第一讲：实时嵌入式系统综述lyz(070430)(V1.0)
嵌入式系统-实时系统
N = ∑ H / pi
i =1
n
对于周期为3、4、10的三个周期任务，超周期长度为60，N=41
实时系统参考模型－周期性任务模型（3） 实时系统参考模型－周期性任务模型（3
在t时刻释放的Ti中的作业必须在t之后的Di个时间内完 成 经常假定，对所有的任务，每个作业在每个周期的 开始都是释放的、就绪的并且必须在周期结束之前 完成 Di可以取任意值，并且可以小于pi 非周期任务 任务中的作业要么是弱时限的要么没有时限 对于模型中的非周期任务，作业的执行时间也是随机分 布变量 服从概率分布B(x)
8 Song Guanghua
实时系统参考模型－时间参数（4 实时系统参考模型－时间参数（4）
执行时间ei 在Ji独自执行并且其所需要的资源都具备的情况下 ，完成Ji的执行所需要的时间 取决于作业的复杂度和处理器速度，与作业如何调 度无关 完成任务需要的实际时间会发生变化 ei在范围[ei-,ei+]
实时系统参考模型－周期性任务模型（2） 实时系统参考模型－周期性任务模型（2
Ti的相位 每个任务Ti的第一个作业Ji,1的释放时间ri,1 定义为φi=ri,1 具有相同相位的任务称为同相 超周期（hyper-period） H表示pi的最小公倍数 每个超周期中作业（最大）个数N为 任务Ti的利用率ui 周期为pi，执行时间为ei的完全周期性任务保持处理器忙的时间 比率 ui=ei/pi 总利用率 系统中所有任务的利用率之和
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Song Guanghua
实时系统参考模型－功能参数
抢占（preemption） 当更紧急作业到达时，当前执行的任务被暂停，处 理器被交给更紧急的作业，当更紧急的作业完成后 ，处理器再返还给原先的任务恢复执行 如果一个作业的执行在任何时候都可以被挂起以便 让给其他作业执行，随后又可以在挂起点被恢复执 行，则该作业是可抢占的（preemptible） 如果一个作业必须从头到尾的执行，中途不能中断 ，则称该作业是不可抢占的（nonpreemptible） 作业的重要性（importance） 一个用于指明作业相对于其他作业的重要性的整数 作业越关键，重要性越大
嵌入式实时操作系统
嵌入式实时操作系统第一点：嵌入式实时操作系统的定义与特点嵌入式实时操作系统（Embedded Real-Time Operating System，简称ERTOS）是一种专门为嵌入式系统设计的操作系统，它具有实时性、可靠性和高效性等特点。
嵌入式实时操作系统主要用于控制和管理嵌入式系统中的硬件资源和软件任务，以实现对系统的实时控制和高效运行。
嵌入式实时操作系统的定义可以从以下几个方面来理解：1.嵌入式系统：嵌入式系统是指将计算机技术应用于特定领域，以完成特定任务的计算机系统。
它通常包括嵌入式处理器、存储器、输入输出接口等硬件部分，以及运行在处理器上的软件部分。
嵌入式系统具有体积小、功耗低、成本低、性能高等特点。
2.实时性：实时性是嵌入式实时操作系统最核心的特点之一。
它要求系统在规定的时间内完成任务，并对任务的响应时间有严格的要求。
实时性可以分为硬实时和软实时。
硬实时要求任务在规定的时间范围内完成，不允许有任何的延迟；软实时则允许任务在规定的时间范围内完成，但延迟尽量最小。
3.可靠性：嵌入式实时操作系统需要具备很高的可靠性，因为它们通常应用于对安全性和稳定性要求较高的领域，如航空航天、汽车电子、工业控制等。
可靠性主要包括系统的正确性、稳定性和抗干扰能力等方面。
4.高效性：嵌入式实时操作系统需要高效地利用硬件资源，以实现对系统的实时控制。
高效性主要包括系统资源的利用率、任务的调度算法、内存管理等方面。
第二点：嵌入式实时操作系统的应用领域与发展趋势嵌入式实时操作系统在众多领域都有广泛的应用，下面列举几个典型的应用领域：1.工业控制：嵌入式实时操作系统在工业控制领域具有广泛的应用，如PLC（可编程逻辑控制器）、机器人控制器、工业现场仪表等。
