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標(biāo)簽 > RTOS
實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)(RTOS)是指當(dāng)外界事件或數(shù)據(jù)產(chǎn)生時(shí),能夠接受并以足夠快的速度予以處理,其處理的結(jié)果又能在規(guī)定的時(shí)間之內(nèi)來控制生產(chǎn)過程或?qū)μ幚硐到y(tǒng)做出快速響應(yīng),調(diào)度一切可利用的資源完成實(shí)時(shí)任務(wù),并控制所有實(shí)時(shí)任務(wù)協(xié)調(diào)一致運(yùn)行的操作系統(tǒng)。
實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)(RTOS)是指當(dāng)外界事件或數(shù)據(jù)產(chǎn)生時(shí),能夠接受并以足夠快的速度予以處理,其處理的結(jié)果又能在規(guī)定的時(shí)間之內(nèi)來控制生產(chǎn)過程或?qū)μ幚硐到y(tǒng)做出快速響應(yīng),調(diào)度一切可利用的資源完成實(shí)時(shí)任務(wù),并控制所有實(shí)時(shí)任務(wù)協(xié)調(diào)一致運(yùn)行的操作系統(tǒng)。提供及時(shí)響應(yīng)和高可靠性是其主要特點(diǎn)。
RTOS系統(tǒng)
RTOS是一個(gè)內(nèi)核,典型的單片機(jī)程序在程序指針復(fù)位后,首先進(jìn)行堆棧、中斷、中斷向量、定時(shí)器、串行口等接口設(shè)置、初始化數(shù)據(jù)存儲區(qū)和顯示內(nèi)容,然后就來到了一個(gè)監(jiān)測、等待或空循環(huán),在這個(gè)循環(huán)中,CPU可以監(jiān)視外設(shè)、響應(yīng)中斷或用戶輸入。
這段主程序可以看作是一個(gè)內(nèi)核,內(nèi)核負(fù)責(zé)系統(tǒng)的初始化和開放、調(diào)度其它任務(wù),相當(dāng)于C語言中的主函數(shù)。
RTOS就是這樣的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)核,包括了各種片上外設(shè)初始化和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的格式化,不必、也不推薦用戶再對硬件設(shè)備和資源進(jìn)行直接操作,所有的硬件設(shè)置和資源訪問都要通過RTOS核心。硬件這樣屏蔽起來以后,用戶不必清楚硬件系統(tǒng)的每一個(gè)細(xì)節(jié)就可以進(jìn)行開發(fā),這樣就減少了開發(fā)前的學(xué)習(xí)量。
實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)(RTOS)是指當(dāng)外界事件或數(shù)據(jù)產(chǎn)生時(shí),能夠接受并以足夠快的速度予以處理,其處理的結(jié)果又能在規(guī)定的時(shí)間之內(nèi)來控制生產(chǎn)過程或?qū)μ幚硐到y(tǒng)做出快速響應(yīng),調(diào)度一切可利用的資源完成實(shí)時(shí)任務(wù),并控制所有實(shí)時(shí)任務(wù)協(xié)調(diào)一致運(yùn)行的操作系統(tǒng)。提供及時(shí)響應(yīng)和高可靠性是其主要特點(diǎn)。
定義
實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)是保證在一定時(shí)間限制內(nèi)完成特定功能的操作系統(tǒng)。實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)有硬實(shí)時(shí)和軟實(shí)時(shí)之分,硬實(shí)時(shí)要求在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)必須完成操作,這是在操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)保證的;軟實(shí)時(shí)則只要按照任務(wù)的優(yōu)先級,盡可能快地完成操作即可。我們通常使用的操作系統(tǒng)在經(jīng)過一定改變之后就可以變成實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。
