课前回顾-课件

1、课前回顾 大内核和微内核进程管理主存管理二级储存器管理I/O系统管理文件管理保护系统网络处理命令解释器系统操作系统的服务课前回顾 大内核和微内核学习目标 了解嵌入式系统与实时操作系统了解实时系统和实时操作系统了解各自系统的特点学习目标 了解嵌入式系统与实时操作系统学习指南 在生活和工作中寻找一些嵌入式系统的实例在生活和工作中寻找一些实时系统的实例学习指南 在生活和工作中寻找一些嵌入式系统的实例难重点 实时系统难重点 实时系统知识点 知识点 ？嵌入式系统都是实时系统吗？不一定吧！？嵌入式系统都是实时系统吗？不一定吧！实时系统与嵌入式系统嵌入式系统不一定是实时系统实时系统一般都是嵌入式系统实时系统

2、与嵌入式系统嵌入式系统不一定是实时系统什么是实时系统？IEEE（美国电气电子工程师协会）实时系统为“那些正确性不仅取决于计算的逻辑结果，也取决于产生结果所花费的时间的系统”。实时嵌入式系统必须在一个可预测可保证的时间段内做出对外部事件的反应。如果没有达到上述要求，那么系统就会做出错误的操作。什么是实时系统？IEEE（美国电气电子工程师协会）什么是实时系统？POSIX Standard 1003.1操作系统中实时的定义:操作系统有能力在限定响应时间范围内，提供满足需求的服务。-什么是实时系统？POSIX Standard 1003.1-实时系统指标响应时间(Response Time): 是计算

3、机识别一个外部事件到作出响应的时间, 生存时间(Survival Time): 是数据有效等待时间, 在这段时间里数据是有效的。吞吐量(Throughput): 是在一给定时间内, 系统可以处理的事件总数。实时系统指标响应时间(Response Time): 是计算实时系统到底有多快？实时系统的响应“足够快”满足要求即可实时软件时限十微妙的时间内对外部事件做出可靠的响应实时系统是最快的吗？不一定是运行速度最快的代码可预测性比速度更重要实时系统到底有多快？实时系统的响应“足够快”怎么达到实时的要求呢？充分发挥硬件的功能微处理器的中断机制简单的单线程循环程序基于实时操作系统的复杂多线程程序以硬件的

4、方式实现软件怎么达到实时的要求呢？充分发挥硬件的功能嵌入式系统分类 按确定性来分嵌入式系统硬实时系统（Hard Real Time）系统对系统响应时间有严格的要求，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（Soft Real Time）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。嵌入式系统分类 按确定性来分嵌入式系统嵌入式系统分类按确定性来分嵌入式系统严格实时系统（ Firm Real-Time ）系统对系统响应时间有严格的要求，如果系统响应时间不能满足，就要导致无法接受的低质量服务。 非实时系统（ Non Real-Ti

5、me ）系统对系统响应时间没有实时要求。嵌入式系统分类按确定性来分嵌入式系统举例软实时嵌入式系统PDAPDA支持很多应用软件，举例软实时嵌入式系统PDA举例硬实时嵌入式系统交换机交换机速度很快，你感觉不到交换机的交换时间消耗。当你在互联网上冲浪时，你访问一个网站，需要经过无数次交换过程，如果其中一个交换机的交换服务速度下降，将导致访问速度的下降，甚至导致网络的终端。举例硬实时嵌入式系统交换机举例严格实时嵌入式系统打印机一分钟可以打印3页至100页想像一下，如果打印机二分钟只打印一页，不错打印机还在工作，但你能忍受吗？视频点播宽带视频点播一般可以达到512K，视频效果基本可以观看。如果宽带视频速

6、度只能达到128K，你能忍受吗？举例严格实时嵌入式系统打印机举例非实时嵌入式系统举例非实时嵌入式系统软实时 vs 硬实时1s100ms10ms1ms100ms10ms1msSoftHard激光打印机TCPIP协议栈自动检票机大型游戏软实时 vs 硬实时1s100ms10ms1ms100ms1比较非实时系统软实时系统严格实时实时系统硬实时系统比较非实时系统软实时系统严格实时实时系统硬实时系统嵌入式实时系统分类按软件结构来分嵌入式实时系统单线程程序（Single-threaded program）（1）循环轮询系统(Polling Loop)（2）有限状态机（Finit State Machine

7、）事件驱动系统:(Event-Driven system)（1）前后台系统(Foreground/Background)又叫中断驱动系统（2）实时多任务系统(Multitasking或Multi-thread Program Model)（3）多处理机系统嵌入式实时系统分类按软件结构来分嵌入式实时系统循环轮询系统优点：对于简单的系统而言，便于编程和理解没有中断的机制，程序运行良好，不会出现随机的问题缺点：有限的应用领域（由于不可确定性）对于大量的I/O服务的应用，不容易实现大的程序不便于调试循环轮询系统优点：举例-简单循环轮询系统举例-简单循环轮询系统举例-复杂循环轮询系统举例-复杂循环轮询系

