嵌入式操作系统的内核PPT课件
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嵌入式系统的原理及应用.ppt
17
VIVI 第2阶段介绍
第5步：mtd_dev_init()
mtd_dev_init()用来扫描所使用的NAND Flash的型号，构造 MTD设备，即构造一个mtd_info的数据结构。对于本开发板，它 直接调用mtd_init()，mtd_init又调用smc_init()，此函数在 drivers/mtd/maps/s3c2410_flash.c中。
嵌入式系统的原理及应用
3.3 嵌入式Linux系统的开发
编写BootLoader； 裁减嵌入式Linux内核； 裁减嵌入式Linux文件系统； 烧写BootLoader到目标板； 烧写嵌入式Linux内核和文件系统到目标板。
2
3.3.1 编写BootLoader
一个嵌入式Linux系统从软件角度看可以分为四个层次：
怎样编写BootLoader程序?
初学者最好采用拿来主义，在别人的BootLoader源代码基础上 进行修改、编译、调试。
19
18
VIVI 第2阶段介绍
第7步：misc()和init_builtin_cmds()
这两个函数都是简单地调用add_command函数，给一些命令 增加相应的处理函数。在vivi启动后，可以进去操作界面，这些命 令，就是供用户使用的。
第8步：boot_or_vivi()
此函数根据情况，或者启动“vivi_shell”，进入与用户进行交 互的界面，或者直接启动linux内核。
9
head.S通常完成如下几件事情：
(5) 检查是否从掉电模式唤醒，若是，则调用WakeupStart函数进 行处理——这是一段没用上的代码，vivi不可能进入掉电模式； (6) 点亮所有LED (7) 初始化UART0：
VIVI 第2阶段介绍
第5步：mtd_dev_init()
mtd_dev_init()用来扫描所使用的NAND Flash的型号，构造 MTD设备，即构造一个mtd_info的数据结构。对于本开发板，它 直接调用mtd_init()，mtd_init又调用smc_init()，此函数在 drivers/mtd/maps/s3c2410_flash.c中。
嵌入式系统的原理及应用
3.3 嵌入式Linux系统的开发
编写BootLoader； 裁减嵌入式Linux内核； 裁减嵌入式Linux文件系统； 烧写BootLoader到目标板； 烧写嵌入式Linux内核和文件系统到目标板。
2
3.3.1 编写BootLoader
一个嵌入式Linux系统从软件角度看可以分为四个层次：
怎样编写BootLoader程序?
初学者最好采用拿来主义，在别人的BootLoader源代码基础上 进行修改、编译、调试。
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VIVI 第2阶段介绍
第7步：misc()和init_builtin_cmds()
这两个函数都是简单地调用add_command函数，给一些命令 增加相应的处理函数。在vivi启动后，可以进去操作界面，这些命 令，就是供用户使用的。
第8步：boot_or_vivi()
此函数根据情况，或者启动“vivi_shell”，进入与用户进行交 互的界面，或者直接启动linux内核。
9
head.S通常完成如下几件事情：
(5) 检查是否从掉电模式唤醒，若是，则调用WakeupStart函数进 行处理——这是一段没用上的代码，vivi不可能进入掉电模式； (6) 点亮所有LED (7) 初始化UART0：
chapter4嵌入式实时操作系统.ppt
美国人Jean Labrosse 1992年完成 应用领域：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，可以用
于飞行器中 网站（)
OS_LOWEST_PRIO-3、 OS_LOWEST_PRIO-2、 OS_LOWEST_PRIO1、 OS_LOWEST_PRIO-0 建议不使用上述最高4个和最低4个优先级，用户任务有56个
20
任务状态
在任一给定的时刻，任务的状态一定是以 下五种状态之一：
睡眠态（task dormant） 就绪态（task ready） 运行态（task running） 等待状态（task waiting） 中断服务态（ISR running)
24
等待状态（task waiting）