例如,可以為確保生產(chǎn)線上的機(jī)器人能獲取某個(gè)物體而設(shè)計(jì)一個(gè)操作系統(tǒng)。在“硬”實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)中,如果不能在允許時(shí)間內(nèi)完成使物體可達(dá)的計(jì)算,操作系統(tǒng)將因錯(cuò)誤結(jié)束。在“軟”實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)中,生產(chǎn)線仍然能繼續(xù)工作,但產(chǎn)品的輸出會因產(chǎn)品不能在允許時(shí)間內(nèi)到達(dá)而減慢,這使機(jī)器人有短暫的不生產(chǎn)現(xiàn)象。一些實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)是為特定的應(yīng)用設(shè)計(jì)的,另一些是通用的。一些通用目的的操作系統(tǒng)稱自己為實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。但某種程度上,大部分通用目的的操作系統(tǒng),如微軟的Windows NT或IBM的OS/390有實(shí)時(shí)系統(tǒng)的特征。這就是說,即使一個(gè)操作系統(tǒng)不是嚴(yán)格的實(shí)時(shí)系統(tǒng),它們也能解決一部分實(shí)時(shí)應(yīng)用問題。
大體上,實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)(RTOS)要求:
多任務(wù)
處理能被區(qū)分優(yōu)先次序的進(jìn)程線
一個(gè)中斷水平的充份數(shù)量
被裝入作為微型設(shè)備一部分的內(nèi)含小操作系統(tǒng)經(jīng)常要求實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。一些核心問題能被考慮以符合實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的需求。然而,因?yàn)橄裨O(shè)備驅(qū)動程序這樣的其他成份,也通常被特別的方法需要,一個(gè)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)通常比核心更大。
RTOS系統(tǒng)
1.RTOS是一個(gè)內(nèi)核
典型的單片機(jī)程序在程序指針復(fù)位后,首先進(jìn)行堆棧、中斷、中斷向量、定時(shí)器、串行口等接口設(shè)置、初始化數(shù)據(jù)存儲區(qū)和顯示內(nèi)容,然后就來到了一個(gè)監(jiān)測、等待或空循環(huán),在這個(gè)循環(huán)中,CPU可以監(jiān)視外設(shè)、響應(yīng)中斷或用戶輸入。
這段主程序可以看作是一個(gè)內(nèi)核,內(nèi)核負(fù)責(zé)系統(tǒng)的初始化和開放、調(diào)度其它任務(wù),相當(dāng)于C語言中的主函數(shù)。
RTOS就是這樣的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)核,包括了各種片上外設(shè)初始化和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的格式化,不必、也不推薦用戶再對硬件設(shè)備和資源進(jìn)行直接操作,所有的硬件設(shè)置和資源訪問都要通過RTOS核心。硬件這樣屏蔽起來以后,用戶不必清楚硬件系統(tǒng)的每一個(gè)細(xì)節(jié)就可以進(jìn)行開發(fā),這樣就減少了開發(fā)前的學(xué)習(xí)量。
一般來說,對硬件的直接訪問越少,系統(tǒng)的可靠性越高。RTOS是一個(gè)經(jīng)過測試的內(nèi)核,與一般用戶自行編寫的主程序內(nèi)核相比,更規(guī)范,效率和可靠性更高。對于一個(gè)精通單片機(jī)硬件系統(tǒng)和編程的“老手”而言,通過RTOS對系統(tǒng)進(jìn)行管理可能不如直接訪問更直觀、自由度大,但是通過RTOS管理能夠排除人為疏忽因素,提高軟件可靠性。
另外,高效率地進(jìn)行多任務(wù)支持是RTOS設(shè)計(jì)從始至終的一條主線,采用RTOS管理系統(tǒng)可以統(tǒng)一協(xié)調(diào)各個(gè)任務(wù),優(yōu)化CPU時(shí)間和系統(tǒng)資源的分配,使之不空閑、不擁塞。針對某種具體應(yīng)用,精細(xì)推敲的應(yīng)用程序不采用RTOS可能比采用RTOS能達(dá)到更高的效率;但是對于大多數(shù)一般用戶和新手而言,采用RTOS是可以提高資源利用率的,尤其是在片上資源不斷增長、產(chǎn)品可靠性和進(jìn)入市場時(shí)間更重要的今天。
2.RTOS是一個(gè)平臺
