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  • 嵌入式操作系统

    千次阅读 2017-12-18 10:15:47
    教材:嵌入式系统及应用,罗蕾、李允、陈丽蓉等,电子工业出版...嵌入式软件系统嵌入式操作系统嵌入式操作系统可以统称为应用在嵌入式系统的操作系统,它具有一般操作系统的功能,同时具有嵌入式软件的特点,主要有 可

    教材:嵌入式系统及应用,罗蕾、李允、陈丽蓉等,电子工业出版社


    嵌入式软件系统

    嵌入式操作系统

    嵌入式操作系统可以统称为应用在嵌入式系统的操作系统,它具有一般操作系统的功能,同时具有嵌入式软件的特点,主要有

    • 可固化
    • 可配置、可剪裁
    • 独立的板级支持包,可修改
    • 不同的CPU有不同的版本
    • 应用的开发需要有集成的交叉开发工具

    目前嵌入式操作系统的市场在不断细分,出现了针对不同领域的产品,这些产品按领域的要求和标准提供特定的功能

    嵌入式操作系统的演变

    • 无操作系统阶段

    • 简单操作系统阶段

    • 实时操作系统阶段

    • 面向Internet的阶段

    嵌入式操作系统分类

    • 从应用领域来分

    • 从实时性的角度来分

    • 从嵌入式系统的商业模式来分类

      • 商用型:功能稳定、可靠,有完善的技术支持和售后服务,开发费用+版税
      • 开源型:开放源码,只收服务费,没有版税。 如Embedded linux,RTEMS,eCOS

    嵌入式操作系统体系结构

    • 体系结构是操作系统的基础,它定义了硬件与软件的界限、内核与操作系统其它组件(文件、网络、GUI等)的组织关系、系统与应用的接口

    • 体系结构是确保系统的性能、可靠性、灵活性、可移植性、可扩展性的关键

    • 目前操作系统的体系结构可分为:单块结构、层次结构和客户/服务器(微内核)结构

    • 目前嵌入式操作系统主要采用分层和模块化相结合的结构或微内核结构

    • DeltaCORE的体系结构:层次+模块结构
      DeltaCORE

    嵌入式操作系统的组成

    嵌入式内核

    内核是嵌入式操作系统的基础,也是必备的部分;内核还提供特定的应用编程接口,但目前没有统一的标准。

    • 任务管理
      • 内核的核心部分,具有任务调度、创建任务、删除任务、挂起任务、解挂任务、设置任务优先级等功能
      • 通用计算机的操作系统追求的是最大的吞吐率,为了达到最佳整体性能,其调度原则是公平,采用Round-Robin或可变优先级调度算法,调度时机主要以时间片为主驱动
      • 嵌入式操作系统多采用基于静态优先级的可抢占的调度,任务优先级是在运行前通过某种策略静态分配好的,一旦有优先级更高的任务就绪就马上进行调度
    • 内存管理
      • 嵌入式操作系统的内存管理比较简单
      • 通常不采用虚拟存储管理,而采用静态内存分配和动态内存分配(固定大小内存分配和可变大小内存分配)相结合的管理方式
      • 有些内核利用MMU机制提供内存保护功能
    • 通信、同步和互斥机制
      • 这些机制提供任务间、任务与中断处理程序间的通信、同步和互斥功能
      • 一般包括信号量、消息、事件、管道、异步信号和共享内存等功能
      • 嵌入式操作系统需要解决在这些机制的使用中出现的优先级反转问题
    • 中断管理
      • 安装中断服务程序
      • 中断发生时,对中断现场进行保存,并且转到相应的服务程序上执行
      • 中断退出前,对中断现场进行恢复
      • 中断栈切换
      • 中断退出时的任务调度
    • 时间管理
      • 提供高精度、应用可设置的系统时钟,该时钟是嵌入式系统的时基,可设置为十毫秒以下
      • 提供日历时间,负责与时间相关的任务管理工作如任务对资源有限等待的计时、时间片轮转调度等,提供软定时器的管理功能等
      • 通用操作系统的系统时钟的精度由操作系统确定,应用不可调,且一般是几十个毫秒
    • 任务扩展功能
      • 在内核中设置一些Hook的调用点
      • Hook调用点有任务创建、任务切换、任务删除、出错处理等