8、统有限状态机优点：对于小的系统而言，便于编程和理解可以快速的执行只是通过改变输出功能来改变机器的响应缺点：有限的应用领域不能保证确定性对于大的应用系统，难于调试有限状态机优点：举例-简单有限状态机举例-简单有限状态机举例-复杂有限状态机举例-复杂有限状态机前后台系统前后台系统(Foreground/Background)中断服务程序处理异步事件,这部分可称为前台(Foreground),或叫中断级应用程序是一个无限的循环,循环中调用相应的函数完成相应的操作,这部分可称为后台(Background),或叫任务级系统的性能：中断延迟时间(Interrupt latency time)响应时间(re

9、sponse time)恢复时间(recovery time)前后台系统前后台系统(Foreground/Backgrou前后台系统ISRISRISRISR时间后台前台前后台系统ISRISRISRISR时间后台前台实时多任务系统优点：将复杂的系统分解为相对独立的多个线程， 达到“分而制之”的目的，从而降低系统的复杂性。保证系统的实时性系统的模块化好，提高系统的可维护性。缺点：需要采用一些新的软件软件设计方法需要增加功能：线程间的协调，同步和通信功能需要对每一个共享资源互斥导致线程间的竞争需要使用RTOS，RTOS要增加系统的开销实时多任务系统优点：多处理机系统紧耦合系统(tightly-cou

10、pled system) 多个处理器通过共享内存空间来交换信息(如：SMP)，松耦合系统(loosely-coupled system) 多个处理器通过通讯线路来连接和交换信息。多处理机系统紧耦合系统(tightly-coupled sy举例-多处理机系统举例-多处理机系统举例-多处理机系统举例-多处理机系统实时系统杀毒软件iNetmon EngineVirus ParserVirus MatchingOutput AlertVirus SignatureSMS, Email, XML, HTML12345实时系统杀毒软件iNetmon EngineVirus P杀毒引擎架构杀毒引擎架构杀毒引

11、擎架构杀毒引擎架构实时多任务系统优点：将复杂的系统分解为相对独立的多个线程， 达到“分而制之”的目的，从而降低系统的复杂性。保证系统的实时性系统的模块化好，提高系统的可维护性。实时多任务系统优点：实时多任务系统缺点：需要采用一些新的软件软件设计方法需要增加功能：线程间的协调，同步和通信功能需要对每一个共享资源互斥导致线程间的竞争需要使用RTOS，RTOS要增加系统的开销实时多任务系统缺点：嵌入式系统特点：一般看来种类繁多，应用广泛特定任务，非通用平台软硬件一体化多种处理器种类以及处理器体系结构的支持极其关注系统成本，即成本敏感有实时约束，代码小，执行速度快实时操作系统嵌入式系统特点：一般看来种

12、类繁多，应用广泛嵌入式系统特点：用户方功能简单专门完成一个或几个任务要求严格大小、 功耗、价格、市场时间实时和交互实时与环境交互安全可靠软硬件的错误威胁生命嵌入式系统特点：用户方功能简单嵌入式系统特点：开发方软件硬件协同并行开发多种多样的微处理器实时操作系统的多样性 (RTOS)与台式机相比，可利用系统资源很少应用支持很少要求特殊的开发工具调试很困难软件硬件都应很健壮嵌入式系统特点：开发方软件硬件协同并行开发嵌入式系统特点：开发方故障率低功耗约束适应使用环境较少的系统资源需求代码存储在ROM中不同的设计方法和设计开发工具嵌入式系统特点：开发方故障率低嵌入式系统的软硬件框架嵌入式系统的软硬件框架

13、嵌入式系统组成嵌入式系统组成嵌入式系统组成嵌入式系统组成嵌入式系统I/O一般不包括:键盘显示器硬盘光驱喇叭软驱鼠标一般包括:数字键盘LCDLED通讯卡传感器开关嵌入式系统I/O一般不包括:一般包括:典型的嵌入式系统典型的嵌入式系统举例 DC举例 DCAnalogDigitalAnalogMemoryCoprocessorsControllersConvertersProcessorInterfaceSoftware(Application Programs)ASICDCAnalogDigitalAnalogMemoryCoproDCMicrocontrollerCCD preprocessor

14、Pixel coprocessorA2DD2AJPEG codecDMA controllerMemory controllerISA bus interfaceUARTLCD ctrlDisplay ctrlMultiplier/AccumDigital camera chiplensCCDSingle-functioned - always a digital cameraTightly-constrained - Low cost, low power, small, fastReactive and real-time - only to a small extentDCMicrocontrollerCCD preproces举例-GPSGPSreceiversearchenginerendereruserinterfacedatabasedisplay举例-GP