嵌入式系统中的实时操作系统设计

科技信息　高校理科研究　

面向实时操作系统硇嵌八式实验教学设计　

桂林理工大学信息科学与工程学院　邓昀　

［摘要］实验教学是嵌入式教学过程的一个重要环节，是学生的创新意识与能力的培养的重要手段。本文针对嵌入式实验教学中　

存在的问题，提出了建立面向实时操作系统的嵌入式实验教学体系结构，并从实验的软硬件环境、实验教学内容的设置等方面探讨　了教学改革的思路。　［关键词］嵌入式教学　实时操作系统　实验教学体系结构　

１．引言　进入后Ｐｃ时代，嵌入式计算机已广泛应用于消费电子、有线和移　

动通信、汽车、医疗、工业控制、航空航天及国防等领域的民用和军用电　

子设备。特别是近年来，物联网技术的飞速发展，给作为其关键技术的　

嵌入式技术的应用和发展提供了更广泛的空间＿ｌ】，目前市场急需专业化　的嵌入式人才。大多数嵌入式系统都是实时系统，在嵌入式实时操作系　

统的基础上编写的各种应用程序具有功能更强大、设计周期更短、程序　

更容易移植与扩展等优势，因此，在嵌入式课程中进行嵌入式实时操作　

系统的教学是十分重要的。　近年来，本校在计算机、自动化等专业开设了嵌入式的课程，在理　

论教学上也对实时操作系统进行了讲授。但由于受传统教学体系的影　响以及师资力量、实验设备的限制，本校目前的嵌入式实验教学体系仍　

停留在２０世纪８Ｏ年代初发展起来的以８位５１单片机为核心的教学　

水平上，学生对嵌入式实时操作系统的学习只能是纸上谈兵，不能动手　实践。因此建立一个全面的、新的、面向嵌入式实时操作系统的嵌入式　

实验教学体系十分必要和紧迫。　本文探讨了以Ｗ９０Ｐ７１０嵌入式开发学习板，ＬａｍｂｄａＥＤＵ３集成开　

发环境、　Ｃ／ＯＳ—ＩＩ实时操作系统为软硬件平台，建立面向嵌入式实时　

操作系统的实验教学体系。　２．实验环境简介　

实验的软硬件平台主要包括Ｗ９０Ｐ７１０嵌入式开发学习板、Ｌａｍｂ—　ｄａＥＤＵ３集成开发环境、　Ｃ／ＯＳ—ＩＩ实时操作系统等。　

Ｗ９０ＰＴ１０开发学习板是Ｗｉｎｂｏｎｄ（华邦）电子公司开发的一款基于　

嵌入式系统中的实时操作系统研究与应用

嵌入式系统是指被嵌入在其他设备中的电子计算系统。这种系统通常具有小巧、低功耗、低成本等特点。嵌入式系统被广泛运用于智能家居、智能交通、医疗器械、工业控制等领域。嵌入式系统最重要的特点之一就是实时性。实时性是指系统能够在预定的时间内，按照既定的要求完成任务。因此，在嵌入式系统中，实时操作系统是非常重要的。本文将围绕嵌入式系统中的实时操作系统进行研究探讨。

一、实时操作系统概述

实时操作系统（RTOS）是嵌入式系统中最常见的操作系统类型之一。RTOS是一种使得系统能够及时响应外部事件，按时完成任务的操作系统。它具有高度的可预测性和可靠性。RTOS常被运用于需要实时响应的设备中，如航空飞行控制系统、医疗监测设备、智能交通系统等。

与一般的操作系统不同，RTOS需要具备以下特点：

1.响应速度快：实时操作系统需要及时响应任务，而且响应时间必须小于任务的时间限制。

2.可预测性：实时操作系统需要保证任务在规定时间内完成，因此必须具有可预测性。 3.可靠性：RTOS需要保证任务的可靠性，确保任务能够按时完成，不出错。

4.实时性：RTOS需要保证系统实时性，能够在规定时间内完成任务。

二、实时系统的分类

按照实时性的要求，实时系统可以分为硬实时系统和软实时系统。

硬实时系统：硬实时系统对任务的响应时间有极高的要求，任务必须在严格的时间限制内完成。举例来说，发生在航空飞行控制系统中的事件必须在极短的时间内得到响应，否则将带来灾难性的后果。

软实时系统：软实时系统对任务的响应时间要求有所放宽，任务可以在更广泛的时间范围内完成。虽然并不是所有任务都必须在规定时间内得到响应，但是任务响应的时间超出一定的范围，也会对系统造成灾难性的后果。通常，软实时系统和硬实时系统一同出现在一个复杂的嵌入式系统中。