    嵌入式TCP/IP

    • 嵌入式TCP/IP网络系统提供符合TCP/IP协议标准的协议栈,提供Socket编程接口

    • TC/PIP协议
      TCPIP协议

    • 嵌入式TCP/IP网络系统具有以下的特点

      • 可剪裁
      • 采用“零拷贝”(Zero Copy)技术,提高实时性
      • 采用静态分配技术

    嵌入式文件系统

    • 嵌入式文件系统较为简单,主要具有文件的存储、检索、更新等功能,一般不提供保护和加密等安全机制

    • 它以系统调用和命令方式提供对文件的各种操作,主要有

      • 设置和修改对文件和目录的存取权限
      • 提供建立、修改、改变、删除目录等服务
      • 提供创建、打开、读、写、关闭、撤消文件等服务

    嵌入式实时操作系统µC/OS-II

    • µC/OS-II是一个抢占式实时多任务内核。它是用ANSI的C语言编写的,包含一小部分汇编语言代码,使之可以提供给不同架构的微处理器使用

    • 至今,从8位到64位,µC/OS-II已经在40多种不同架构的微处理器上使用

    • µC/OS-II全部以源代码的方式提供,大约有5500行

    • CPU相关的部分使用的是针对Intel80x86微处理器的代码

    • µC/OS-II可以很容易地移植到不同架构的嵌入式微处理器上

    • µC/OS-II 不是自由软件,用于商业目的时须取得许可证

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  • 许多嵌入式应用要求实时性,这就要求嵌入式操作系统具有实时处理能力;嵌入式系统和具体应用有机地结台在一起,它的升级换代也是和具体产品同步进行;嵌入式系统中的软件代码要求高质量、高可靠性;一般都固化在只读...
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  • 操作系统功能包括: 任务管理(切换,调度等) 内存管理(分区,分块避免内存碎片) 进程间的通信(共享数据结构(必须实现共享数据结构的存取互斥机制)和消息机制) 进程间的同步(信号量来管理) 定时器管理...
    操作系统功能包括:
    
    任务管理(切换,调度等)
    内存管理(分区,分块避免内存碎片)
    进程间的通信(共享数据结构(必须实现共享数据结构的存取互斥机制)和消息机制)
    进程间的同步(信号量来管理)
    定时器管理(通过定时器来实现中断服务程序?有限等待计时与中断服务程序?)
    中断管理(通过中断实现任务间的调度?)




    关键字:信号量,定时器,中断
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  • 实时系统与嵌入式操作系统

    千次阅读 2019-07-05 11:13:53
    实时系统与嵌入式操作系统 实时系统可以看成对外部事件能够及时响应的系统。这种系统最重要的特征是时间性,也就是实时性,实时系统的正确性不仅依赖于系统计算的逻辑结果,还依赖于产生这些结果的时间。 本节主要...

    实时系统与嵌入式操作系统

    实时系统可以看成对外部事件能够及时响应的系统。这种系统最重要的特征是时间性,也就是实时性,实时系统的正确性不仅依赖于系统计算的逻辑结果,还依赖于产生这些结果的时间。

    本节主要以实时嵌入式操作系统的特性和概念为主线,对嵌入式操作系统的基本概念与特点、基本架构、内核服务、内核对象与内核服务等核心内容进行全面的介绍。

     

    (1)逻辑(或功能)正确,是指系统对外部事件的处理能够产生正确的结果。

    (2)时间正确,是指系统对外部事件的处理必须在预定的周期内完成。

    (3)死线(Deadline)或时限、死限、截止时间,是指系统必须对外部事件进行处理的最迟时间界限,错过此界限可能产生严重的后果。通常,计算必须在到达时限前完成。

    (4)实时系统,是指功能正确和时间正确同时满足的系统,二者同等重要。换言之,实时系统有时间约束并且是时限驱动的。但是在某些系统中,为了保证功能正确性,有可能牺牲时间正确性。

    可以根据实时性的强弱,即系统必须对外部事件做出响应的时间长短,将实时系统分为:

