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1.5 嵌入式操作系统
• 基本概念
——非抢占式内核 非占先式内核要求每个任务自我放弃CPU 的所有权。非占先式调度法也称作合作型多任 务，各个任务彼此合作共享一个CPU。 异步事件还是由中断服务来处理。中断服 务可以使一个高优先级的任务由挂起状态变为 就绪状态。但中断服务以后控制权还是回到原 来被中断了的那个任务，直到该任务主动放弃 CPU的使用权时，那个高优先级的任务才能获 得CPU的使用权。
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• 基本概念 ——可抢占式内核
当系统响应时间很重要时，要使用抢占式 内核。最高优先级的任务一旦就绪，总能得到 CPU的控制权。当一个运行着的任务使一个比 它优先级高的任务进入了就绪状态，当前任务 的CPU使用权就被剥夺了，或者说被挂起了， 那个高优先级的任务立刻得到了CPU的控制权。 如果是中断服务子程序使一个高优先级的任务 进入就绪态，中断完成时，中断了的任务被挂 起，优先级高的那个任务开始运行。
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• 概述
计算机由硬件和软件两部分组成，操作系统OS是配置 在计算机硬件上的第一层软件。操作系统可解释或理解为补 平硬件差异的界面或者说隐藏硬件，让应用程序可以在上面 运行。通过由操作系统统一提供出来的系统界面来写应用程 序，无须考虑不同硬件所造成的差异，让程序设计人员能够 专注于所擅长领域的开发。 从用户的观点看，OS是用户与计算机硬件系统之间的 接口，用户在OS的帮助下能够方便，快捷，安全，可靠地 操纵计算机硬件和运行自己的程序；从资源管理的观点看， 可以把OS视为计算机系统资源的管理者。
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• 概述
监控程序
在计算机技术发展的初期，为了给用户提供一 个与计算机的接口，同时提高计算机的资源利用率， 便出现了计算机监控程序，使用户能通过监控程序 来使用计算机。 随着计算机技术的发展，计算机系统的硬件， 软件资源也又进一步发展形成了操作系统，发展到 现在，广泛使用的有三种操作系统，即多道批处理 操作系统，分时操作系统以及实时操作系统。
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• 基本概念 ——代码的临界区
代码的临界区也称为临界区，指处理时不 可分割的代码，运行这些代码不允许被打断。 一旦这部分代码开始执行，则不允许任何中断 打入（这不是绝对的，如果中断不调用任何包 含临界区的代码，也不访问任何临界区使用的 共享资源，这个中断可能可以执行）。 为确保临界区代码的执行，在进入临界区 之前要关中断，而临界区代码执行完成以后要 立即开中断。
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• 基本概念 ——内核 多任务系统中，内核负责管理各个 任务，或者说为每个任务分配CPU时间， 并且负责任务之间的通信。内核提供的 基本服务是任务切换。 内核提供必不可少的系统服务，如 信号量、消息队列、延时等。
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• 基本概念
——调度
调度是内核的主要职责之一。调度就是决 定该轮到哪个任务运行。多数实时内核是基于 优先级调度法的。每个任务根据其重要程序的 不同被赋予一定的优先级。基于优先级的调度 法指CPU总是让处在就绪态的优先级最高的任 务先运行。 然而究竟何时让高优先级任务掌握CPU的 使用权，有两种不同的情况，这要看用的是什 么类型的内核，是非占先式的还是抢占式的内 核。
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• 基本概念 ——任务切换
当多任务内核决定运行另外的任务时，它 保存正在运行任务的当前状态，即CPU寄存器 中的全部内容。这些内容保存在任务的当前状 态保存区，也就是任务自已的栈区之中。入栈 工作完成以后，就把下一个将要运行的任务的 当前状态从任务的栈中重新装入CPU的寄予存 器，并开始下一个任务的运行。这个过程就称 为任务切换。
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• 发展
多道批处理操作系统 监 控 程 序 操 作 系 统 适用于计算中心等较 大的计算机系统 适用于多个用户共享 系统资源 适用于嵌入式设备和 有实时性要求的系统 中
分时操作系统
实时操作系统 时 间 先 后
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• 实时操作系统
实时操作系统，指一个优先级高的任务能够 获得立即的，没有延迟的服务，它不需要等候任 何其他任务，而且在得到CPU的使用权后，可一 直执行到工作结束或者有更高级的进程出现为止。
• 基本概念 ——前后台系统
后台 循环中调 用相应的函数 完成相应的操 作，这部分可 以看成后台行 为，后台也可 以叫做任务级。 前台
中断服务程序 时 间
ISR
ISR ISR
ISR
中断服务 程序处理异步 事件，这部分 可以看成前台 行为，前台也 叫中断级。时 间相关性很强 的关键操作一 定是靠中断服 务程序来保证 的。
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• 基本概念
——资源
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。
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• 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。
• 嵌入式操作系统的体系结构图
应用程序
应用层 文件系统/图形用户接口 基本模块 OS层 内存管理 文件管理 OS核 进程调度 扩展模块 网络模块 图形驱动 数据库 模块
驱动层
驱动程序、硬件抽象层、板级支持包
硬件
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• 基本概念
——前后台系统
对基于芯片的开发来说，应用程序 一般是一个无限的循环，可称为前后台 系统或超循环系统。循环中调用相应的 函数完成相应的操作，这部分可以看成 后台行为。中断服务程序处理异步事件， 这部分可以看成前台行为。
访问共享资源之 其它任务访问受阻 而不能使用共享资源 前申请信号量
任务A 得到允许后，才 能使用共享资源 共享资源
任务B 信号量
任务C
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• 基本概念 ——任务 一个任务，也称作一个线程，是一 个简单的程序，该程序可以认为CPU完 全属于该程序自己。每个任务都是整个 应用的某一部分，每个任务被赋予一定 的优先级，有它自己的一套CPU寄存器 和自己的栈空间。