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1、嵌入式操作系统基础 第二章 实时操作系统的基本概念 第二章 实时操作系统的基本概念u实时操作系统及其特点u计算机实时操作系统1嵌入式操作系统基础 第二章 实时操作系统的基本概念第二章 实时操作系统的基本概念一、什么是实时系统2.1 实时系统及其特点 实实时时是是指指计计算算机机系系统统要要能能够够对对及及时时响响应应外外部部事事件件的的请求，并以足够快的速度完成对事件的处理。请求，并以足够快的速度完成对事件的处理。实时操作系统实时操作系统按其用途的不同可分为两种类型：按其用途的不同可分为两种类型：实时实时控制系统控制系统和和实时信息处理系统实时信息处理系统。2嵌入式操作系统基础 第二章 实时操
2、作系统的基本概念1.1.实时控制系统。实时控制系统。通常是指以计算机为中心的生产过程通常是指以计算机为中心的生产过程控制系统。控制系统。实时控制系统的应用：对导弹发射、飞机飞行、钢实时控制系统的应用：对导弹发射、飞机飞行、钢铁生产、电力生产、石油化工生产过程的自动控制等。铁生产、电力生产、石油化工生产过程的自动控制等。2.2.实时信息处理系统。实时信息处理系统。在这类系统中，用户通过终端提在这类系统中，用户通过终端提出服务请求，计算机系统根据用户提出的问题对信息进行出服务请求，计算机系统根据用户提出的问题对信息进行检索和处理，并在很短的时间内通过终端对用户作出回答。检索和处理，并在很短的时间内
3、通过终端对用户作出回答。实时信息处理系统的应用：情报检索系统、航空订票实时信息处理系统的应用：情报检索系统、航空订票系统、银行系统和图书管理系统等。系统、银行系统和图书管理系统等。3嵌入式操作系统基础 第二章 实时操作系统的基本概念二、实时系统的主要特点(1)(1)完完成成期期限限的的确确定定：任任何何实实时时任任务务的的执执行行，都都预预先先设设定定好好了了其其完完成成的的期期限限。根根据据期期限限的的严严格格程程度度，又又可可把把系系统统分分为为：硬实时系统硬实时系统和和软实时系统软实时系统。(2)(2)不可逆性：不可逆性：实时任务一旦提交就无法中途撤销，直实时任务一旦提交就无法中途撤销，
4、直至其执行结束，即器结果不可逆。至其执行结束，即器结果不可逆。(3)(3)由外部激活由外部激活 双工系统双工系统：一台做为主机，另一台作为后备机与主机并行一台做为主机，另一台作为后备机与主机并行运行。一旦主机发生故障，后备机便立即代替主机继续工作，运行。一旦主机发生故障，后备机便立即代替主机继续工作，以保证系统不间断运行。以保证系统不间断运行。4嵌入式操作系统基础 第二章 实时操作系统的基本概念2.2 计算机实时操作系统一、实时操作系统1.实时操作系统必须是多任务系统 为了提高系统资源的使用效率，尤其是处理器的使用，为了提高系统资源的使用效率，尤其是处理器的使用，决定的系统的多任务性。决定的系
5、统的多任务性。优化任务的执行，利于系统的外部激活。优化任务的执行，利于系统的外部激活。2.实时操作系统的内核应该是可剥夺型的 为了确保紧急进程能比较快的被执行，提高系统的实时为了确保紧急进程能比较快的被执行，提高系统的实时性，系统的调度器在发现有紧急进程在等待处理器时，应强性，系统的调度器在发现有紧急进程在等待处理器时，应强行从当前进程抢夺而分配给紧急任务，以便及时投入运行。行从当前进程抢夺而分配给紧急任务，以便及时投入运行。5嵌入式操作系统基础 第二章 实时操作系统的基本概念3.进程调度的延时可预测并尽可能小 任务切换和调度时间的可预期性任务切换和调度时间的可预期性调度算法的精巧性调度算法的
6、精巧性不可剥脱窗口的最小性不可剥脱窗口的最小性 4.系统提供服务的时间可预知 5.中断延时尽可能小 系统关中断时间的控制，降低中断嵌套的延时。系统关中断时间的控制，降低中断嵌套的延时。降低任务调度带来的影响降低任务调度带来的影响数据告诉传输通道（数据告诉传输通道（DMADMA）的使用）的使用系统操作指令集的选用系统操作指令集的选用 二、关于内核的可剥夺行 时钟中断时钟中断、系统调用系统调用及及用户中断用户中断和和FIFOFIFO,小心选择内核小心选择内核剥脱时机，优化系统效率。剥脱时机，优化系统效率。6嵌入式操作系统基础 第二章 实时操作系统的基本概念三、实时调度 1.单调速率算法（Rate-
7、Monotonic）根据进程执行周期的长短来决定进程的优先级别，适合根据进程执行周期的长短来决定进程的优先级别，适合于周期性实时任务。于周期性实时任务。k:系数Prio:进程优先级T:任务周期 2.截止期限最早优先算法 截止期到目前的时间最短，拥有最高优先级。截止期到目前的时间最短，拥有最高优先级。优点：简单，实用。优点：简单，实用。缺点：过于简单，可能造成无用功。缺点：过于简单，可能造成无用功。7嵌入式操作系统基础 第二章 实时操作系统的基本概念3.可达截止期限最早优先算法 调度时，观察所有被激活的进程，把处理器分配给那调度时，观察所有被激活的进程，把处理器分配给那在截止期限内结束任务，并截
8、止期离当前时间最短的进程。在截止期限内结束任务，并截止期离当前时间最短的进程。D:进程截止期限进程截止期限t1:系统当前时间系统当前时间E:估算的进程运行时间估算的进程运行时间d:进程截止裕度进程截止裕度4.最小裕度算法 8嵌入式操作系统基础 第二章 实时操作系统的基本概念 可调度性可调度性是指多个实时进程是否可经过适当的调度使是指多个实时进程是否可经过适当的调度使它们都能正确的完成工作。满足公式：它们都能正确的完成工作。满足公式：四、实时进程的可调度性 对于对于单调速率算法单调速率算法，满足公式：满足公式：Pi:任务周期 Ci:任务完成所需时间 n:进程数9嵌入式操作系统基础 第二章 实时操作系统的基本概念四、实时系统的时钟1.实时时钟在系统中的意义六、实时系统与普通系统的比较时钟中断时钟中断是系统中周期性任务顺利执行的保证。是系统中周期性任务顺利执行的保证。进程或任务调度顺利执行的保证进程或任务调度顺利执行的保证2.实时时钟的精度五、实时系统的存储管理使用可擦存储介质使用可擦存储介质放弃传统的存储管理方式放弃传统的存储管理方式段页式存储管理段页式存储管理10