《课嵌入式实时操作系统简介》课件.ppt

*******************嵌入式实时操作系统简介嵌入式实时操作系统是专为实时应用设计的软件系统，例如工业自动化、医疗设备、航空航天。这些操作系统需要在严格的时间约束下完成任务，以确保系统安全可靠。课程简介课程目标本课程旨在介绍嵌入式实时操作系统的基本概念和原理。帮助学生掌握实时操作系统的基本知识和应用技能。课程内容课程内容涵盖实时操作系统概述、实时任务调度、事件驱动与时间驱动、中断处理机制、内核同步机制、资源管理、内存管理、文件系统、通信机制等。此外，课程还将介绍FreeRTOS实时嵌入式操作系统的基本概念和应用实践。什么是实时操作系统实时控制实时操作系统(RTOS)能够及时响应来自外部世界的事件，并根据需求做出快速反应。时间敏感性在规定的时间范围内完成任务，以确保系统稳定性和可靠性。确定性行为RTOS确保任务在特定时间内完成，并提供可预测的性能。实时操作系统的特点实时性及时响应事件，保证系统及时处理数据，满足严格的时间要求。确定性系统行为可预测，确保任务执行时间和资源占用可控。可靠性高可靠性，确保系统在各种情况下稳定运行，避免错误或故障。安全性保护系统和数据安全，防止非法访问和恶意攻击。实时任务调度1任务就绪任务准备就绪，等待被调度2选择任务调度器选择一个任务来运行3分配资源操作系统分配CPU和内存等资源4执行任务任务开始执行实时操作系统通过调度器来管理任务的执行顺序。调度器会根据优先级、时间片等因素选择合适的任务来运行，并分配必要的资源。实时系统的任务分类周期性任务周期性任务以固定频率执行，例如传感器数据采集、定时器管理。非周期性任务非周期性任务由事件触发，例如用户输入处理、网络数据接收。硬实时任务硬实时任务必须在截止时间内完成，否则会导致系统故障。软实时任务软实时任务允许在截止时间后完成，但会影响系统性能。实时操作系统开发流程需求分析明确系统功能需求，如实时性、可靠性等。系统设计确定系统架构，选择合适的实时操作系统。代码编写根据系统设计编写应用程序代码。测试调试测试应用程序，修复代码错误，验证系统功能。系统集成将应用程序集成到硬件平台上。系统部署将系统部署到目标环境中，进行最终测试。事件驱动与时间驱动1事件驱动系统根据外部事件触发执行相应操作。2时间驱动系统按照预设的时间间隔执行特定任务。3组合应用实时操作系统通常结合事件驱动和时间驱动方式来实现高效运行。中断处理机制中断处理实时操作系统利用中断处理来响应外部事件，例如硬件中断或软件中断。中断处理程序负责处理这些事件，并确保及时响应。中断向量表中断向量表包含指向不同中断处理程序的地址，操作系统根据中断类型快速找到相应的处理程序。优先级实时操作系统通常使用优先级机制来处理多个中断请求，优先级高的中断请求优先得到处理。内核同步机制互斥锁互斥锁用于保护共享资源，确保一次只有一个任务可以访问该资源。信号量信号量用于控制对有限资源的访问，例如，用于控制同一时间访问某个硬件设备的多个任务的数量。邮箱邮箱用于任务之间传递消息，例如，一个任务可以向另一个任务发送数据。事件标志事件标志允许任务等待多个事件的发生，例如，一个任务可以等待两个事件的发生，才能执行下一步操作。资源管理内存管理实时操作系统管理内存资源，为任务分配内存空间。内存管理机制保证系统稳定运行，避免内存泄漏和资源竞争。设备管理实时操作系统管理系统中的硬件设备，为应用提供访问设备的接口。设备管理机制确保系统中硬件资源的有效分配和使用。设备驱动程序1硬件交互提供硬件接口与操作系统内核之间的桥梁，使操作系统能够访问硬件资源。2抽象层隐藏底层硬件的复杂细节，为应用程序提供统一的接口。3驱动程序类型包含设备驱动程序、设备控制器和中断处理程序。4驱动程序开发根据硬件架构和功能需求，编写驱动程序代码，并进行调试和测试。内存管理内存分配实时操作系统必须有效地分配和管理有限的内存资源，以确保实时任务的顺利执行。内存碎片内存碎片的出现会降低内存利用率，导致系统性能下降，因此需要采取合适的内存管理策略来减少碎片化。内存保护实时操作系统需要提供内存保护机制，以防止不同任务之间的内存访问冲突，确保系统稳定运行。动态内存分配实时系统通常需要支持动态内存分配，以根据需要分配和释放内存资源。文件系统11.文件存储与组织文件系统组织数据的方式，管理文件的存储位置，方便用户查找和访问文件。22.文件访问提供接口，支持用户对文件进行创建、删除、读取、写入等操作。