第十三讲实时操作系统

第十三讲实时操作系统2023/5/51第1页，共27页，2023年，2月20日，星期三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2023/5/52第2页，共27页，2023年，2月20日，星期三内容目录1、基本概念实时实时操作系统系统响应时间可预测性2、实时操作系统的分类按实时性分类按应用范围分类2023/5/53第3页，共27页，2023年，2月20日，星期三3、实时操作系统的基本特点3.1国际标准POSIX1003.43.2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、后PC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2023/5/54第4页，共27页，2023年，2月20日，星期三1、基本概念1.1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。2023/5/55第5页，共27页，2023年，2月20日，星期三

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2023/5/56第6页，共27页，2023年，2月20日，星期三1.3系统响应时间从向系统发出处理要求起到给出应答信号为止所经历的时间，称为系统响应时间。输入信息及排队等待时间信息处理及等待时间；输出信息及等待时间等。系统响应时间包括：2023/5/57第7页，共27页，2023年，2月20日，星期三系统响应时间

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2023/5/58第8页，共27页，2023年，2月20日，星期三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。2023/5/59第9页，共27页，2023年，2月20日，星期三

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

2023/5/510第10页，共27页，2023年，2月20日，星期三2、实时操作系统的分类2.1

按实时性的强弱分类(1)强实时系统，系统响应时间：ms,μs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：根据：实时操作系统系统响应时间的长短2023/5/511第11页，共27页，2023年，2月20日，星期三2.2

按功能分类2.3

按应用环境分类

嵌入式

2023/5/512第12页，共27页，2023年，2月20日，星期三3、实时操作系统的基本特点3.1国际标准POSIX1003．4表1POSIX1003．4的功能2023/5/513第13页，共27页，2023年，2月20日，星期三表1POSIX1003．4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2023/5/514第14页，共27页，2023年，2月20日，星期三3．2时间管理3.2.1绝对时间

l

时／分／秒、年／月／曰编码

l

秒以下计时：ΧΧms，ΧΧμs

l

二进制数值的计时内容：时间来源：外部/内部2023/5/515第15页，共27页，2023年，2月20日，星期三

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相对时间3.2.3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、μs或s(二进制形式)•任务控制(定时与时间比对)•超时信号•时间的放大和压缩（模拟）2023/5/516第16页，共27页，2023年，2月20日，星期三3.3作业调度

3.3.1简单模型：采样周期△t1处理周期△t2引导周期△t32023/5/517第17页，共27页，2023年，2月20日，星期三采样（输入）引导（输出）处理2023/5/518第18页，共27页，2023年，2月20日，星期三周期性任务：JC=I(i,pri)非周期任务：JC=Ⅱ(o,pri)通用处理任务：JC=Ⅲ(pri)

3.3.2作业分类2023/5/519第19页，共27页，2023年，2月20日，星期三ⅠⅡⅢⅠ类任务：i=1i=2i=43.3.3作业调度

资源分配2023/5/520第20页，共27页，2023年，2月20日，星期三假定：两个Ⅰ类任务：S1(i=1)S2i=2)一个Ⅱ类任务：D调度执行抢占式调度2023/5/521第21页，共27页，2023年，2月20日，星期三抢占式调度DDS1S1S1S1S1S1S2S2S2S2S2S2234102023/5/522第22页，共27页，2023年，2月20日，星期三通用I/O：字符/DMA实时系统特殊的I/O:

DMA

利用规律性，减小系统开销理想状态:软件不参予，或尽量少参予，特殊的I/O直接送入内存Buffer。3.4I/O

2023/5/523第23页，共27页，2023年，2月20日，星期三虚拟存储的特点：实时系统的要求:

一般而言与此相反。处理方法：

在虚拟内存中锁内存。以时间换取内存空间。3.5内存调度2023/5/524第24页，共27页，2023年，2月20日，星期三一般情况：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文件系统2023/5/525第25页，共27页，2023年，2月20日，星期三4、后PC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2023/5/526第26页