正在运行的任务可以通过下面的调用进入等待状态：延迟 时间到，立即强制执行任务切换，让下一个优先级最高、 并进入就绪态的任务执行。
OSTimeDly（） OSTimeDlyHMSM（）
等待时间过去后，系统服务（内部）函数OSTimeTick（） 使延迟了的任务进入就绪态
C/OS-II定义了两个宏调用来开关中断:
OS_ENTER_CRITICAL( ) （禁止中断的宏) OS_EXIT_CRITICAL( ) (启用中断的宏） 通常成对出现
上述宏定义取决于使用的微处理器。在文 件OS_CPU.H有相应的宏定义
在C/OS-II中，每种微处理器都有自己的 OS_CPU.H文件
} }
(1) (2)
18
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，可以用
于飞行器中 网站（)
OS_LOWEST_PRIO-3、 OS_LOWEST_PRIO-2、 OS_LOWEST_PRIO1、 OS_LOWEST_PRIO-0 建议不使用上述最高4个和最低4个优先级，用户任务有56个
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任务状态
在任一给定的时刻，任务的状态一定是以 下五种状态之一：
睡眠态（task dormant） 就绪态（task ready） 运行态（task running） 等待状态（task waiting） 中断服务态（ISR running)
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等待状态（task waiting）
正在运行的任务可以通过下面的调用进入等待状态：延迟 时间到，立即强制执行任务切换，让下一个优先级最高、 并进入就绪态的任务执行。
OSTimeDly（） OSTimeDlyHMSM（）
等待时间过去后，系统服务（内部）函数OSTimeTick（） 使延迟了的任务进入就绪态
C/OS-II定义了两个宏调用来开关中断:
OS_ENTER_CRITICAL( ) （禁止中断的宏) OS_EXIT_CRITICAL( ) (启用中断的宏） 通常成对出现
上述宏定义取决于使用的微处理器。在文 件OS_CPU.H有相应的宏定义
在C/OS-II中，每种微处理器都有自己的 OS_CPU.H文件
} }
(1) (2)
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嵌入式系统课件.ppt
ARM处理器结构和选型
RISC体系结构 ARM微处理器的寄存器结构 ARM微处理器的指令结构 ARM微处理器的选型
RISC体系结构
RISC：Reduced Instruction Set Computer， 精简指令集计算机的缩写，与CISC对应。占 20%的精简指令在程序中占80%，占80%的复 杂指令在程序中占20%。
uCos-II
uCos-II是一个典型的实时操作系统，目前流 行的是第二个版本，即uCos-II。该操作系统 短小精悍，是研究和学习实时操作系统的首 选。
特点：结构简单，源代码公开、代码结构清 晰、注释详细、组织有条理、可移植性好、 可裁减和可固化等，非常容易学习，非免费。
嵌入式操作系统的选择
RISC结构优先选取使用频率最高的简单指令， 避免复杂指令；将指令长度固定，减少指令格 式和寻址方式（2~3种）的种类；使用单周期 指令，便于流水线操作执行；数据处理只对寄 存器操作，只有加载/存储指令可以访问存储 器；采用特别的技术以降低功耗。
ARM微处理器的寄存器结构
共37个寄存RM处理器的处理能力。
芯片内存储器的容量，一般都不大，需外扩存 储器。
片内外围电路的选择和扩展。不同的ARM根 据不同的应用领域，内部集成了部分功能模块， 称之为片内外围电路。可简化系统设计，提高 系统的可靠性。
典型的嵌入式操作系统
Linux、WinCE、VxWorks、 Uclinux-II、Palm OS、 QNX、LynxOS、OS-9、 Windows XP Embedded、eCos、 NucleusPLUS等。
支持两种指令结构：ARM指令集（32位指令） 和Thumb指令集（16位指令）。
Thumb指令集位ARM指令集的功能子集，但 与等价的ARM代码相比较，可节省30%~40% 的空间，同时具备32位代码的优点。
RISC体系结构 ARM微处理器的寄存器结构 ARM微处理器的指令结构 ARM微处理器的选型
RISC体系结构