实时操作系统可以实现对工业过程的实时监控和控制，提高生产效率和产品质量。
2.汽车电子：汽车电子领域是嵌入式实时操作系统的另一个重要应用领域。
现代汽车中的电子控制系统，如发动机控制、底盘控制、车身控制等，都需要实时操作系统来保证系统的实时性和稳定性。
嵌入式系统中的实时操作系统与任务调度
嵌入式系统中的实时操作系统与任务调度【正文】嵌入式系统中的实时操作系统与任务调度嵌入式系统是一种应用于各种电子设备中的计算机系统，广泛应用于汽车、家电、通信设备等领域。
实时操作系统（RTOS）是嵌入式系统中的关键组成部分，它能够保证系统对时间要求的精确满足，并有效地进行任务调度和管理。
本文将介绍嵌入式系统中的实时操作系统的概念，及其与任务调度相关的重要内容。
一、嵌入式系统中的实时操作系统实时操作系统是一种能够在给定的时间约束内完成任务并作出响应的操作系统。
在嵌入式系统中，时间的可控性对于系统的稳定性和可靠性至关重要。
实时操作系统能够根据任务的优先级和时间需求，对任务进行有效的调度和管理，以满足系统对时间的各种要求。
嵌入式系统中的实时操作系统通常具备以下特点：1. 硬实时性：系统对任务响应时间的要求非常严格，必须要在规定时间内完成任务响应和处理。
2. 软实时性：系统在大部分情况下能够满足任务的响应时间要求，但在某些情况下可能会出现时间延迟。
3. 多任务处理能力：系统能够同时处理多个任务，并根据任务的优先级和时间约束进行合理的调度。
4. 任务通信与同步机制：系统能够提供任务之间的通信和同步机制，便于任务之间的数据交换和协作。
5. 中断处理支持：系统能够及时响应外部中断，并进行相应的处理。
二、实时操作系统的任务调度任务调度是实时操作系统中非常关键的一部分，它决定了任务执行的顺序和执行时间。
常见的任务调度算法包括静态优先级调度、循环调度和最短剩余时间优先调度等。
1. 静态优先级调度：每个任务都有一个预定的优先级，在系统运行之前就已经确定。
系统根据任务的优先级进行任务调度，优先级高的任务将先被执行。
2. 循环调度：系统按照固定的调度顺序执行任务，也称为轮转调度。
每个任务都有一个时间片，当一个任务的时间片用完后，系统将继续执行下一个任务。
3. 最短剩余时间优先调度：系统根据每个任务的执行时间来进行调度，优先执行剩余执行时间最短的任务。
1 嵌入式实时操作系统分析PPT文档共46页
C/OS的性能特点（一）
• 公开源代码 • 可移植性（Portable）
绝大部分 C/OS-II的源码是用移植性很强的ANSI C写的。和微处 理器硬件相关的那部分是用汇编语言写的。汇编语言写的部分已经压 到最低限度，使得 C/OS-II便于移植到其他微处理器上。 C/OS-II 可以在绝大多数8位、16位、32位以至64位微处理器、微控制器 、数 字信号处理器（DSP）上运行。
• 系统服务
C/OS-II提供很多系统服务，例如邮箱、消息队列、信号量、块大小固定的 内存的申请与释放、时间相关函数等。
• 中断管理
中断可以使正在执行的任务暂时挂起，如果优先级更高的任务被该中断唤醒， 则高优先级的任务在中断嵌套全部退出后立即执行，中断嵌套层数可达255层。
• 稳定性与可靠性
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µC/GUI and µC/FS
美国人Jean Labrosse 于1992年完成； 应用面覆盖了诸多领域，如照相机、医疗器械、音响设备
、发动机控制、高速公路电话系统、自动提款机等 ； 1998年C/OS-II，目前的版本C/OS -II V2.61，2.72； 2000年，得到美国航空管理局（FAA）的认证，可用于飞
行器中； 网站ucos-II（micrium)。
行速度无关(连续或间断),结果都应相同。
有操作系统：多任务系统可以充分的利用系统资源。
9
嵌入式操作系统