三、实时操作系统的调度机制

实时操作系统可以采用不同的调度策略。常见的调度策略如下：

本栏目责任编辑：谢嫒媛　．．．．．．开发研究与设计技术．　

一种超微内核嵌入式实时操作系统的设计　

杨小明’。陈晓华’．邹晓。　

（１．湖州师范学院信息工程学院，浙江湖州３１３０００；２．华东师范大学教育科学学院，上海２０００６２）　

摘要：本文提出了一种基于时象的超微内棱嵌入式实时操作系统的设计方法。采用面向对象的分析和设计技术，结合了微内＃和层　

次式操作系统的特点。设计了一种超微内校的嵌入式实时操作系统，有效地解决了实时操作系统的可伸缩性、实时性、可移植性等问题，　

并具有信息隐藏、代码可重用等优点，使得嵌入式实时系统的软件开发方便和快捷。　

关键词：超微内核；嵌入式；实时操作系统；面向对晕　

中圈分类号：ＴＰ３１６　文献标识码：Ａ　文章编号：１００９－３０４４（２００７）０１－１０１７１—０１　

Ｔｈｅ　Ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　ａ　ＮａｎｏｋｅｍｅＩ　Ｅｍｂｅｄｄｅｄ　ＲｅａＩ－Ｔｉｍｅ　Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ　Ｓｙｓｔｅｍ　

ＹＡＮＧ　Ｘｉａｏ－ｍｉｎｇ　，ＣＨＥＮ　Ｘｉａｏ—ｈｕａ￣，ＺＯＵ　Ｘｉａｏ　

（１．Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ＆Ｅｎ　ｎｅｅｒｉｎｇ，Ｈｕｚｈｏｕ　Ｔｅａｃｈｅｒｓ，Ｈｕｚｈｏｕ　３１３０００。Ｃｈｉｎａ；２．Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆＥｄｕｃａｔｉｏｎ　Ｓｃｉｅｎｃｅ，Ｅａｓｔ　Ｃｈｉｎａ　Ｎｏｒｍａｌ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙｔ　

Ｓｈａｎｇｈａｉ　２０００６２，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ．ｗｅ　ｐｒｅｓｅｎｔ　ａ　ｄｅｓｉｇｎ　ｍｅｔｈｏｄ　ｏｆ　ａｎ　ｏｂｊｅｃｔ—ｂａｓｅｄ　ｎａｎｏｋｅｍｅｌ　ｅｍｂｅｄｄｅｄ　ｒｅａｌ—ｔｉｍｅ　ｏｐｅｒａｔｉｎｇ　ｓｙｓｔｅｍ・Ｗｅ　ｕｓｅ　０ｂｊｅｃｔ—　

ｏｒｉｅｎｔｅｄ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ａｎｄ　ｄｅｓｉｇｎ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ。ａｎｄ　ｃｏｍｂｉｎｅ　ｍｉｃｒｏｋｅｍｅｌ　ａｎｄ　ｌａｙｅｒｅｄ　ｏｐｅｒａｔｉｎｇ　ｓｙｓｔｅｍ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ．Ｔｈｅ　ｄｅｓｉｇｎ　Ｃａｎ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｔｌｙ　ｒｅｓｏｌｖｅ　

ReWorks嵌入式实时操作系统和ReDe嵌入式软件开发环境

1 引言

嵌入式系统与软件是发展先进制造业和现代服务业，满足高端数字化应用对网络自适应、服务个性化、功能综合化以及功能复杂化等需求的重要技术保障。

随着嵌入式微处理器、通信总线、存储器和嵌入式计算机系统结构的技术发展，嵌入式硬件的价格不断降低，计算能力、通信能力和存储能力不断提高，这为嵌入式软件的发展提供了更大的空间。另一方面，嵌入式应用层面的信息化、智能化、网络化需求，促使传统的嵌入式软件向基于嵌入式实时操作系统的、更具功能扩展能力和价值创造能力的嵌入式软件发展。在轨道交通、船舶电子、信息家电等领域，嵌入式技术的应用已经成为提高产品竞争力的重要手段。

ReWorks是华东计算技术研究所自主研制的嵌入式实时操作系统，ReDe是为ReWorks提供的嵌入式软件开发环境，该产品已广泛应用于轨道交通、船舶电子、信息家电、工业控制和国防领域。本文从技术角度对ReWorks/ReDe的结构、功能和特点作简要介绍。

2 ReWorks嵌入式实时操作系统 嵌入式实时操作系统位于嵌入式硬件和嵌入式应用软件之间，为上层应用提供基础服务，是信息家电、信息终端等嵌入式应用产品的核心和灵魂，应用系统的功能实现、实时性能、安全可靠在很大程度上依赖于操作系统的支持。

ReWorks/ReDe采取宿主/目标机的体系结构，如图1所示：

图1 ReWorks/ReDe的宿主/目标机体系结构

（1）系统结构 宿主开发环境 ReDe 3

Windows/Linux

JTA目标运行环境

ReWorks 3.0

x86/ARM/PPC

核心配置

BD运行代码 网络 串口

目标代理 交叉编译

编辑器 系统仿真

源代码

ReWorks库

C/C++库

目标代码 工程管理工具 远程调试 代码下载 目标监控

固化工具

第三方软件工具集成 图形开发工具

目标运行环境

DSP

DSP应用 CPC共享内存网络 ReWorks采用微内核及组件技术，能根据应用需要对操作系统内核进行配置、裁剪、扩展与定制，具备较强的伸缩能力。其中，微内核提供强实时调度、基本内存管理、时钟管理、中断管理等功能，核心组件提供定时器、区域、分区、信号、事件、信号量、消息等可裁剪功能。这种微内核、层次化组件结构决定了其固有的模块化特性，为提高系统的升级维护能力、目标处理环境适应能力以及系统的扩展能力等提供了基础保障。