嵌入式实时操作系统教程5

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计算机控制系统(清华大学出版社)课件_嵌入式PLC

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8.1.2 软硬件协同设计技术
1．硬件体系结构
图8-2 嵌入式系统硬件体系结构的功能部件
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2．传统设计技术

设计过程的基本特征是：系统在一开始就被划分为软件和硬件两大部分，软件和硬件是独立地进行开发设计，通常采用的是“硬件先行”的设计方法。
问题： (1)软硬件之间的交互受到很大限制，造成系统集成相对滞后，因此传统嵌入式系统设计的结果往往是设计质量差、设计修改难，同时研制周期不能得到有效保障。 (2) 随着设计复杂程度的提高，软硬件设计中的一些错误将会使开发过程付出昂贵的代价。 (3)“硬件先行”的做法常常需要由软件来补偿由于硬件选择的不适合造成系统的缺陷，从而增加软件的代价。
(2) 嵌入式微处理器(Embedded Micro Processor Unit, EMPU)

基础是通用计算机中的CPU。只保留与嵌入式应用密切相关的功能硬件，去掉其他冗余的功能部分。目前的主要类型有ARM 、 PowerPC系列等。专用于信号处理方面的处理器，其可进行向量运算、指针线性寻址等运算量很大的数据处理，具有很高编译效率和指令执行速度
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3-2
pSOS

pSOS原属ISI公司的产品，但ISI已经被 WinRiver公司兼并，现在pSOS属于 WindRiver公司的产品。该系统是一个模块化、高性能的实时操作系统。开发者可以利用它来实现从简单的单个独立设备到复杂的、网络化的多处理器系统功能。
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3-2
Palm OS

多数实时内核是基于优先级调度的多种方法的复合。
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⑸ 其他重要概念

互斥（Mutex）机制信号量（Semaphore）机制代码临界区（Critical Section）临界资源

实时操作系统的相关概念

I/O
(1). 错误的仸务划分仸务使用中挂起/恢复太频繁是由于仸务划分过细，仸务的当成功能使用。应该将仸务变成子程序使用。当事件収生时调用子程序仸务划分得太粗，应该将子程序划分为仸务得到消息后，又立即检查另外的信息不要使用轮循的方式，应该直接使用事件驱动方式
（2）优先级倒置乊一当高优先级的仸务向低优先级的仸务収送消息时，如果使用信箱机制，就可能出现高优先级的仸务要等待低优先级的仸务接收消息以后，才能収送消息。应该使用队列机制就避免这个问题。

微内核结构用水平结构代替了传统的垂直的分层结构，操
作系统组件放在微内核外部，实现成服务器迚程，它们的相互作用变成了对等的，典型地通过微内核传递消息，微内核功能成了消息交换：它验证消息，在组件乊间传递它们，幵且允许访问硬件。
微内核组织的优点：
接口一致(Uniform interface)：
于低估了过程相互乊间的依赖性和互操作性，产
生了一系列问题。
为了解决这些问题，引入了模块化程序设计技术，
特别是开収了分层操作系统 ( layered operation
system) （如图 5.2.1 ），这里功能按照层次组织，
相互乊间作用只能通过邻接层。使用分层方法，
大多数层或者全部层在内核模式下执行。
宿主机
目标机

按确定性来分嵌入式实时系统
硬实时
系统对系统响应时间有严栺的要求，如果系统响应时间不能满足，就要引起系统崩溃或致命的错误。
软实时
系统对系统响应时间有要求，但是如果系统响应时间不能满足，不会导致系统出现致命的错误或崩溃。
按软件结构来分嵌入式实时系统
单线程程序（Single-threaded program）