嵌入式操作系统 ❖ 微型化 ❖ 可裁减性好 ❖ 适时性 ❖ 可靠性 ❖ 易移植性
实时操作系统 分时操作系统
10
嵌入式操作系统 Embedded Operating System
Linux，WinCE，VxWorks，OSE，Nucleus， uC/OS-II， eCos， uTTRON… …
嵌入式实时系统简介
它按照任务的截止时限为其分配优先级。截止时限越短，
优先级越高。与DM（Deadline Monotonic）调度不同的
是，EDF调度的任务的优先级是随着时间而变的，在每一个 可调度时刻，都根据其最早截止时限，动态地改变任务的
优先级。
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最短周期优先（SBF）（Shortest Burst First ）
在就绪队列里，谁执行周期最短就先执行谁
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优先级法（Priority）
在就绪队列里挑选优先级最高的执行 非抢占式优先级法和抢占式优先级法
最常用、最有效调度方法
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轮转法(Round -Robin)
轮转调度是每次从有序队列头部选出一任务，并给它
分配定长运行时间片。
若任务在分配的时间片结束之前执行完毕，它就从处
Symbian
uc/OS RTEMS T-Kernel Integrity ThreadX
Android
HOPEN
国产嵌入式实时操作系统，如：
DeltaOS（电子科技大学嵌入式实时教研室
和科银公司联合研制开发的全中文的嵌入式系统） SmartOS(浙江大学研发2005 1.0版) SZOS
可靠性、实时性和可裁剪性。 支持多种处理器，如x86、PowerPC、ARM、Sparc、MIPS、DSP等。
经典应用：1997年NASA火星探路者、2007年凤凰号火星探测器
在火星沙丘前进
在火星上拍摄的日落全景
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嵌入式实时操作系统－Integrity
美国Green Hills公司是世界排名第二的嵌入式操作系统提供商，
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主要内容 实时系统简介
嵌入式实时调度
嵌入式实时操作系统简介 嵌入式实时操作系统特点
12嵌入式系统技术概述开发方法与发展趋势
网络工程教研室
第9页
嵌入式系统的开发方法
开发模式——开发流程
硬件测试：
➢ 进行功能、性能等方面的测试和修改，使其达到硬件 设计目标。
软件设计实现：
➢ 与硬件设计制作并行、交互进行。
网络工程教研室
第10页
嵌入式系统的开发方法
开发模式——开发流程
软硬件集成：
➢ 将测试完成的软件系统装入制作好的硬件系统中，进 行系统综合测试，验证系统功能是否准确无误地实现； 最后将软件固化到目标硬件中。
嵌入式系统的开发方法
设计要求 开发模式 硬件开发技术 软件开发方法 软硬件协同开发
网络工程教研室
第14页
嵌入式系统的开发方法
硬件开发技术
采用现代电子产品设计方法进行开发。 一方面大量使用大规模可编程逻辑器件（PLD）
来提高产品性能、降低消耗； 另一方面不断提高自动化设计水平，缩短开发周
宏观方面的发展趋势
— 经济性（POS开发失败，几十万、几万、5千、5百） 计算机要很便宜，让更多的人能买得起；
— 小型化（笔记本、PDA） 人们携带方便；
— 可靠性（汽车VCD，挑动问题） 能够在一般环境条件下或者是苛刻的环境条件下运行
— 高速度（飞机刹车系统） 能够迅速地完成数据计算或数据传输；
— 智能性（知识推理、模糊查询、识别、感知运动） 使人们用起来更习惯，对人们更有使价值。
➢ 可用于开发系统软件和软件开发环境。
网络工程教研室
第20页