RTOS建立在單片機(jī)硬件系統(tǒng)之上,用戶的一切開發(fā)工作都進(jìn)行于其上,因此它可以稱作是一個(gè)平臺。采用RTOS的用戶不必花大量時(shí)間學(xué)習(xí)硬件,和直接開發(fā)相比起點(diǎn)更高。
RTOS還是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化的平臺,它定義了每個(gè)應(yīng)用任務(wù)和內(nèi)核的接口,也促進(jìn)了應(yīng)用程序的標(biāo)準(zhǔn)化。應(yīng)用程序標(biāo)準(zhǔn)化后便于軟件的存檔、交流、修改和擴(kuò)展,為嵌入式軟件開發(fā)的工程化創(chuàng)造了條件、減少開發(fā)管理工作量。嵌入式軟件標(biāo)準(zhǔn)化推廣到社會后,可以促進(jìn)軟件開發(fā)的分工,減少重復(fù)勞動,近來出現(xiàn)的建立于RTOS上的文件和通信協(xié)議庫函數(shù)產(chǎn)品等就是實(shí)例。
RTOS對于開發(fā)單位和開發(fā)者個(gè)人來說也是一種提高。引入RTOS的開發(fā)單位,相當(dāng)于引入了一套行業(yè)中廣泛采用的嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用程序開發(fā)標(biāo)準(zhǔn),使開發(fā)管理更簡易、有效。基于RTOS和C語言的開發(fā),具有良好的可繼承性,在應(yīng)用程序、處理器升級以及更換處理器類型時(shí),現(xiàn)存的軟件大部分可以不經(jīng)修改地移植過來。
對于開發(fā)人員來說,則相當(dāng)于在程序設(shè)計(jì)中采用一種標(biāo)準(zhǔn)化的思維方式,提高知識創(chuàng)造的效率;同時(shí)因?yàn)榫哂蓄愃频乃悸罚梢愿斓乩斫馔衅渌藛T的創(chuàng)造成果
特點(diǎn)
一、時(shí)間約束性
實(shí)時(shí)系統(tǒng)的任務(wù)具有一定的時(shí)間約束(截止時(shí)間)。根據(jù)截止時(shí)間,實(shí)時(shí)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性分為“硬實(shí)時(shí)”和“軟實(shí)時(shí)”。硬實(shí)時(shí)是指應(yīng)用的時(shí)間需求能夠得到完全滿足,否則就造成重大安全事故,甚至造成重大的生命財(cái)產(chǎn)損失和生態(tài)破壞,如在航空航天、軍事、核工業(yè)等一些關(guān)鍵領(lǐng)域中的應(yīng)用。軟實(shí)時(shí)是指某些應(yīng)用雖然提出時(shí)間需求,但實(shí)時(shí)任務(wù)偶爾違反這種需求對系統(tǒng)運(yùn)行及環(huán)境不會造成嚴(yán)重影響,如監(jiān)控系統(tǒng)等和信息采集系統(tǒng)等。
二、可預(yù)測性
可預(yù)測性是指系統(tǒng)能夠?qū)?shí)時(shí)任務(wù)的執(zhí)行時(shí)間進(jìn)行判斷,確定是否能夠滿足任務(wù)的時(shí)限要求。由于實(shí)時(shí)系統(tǒng)對時(shí)間約束要求的嚴(yán)格性,使可預(yù)測性稱為實(shí)時(shí)系統(tǒng)的一項(xiàng)重要性能要求。除了要求硬件延遲的可預(yù)測性以外,還要求軟件系統(tǒng)的可預(yù)測性,包括應(yīng)用程序的響應(yīng)時(shí)間是可預(yù)測的,即在有限的時(shí)間內(nèi)完成必須的工作;以及操作系統(tǒng)的可預(yù)測性,即實(shí)時(shí)原語、調(diào)度函數(shù)等運(yùn)行開銷應(yīng)是有界的,以保證應(yīng)用程序執(zhí)行時(shí)間的有界性。
三、可靠性
大多數(shù)實(shí)時(shí)系統(tǒng)要求有較高的可靠性。在一些重要的實(shí)時(shí)應(yīng)用中,任何不可靠因素和計(jì)算機(jī)的一個(gè)微小故障,或某些特定強(qiáng)實(shí)時(shí)任務(wù)(又叫關(guān)鍵任務(wù))超過時(shí)限,都可能引起難以預(yù)測的嚴(yán)重后果。為此,系統(tǒng)需要采用靜態(tài)分析和保留資源的方法及冗余配置,使系統(tǒng)在最壞情況下都能正常工作或避免損失。可靠性已成為衡量實(shí)時(shí)系統(tǒng)性能不可缺少的重要指標(biāo)。
四、與外部環(huán)境的交互作用性