zwsim教程

zwsim教程
ZWSim是一种基于Z语言的建模和仿真工具，用于模拟和验证实时嵌入式系统。

下面是一份简单的ZWSim教程：
1. 下载和安装ZWSim：访问ZWSim的官方网站，下载最新版本的ZWSim，并按照安装指南进行安装。

2. 学习Z语言：ZWSim使用Z语言来建模和描述系统。

学习Z语言的基本语法和概念，了解如何定义状态、操作和约束。

3. 创建模型文件：使用文本编辑器创建一个新的ZWSim模型文件（以.zwsim为扩展名）。

在文件中，定义系统的状态和操作。

4. 定义状态和操作：使用Z语言语法在模型文件中定义状态和操作。

状态是系统的变量，而操作是可改变状态的动作。

5. 添加约束和性质：使用Z语言语法在模型文件中添加约束和性质。

约束是对系统状态的限制条件，性质是需要验证的属性。

6. 运行模拟：保存模型文件并通过命令行界面运行ZWSim。

输入模型文件的路径，选择仿真参数和时间限制，开始运行模拟。

7. 分析结果：分析模拟结果，验证系统是否满足定义的约束和性质。

如果结果符合预期，系统设计可能是正确的；如果结果
与预期不符，可能需要修改模型或设计。

这只是一个简单的ZWSim教程，ZWSim的使用还有很多高级功能和概念，如时序逻辑建模、系统性能分析等。

对于深入了解和熟练使用ZWSim，建议参考官方文档和示例。

嵌入式实时操作系统μCOS原理与实践1

4、文件管理：
对外存中信息进行管理的文件系统
关于μC/OS-II
•UCOSII 是一个可以基于ROM 运行的、可裁减的、抢占式、实时多任务内核，具有高度可移植性，特别适合于微处理器和控制器，是和很多商业操作系统性能相当的实时操作系统(RTOS)。为了提供最好的移植性能，UCOSII 最大程度上使用ANSI C 语言进行开发，并且已经移植到近40 多种处理器体系上，涵盖了从8 位到64 位各种CPU(包括DSP) 。
• 事件
两个任务通过事件进行通讯的示意图所示：
注释：任务1 是发信方，任务2 是收信方。任务1 负责把信息发送到时间上，这项操作叫做发送事件。任务2 通过读取事件操作对事件进行查询，如果有信息则读取，否则等待。读事件操作叫做请求事件。
事件控制块（ECB）
• 为了把描述事件的数据结构统一起来，UCOSII 使用叫做事件控制块(ECB)的数据结构来描述诸如信号量、邮箱（消息邮箱）和消息队列这些事件。事件控制块中包含包括等待任务表在内的所有有关事件的数据，事件控制块结构体定义如下： • typedef struct { INT8U OSEventType; //事件的类型 INT16U OSEventCnt; //信号量计数器 void *OSEventPtr; //消息或消息队列的指针 INT8U OSEventGrp; //等待事件的任务组 INT8U OSEventTbl[OS_EVENT_TBL_SIZE];//任务等待表 #if OS_EVENT_NAME_EN > 0u INT8U *OSEventName; //事件名 #endif } OS_EVENT;
UCOSII中与任务相关的几个函数
1）建立任务函数

2011-11第十一课、RTLinux, uCOS嵌入式软件

仅支持底层任务创建、中断服务例程的装人、底层任务通信队列、仅支持底层任务创建、中断服务例程的装人、底层任务通信队列、中断服务例程(ISR) Linux进程 (ISR)和断服务例程(ISR)和Linux进程把标准的Linux Linux内核作为实时内核的一个进程与用户进程一起调度把标准的Linux内核作为实时内核的一个进程与用户进程一起调度标准的Linux内核的优先级最低, Linux内核的优先级最低标准的Linux内核的优先级最低,可以被实时进程抢断
采用完全适应于实时应用的按优先级抢占CPU的调度方法采用完全适应于实时应用的按优先级抢占CPU的调度方法 CPU 这种方法保证任何时刻都是优先级最高的任务占用CPU CPU。这种方法保证任何时刻都是优先级最高的任务占用CPU。优先级最高的任务可以中断当前运行的程序而抢占CPU; 优先级最高的任务可以中断当前运行的程序而抢占CPU; 优先级较低的任务, 优先级较低的任务,只有在所有优先级比它高的任务都运行完后才能投入运行。后才能投入运行。
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的性能特点-2 µC/OS的性能特点的性能特点
抢占式（Preemptive）抢占式（Preemptive）实时结构多任务 C/OS-II可以管理64个任务其中保留8个给系统。可以管理64个任务， µC/OS-II可以管理64个任务，其中保留8个给系统。应用程序最多可以有56 56个任务可以有56个任务可确定性全部µ C/OS-II的函数调用与服务的执行时间是可确定的的函数调用与服务的执行时间是可确定的。全部µ C/OS-II的函数调用与服务的执行时间是可确定的。任务栈每个任务有自己单独的栈，允许每个任务有不同的栈空间，每个任务有自己单独的栈，允许每个任务有不同的栈空间，以便减少应用程序对RAM的需求。 RAM的需求少应用程序对RAM的需求。系统服务 C/OS-II提供很多系统服务例如邮箱、消息队列、信号量、提供很多系统服务， µC/OS-II提供很多系统服务，例如邮箱、消息队列、信号量、块大小固定的内存的申请与释放、时间相关函数等。小固定的内存的申请与释放、时间相关函数等。中断管理中断可以使正在执行的任务暂时挂起，中断可以使正在执行的任务暂时挂起，如果优先级更高的任务被该中断唤醒，则高优先级的任务在中断嵌套全部退出后立即执行，中断唤醒，则高优先级的任务在中断嵌套全部退出后立即执行，中断嵌套层数可达255 255层断嵌套层数可达255层。稳定性与可靠性 13