    (1)强实时系统,其系统的响应时间非常短,通常在毫秒或微秒级。

    (2)一般实时系统,其系统响应时间比强实时系统要求要低,通常在秒级。

    (3)弱实时系统,其系统响应时间可以更长,也可以随系统负载的轻重而变化。

    可以将实时系统分为软实时系统和硬实时系统。

    (1)硬实时系统,指系统必须满足其灵活性接近零时限要求的实时系统。时限必须满足否则就会产生灾难性后果,并且时限之后得到的处理结果或是零级无用,或是高度贬值。

    (2)软实时系统,指必须满足时限的要求,但是有一定灵活性的实时系统。时限可以包含可变的容忍等级、平均的截止时限,甚至是带有不同程度的、可接受性的响应时间的统计分布。在软实时系统中,时限错失通常不会导致系统失败等严重后果。

    嵌入式操作系统概述

    嵌入式操作系统就是指运行在嵌入式计算机系统上支持嵌入式应用程序的操作系统,是用于控制和管理嵌入式系统中的硬件和软件资源、提供系统服务的软件集合。

    嵌入式操作系统的特点:

    (1)微型化:嵌入式操作系统的运行平台不是通用计算机,而是嵌入式计算机系统。这类系统一般没有大容量的内存,几乎没有外存,因此,嵌入式操作系统必须做得小巧,以尽量少占用系统资源。

    (2)代码质量高:在大多数应用中,存储空间依然是宝贵的资源,这就要求程序代码的质量要高,代码要尽量精简。

    (3)专业化:嵌入式系统的硬件平台多种多样,处理器更新速度快,每种都是针对不同的应用领域而专门设计。

    (4)实时性强:嵌入式系统广泛应用于过程控制、数据采集、通信、多媒体信息处理等要求实时响应的场合,因此实时性成为嵌入式操作系统的又一特点。

    (5)可裁减、可配置:应用的多样性要求嵌入式操作系统具有较强的适应能力,能够根据应用的特点和具体要求进行灵活配置和合理裁减,以适应微型化和专业化的要求。

    实时嵌入式操作系统

    一个嵌入式系统的实时性能是由硬件、实时操作系统及应用程序共同决定的,其中,嵌入式实时操作系统内核的性能起着关键的作用

    有两种类型的实时嵌入式操作系统:实时内核型的 RTEOS 与通用型的 RTEOS。

    实时内核型的 RTEOS:这类操作系统,驱动程序传统嵌在内核之中,应用程序和中间件实 现在标准的应用程序接口(APIs, Application Programming Interfaces)之上。

    实时通用型的 RTEOS:这类操作系统,驱动程序并非深度嵌入到内核中,而是在内核之上 实现,并且仅包含少数必要的驱动程序,应用程序和中间件可以直接在驱动程序之上实现,而不必在标准的 APIs 实现。

    嵌入式实时操作系统的关键特性与通用操作系统相比,实时嵌入式操作系统在功能上具有很多特性。实时嵌入式操作系统特有的不同于通用操作系统的关键特性主要有:

    满足嵌入式应用的高可靠性;

    满足应用需要的可裁减能力;

    内存需求少;

    运行的可预测性;

    采用实时调度策略;

    系统的规模紧凑;

    支持从 ROM 或 RAM 上引导和运行;

    对不同的硬件平台均有更好的可移植性。

    常用的时间性能指标主要有如下几个:

    (1)任务切换时间:

    (2)中断处理相关的时间指标 :

    (3)系统响应时间:

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  • 摘要:提要三种常用的嵌入式操作系统——Palm OS、Windows CE、Linux;在此基础上、分析、比较这三种嵌入式操作系统,给出它们之间的异同点及各自的适用范围。  关键词:嵌入式系统 嵌入式操作系统 Palm OS ...
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    嵌入式系统与嵌入式操作系统的关系:

    我们可以简单的理解为:嵌入式操作系统是嵌入式系统的一个子集

    嵌入式系统:

