第三章硬件平台上实时操作系统的实现

硕士学位论文MAS T E R' S T HE S I S第三章 硬件平台上实时操作系统的实现3 . 1嵌入式实时操作系统 ! 1 C / O S 一 日嵌入式操作系统是嵌入式系统软硬件资源的控制中心， 它以尽量合理的方 式组织多个用户共享嵌入式系统的各种资源。目 前嵌入式应用领域的发展趋势 是采用实时多任务操作系统R T O S ( R e a l T i m e O p e r a t i n g S y s t e m ) .R T O S的引入和应用系统的复杂性直接相关。 过去，一个单片机应用程序 控制的外设和执行的任务不多， 用一个主循环和几个顺序调用的子程序模块即 可满足要求。 但随着应用系统的不断复杂， 一个嵌入式处理器可能要同时控制 许多外设， 并且要求能实时的响应外设， 与此同时系统还要处理多个并发的任 务。 如果仍采用原来的程序设计方法就会产生两个问题: 一是中断可能得不到 及时的响应， 这对于一些场合来说是不允许的，比如网络通信的时候不能实时响应就会降低系统整体的信息流量; 二是并发的任务多， 如果对资源的分配以 及任务调度不当 就会发生死锁，降低了系统的可靠性( 1 3 , 17 R T O S是嵌入式系统启动后首先执行的背景程序，他作为主控程序管理整 个系统的资源， 对系统中的各个任务进行调度。 用户的应用程序是运行于R T O S 上的各个任务， R T O S 根据各个任务的需求， 进行资源管理、 任务调度、 消息管 理、 异常处理等工作。 在运用R T O S 的系统中， 每个任务均有一个优先级， R T O S 根据各个任务的 优先级和任务所处的 状态， 动态的 在各任务间 进行切换【13 1程序设计人员在编写应用程序时， 可以 独立地编写各个任务， 并通过任务 间的通信和同步机制来保证任务之间的协调，很大程度上减轻了程序的复杂 度，减小了程序设计的工作量，而且降低了出错的可能，使程序更可靠。R T O S也体现了一种新的系统设计思想，设计人员能够在不影响其他任务 的情况下添加或删除一个任务。另外，在R T O S 上设计的通用模块，如协议栈，由于以标准的系统A P I 为接口，移植很方便。在R T O S 的基础上实现各种通信协议比 较方便，通信协议的实现一般都采 用多任务的实现方式。 通过定时机制、 消息管理和任务调度使得底层异步传送 的网络硬件接口能服务于多个任务并同系统的任务并行运行。因此 R T O S常用硕士学位论文MAS T E R' S T HE S I S在需要实现网络功能的嵌入式系统中。u C / O S - I I 是一个公开源代码的实时操作系统内核， 它提供了实时系统所 需的基本功能。核心部分代码只有8 . 3 k B ， 短小精悍。u C / O S - I I 的特点主要有 1 15 1 : 开 源、 可裁减和扩展、 可占 先、 可确定性、 多任务。P C / O S 一 工 工 提供了 嵌 入式操作系统的基本功能，内 核简单高效，实时性好。但是u C / O S - I I 对于应 用来说还是过于简单，我们需要根据具体应用对， C / O S - I I 做功能上的扩展。3 . 2 u C / O S 一 日的任务管理和调度3 . 2 . 1 u C / O S - I I 的任务管理一个任务是一个完整的功能程序。该程序可以认为C P U 完全只属于自己。 应用项目 可以被分割成多个任务， 每个任务都是整个应用项目的某一部分， 每个任务被赋予一定的优先级， 并拥有它自己的一套C P U 寄存器和栈空间， 如图 3 . 1 所示。任务处于非运行态时，该任务的现场被保存到自 己的栈空间中。当 被调度处于运行态时，任务的现场从栈空间恢复到C P U 寄存器中运行。T A S KO I T A S K 椒T A S K加M E M O R 丫 、亡v U图3 . 1多任务系统