嵌入式Linux系统开发教程实验报告

嵌入式实验报告：学号：学院：日期：实验一熟悉嵌入式系统开发环境一、实验目的熟悉Linux 开发环境，学会基于S3C2410 的Linux 开发环境的配置和使用。

使用Linux的armv4l-unknown-linux-gcc 编译，使用基于NFS 方式的下载调试，了解嵌入式开发的基本过程。

二、实验容本次实验使用Redhat Linux 9.0 操作系统环境,安装ARM-Linux 的开发库及编译器。

创建一个新目录，并在其中编写hello.c 和Makefile 文件。

学习在Linux 下的编程和编译过程，以及ARM 开发板的使用和开发环境的设置。

下载已经编译好的文件到目标开发板上运行。

三、实验设备及工具硬件：：UP-TECH S2410/P270 DVP 嵌入式实验平台、PC 机Pentium 500 以上, 硬盘10G 以上。

软件：PC 机操作系统REDHAT LINUX 9.0＋超级终端（或X-shell）＋AMR-LINUX 开发环境。

四、实验步骤1、建立工作目录[rootlocalhost root]# mkdir hello[rootlocalhost root]# cd hello2、编写程序源代码我们可以是用下面的命令来编写hello.c的源代码，进入hello目录使用vi命令来编辑代码：[rootlocalhost hello]# vi hello.c按“i”或者“a”进入编辑模式，将上面的代码录入进去，完成后按Esc 键进入命令状态，再用命令“：wq!”保存并退出。

这样我们便在当前目录下建立了一个名为hello.c的文件。

hello.c源程序：＃include <stdio.h>int main() {char name[20];scanf(“%s”,name);printf(“hello %s”,name);return 0;}3、编写Makefile要使上面的hello.c程序能够运行，我们必须要编写一个Makefile文件，Makefile文件定义了一系列的规则，它指明了哪些文件需要编译，哪些文件需要先编译，哪些文件需要重新编译等等更为复杂的命令。

从零开始学OPERA操作系统

从零开始学OPERA操作系统
要从零开始学习OPERA操作系统，首先需要了解该操作系统的基本概
念和发展历程。

OPERA操作系统是一款由Wind River Systems开发的实时操作系统。

它主要用于嵌入式系统和工业自动化领域，具有高可靠性、高性能和丰富
的功能。

该操作系统支持多任务处理和实时任务调度，并且具有强大的网
络和通信功能，适用于各种嵌入式设备和应用场景。

了解了OPERA操作系统的基本概念后，接下来可以通过以下步骤从零
开始学习该操作系统：
1.学习操作系统基础知识：首先需要了解操作系统的基本概念和原理。

可以通过阅读相关的教材或参加操作系统相关的课程来学习操作系统的基
础知识。

3.学习操作系统架构和组成：了解操作系统的架构和组成是学习该操
作系统的基础。

可以阅读相关的文档和教程，了解OPERA操作系统的体系
结构和各个组件的功能。

4.学习操作系统编程和应用开发：学习操作系统的编程和应用开发是
掌握该操作系统的关键。

可以学习使用C/C++等编程语言，以及操作系统
提供的API和工具，编写和调试OPERA操作系统的应用程序。

5.实践和开发项目：通过实践和开发项目来深入理解和掌握OPERA操
作系统。

可以选择一些简单的应用场景，进行项目实践和开发，例如开发
一个简单的嵌入式设备控制系统或网络通信系统。

在实践和开发过程中，
可以遇到各种问题和挑战，并通过解决这些问题来不断提高自己的技能。

uTenux嵌入式操作系统快速指南

μTenux TM嵌入式操作系统快速指南Ver1.6.002013-06-10大连悠龙软件科技有限公司目录1.序言 (2)1.1.产品构成 (2)1.2.开发环境 (2)1.3.开发板验证 (3)2.工程开发 (4)2.1.系统架构 (4)2.2.源代码结构 (5)2.3.工程建立 (7)2.4.程序样例的使用 (14)3.感谢篇 (15)1.序言1.1.产品构成μTenux TM嵌入式操作系统软件包括以下内容：z手册包括μTenux的快速指南(PDF)(本文档)、μT/Kernel内核规范(PDF)、μT/Kernel内核配置指南(PDF)、μTenux的培训讲义(PDF)、μTenux的实验教程(PDF)等规范。

