Transcript 第一讲实时操作系统概述.ppt

学习目的
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了解实时操作系统相关概念
了解实时操作系统工作原理
了解可配置eCos的配置机制
掌握建立linux或Cygwin程序编译环境
掌握交叉编译过程和代码调试
编译生成Skyeye
调试实时操作系统
掌握代码分析工具Source navigator,Source
Insight,ROSE等
学习参考教材：
• 王京起，嵌入式可配置实时操作eCos技术
及实现机制 电子工业出版社，2005
• uCOS-ii中文版电子书
学习指南
难重点
• 交叉环境的建立
• RTOS源码分析
• 添加自定义模块
知识点
第１讲
大纲要求：当前关键词：难重点：
• 嵌人式实时操作系统
•
现状和未来
嵌人式实时操作系统
（RTOS）应用无处不在
RTOS 的全球市场规模
• 据EMF报告1998和1999年全球嵌人式市场规模
1998
单板
19.691亿美圆
RTOS
3.054亿美圆
开发工具 7.858亿美圆
1999
21.879亿美圆
3.620亿美圆
9.184亿美圆
开发工具含ICE/JTAG，逻辑分析仪，编程器和软件编译器和调试器等
嵌人式RTOS发展历史（1）
80 年代初
• 实时多任务调度内核
• 第三方的开发工具
• 代表产品：
VRTX32（Ready System)
PSOS(ISI)
MTOS(IPI)
嵌人式RTOS发展历史（2）
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90 年初
微内核，模块化的嵌人RTOS
自主开发或完全集成的开发工具
代表产品：
VxWORK （开发环境Tornado）
Psos+（开发环境Prism+）
VRTsa（开发环境Spectra）
嵌人式RTOS发展历史(3）
90 年代中
• 标准API（如POSIX，WIN32等）
• 包含网络，图形等完整的操作系统
• 代表产品：
WinCE （Microsoft)
Vxworks（Wind River System)
QNX,Lynx,OSE ,Chrous(Sun)等
RTOS市场和技术发展的变化(1)
• 易于移植的RTOS 结构支持更多种的处理器
• 支持Unix/POSIX 兼容的趋势明显
• 内核可以裁剪以支持RTOS 适应小系统和大系统
•
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•
的各种应用
RTOS 与工具的IDE紧密结合
出现越来越多的销售源代码和一次性版税的
RTOS厂家
RTOS厂家除提供的文件，图形和TCP/IP 外，与
特定应用的结合更多，如互连网络，通信
RTOS市场和技术发展的变化(2)
• Wind River-ISI 的结合形成RTOS 市场的‘航母’，
•
•
但他的竞争对手纷纷声称他们有了更多的机会
（因为Wind River 放弃PSOS）
50% （北美）的用户依然在使用自己编写的
RTOS， 他们将走到那里？
后PC 时代更多的数字化产品将使用RTOS或嵌人
OS ，这里就产生了WinCE, Palm OS , Java
OS,Epoc 等‘软’实时的嵌人OS
RTOS市场和技术发展的变化(3)
• 电讯和控制系统核心设备要求RTOS的高可靠
•
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性 （5个9）, HA/Hot Swap
半导体厂商对 RTOS 和工具的需求强烈，商业
性的合作方式以由外包，到今天收购工具公司
和 软件协议公司如 Motorola 收购Metrowerks
并投资Lineo,ARC 收购Metaware, ARM 收购
Allant , Intel 投资Montvista
嵌人式Linux 已经在消费电子等非强实时领域
进入RTOS 的市场并得到了相当广泛的半导体
厂商如 Intel
RTOS-未来？（1）
• RTOS 市场将可能划分为三段
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系统级 ， 板极，SOC级
嵌人式Linux 依靠POSIX兼容，高可靠源码开
放资源丰富的优势将进入传统Unix和NT 占据
的系统级市场
板级依然是传统RTOS 的天下主要将集中在航
空航天,军事应用和传统电讯市场
SOC 级是新生代较逐的领域，嵌人处理器，消
费电子产品，互连网络通信设备都将是市场变
化最快之处
RTOS-未来？（2）
• 是否会出现标准RTOS ？
• 是否会出现某种行业标准RTOS ？ 在某段时间
•
•
内可能 ，如目前Vxwork 在数据通信和WinCE
在掌上电脑和高档PDA（亚洲），手机RTOS
的EPOC
是否所有的RTOS 将都可以出售源码？
是否RTOS 将向Linux 一样‘免费’ 但服务收
费？ OS 市场的总体趋势是这样的，但依然需
要一个过程
中国的RTOS市场
• 目前绝大多数是国外产品如Vxwork, PSOS,
•
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•
VRTX, Nucleus, WinCE, QNX, CMX..
