嵌入式操作系统概述

实时嵌入式系统

实时操作系统（RTOS）设计成提供一个对真实世界的事件的及时响应(timely response)。出现在真实世界中的事件可能有一个时间限制(deadline)，在此期限之前，实时/嵌入式系统必须确保在有限时间内对此事件做出相应的响应。根据相应事件的时间限制，嵌入式实时操作系统可以分为两类：

1、硬实时嵌入式系统

此类实时系统必须保证在一定的时间里，对一定的外部事件做出相应的响应，如果在一定时间里没有能够做出相应的响应，就会带来灾难性的后果，也即是说，此类系统对于时间的相应快慢有非常严格的要求，比如：电力监控系统等。

2、软实时嵌入式系统

此类实时系统保证在一定的时间里，对一定的外部事件做出相应的响应，但是如果在一定时间里没有能够做出相应的响应，不会带来灾难性的后果，只是给用户带来一些不快乐的体验，比如：用户界面的显示。

不同的系统，有不同实现方式，对于硬实时嵌入式系统，主要注重与实时性和可靠性，一般没有文件系统，虚拟内存管理等，主要用于实时监控等，典型的有：VxWorks，pSOS,uCOS-II等。软实时嵌入式系统注重实时性，也注重实用性，主要用于消费电子等，典型的有：嵌入式Linux。

实时嵌入式操作系统在现在应用越来越多，其中大部分是商业的嵌入式操作系统，这些系统提高了丰富的开发工具和稳定的系统，很大的推动了嵌入式系统地发展，但是由于商业性，使我们很少有机会了解嵌入式操作系统的实现内幕。随着开源软件的兴起，使得我们有机会了解嵌入式操作系统的内部实现成为可能。

由于多年的嵌入式开发，对于嵌入式操作系统特别的感兴趣，趁春节的时间，想读读开源的嵌入式操作系统源码，大体比较一下嵌入式操作系统的具体实现。

对于开源的嵌入式操作系统，现在比较流行的主要有：嵌入式Linux，uCOS-II， eCOS，FreeRTOS等，这里主要想以嵌入式Linux，uCOS-II为例，对嵌入式操作系统的一些基本概念及其实现方式进行一些比较。之所以选择这两操作系统，因为：

1、嵌入式Linux是现在用得最多的软实时嵌入式操作系统，而且也是最著名的开源软件之一

2、uCOS-II是一用得较多的硬实时嵌入式操作系统，尽管商业应用需要Licence，对于科研等可以免费使用，而且许多爱好者已经把它移植到了各种硬件平台。

3、尽管硬实时嵌入式操作系统和软实时嵌入式操作系统有很大的区别，但是可以通过对他们的比较，使我们更容易了解实时嵌入式操作系统的基本概念和组成要素。

实时多任务嵌入式系统基本概念：

对于嵌入式系统，不像通用的计算机，提供通用的软硬件平台，而是对于特定的需求定制的系统，一般要求便携化，资源少，利用比较少的资源配置来实现特定的功能。如何在较小尺寸，较少的资源情况下，快速响应外部多种特定的事件，成为嵌入式系统的主要需求。这就要求嵌入式系统要有以下的模块：

1、中断处理

在没有嵌入式系统之前，对于一般的工控，都是用前后台机制实现的，中断是整个系统的推动力。在嵌入式系统相中，中断处理也是响应外部事件的主要途径。

2、时间管理

对于实时操作系统来说，时间管理是系统的核心，整个系统就是由一定间隔的时钟中断驱动的。在一般的实时操作系统中，主要有两种时间管理：OS定时器和RTC定时器。

3、资源管理与资源共享

由于有限的资源，在嵌入式系统中，资源的管理也非常的重要，CPU，IO，内存等是系统基本的资源，如何有效的应用和管理是一个很大的话题。同时如何共享，如何提供任务间资源的互斥，也是一稳定系统必不可缺的条件。

4、多任务

在嵌入式系统中，任务也可以叫进程，对于多任务系统，一般有多个任务同时存在于系统中，任务在嵌入式系统中有各种各样的状态，比如：运行态，IDLE态等。

5、任务的实时调度与切换

对于多任务的管理及其实时调度，决定了此系统的主要特征。任务的调度与如何切换，也是嵌入式多任务系统的一个基本问题。

6、进程间（任务间）通讯

对于不同任务间的通讯，在不同的系统中有不同的实现，大体与POSIX的IPC 相似。但在硬实时嵌入式系统中，事件和消息用得较多。对于LINUX系统，还有虚拟内存管理和文件系统管理，在硬实时嵌入式系统中，由于关注点不同，这方面的应用不多。

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