RISC：Reduced Instruction Set Computer， 精简指令集计算机的缩写，与CISC对应。占 20%的精简指令在程序中占80%，占80%的复 杂指令在程序中占20%。
uCos-II
uCos-II是一个典型的实时操作系统，目前流 行的是第二个版本，即uCos-II。该操作系统 短小精悍，是研究和学习实时操作系统的首 选。
特点：结构简单，源代码公开、代码结构清 晰、注释详细、组织有条理、可移植性好、 可裁减和可固化等，非常容易学习，非免费。
嵌入式操作系统的选择
RISC结构优先选取使用频率最高的简单指令， 避免复杂指令；将指令长度固定，减少指令格 式和寻址方式（2~3种）的种类；使用单周期 指令，便于流水线操作执行；数据处理只对寄 存器操作，只有加载/存储指令可以访问存储 器；采用特别的技术以降低功耗。
ARM微处理器的寄存器结构
共37个寄存RM处理器的处理能力。
芯片内存储器的容量，一般都不大，需外扩存 储器。
片内外围电路的选择和扩展。不同的ARM根 据不同的应用领域，内部集成了部分功能模块， 称之为片内外围电路。可简化系统设计，提高 系统的可靠性。
典型的嵌入式操作系统
Linux、WinCE、VxWorks、 Uclinux-II、Palm OS、 QNX、LynxOS、OS-9、 Windows XP Embedded、eCos、 NucleusPLUS等。
支持两种指令结构：ARM指令集（32位指令） 和Thumb指令集（16位指令）。
Thumb指令集位ARM指令集的功能子集，但 与等价的ARM代码相比较，可节省30%~40% 的空间，同时具备32位代码的优点。
【第4章】嵌入式操作系统原理精品PPT课件
实际调度模型
先来先服务 FCFS 最短任务优先调度 基于优先级的非抢占式调度
18
非抢占式调度
低优先级任务
(1)
(2)
(4)
高优先级任务
t0
ISR
t1
(3)
t2
等待态 运行态
时间
(5)
(6) 低优先级任务释 放CPU使用权
t3 t4
(7)
就绪态 被中断态
19
非抢占式调度
低优先级任务
(1)
(2)
(4)
suspended -> pended
taskResume() [shell] tr
suspended -> delayed
taskResume() [shell] tr
4.2.2 任务调度和管理
操作系统内核负责为对任务进行调度和管理；
为每个任务分配CPU时间； 负责任务切换工作； 按照一定的策略，在就绪态任务列表中选择一个任 务执行； 负责任务间的同步和通信。
43
优先级反转的解决方法
Thigh
t0
t1
t2 t3 时间 t4
t5 运行态
Tmedium
就绪态
Tlow
等待态
空闲
T3拥有
T1拥有
空闲
t0: Tlow获得资源 t1: Thigh抢占Tlow，Tlow进入就绪态 t2: Thigh试图获得资源锁，Thigh进入等 待态，Tlow优先级升高，Tlow运行
(5)
高优先级任务
t0
ISR
t1
(3)
t2
中断服务程序 使高优先级任
务就绪
时间
(6)
低优先级任务释 放CPU使用权
先来先服务 FCFS 最短任务优先调度 基于优先级的非抢占式调度
18
非抢占式调度
低优先级任务
(1)
(2)
(4)
高优先级任务
t0
ISR
t1
(3)
t2
等待态 运行态
时间
(5)
(6) 低优先级任务释 放CPU使用权
t3 t4
(7)
就绪态 被中断态
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非抢占式调度
低优先级任务
(1)
(2)
(4)
suspended -> pended
taskResume() [shell] tr
suspended -> delayed
taskResume() [shell] tr
4.2.2 任务调度和管理
操作系统内核负责为对任务进行调度和管理；
为每个任务分配CPU时间； 负责任务切换工作； 按照一定的策略，在就绪态任务列表中选择一个任 务执行； 负责任务间的同步和通信。
43
优先级反转的解决方法
Thigh
t0
t1
t2 t3 时间 t4
t5 运行态
Tmedium
就绪态
Tlow
等待态
空闲
T3拥有
T1拥有
空闲
t0: Tlow获得资源 t1: Thigh抢占Tlow，Tlow进入就绪态 t2: Thigh试图获得资源锁，Thigh进入等 待态，Tlow优先级升高，Tlow运行
(5)
高优先级任务
t0
ISR
t1
(3)
t2
中断服务程序 使高优先级任
务就绪
时间
(6)