其中前5位占据的国内绝大多数的市场
以业界传统的推测（中国占全球1-2% 分额）
中国RTOS市场规模还很小
很少有人愿意冒风险尝试一种新的RTOS
国内目前RTOS 的版税意识较低限制了RTOS
的发展（国外某RTOS 厂家收入的30%来自版
税）
中国人自己的RTOS
• 分两类 ： 由Linux 演变，完全自主开发
• 市场： 主要集中在消费电子 如‘女娲’，蓝点
•
•
Linux （机顶盒）
缺乏正确的市场回报机制：
即靠销售RTOS的收入很难维持开发的巨大的投
入，靠服务就很容易走入用户的行列而变成其他
用户的竞争者
风险投资和上市似乎是唯一的出路？
Embedded systems survey:
Operating systems up for grabs
大纲要求：当前关键词：难重点：
Figure 1: Who influenced the choice of OS?
Embedded systems survey:
Operating systems up for grabs
纲要求：当前关键词：难重点：
Figure 2: What type of OS?
大
Embedded systems survey:
Operating systems up for grabs
大纲要求：当前关键词：难重点：
Figure 3: Reasons for not choosing a commercial OS
Embedded systems survey:
Operating systems up for grabs
大纲要求：当前关键词：难重点：
Figure 4: Commercial OS factors
Embedded systems survey:
Operating systems up for grabs
大纲要求：当前关键词：难重点：
Figure 5: OS for next project
Embedded systems survey:
Operating systems up for grabs
大纲要求：当前关键词：难重点：
Figure 6: Interest in Linux
Embedded systems survey:
Operating systems up for grabs
大纲要求：当前关键词：难重点：
Figure 7: Reasons for considering Linux
Embedded systems survey:
Operating systems up for grabs
大纲要求：当前关键词：难重点：
Figure 8: Reasons for not considering Linux
Embedded systems survey:
Operating systems up for grabs
大纲要求：当前关键词：难重点：
Figure 10: Commercial OS respondents would consider
Embedded systems survey:
Operating systems up for grabs
大纲要求：当前关键词：难重点：
Figure 9: Current commercial OS
第一讲
大纲要求：当前关键词：难重点：
• eCos的框架图
• C库
• POSIX接口
• 文件系统
• 内存管理
• BSD TCP/IP
• I/O 管理
• 同步原语
• 任务管理
• 中断管理
• 硬件抽象层
• 设备驱动
嵌入式操作系统重要概念
大纲要求：当前关键词：难重点：
• 1．上下文切换（Context Switching）
多任务系统中，上下文切换是指CPU的控
制权由运行任务转移到另外一个
就绪任务时所发生的事件，当前运行任务
转为就绪（或者挂起、删除）状态，
另一个被选定的就绪任务成为当前任务。
上下文切换包括保存当前任务的运行
环境，恢复将要运行任务的运行环境。上
下文的内容依赖于具体的CPU。
嵌入式操作系统重要概念
大纲要求：当前关键词：难重点：
• 2．确定性（Deterministic）
实时操作系统中，在一定的条件下，系统
调用的运行时间可以预测。这并不