實(shí)時(shí)系統(tǒng)通常運(yùn)行在一定的環(huán)境下,外部環(huán)境是實(shí)時(shí)系統(tǒng)不可缺少的一個(gè)組成部分。計(jì)算機(jī)子系統(tǒng)一般是控制系統(tǒng),它必須在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)對外部請求做出反應(yīng)。外部物理環(huán)境往往是被控子系統(tǒng),兩者互相作用構(gòu)成完整的實(shí)時(shí)系統(tǒng)。大多數(shù)控制子系統(tǒng)必須連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)以保證子系統(tǒng)的正常工作或準(zhǔn)備對任何異常行為采取行動。
早期的實(shí)時(shí)系統(tǒng)功能簡單,包括單板機(jī)、單片機(jī),以及簡單的嵌入式實(shí)時(shí)系統(tǒng)等,其調(diào)度過程相對簡單。隨著實(shí)時(shí)系統(tǒng)應(yīng)用范圍的不斷擴(kuò)大,系統(tǒng)復(fù)雜性不斷提高,實(shí)時(shí)系統(tǒng)具有以下新特點(diǎn)。
1、多任務(wù)類型
在實(shí)時(shí)系統(tǒng)中,不但包括周期任務(wù)、偶發(fā)任務(wù)、非周期任務(wù),還包括非實(shí)時(shí)任務(wù)。實(shí)時(shí)任務(wù)要求要滿足時(shí)限,而非實(shí)時(shí)任務(wù)要求要使其響應(yīng)時(shí)間盡可能的短。多種類型任務(wù)的混合,使系統(tǒng)的可調(diào)度性分析更加困難。
2、約束的復(fù)雜性
任務(wù)的約束包括時(shí)間約束、資源約束、執(zhí)行順序約束和性能約束。時(shí)間約束是任何實(shí)時(shí)系統(tǒng)都固有的約束。資源約束是指多個(gè)實(shí)時(shí)任務(wù)共享有限的資源時(shí),必須按照一定的資源訪問控制協(xié)議進(jìn)行同步,以避免死鎖和高優(yōu)先級任務(wù)被低優(yōu)先級任務(wù)堵塞的時(shí)間(即優(yōu)先級倒置時(shí)間)不可預(yù)測。執(zhí)行順序約束是指各任務(wù)的啟動和執(zhí)行必須滿足一定的時(shí)間和順序約束。例如,在分布式端到端(end-to-end)實(shí)時(shí)系統(tǒng)很重,同一任務(wù)的各子任務(wù)之間存在前驅(qū)/后驅(qū)約束關(guān)系,需要執(zhí)行同步協(xié)議來管理子任務(wù)的啟動和控制子任務(wù)的執(zhí)行,使它們滿足時(shí)間約束和系統(tǒng)可調(diào)度要求。性能約束是指必須滿足如可靠性、可用性、可預(yù)測性、服務(wù)質(zhì)量(Quality of Service,QoS)等性能指標(biāo)。
3、具有短暫超載的特點(diǎn)
在實(shí)時(shí)系統(tǒng)中,即使一個(gè)功能設(shè)計(jì)合理、資源充足的系統(tǒng)也可能由于一下原因超載:
1)系統(tǒng)元件出現(xiàn)老化,外圍設(shè)備錯(cuò)誤或系統(tǒng)發(fā)生故障。隨著系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間的增長,系統(tǒng)元件出現(xiàn)老化,系統(tǒng)部件可能發(fā)生故障,導(dǎo)致系統(tǒng)可用資源降低,不能滿足實(shí)時(shí)任務(wù)的時(shí)間約束要求。
2)環(huán)境的動態(tài)變化。由于不能對未來的環(huán)境、系統(tǒng)狀態(tài)進(jìn)行正確有效地預(yù)測,因此不能從整體角度上對任務(wù)進(jìn)行調(diào)度,可能導(dǎo)致系統(tǒng)超載。
3)應(yīng)用規(guī)模的擴(kuò)大。原先滿足實(shí)時(shí)任務(wù)時(shí)限要求的系統(tǒng),隨著應(yīng)用規(guī)模的增大,可能出現(xiàn)不能滿足任務(wù)時(shí)限要求的情況,而重新設(shè)計(jì)、重建系統(tǒng)在時(shí)間和經(jīng)濟(jì)上又不允許。
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Model系列工業(yè)級HMI芯片:開源RISC-V+RTOS實(shí)時(shí)系統(tǒng),拒絕管控
前言「Model系列」芯片是啟明智顯針對工業(yè)、行業(yè)以及車載產(chǎn)品市場推出的系列HMI芯片,主要應(yīng)用于工業(yè)自動化、智能終端HMI、車載儀表盤、兩輪車彩屏儀表...
2024-06-17 標(biāo)簽:RTOS實(shí)時(shí)系統(tǒng)RISC-V 831 0
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