频率。 ❖ 由于不同CPU时钟频率的差异，在调用thread_delay等系统延时函数时 ，函数的参数避免直接指定tick数，以保证等待的时间一致。
7
1.2 实时时钟
实时时钟
❖ RTC时间的设置和获取 实时时钟是硬件提供的管理系统日历时间的功能，ReWorks核心针对
ReWorks实时操作系统核心功能分析
路漫漫其悠远
少壮不努力，老大徒悲伤
培训大纲
1.ReWorks实时操作系统概述 2.ReDe开发环境介绍 3.ReWorks BSP开发 4.ReWorks BSP示例分析 5.ReWorks核心功能介绍 6.ReWorks核心功能示例分析与实验 7.ReWorks扩展功能介绍 8.ReWorks设备驱动开发 9.ReWorks示例分析与实验
定时器（续）
❖ 辅助时钟 为了提供更高精度的定时功能，硬件可以提供辅助时钟。
❖ 主要接口函数 （1）创建定时器
int utimer_create(u32 *id)； （2）删除定时器
int utimer_delete(u32 id) ； （3）启动定时器
int utimer_start ( u32 id, int ticks, void (*func)(void *), void *arg ); （4）取消定时器
及同步的手段。
4
内存管理：
叙述实时系统中对于内存的管理方法，包括对于硬件MMU的支持。
5
总结：
通过几个上机分组实验对培训内容进行归纳总结。
6
1.1 系统时钟
系统时钟
❖ 系统时钟是特定的周期性中断，该中断可以看做系统心脏的脉动。 系统时钟提供计时功能，使内核可以将任务延时若干个整数时钟节拍， 以及当任务等待事件发生时，提供等待超时的依据。 ❖ ReWorks中缺省的时钟频率为100 次/秒；
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总结：
通过几个上机分组实验对培训内容进行归纳总结。
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培训大纲
1
时钟/定时器管理:
阐述ReWorks的系统时钟、时间、定时器等基本功能。
中断/异常管理:
2
描述ReWorks对于外部事件的中断响应方式，以及对于CPU异常的
处理机制。
多任务管理 :
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讲述ReWorks中对于多任务的调度机制，以及任务间共享资源以
❖ 首先，中断的优先级高于任务，即使ISR 发送一条消息和唤醒 一个高优先级的任务使其就绪，ReWorks•内核仍然必须先返 回到ISR，让ISR完成。
❖ 其次, ISR 通常是通信/同步源，它往往需要返回一个信号量， 或者向任务发送一个消息或一个事件。ISR 很少会是通信汇点 ，它不能等待消息或事件。
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培训大纲
1
时钟/定时器管理:
阐述ReWorks的系统时钟、时间、定时器等基本功能。
中断/异常管理:
2
描述ReWorks对于外部事件的中断响应方式，以及对于CPU异常的
处理机制。
多任务管理 :
3
讲述ReWorks中对于多任务的调度机制，以及任务间共享资源以
及同步的手段。
4
内存管理：
叙述实时系统中对于内存的管理方法，包括对于硬件MMU的支持。
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培训大纲
1.ReWorks实时操作系统概述
2.ReWorks核心功能分析
5.ReWorks板级支持包开发
3.ReWorks扩展功能分析
6.ReWorks设备驱动开发
4.ReWorks图形系统分析
7.ReDe开发环境功能分析
ReWorks上层应用开发基础
8.ReWorks综合实验
ReWorks底层驱动开发基础
系统日历时间的操作的标准接口有：rtc_read、rtc_write, 用户可以在这些 接口里实现具体的RTC功能，从而可以实现设置、获取及维护系统的日 历时间。
8
1.3 定时器管理
定时器
❖ 定时器通过定时器控制块管理，通过系统时钟的计时手段提供定时触 发功能。 定时器状态转换图如下图所示：
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1.3 定时器管理
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培训大纲
1.ReWorks实时操作系统概述
2.ReWorks核心功能分析
5.ReWorks板级支持包开发
3.ReWorks扩展功能分析 4.ReWorks图形系统分析
6.ReWorks设备驱动开发
7.ReDe开发环境功能分析
ReWorks上层应用开发基础
8.ReWorks综合实验
ReWorks底层驱动开发基础
。 ❖ ReWorks采用中断处理和任务 的关联机制，使主体的中断处理任 务可运行于用户空间。
任务态
中断产生
中断态 恢复现场
中断嵌套
保存现场
中断处理
任务切换
就绪队列 任务优先级高
14
2.1 中断/异常管理
中断/异常概述
❖ 作为其I/O处理的一部分。ISR 通常直接与一个或多个任务通信 ，这种通信的性质通常是驱使一个任务运行并处理中断条件。 这类似于任务与任务的通信或同步。但有两点重要的差别。
12
2.1 中断/异常管理
x86常见异常号
❖ 系统出现异常时，CPU通常通过异常号来反映具体的异常信息。以x86为例，常见的异常号如下表
所示：
异常号
0 4 5
异常名称
除零异常 溢出异常 越界异常
异常号
6 7 14
异常名称
无效指令异常 浮点异常
非法地址异常
13
2.1 中断/异常管理
外部事件响应
❖ 中断是一种硬件机制，用于通 知CPU“有异步事件发生”。中断 机制使CPU在事件发生时进行处理 ，而不必连续查询是否有事件发生
及同步的手段。
4
内存管理：
叙述实时系统中对于内存的管理方法，包括对于硬件MMU的支持。
5
总结：
通过几个上机分组实验对培训内容进行归纳总结。
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2.1 中断/异常管理
中断/异常概述
❖ 异常是CPU所产生的非预料的事件，包括如：陷阱、中断指令 、被零除、浮点指针或整数溢出、错误指令或地址错误。
❖ 中断是一种硬件机制，用于通知CPU“有异步事件发生”。中 断机制使CPU在事件发生时进行处理，而不必连续查询是否有 事件发生。