z软件包括μT/Kernel内核源代码、编译好的可烧写映像、程序样例等软件。

z许可包括普通开放源码授权许可（U-Lincese）(PDF)、μT-Kernel源码授权许可（μT-Lincese）（PDF）等文档。

1.2.开发环境使用μTenux嵌入式操作系统软件进行开发时，请首先确认开发用的PC机的等软硬件满足以下的要求：(1).硬件z CPU：INTEL酷睿双核以上z内存：2GB以上z硬盘：80GB以上z仿真器：推荐SEGGER公司J-Link V8，其他μT/Studio、IAR、KEIL支持的仿真器也可以z开发板：符合下表中芯片厂商、MCU型号、内核、串口等信息的开发板均可以支持11ATMEL Cortex M4app_at91sam4AT91SAM4S16C UART0(PA9/PA10)ROM 12FREESCALE Cortex M4app_mk60d MK60DN512XXX10UART3(PTC14/PTC15)ROM 13FUJITSU Cortex M3app_mb9bf5MB9BF506R UART0(P21/P22)ROM 14INFINEON Cortex M0app_xmc1300XMC1300X38X200UART1(P1_3/P1_2)ROM 15INFINEON Cortex M4app_xmc4000XMC4500X144X1024UART0(P1_4/P1_5)ROM16NXP Cortex M0app_lpc11LPC11U37USART(PI00_18/PI00_19)ROM17NXP Cortex M3app_lpc17LPC1766UART1(P2.1/P2.0)ROM18NXP Cortex M3app_lpc178LPC1788UART0(P0.3/P0.2)ROM19NXP Cortex M3app_lpc18LPC1850USART0(PF11/PF10)RAM20NXP Cortex M4app_lpc40LPC4088UART0(P0.3/P0.2)ROM21NXP Cortex M4app_lpc43LPC4357USART0(P2_1/P2_0)RAM22NUVOTON Cortex M0app_nuc1NUC140VE3CN USART0(PB0/PB1)ROM23TI Cortex M3app_lm3s LM3S9B96UART0(PA0/PA1)ROM24TI Cortex M4app_lm4f LM4F232H5QD UART0(PA0/PA1)ROM说明：芯片型号（CHIP）中的X是通配符，意思是该位是任何值的芯片都支持。

嵌入式实时多任务操作系统的特征介绍

嵌入式实时多任务操作系统的特征介绍引言：适逢公司进行通用计算平台的硬件基础研究，在此硬件平台之上，必要引入通用的软件平台。

为此，操作系统无疑是最佳的选择。

在德国十二套软启动项目中，远程IO控制机的软件设计成功引入了实时多任务操作系统μC/OS—II, 本文结合作者的工作成果，针对μC/OS—II将嵌入式操作系统的基本特征和原理进行简单的描述，并对大家所熟知的实时特性概念进行简要的抛析。

嵌入式实时操作系统在国外在上世纪60年代便已发展，至今已有不下百种产品。

从在商业领域取得巨大成功的两个突出代表VxWorks和QNX；到开源并广泛传播的Linux；以及由知名公司所推出的WINCE等；再到由个人之力发展至今的μC/OS，每种操作系统皆有其自身的特点及所专长的应用领域，但同时作为嵌入式的实时多任务操作系统又有其共同的特征，以下将结合实际工作中所用到的μC/OS—II为大家进行简单的介绍。

首先，操作系统作为用户应用程序同系统硬件之间的接口，承担着系统全部软、硬件资源的分配、工作调度、控制协调并发活动的重任。

如图1所示为包含操作系统的软硬件体系结构。

图1比较于传统的PC机操作系统，除具有任务调度、同步机制、中断处理、文件功能外，嵌入式实时操作系统还具有如下几个主要特点：◆可裁减性，嵌入式系统开发所特有的一点便是具有有限的存储空间。

面向不同硬件资源的情况下，操作系统具有自身可裁减的特性，以适应系统的存储容量，以μC/OS—II为例，最小可将代码量裁减到2K+。

◆实时性，于军事及高端工业领域发展起来的嵌入式操作系统，系统所处运行环境极为复杂，要求极为苛刻。

对于外部的激励，操作系统能够及时的做出响应，来保证系统的可靠运行。

◆可移植性，操作系统作为通用型的软件平台，必要面对不同厂家、不同硬件架构的处理器平台。

因此为保证自身的可重用特性及兼容性的特点，操作系统多可进行移植，来适应不同处理器的硬件架构。

以μC/OS—II为例，在四款主流IP核PowerPC、ARM、MIPS和X86上皆可进行移植。

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