RTOSuCOS-II原理及应用课件.ppt

********RTOSuCOS-II原理及应用RTOS是实时操作系统的缩写，广泛应用于嵌入式系统中。本次演示将介绍RTOS与裸机程序的区别、优点、应用场景以及uCOS-II的组成、架构、任务管理、定时器、中断处理、内存管理、资源共享等。RTOS概述实时操作系统（RTOS）是一种专门为了适应硬实时任务而设计的操作系统。相对于普通操作系统，RTOS的任务调度和上下文切换更加快速和精确。硬软实时RTOS支持硬实时和软实时。硬实时是指系统必须在固定时间内完成任务，否则会出现严重问题，而软实时则容许适度超时。嵌入式系统由于RTOS所占用的系统资源非常少，因此被广泛用于嵌入式系统中，如汽车电子、医疗器械、网络设备等等。任务调度RTOS采用任务调度算法实现对任务调度的控制，任务调度算法并不是一种固定的算法，而是根据任务的特性而定。RTOS与裸机程序的区别相对于裸机程序，RTOS有很多优势，比如可以更好地维护代码，提高可靠性，更好地调度执行任务等。资源共享RTOS能够实现多任务抢占式调度，任务能够公平合理地共享系统资源而不会因资源竞争而互相干扰。任务调度RTOS采用任务调度算法实现对任务调度的控制，任务调度算法并不是一种固定的算法，而是根据任务的特性而定。系统管理RTOS提供管理系统的必要接口，可供用户控制系统资源及其使用、中断服务、错误检测、任务管理、实时性等方面的限制。RTOS的优点及应用场景RTOS具有提高系统可靠性、实时性、可维护性等很多优点，并被广泛应用于嵌入式领域。医疗设备RTOS在医疗设备上的应用越来越多，医疗设备对于实时性要求非常高，如手术机器人、呼吸机等。汽车电子汽车电子产品中包含的安全软件、自动驾驶技术以及以汽车为平台的业务与数据管理系统，都需要实时性和可靠性。工业控制工业控制设备中嵌入RTOS，如PLC、工控机等，可以实现精确控制和快速响应。智能家居智能家居中的终端设备都需要实时的响应能力，如智能路由器、智能视频监控设备等都采用了RTOS。RTOS的分类和特点RTOS可以根据实时特性的强弱分为硬实时和软实时。在实时性和易移植性等方面具有很强的特点。1硬实时RTOS在规定的固定时间内必须完成任务，否则会出现严重问题，所应用领域比较专业，如军事武器等。2软实时RTOS允许任务在规定的时间内完成，但因实时性要求不高，所以应用领域更广泛，如医疗设备、汽车电子等。uCOS-II简介μC/OS-II操作系统是由美国Micrium公司开发的一种小型、可裁减、可移植的实时操作系统内核，被应用在各种嵌入式设备中。优秀特点μC/OS-II由于其高效率、低成本、易移植、功能完备而得到用户的高度认可。支持多任务、包括多级优先级、信号量、消息队列、定时器等。使用范围μC/OS-II尤其适合于单片机、单片机控制的仪器仪表、计算机外设控制、通信系统、以及其他小型控制芯片系统的应用。开源形式μC/OS-II提供源代码，允许用户修改和免费使用，让开发者可以根据系统的需求自行定制调试。uCOS-II的架构uC/OS-II基于微内核结构，分内核部分和应用部分。内核部分包括任务管理器、时间管理器、中断服务例程、系统调用、内存管理等重要模块。μC/OS-II内核μC/OS-II作为一个嵌入式操作系统，就其核心而言，分为四个部分，即任务管理、内存管理、时间管理和中断服务。系统架构uC/OS-II整个系统是由一个任务管理器、多个任务和中断服务组成的，并由中断服务调度算法和任务调度算法共同完成系统的任务和工作。支持的处理器μC/OS支持600+种单片机，部分芯片支持iphones、windows、linux等操作系统。uCOS-II的任务管理和调度原理uCOS-II采用抢占式、固定优先级的任务调度算法，用于实现对任务的分配，时间片轮转和中断服务的输出。1任务管理器任务管理器在uC/OS-II内部采用优先级比较和调度算法，把任务按照优先级分组，产生一个“优先级标识符表”，然后再选出一个最高优先级的任务运行。2任务状态每个任务都有一个状态：运行、就绪、阻塞等状态，当任务的状态发生变化时，任务可以进入执行状态或从任务队列删除。3任务调度任务调度是指系统在多个任务之间进行切换，以避免出现任务因时间差和优先级所造成的问题。uCOS-II中的信号量和消息队列uC/OS-II提供了信号量和消息队列机制进行任务间的同步和通信。信号量uCos在任务之间提供同步机制，在任务中可以通过称为信号量机制访问共享资源。消息队列uC/OS-II可以用消息通讯的方法来实现任务之间的通讯，支持队列和邮箱模式，可以满足多目标任务间的完全异步通讯。uC