低优先级任务释 放CPU使用权
《嵌入式Linux开发》课件
交叉编译工具链的安装
指导如何安装适用于目标板的交叉编译工具 链。
测试交叉编译环境
提供一种简单的方法来测试交叉编译环境是 否设置成功。
目标板与宿主机的连接方式
串口通信
介绍如何通过串口连接目标板和宿主机 ，以及串口通信的配置和常用命令。
USB连接
介绍如何通过USB连接目标板和宿主 机，以及USB通信的配置和常用命令
02
03
嵌入式系统
是一种专用的计算机系统 ，主要用于控制、监视或 帮助操作机器与设备。
特点
具有实时性、硬件可裁剪 、软件可定制、低功耗、 高可靠性等特点。
应用
汽车电子、智能家居、医 疗设备、工业自动化等领 域。
Linux作为嵌入式操作系统的优势
开源
Linux是开源的，可以免费使用和定制，降 低了开发成本。
路由与交换
介绍路由器和交换机的原理及在网 络中的作用。
03
02
IP地址
解释IP地址的分类、寻址方式以及子 网掩码的作用。
网络安全
简述常见的网络安全威胁和防范措 施。
04
TCP/IP协议栈简介
TCP/IP协议栈结构
详细描述TCP/IP协议栈的层次结构，包括应 用层、传输层、网络层和链路层。
IP协议
解释IP协议的核心功能，如地址解析、路由 选择等。
调试工具
介绍常用的调试工具，如gdbserver和gdb等，并说明如何使用这些 工具进行远程调试。
调试过程
详细描述调试过程，包括启动调试会话、设置断点、单步执行代码等 操作。
调试技巧与注意事项
提供调试过程中的一些技巧和注意事项，以提高调试效率和准确性。
03
嵌入式Linux系统开发基础
第六节-嵌入式操作系统1PPT课件
据类型数 struct Student{
据的集合； int age;
2。占用连 char*name;
续内存空 char sex;
间；
};
使用上的特点：
1。不分类存 放，但用来描 述同一事物； 2。检索速度 快且恒定；
2021
22
操作系统中经常使用 的数据结构（链表）
struct Student{
两个元素的链表
2021
35
μC/OS-II中 的任务管理
2021
36
正在运行的任务，需要
等待一段时间或需要等
待一个事件发生再运行
时，该任务就会把CPU
任务在没有被配备
的使用权让给别的任务
任务控制块或被剥 夺了任务控制块时
。 一个正在运行的
而使任务进入任等务待一状旦态响应中
的状态叫做任务的
断申请就会中止
任务的状态及其转换 睡眠状态
运行而去执行中 断服务程序，这 时任务的状态叫
做中断服务状态
系统为任务配备 了任务控制块且 在任务就绪表中 进行了就绪登记， 这时任务的状态 叫做就绪状态。
2021
处于就绪状态的 任务如果经调度 器判断获得了 CPU的使用权， 则任务就进入运
行状态
37
void MyTask(void *pdata)
切换？ 并简单发地：说，由就同是一能用个一处个理处器理并轮器发示过换意程地图
运并行发多（个注程意序，。不或是者同说时是由！多）个
程地运序行轮多班个地程占序的用计处算理机器管理这系个统资。源。 且在占用这个资源期间，并不一
定能够把程序运行完毕。
2021
26
程序的切换（两句话）
嵌入式系统教学：嵌入式系统及应用PPT课件
仿真器
用于模拟嵌入式系统的运行环境，便 于开发者在真实硬件之前进行调试和 测试。
调试器
用于在嵌入式系统运行过程中进行实 时调试，帮助开发者定位和解决问题。
交叉编译器
将应用程序代码编译为目标硬件平台 上的可执行文件，实现跨平台开发。
03 嵌入式系统的应用
智能家居
智能家居是嵌入式系统的重要应用领域之一，通过嵌入式系 统可以实现家庭设备的智能化控制和管理，提高生活便利性 和舒适度。
、医学影像设备等。
汽车电子
嵌入式系统用于汽车电 子控制系统，如发动机
控制、车身控制等。
嵌入式系统的发展历程
01
02
03
起源
嵌入式系统的概念起源于 20世纪70年代，主要用于 工业控制领域。
发展
随着微处理器技术的发展， 嵌入式系统逐渐普及，应 用领域不断扩大。
趋势
未来嵌入式系统将朝着智 能化、网络化、低功耗等 方向发展。
RTOS技术具有可移植性和可裁 剪性，可以根据实际需求进行 定制化开发，提高系统的可靠 性和性能。
06 嵌入式系统发展趋势与挑 战
物联网时代的嵌入式系统
嵌入式系统在物联网中的应用
嵌入式系统作为物联网的重要组成部分，广泛应用于智能家居、智能交通、智能制造等领域，实现设备间的互联 互通和智能化控制。
提高实际操作能力。
项目实践
组织学生进行嵌入式系统的项目 实践，将理论知识应用于实际项 目中，提高学生的综合应用能力。
