嵌入式操作系統概述

實時嵌入式系統

實時操作系統（RTOS）設計成提供一個對真實世界的事件的及時響應(timely response)。出現在真實世界中的事件可能有一個時間限制(deadline)，在此期限之前，實時/嵌入式系統必須確保在有限時間內對此事件做出相應的響應。根據相應事件的時間限制，嵌入式實時操作系統可以分為兩類：

1、硬實時嵌入式系統

此類實時系統必須保證在一定的時間里，對一定的外部事件做出相應的響應，如果在一定時間里沒有能夠做出相應的響應，就會帶來災難性的后果，也即是說，此類系統對于時間的相應快慢有非常嚴格的要求，比如：電力監控系統等。

2、軟實時嵌入式系統

此類實時系統保證在一定的時間里，對一定的外部事件做出相應的響應，但是如果在一定時間里沒有能夠做出相應的響應，不會帶來災難性的后果，只是給用戶帶來一些不快樂的體驗，比如：用戶界面的顯示。

不同的系統，有不同實現方式，對于硬實時嵌入式系統，主要注重與實時性和可靠性，一般沒有文件系統，虛擬內存管理等，主要用于實時監控等，典型的有：VxWorks，pSOS,uCOS-II等。軟實時嵌入式系統注重實時性，也注重實用性，主要用于消費電子等，典型的有：嵌入式Linux。

實時嵌入式操作系統在現在應用越來越多，其中大部分是商業的嵌入式操作系統，這些系統提高了豐富的開發工具和穩定的系統，很大的推動了嵌入式系統地發展，但是由于商業性，使我們很少有機會了解嵌入式操作系統的實現內幕。隨著開源軟件的興起，使得我們有機會了解嵌入式操作系統的內部實現成為可能。

由于多年的嵌入式開發，對于嵌入式操作系統特別的感興趣，趁春節的時間，想讀讀開源的嵌入式操作系統源碼，大體比較一下嵌入式操作系統的具體實現。

對于開源的嵌入式操作系統，現在比較流行的主要有：嵌入式Linux，uCOS-II， eCOS，FreeRTOS等，這里主要想以嵌入式Linux，uCOS-II為例，對嵌入式操作系統的一些基本概念及其實現方式進行一些比較。之所以選擇這兩操作系統，因為：

1、嵌入式Linux是現在用得最多的軟實時嵌入式操作系統，而且也是最著名的開源軟件之一

2、uCOS-II是一用得較多的硬實時嵌入式操作系統，盡管商業應用需要Licence，對于科研等可以免費使用，而且許多愛好者已經把它移植到了各種硬件平臺。

3、盡管硬實時嵌入式操作系統和軟實時嵌入式操作系統有很大的區別，但是可以通過對他們的比較，使我們更容易了解實時嵌入式操作系統的基本概念和組成要素。

實時多任務嵌入式系統基本概念：

對于嵌入式系統，不像通用的計算機，提供通用的軟硬件平臺，而是對于特定的需求定制的系統，一般要求便攜化，資源少，利用比較少的資源配置來實現特定的功能。如何在較小尺寸，較少的資源情況下，快速響應外部多種特定的事件，成為嵌入式系統的主要需求。這就要求嵌入式系統要有以下的模塊：

1、中斷處理

在沒有嵌入式系統之前，對于一般的工控，都是用前后臺機制實現的，中斷是整個系統的推動力。在嵌入式系統相中，中斷處理也是響應外部事件的主要途徑。

2、時間管理

對于實時操作系統來說，時間管理是系統的核心，整個系統就是由一定間隔的時鐘中斷驅動的。在一般的實時操作系統中，主要有兩種時間管理：OS定時器和RTC定時器。

3、資源管理與資源共享

由于有限的資源，在嵌入式系統中，資源的管理也非常的重要，CPU，IO，內存等是系統基本的資源，如何有效的應用和管理是一個很大的話題。同時如何共享，如何提供任務間資源的互斥，也是一穩定系統必不可缺的條件。

4、多任務

在嵌入式系統中，任務也可以叫進程，對于多任務系統，一般有多個任務同時存在于系統中，任務在嵌入式系統中有各種各樣的狀態，比如：運行態，IDLE態等。

5、任務的實時調度與切換

對于多任務的管理及其實時調度，決定了此系統的主要特征。任務的調度與如何切換，也是嵌入式多任務系統的一個基本問題。

6、進程間（任務間）通訊

對于不同任務間的通訊，在不同的系統中有不同的實現，大體與POSIX的IPC 相似。但在硬實時嵌入式系統中，事件和消息用得較多。對于LINUX系統，還有虛擬內存管理和文件系統管理，在硬實時嵌入式系統中，由于關注點不同，這方面的應用不多。

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