是指所有系统调用都总是执行一个固定长
度的时间，而是指不论系统负载如
何，系统调用的最大执行时间可以确定。
嵌入式操作系统重要概念
大纲要求：当前关键词：难重点：
• 3．硬实时(Hard Real-Time)系统
硬实时系统对系统响应时间有严格要求，
一旦系统响应时间不能满足，就
会引起系统崩溃或致命的错误。
嵌入式操作系统重要概念
大纲要求：当前关键词：难重点：
• 4．中断延迟(Interrupt Latency)
中断延迟是指从硬件中断发生到开始执行
中断处理程序第一条指令之间的这段时间。
嵌入式操作系统重要概念
大纲要求：当前关键词：难重点：
• 5．互斥(Mutual Exclusion)
互斥是用来控制多任务对共享数据进行串
行访问的同步机制。在多任务应用
中，当两个或多个任务同时访问共享数据
时，可能会造成数据破坏。互斥使
它们串行地访问数据，从而达到保护数据
的目的。
嵌入式操作系统重要概念
大纲要求：当前关键词：难重点：
• 6．抢占(Preemptive)
抢占是指当系统处于核心态运行时, 允许
任务的重新调度。换句话说就是指
正在执行的任务可以被打断，让另一个任
务运行。抢占提高了应用对异步事
件的响应性能力。操作系统内核可抢占，
并不是说任务调度在任何时候都可
以发生。例如当一个任务正在通过一个系
统调用访问共享数据时，重新调度
和中断都被禁止。
嵌入式操作系统重要概念
大纲要求：当前关键词：难重点：
• 7．优先级驱动(Priority-Driven)
优先级驱动是指多任务系统中，当前运行
任务总是具有最高优先级的就绪任务。
嵌入式操作系统重要概念
大纲要求：当前关键词：难重点：
• 8．优先级反转(Priority Inversion)
优先级反转是指一个任务等待比它优先级
低的任务释放资源而被阻塞，如果这时
有中等优先级的就绪任务，阻塞会进一步
恶化。优先级继承技术可用来解决优
先级反转问题。
嵌入式操作系统重要概念
大纲要求：当前关键词：难重点：
• 9．优先级继承(Priority Inheritance)
优先级继承可用来解决优先级反转问题。
当优先级反转发生时，优先级较低的
任务被暂时地提高它的优先级，使得该任
务能尽快执行，释放出优先级较高的
任务所需要的资源。
嵌入式操作系统重要概念
大纲要求：当前关键词：难重点：
• 10．实时执行体(Real-Time Executive)
实时执行程序包括一套支持实时系统所必需的
机制。如多任务支持，CPU调度，通信
和存储分配。在嵌入式应用中，这一套机制被
称为实时执行体或实时操作系统内核。
OS就是一个实时执行体。编程者以实时执行体
为基础来构造自己应用。
嵌入式操作系统重要概念
大纲要求：当前关键词：难重点：
• 11．重调度过程(Rescheduling Procedure)
重调度过程是判定任务优先级和执行状态
的过程。OS的系统
调用引起任务状态变化时，就会执行这个
过程。如果当前运行任务不是最高优
先级的就绪任务，重调度过程就会发生。
嵌入式操作系统重要概念
大纲要求：当前关键词：难重点：
• 12．调度延迟(Scheduling Latency)
调度延迟是指当一个事件引起更高优先级
的任务就绪到这个任务开始运行之间的时
间。即一个任务被触发后，由就绪到运行
的时间。
嵌入式操作系统重要概念
大纲要求：当前关键词：难重点：
• 13．可剪裁的体系结构(Scalable Architecture)
• 可剪裁的体系结构是指一个软件系统能够支持
多种应用而无需在接口上做很大的变
动。因此, 开发出成本低、品种多的产品。
调用引起任务状态变化时，就会执行这个过程。
如果当前运行任务不是最高优
嵌入式操作系统重要概念
大纲要求：当前关键词：难重点：
• 14．任务(Tasks)
任务是OS中独立运行的单元。
嵌入式操作系统重要概念
大纲要求：当前关键词：难重点：
• 15．任务上下文(Task Context)
任务上下文是指任务运行的环境。例如，
针对x86的CPU，任务上下文可包括程序
计
数器、堆栈指针、通用寄存器的内容。
第讲
大纲要求：当前关键词：难重点：
第讲
大纲要求：当前关键词：难重点：
本课小结
讨论及课后习题