注重培养学生的实际动手能力
提供实验设备和实验环境
学校应提供先进的实验设备和实验环境，满足学生进行实验和实 践的需求。
加强实验课程建设
增加实验课程的比重，设计更多具有挑战性和实用性的实验项目， 引导学生主动实践。
第2章嵌入式操作系统中的基本概念汇总ppt课件
被中断态：是指发生中断时，CPU转入相应的中断服 务，原来正在运行的任务暂时放弃CPU的使用权，就 进入了被中断状态。
2.6 任 务 切 换
任务切换(Context Switch或者Task Switch)
即CPU寄存器内容切换。实际上是模拟一次中 断过程，从而实现CPU使用权的转移。
任务栈：每个任务自己独立的堆栈，用于保存任 务的当前状态和所有寄存器内容。
本章内容
2.1 前后台系统 2.2 调度 2.3 临界区 2.4 进程与线程 2.5 任务与多任务 2.6 任务切换 2.7 死锁 2.8 不可剥夺型内核
2.9 可剥夺型内核 2.10 可重入性 2.11 优先级反转 2.12 事件 2.13 互斥 2.14 同步 2.15 通信 2.16 对存储器的要求 习题
•
2.5 任务与多任务
任务：在不同的应用领域具有不同的意义，它既 可以是一个独立装载的程序，也可以是全部程序 中的一段。在实时操作系统中，有时会用线程或 者进程来替代任务。
嵌入式实时操作系统的任务:大多数嵌入式系统不 具备担负面向进程操作系统的内存开销，小的微 处理器也不具备支持面向进程操作系统的硬件结 构——绝大多数嵌入式实时操作系统的任务都采 用了线程模式。
2.9 可剥夺型内核
可剥夺型内核：一旦有更高优先级的任务准备就 绪，当前正在运行的低优先级任务的CPU使用权 就立即被剥夺，该任务转为就绪态或挂起态， CPU的使用权移交给那个更高优先级的任务。
被中断的任务处理：如果中断服务使得一个高优 先级任务准备就绪，那么中断服务完成后，被中 断的任务将被挂起，高优先级的任务继续运行。
图2.3 不可剥夺型内核运行示意图
运行过程：
(1) 低优先级任务正在运行时，有一个异步事件发生，
2.6 任 务 切 换
任务切换(Context Switch或者Task Switch)
即CPU寄存器内容切换。实际上是模拟一次中 断过程，从而实现CPU使用权的转移。
任务栈：每个任务自己独立的堆栈，用于保存任 务的当前状态和所有寄存器内容。
本章内容
2.1 前后台系统 2.2 调度 2.3 临界区 2.4 进程与线程 2.5 任务与多任务 2.6 任务切换 2.7 死锁 2.8 不可剥夺型内核
2.9 可剥夺型内核 2.10 可重入性 2.11 优先级反转 2.12 事件 2.13 互斥 2.14 同步 2.15 通信 2.16 对存储器的要求 习题
•
2.5 任务与多任务
任务：在不同的应用领域具有不同的意义，它既 可以是一个独立装载的程序，也可以是全部程序 中的一段。在实时操作系统中，有时会用线程或 者进程来替代任务。
嵌入式实时操作系统的任务:大多数嵌入式系统不 具备担负面向进程操作系统的内存开销，小的微 处理器也不具备支持面向进程操作系统的硬件结 构——绝大多数嵌入式实时操作系统的任务都采 用了线程模式。
2.9 可剥夺型内核
可剥夺型内核：一旦有更高优先级的任务准备就 绪，当前正在运行的低优先级任务的CPU使用权 就立即被剥夺，该任务转为就绪态或挂起态， CPU的使用权移交给那个更高优先级的任务。
被中断的任务处理：如果中断服务使得一个高优 先级任务准备就绪，那么中断服务完成后，被中 断的任务将被挂起，高优先级的任务继续运行。
图2.3 不可剥夺型内核运行示意图
运行过程：
(1) 低优先级任务正在运行时，有一个异步事件发生，
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❖ 适应不同的嵌入式硬件平台，具有可移 植、可伸缩能力。
❖ 采用的主要技术：
编程语言普遍采用高级语言实现，主 要以C语言为主。
体系结构采用分层和模块化结构或微 内核结构。
-
3
嵌入式操作系统技术现状（续）
❖ 分层和模块化结构，将操作系统分为：
❖硬件无关层 ❖硬件抽象层 ❖硬件相关层
每层再划分功能模块 移植工作集中在硬件相关层，与其余两层无关 功能的伸缩集中在模块上，从而确保了系统具
POSIX.4
嵌入式操作系统 <>实时操作系统
-
13
实时操作系统可以分为两种：一般实时操作 系统和嵌入式实时操作系统
-
14
嵌入式实时操作系统的发展