    嵌入式系统一般指非PC系统,有计算机功能但又不称之为计算机的设备或器材。它是以应用为中心,软硬件可裁减的,适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗等综合性严格要求的专用计算机系统。简单地说,嵌入式系统集系统的应用软件与硬件于一体,类似于PC中BIOS的工作方式,具有软件代码小、高度 自动化、响应速度快等特点,特别适合于要求实时和多任务的体系。嵌入式系统主要由嵌入式处理器、相关支撑硬件、嵌入式操作系统及应用软件系统等组成,它是可独立工作的“器件”。

    嵌入式操作系统:

    嵌入式操作系统(Embedded Operating System,简称:EOS)就是指用于嵌入式系统的操作系统。它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。嵌入式操作系统具有通用操作系统的基本特点,能够有效管理复杂的系统资源,并且把硬件虚拟化。

    嵌入式系统的特点:

    嵌入式系统发展至今,具备了许多与通用计算机不同的特点,主要包括以下五点:

    1. 系统资源受限制——即面向特定应用;
    2. 具有实时约束;
    3. 要求较高的可靠性和稳定性;
    4. 大多数嵌入式系统要求低功耗;
    5. 嵌入式系统开发需要专用工具和特殊方法。

    因为嵌入式系统资源受限,一般不具备自主开发能力,产品发布后,用户通常不能对其中的软件进行修改,必须有一套专门的开发环境该开发环境包括专门的开发工具(包括设计、编译、调试、测试等工具),采用交叉开发的方式进行。

    嵌入式操作系统的特点:

    嵌入式操作系统的特点:嵌入式操作系统(Embedded Operating System,简称EOS)是相对于一般操作系统而言的,它除了具备一般操作系统的最基本功能,如任务调度、同步机制、中断处理、文件功能外,还有以下特点:

    • 具有开放性、可伸缩性的体系结构;
    • 强实时性;
    • 统一的接口;
    • 操作方便、简单、提供友好的图形GUI;
    • 提供强大的网络功能;
    • 强稳定性,弱交互性;
    • 固化代码;
    • 良好的移植性。

    嵌入式系统的两类定义:

    • 传统定义(狭义嵌入式):嵌入式系统是以应用为中心,以计算机技术为基础,并且软硬件可裁剪,适用于应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格要求的专用计算机系统。

    • 宏观定义(泛嵌入式):除PC之外的一切计算机系统都可以叫嵌入式系统。典型代表:智能手机、工业机器人、汽车电子、航空航天(四轴飞行器)、安防监控(IPC)等。

    嵌入式系统的核心:

    嵌入式系统的核心是嵌入式微处理器。嵌入式微处理器一般具备以下4个特点:

    1. 对实时任务有很强的支持能力,能完成多任务并且有较短的中断响应时间,从而使内部的代码和实时内核心的执行时间减少到最低限度。
    2. 具有功能很强的存储区保护功能。这是由于嵌入式系统的软件结构已模块化,而为了避免在软件模块之间出现错误的交叉作用,需要设计强大的存储区保护功能,同时也有利于软件诊断。
    3. 可扩展的处理器结构,以能最迅速地开发出满足应用的最高性能的嵌入式微处理器。
    4. 嵌入式微处理器必须功耗很低,尤其是用于便携式的无线及移动的计算和通信设备中靠电池供电的嵌入式系统更是如此,如需要功耗只有mW甚至μW级。

    嵌入式操作系统的分类:

    从应用角度可分为通用型嵌入式操作系统和专用型嵌入式操作系统:

    • 通用型嵌入式操作系统有Linux、VxWorks、Windows http://CE.net等。
    • 常用的专用型嵌入式操作系统有Smart Phone、Pocket PC、Symbian等。

    按实时性可分为两类:

    • 实时嵌入式操作系统主要面向控制、通信等领域。如WindRiver公司的VxWorks、ISI的pSOS、QNX系统软件公司的QNX、ATI的Nucleus等。
    • 非实时嵌入式操作系统主要面向消费类电子产品。这类产品包括PDA、移动电话、机顶盒、电子书、WebPhone等。如微软面向手机应用的Smart Phone操作系统。

    想了解更多嵌入式系统与嵌入式操作系统的知识可以参考下面这篇博文:
    https://blog.csdn.net/qq_41337581/article/details/103800001

    展开全文
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嵌入式操作系统的功能