嵌入式系统的开发方法
软件开发方法
可视化开发方法
➢ 在可视化开发工具提供的图形用户界面上，通过操作 界面元素（如菜单、按钮、对话框、编辑框、单选框、 复选框、列表框、滚动条等），由可视化开发工具自 动生成应用软件。
第1章-嵌入式系统概述PPT课件
2021
1
·概述
经过几十年的发展，嵌入式系统已经在很大程度上 改变了人们的生活、工作和娱乐方式，而且这些改变还 在加速。嵌入式系统具有无数的种类，每种都具有自己 独特的个性。例如，MP3、数码相机与打印机就有很大 的不同。汽车中更是具有多个嵌入式系统，使汽车更轻 快、更干净、更容易驾驶。
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·嵌入式微处理器
嵌入式微处理器的基础是通用计算机中的CPU。在应用中， 将微处理器装配在专门设计的电路板上，只保留与嵌入式应用 相关的母版功能，这样可以大幅减小系统的体积和功耗。虽然 嵌入式微处理器在功能上与标准微处理器基本上是一样的，但 为了满足嵌入式应用的特殊要求，在其工作温度、抗电磁干扰、 可靠性等方面一般都做了各种增强。
个入门内核。
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嵌入式概论 补充
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嵌入式系统的定义
嵌入式系统的定义： 以应用为中心，以计算机技术为基础，
且软硬件可裁减，适应应用系统对功能、 可靠性、成本、体积、功耗的严格要求的 专用计算机系统
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嵌入式系统的定义
广义的嵌入式系统 凡是带有微处理器的专用系统都可以
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基本概念—前后台系统
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，后台也可 以叫做任务级。这种 系统在处理的及时性 上比实际可以做到的 要差
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。
2021
2
·现实中的嵌入式系统
第1章 嵌入式实时操作系统的基本概念
嵌入式操作系统
操作系统的功能
处理器的管理
中断的管理 多任务的调度
存储的管理 设备的管理 文件的管理 网络通信的管理 提供用户接口
嵌入式操作系统
嵌入式操作系统的概念
运行在嵌入式硬件平台上，对整个系统及其 操作的部件、装置等资源进行统一协调、指 挥和控制的系统软件
嵌入式操作系统
任务示意图
void mytask1(void *pdata) { for(;;) { 用户编写的代码 放弃CPU; } } void mytask2(void *pdata) { while(1) { 用户编写的代码 放弃CPU; } }
任务
任务的特点
具有无限循环结构， 永不返回 具有优先级，轮流 运行，高优先级任 务会主动放弃CPU 控制权 任务间具有通信机 制，互相通信协调 工作 uCOS最多支持64 个任务，每个任务 有5种状态之一
嵌入式系统中运行的任务是专用而确定的
心脏监视嵌入式系统，只需要运行信号输入、处理、 心电图显示的任务 如果要更改任务，需要对整个系统进行重新设计
桌面通用系统需要支持大量的、需求多样的应 用程序
对系统中运行的程序不作假设 程序升级、更新方便
嵌入式系统与通用系统的区别（2）
嵌入式系统往往对实时性提出很高的要求 实时系统：指系统能够在限定的响应时间 中，提供所需水平的服务 嵌入式实时系统可分为：
缺点
嵌入式操作系统概念
嵌入式操作系统中常用的概念
编程模式 任务 代码临界段 资源共享 互斥 死锁 任务间通信 时钟节拍 内核调度类型 调度算法 可重入函数
嵌入式系统设计中实时操作系统的使用教程