嵌入式实时操作系统得到飞速的发展， 从支持8位微处理器到16位、32位甚至64位， 从支持单一品种的微处理器芯片到支持多 品种微处理器芯片, 从只有实时内核到除了 内核外还提供其他功能模块如：高速文件 系统，TCP/IP网络系统，窗口系统。
有良好的可移植性和可伸缩性。
-
4
嵌入式操作系统技术现状（续）
❖ 良好的实时性:时间确定性是嵌入式实时操作系 统必备的特点，特别对于强实时嵌入式系统而 言尤为重要。
❖ 采用的主要技术：
采用实时调度算法。主要采用静态优先级的 可抢占式调度、比率单调算法等。
采用内存静态分配策略和零拷贝技术保证确 定性。
-
7
行业标准
❖ 行业性嵌入式软硬件平台
❖ 嵌入式系统是以应用为中心的系统， 不会象PC一样只有一种平台
❖ 吸取PC的成功经验，形成不同行业的 标准。
❖ 统一的行业标准具有开放、设计技术
共享、软硬件重用、构件兼容、维护
方便和合作生产的特点，是增强行业 性产品竞争能力的有效手段。
-
8
1.嵌入式实时系统基础
16
嵌入式实时操作系统正向实时超微内 核、定制化（ASOS）和支持无线网络、低 功耗及动态加载等方向发展。
超微内核是一种非常紧凑的基本内核代码层, 为嵌入式应用提
供了可抢占, 快而确定的实时服务, 在它的基础上可以灵活地构 造各种类型的、与现成系统兼容的、可伸缩的嵌入式实时操作 系统。因此能满足应用代码的可重用和可伸缩性(scalability)的需 求。
Байду номын сангаас
内存管理不采用虚存管理机制
采用优先级继承和优先级天花板两种技术解
决优先级反转（倒置- ）问题
5
嵌入式操作系统技术现状（续）
❖ 可靠性和高可用 ❖ 采用的主要技术：
利用存储管理单元（MMU）、用户态和核心 态机制，实现操作系统与应用程序的隔离， 以及应用程序和应用程序之间的隔离，以防 止应用程序破坏操作系统的代码、数据。
-
9
1s
100ms
10ms
1ms
100us 10us 1us
语音和 声音系统
过程模拟和 网络控制
飞行模拟
机器人 控制器
遥感勘测 控制地震
分析
火警系统
过程 控制系统
和 工业 自动化
医疗诊断和 实验自动化
图2-1
实时应用对响应时间的 需求
-
10
2.嵌入式实时操作系统及发展
❖ 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。
-
15
❖ 嵌入式操作系统从八十年代初出现商业化 产品，经过近二十年的发展，到目前为止， 国际市场上已出现了近百个嵌入式操作系 统家族，支持不同处理器的200多个产品。
强实时
Wind River公司的VxWorks pSOS+
Microtec Research公司(MRI)的VRTX
-
弱实时
3 COM的PalmOS、 微软的Windows CE、 版本众多的嵌入式Linux。
❖ 多道批量处理系统一般用于计算中心较大的计 算机系统中。由于它的硬件设备比较全，价格较 高，所以此类系统十分注意CPU及其它设备的充 分利用，追求高的吞吐量，不具备实时性。分时 系统的主要目的是让多个计算机用户能共享系统 的资源，能及时地响应和服务于联机用户，只具 有很弱的实时功能，
-
11
IEEE的实时UNIX分委会认为实时操作系统应具备 以下的几点：
❖ 实时计算（real-time computing）是许多重要应 用领域中的关键技术。这些领域包括：过程控制、 核电站、智能车辆公路系统、航空、飞行控制、 通信、多媒体、办公自动化、自动化控制、计算 机外设、消费电子、实时模拟、虚拟现实、医疗 应用和军事等。几乎所有的安全关键（safety critical）系统和许多嵌入式计算机系统都是实时 系统。实时计算正变得越来越重要和普遍。
展处理接口，用户可以通过这些接口扩展内核处理 任务的功能。DeltaCORE2.0绝大部分源代码用C语 言编写，具有良好的可移植性。DeltaCORE2.0提
-
6
嵌入式操作系统的发展趋势
❖ 体系结构向微内核方向发展
可伸缩、可移植、可剪裁、可配置
❖ 行业的标准：多种操作系统平台，应用决定操 作系统
❖ 结构紧凑、功能强大
❖ 高可用（High Available）、高可靠（High Reliable ）、支持多处理器和分布式计算
❖ 可动态加载和升级软件
❖ 与开发工具有机的结合起来
-
17
❖ DeltaCORE2.0是一个强实时、嵌入式多任务操作 系统内核。其目标CPU为Intel® 80x86， ARM,MPC860,MIPS运行方式为平面保护模式（flat protected mode），适用于内存要求较大、可靠性 要求较高的嵌入式系统。
