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1、第十三讲实时操作系统2022/12/61第一页，本课件共有27页实时操作系统应用实例实时操作系统应用实例(1)“远望”号测量船的信息处理系统(2)石油勘探地震数据采集系统2022/12/62第二页，本课件共有27页内容目录1 1、基本概念、基本概念n实时n实时操作系统n系统响应时间n可预测性2 2、实时操作系统的分类、实时操作系统的分类n按实时性分类n按应用范围分类2022/12/63第三页，本课件共有27页3 3、实时操作系统的基本特点、实时操作系统的基本特点3.1国际标准 POSIX 1003.43.2时间管理3.3作业调度3.4I/O3.5内存调度3.6文件系统 4 4、后、后PCPC时
2、代的实时操作系统时代的实时操作系统4.1移动计算4.24.2网络化4.3嵌入式2022/12/64第四页，本课件共有27页1、基本概念1.1实时实时如计算机系统，按照计算机外某进程在时间关系上所提出的要求，与该外部进程相关联地处理数据，以便用计算结果来引导此物理进程。物理进程发生的真实时间。2022/12/65第五页，本课件共有27页具有实时特性，能调配系统资源，支持实时控制系统工作的操作系统。它能将系统中各种设备有机地联系在一起并控制它们完成既定的任务。1.2实时操作系统实时操作系统2022/12/66第六页，本课件共有27页1.3系统响应时间系统响应时间 从向系统发出处理要求起到给出应答信
3、号为止所经历的时间，称为系统响应时间。n输入信息及排队等待时间n信息处理及等待时间；n输出信息及等待时间等。系统响应时间包括：系统响应时间包括：2022/12/67第七页，本课件共有27页系统响应时间系统响应时间 输入请求，信号到达输入排队处理排队输入信息处理输出排队输出信息输出结果，给出结果2022/12/68第八页，本课件共有27页实时操作系统的系统响应时间。确保系统响应时间的关键因素。2022/12/69第九页，本课件共有27页在真实事件未发生之前，能够通过各种可行的方法，预先对某系统进行测试证实其达到预期功能的程度。（模型与实际的近似程度）1.4可预测性可预测性2022/12/610第
4、十页，本课件共有27页2 2、实时操作系统的分类、实时操作系统的分类2.12.1按实时性的强弱分类按实时性的强弱分类(1)强实时系统，系统响应时间：ms,s 级(2)实时系统，系统响应时间：S(3)弱实时系统，系统响应时间：s(4)非实时系统，分类分类：根据根据：实时操作系统系统响应时间的长短2022/12/611第十一页，本课件共有27页2.22.2按功能分类按功能分类2.32.3按应用环境分类按应用环境分类 嵌入式 2022/12/612第十二页，本课件共有27页3 3、实时操作系统的基本特点、实时操作系统的基本特点3.1 国际标准POSIX 1003POSIX 10034表表 1 POS
5、IX 1003 1 POSIX 10034 4的功能的功能2022/12/613第十三页，本课件共有27页表表 1 POSIX 1003 1 POSIX 10034 4的功能的功能 功 能说 明 优先级调度计时器共享内存信号灯进程通信异步事件处理进程锁内存异步I/OI/O同步实时文件能置和读高精度的内部计时器基于优先级的抢占式调度 能将同一片物理内存映射到各独立进程指定的虚拟空间 能创建和访问性能确定的文件 有效的同步原语(P、V操作)同步和异步的消息传送能力，对信息流和资源实现控制 有将异步事件进行排队、确定时间内完成传递工作和最小数据传输的机构 有能力将进程所用虚拟空间的一段或几段常驻在内
6、存 应用程序的执行与其I/O操作能并行执行 有能力建立一种保证I/O可在不同的逻辑级上完成 2022/12/614第十四页，本课件共有27页3 32 2 时间管理时间管理3.2.1 3.2.1 绝对时间绝对时间l时分秒、年月曰 编码 l秒以下计时：ms，s l二进制数值的计时内容：时间来源：外部/内部2022/12/615第十五页，本课件共有27页内 容：外部送来的时间同步信号 计算机内部的时间同步信号3.2.2 3.2.2 相对时间相对时间3.2.3 3.2.3 时间管理服务时间管理服务 给出用字符表示的年/月/日，时/分/秒 日数(二进制形式)ms、s 或 s (二进制形式)任务控制(定时
7、与时间比对)超时信号 时间的放大和压缩（模拟）2022/12/616第十六页，本课件共有27页3.3 3.3 作业调度作业调度3.3.1 3.3.1 简单模型：简单模型：采样周期 t 1处理周期 t 2引导周期 t 32022/12/617第十七页，本课件共有27页采样（输入）引导（输出）处理2022/12/618第十八页，本课件共有27页n周期性任务：JC=I(i,pri)n非周期任务：JC=(o,pri)n通用处理任务：JC=(pri)3.3.2 3.3.2 作业分类作业分类2022/12/619第十九页，本课件共有27页类任务：i=1i=2i=43.3.3 3.3.3 作业调度作业调度n
8、资源分配2022/12/620第二十页，本课件共有27页假定：两个类任务：S1(i=1)S2 i=2)一个类任务：Dn调度执行抢占式调度2022/12/621第二十一页，本课件共有27页抢占式调度DDS1S1S1S1S1S1S2S2S2S2S2S2234102022/12/622第二十二页，本课件共有27页通用通用 I/O I/O：字符字符/DMA/DMA实时系统特殊的实时系统特殊的 I/O:I/O:nDMAn 利用规律性，减小系统开销n 理想状态:软件不参予，或尽量少参予，特殊的 I/O 直接送入内存 Buffer。3.4 I/O3.4 I/O2022/12/623第二十三页，本课件共有27
9、页虚拟存储的特点：虚拟存储的特点：实时系统的要求实时系统的要求:一般而言与此相反。一般而言与此相反。处理方法：处理方法：在虚拟内存中锁内存。在虚拟内存中锁内存。以时间换取内存空间。以时间换取内存空间。3.5 3.5 内存调度内存调度2022/12/624第二十四页，本课件共有27页一般情况：一般情况：信息在磁盘上的分布信息在磁盘上的分布问题：对于特定的文件，如何保证 I/O 时间最少？答案：连续文件3.6 3.6 文件系统文件系统2022/12/625第二十五页，本课件共有27页4 4、后、后PCPC时代的实时操作系统时代的实时操作系统4.1 移动计算 4.2 网络化 4.3 嵌入式2022/12/626第二十六页，本课件共有27页思考题1、如何将通用操作系统改造为实时操作系统？2、Linux要实时化，拟从那些方面着手？3、时间统一：概念、意义与实现。4、移动计算时代的实时操作系统。5、网络时代：实时操作系统与互操作。2022/12/627第二十七页，本课件共有27页