嵌入式系统设计中实时操作系统的使用教程实时操作系统（Real-Time Operating System, RTOS）是一种特殊设计的操作系统，用于处理实时应用程序的需求。
在嵌入式系统设计中，实时操作系统的使用非常重要，能够确保系统对于外界事件的响应能力和可靠性。
本文将为您提供嵌入式系统设计中实时操作系统的使用教程。
一、实时操作系统的基本概念实时操作系统是一种必须能够及时响应外部事件的操作系统。
根据响应时间的要求，实时操作系统可以分为硬实时和软实时系统。
硬实时系统对于外界事件的响应必须在严格的时间限制内完成，而软实时系统可以在一定的时间限制内完成响应，但没有严格要求。
实时操作系统通常具有以下几个特点：1. 任务调度：实时操作系统能够管理和调度多个任务，在不同的优先级下执行任务。
2. 中断处理：实时操作系统能够处理硬件中断，响应外部事件的发生。
3. 时间管理：实时操作系统能够管理时间，包括任务执行时间、延迟等。
4. 任务间通信：实时操作系统能够提供任务间的通信机制，使得不同任务之间可以共享资源、传递消息等。
5. 错误处理：实时操作系统能够对系统错误进行处理，确保系统的稳定性。
二、选择适合的实时操作系统在嵌入式系统设计中选择适合的实时操作系统非常重要。
以下几点是选择实时操作系统时需要考虑的因素：1. 响应时间要求：确定系统对于外界事件响应的时间要求，选择硬实时还是软实时操作系统。
2. 系统资源：考虑系统的资源限制，包括处理器性能、内存容量等，选取适合的实时操作系统。
3. 任务复杂性：评估系统中任务的数量和复杂性，选择适合管理和调度任务的实时操作系统。
4. 系统稳定性：考虑系统的稳定性要求，选择具有良好错误处理能力的实时操作系统。
根据以上因素选择适合的实时操作系统，常见的实时操作系统包括VxWorks、QNX、FreeRTOS等。
三、实时操作系统的使用教程下面将以FreeRTOS为例，介绍实时操作系统的使用教程。
嵌入式系统开发中的实时操作系统教程
嵌入式系统开发中的实时操作系统教程在嵌入式系统开发中，实时操作系统（RTOS）发挥着关键的作用。
实时操作系统是一种专门为实时应用程序设计的操作系统，它能够保证任务在特定时间内得到准确地执行，以满足系统的时序要求。
本教程将介绍实时操作系统的基本概念、特点，以及在嵌入式系统开发中的重要性和应用。
一、实时操作系统的基本概念与特点实时操作系统有两种类型：软实时操作系统和硬实时操作系统。
软实时操作系统要求在大多数情况下都满足实时性要求，但偶尔可能会出现时间上的延迟；而硬实时操作系统要求绝对满足实时性要求，一旦出现时间上的延迟就会导致系统失效。
实时操作系统具有以下几个基本特点：1. 快速响应：实时操作系统要求任务能够在特定时间内得到执行，快速响应各类事件。
2. 可预测性：实时操作系统能够预测任务执行所需的时间，并按时完成任务，保证系统稳定性。
3. 稳定性：实时操作系统需要保持稳定性，不能因为外部或内部的干扰导致任务执行时间不可控。
4. 组织性：实时操作系统需要能够对多个任务进行组织和调度，以便合理分配处理器时间和系统资源。
二、嵌入式系统中实时操作系统的重要性嵌入式系统通常运行在资源有限的环境中，对于系统的时间要求非常严格。
实时操作系统能够保证系统在各种不同的任务条件下，快速、可预测地完成任务。
在嵌入式系统开发中，实时操作系统的重要性表现在以下几个方面：1. 任务调度：嵌入式系统中通常存在多个任务需要同时运行，实时操作系统能够合理地调度任务，确保它们按时执行。
2. 中断处理：嵌入式系统需要处理各种外部事件，如传感器的输入、通信模块的中断等。
实时操作系统能够快速响应这些中断请求，及时处理相关事件。
3. 资源管理：嵌入式系统的资源有限，包括处理器时间、内存、IO接口等。
实时操作系统能够合理分配和管理这些资源，提高系统的效率和稳定性。
4. 系统稳定性：实时操作系统能够保证系统在各种异常情况下仍保持稳定运行，不因为一部分任务的失败而影响整体系统的功能。