❖ DeltaCORE2.0的任务响应时间快速、确定，并 且不随负载大小改变。DeltaCORE2.0提供任务扩
1.异步的事件响应 2.切换时间和中断延迟时间确定 3.优先级中断和调度 4.抢占式调度 5.内存锁定 6.连续文件 7.同步
-
12
嵌入式操作系统
❖ 嵌入式操作系统常常有实时要求
早期:嵌入式操作系统 = 实时操作系统 近期:
❖1)手持计算机和掌上计算机的出现; ❖2)CPU速度的提高; ❖3)常规操作系统增加实时进程调度的支持,如
嵌入式操作系统的内核
1
嵌入式操作系统发展
近十年来，嵌入式操作系统得到飞速的发展
从支持8位微处理器到16位、32位甚至64位微 处理器；
从支持单一品种的微处理器芯片到支持多品种 微处理器芯片；
从只有内核到除了内核外还提供其他功能模块，
如文件系统，TCP/IP网络系统，窗口图形系
统等。
-
2
嵌入式操作系统技术现状
❖ 采用的主要技术：
编程语言普遍采用高级语言实现，主 要以C语言为主。
体系结构采用分层和模块化结构或微 内核结构。
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嵌入式操作系统技术现状（续）
❖ 分层和模块化结构，将操作系统分为：
❖硬件无关层 ❖硬件抽象层 ❖硬件相关层
每层再划分功能模块 移植工作集中在硬件相关层，与其余两层无关 功能的伸缩集中在模块上，从而确保了系统具
POSIX.4
嵌入式操作系统 <>实时操作系统
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实时操作系统可以分为两种：一般实时操作 系统和嵌入式实时操作系统
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嵌入式实时操作系统的发展
嵌入式实时操作系统得到飞速的发展， 从支持8位微处理器到16位、32位甚至64位， 从支持单一品种的微处理器芯片到支持多 品种微处理器芯片, 从只有实时内核到除了 内核外还提供其他功能模块如：高速文件 系统，TCP/IP网络系统，窗口系统。
有良好的可移植性和可伸缩性。
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嵌入式操作系统技术现状（续）
❖ 良好的实时性:时间确定性是嵌入式实时操作系 统必备的特点，特别对于强实时嵌入式系统而 言尤为重要。
❖ 采用的主要技术：
采用实时调度算法。主要采用静态优先级的 可抢占式调度、比率单调算法等。
采用内存静态分配策略和零拷贝技术保证确 定性。
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行业标准
❖ 行业性嵌入式软硬件平台
❖ 嵌入式系统是以应用为中心的系统， 不会象PC一样只有一种平台
❖ 吸取PC的成功经验，形成不同行业的 标准。
❖ 统一的行业标准具有开放、设计技术
共享、软硬件重用、构件兼容、维护
方便和合作生产的特点，是增强行业 性产品竞争能力的有效手段。
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1.嵌入式实时系统基础
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嵌入式实时操作系统正向实时超微内 核、定制化（ASOS）和支持无线网络、低 功耗及动态加载等方向发展。
超微内核是一种非常紧凑的基本内核代码层, 为嵌入式应用提
供了可抢占, 快而确定的实时服务, 在它的基础上可以灵活地构 造各种类型的、与现成系统兼容的、可伸缩的嵌入式实时操作 系统。因此能满足应用代码的可重用和可伸缩性(scalability)的需 求。
Байду номын сангаас
内存管理不采用虚存管理机制
采用优先级继承和优先级天花板两种技术解
决优先级反转（倒置- ）问题
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嵌入式操作系统技术现状（续）
❖ 可靠性和高可用 ❖ 采用的主要技术：
利用存储管理单元（MMU）、用户态和核心 态机制，实现操作系统与应用程序的隔离， 以及应用程序和应用程序之间的隔离，以防 止应用程序破坏操作系统的代码、数据。
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1s
100ms
10ms
1ms
100us 10us 1us
语音和 声音系统
过程模拟和 网络控制
飞行模拟
机器人 控制器
遥感勘测 控制地震
分析
火警系统
过程 控制系统
和 工业 自动化
医疗诊断和 实验自动化
图2-1
实时应用对响应时间的 需求
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2.嵌入式实时操作系统及发展
❖ 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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❖ 嵌入式操作系统从八十年代初出现商业化 产品，经过近二十年的发展，到目前为止， 国际市场上已出现了近百个嵌入式操作系 统家族，支持不同处理器的200多个产品。
强实时
Wind River公司的VxWorks pSOS+
Microtec Research公司(MRI)的VRTX
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弱实时
3 COM的PalmOS、 微软的Windows CE、 版本众多的嵌入式Linux。
❖ 多道批量处理系统一般用于计算中心较大的计 算机系统中。由于它的硬件设备比较全，价格较 高，所以此类系统十分注意CPU及其它设备的充 分利用，追求高的吞吐量，不具备实时性。分时 系统的主要目的是让多个计算机用户能共享系统 的资源，能及时地响应和服务于联机用户，只具 有很弱的实时功能，
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IEEE的实时UNIX分委会认为实时操作系统应具备 以下的几点：
❖ 实时计算（real-time computing）是许多重要应 用领域中的关键技术。这些领域包括：过程控制、 核电站、智能车辆公路系统、航空、飞行控制、 通信、多媒体、办公自动化、自动化控制、计算 机外设、消费电子、实时模拟、虚拟现实、医疗 应用和军事等。几乎所有的安全关键（safety critical）系统和许多嵌入式计算机系统都是实时 系统。实时计算正变得越来越重要和普遍。
展处理接口，用户可以通过这些接口扩展内核处理 任务的功能。DeltaCORE2.0绝大部分源代码用C语 言编写，具有良好的可移植性。DeltaCORE2.0提
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嵌入式操作系统的发展趋势
❖ 体系结构向微内核方向发展
可伸缩、可移植、可剪裁、可配置
❖ 行业的标准：多种操作系统平台，应用决定操 作系统
❖ 结构紧凑、功能强大
❖ 高可用（High Available）、高可靠（High Reliable ）、支持多处理器和分布式计算
❖ 可动态加载和升级软件
❖ 与开发工具有机的结合起来
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❖ DeltaCORE2.0是一个强实时、嵌入式多任务操作 系统内核。其目标CPU为Intel® 80x86， ARM,MPC860,MIPS运行方式为平面保护模式（flat protected mode），适用于内存要求较大、可靠性 要求较高的嵌入式系统。
❖ DeltaCORE2.0的任务响应时间快速、确定，并 且不随负载大小改变。DeltaCORE2.0提供任务扩
1.异步的事件响应 2.切换时间和中断延迟时间确定 3.优先级中断和调度 4.抢占式调度 5.内存锁定 6.连续文件 7.同步
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嵌入式操作系统
❖ 嵌入式操作系统常常有实时要求
早期:嵌入式操作系统 = 实时操作系统 近期:
❖1)手持计算机和掌上计算机的出现; ❖2)CPU速度的提高; ❖3)常规操作系统增加实时进程调度的支持,如
嵌入式操作系统的内核
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嵌入式操作系统发展
近十年来，嵌入式操作系统得到飞速的发展
从支持8位微处理器到16位、32位甚至64位微 处理器；
从支持单一品种的微处理器芯片到支持多品种 微处理器芯片；
从只有内核到除了内核外还提供其他功能模块，
如文件系统，TCP/IP网络系统，窗口图形系
统等。
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嵌入式操作系统技术现状