嵌入式作業系統概述

實時作業系統（rtos）設計成提供乙個對真實世界的事件的及時響應(timely response)。出現在真實世界中的事件可能有乙個時間限制(deadline)，在此期限之前，實時/嵌入式系統必須確保在有限時間內對此事件做出相應的響應。根據相應事件的時間限制，嵌入式實時作業系統可以分為兩類：

1、硬實時嵌入式系統

此類實時系統必須保證在一定的時間裡，對一定的外部事件做出相應的響應，如果在一定時間裡沒有能夠做出相應的響應，就會帶來災難性的後果，也即是說，此類系統對於時間的相應快慢有非常嚴格的要求，比如：電力監控系統等。

2、軟實時嵌入式系統

此類實時系統保證在一定的時間裡，對一定的外部事件做出相應的響應，但是如果在一定時間裡沒有能夠做出相應的響應，不會帶來災難性的後果，只是給使用者帶來一些不快樂的體驗，比如：使用者介面的顯示。

不同的系統，有不同實現方式，對於硬實時嵌入式系統，主要注重與實時性和可靠性，一般沒有檔案系統，虛擬記憶體管理等，主要用於實時監控等，典型的有：vxworks，psos,ucos-ii等。軟實時嵌入式系統注重實時性，也注重實用性，主要用於消費電子等，典型的有：嵌入式linux。

實時嵌入式作業系統在現在應用越來越多，其中大部分是商業的嵌入式作業系統，這些系統提高了豐富的開發工具和穩定的系統，很大的推動了嵌入式系統地發展，但是由於商業性，使我們很少有機會了解嵌入式作業系統的實現內幕。隨著開源軟體的興起，使得我們有機會了解嵌入式作業系統的內部實現成為可能。

由於多年的嵌入式開發，對於嵌入式作業系統特別的感興趣，趁春節的時間，想讀讀開源的嵌入式作業系統原始碼，大體比較一下嵌入式作業系統的具體實現。

對於開源的嵌入式作業系統，現在比較流行的主要有：嵌入式linux，ucos-ii， ecos，freertos等，這裡主要想以嵌入式linux，ucos-ii為例，對嵌入式作業系統的一些基本概念及其實現方式進行一些比較。之所以選擇這兩作業系統，因為：

1、嵌入式linux是現在用得最多的軟實時嵌入式作業系統，而且也是最著名的開源軟體之一

2、ucos-ii是一用得較多的硬實時嵌入式作業系統，儘管商業應用需要licence，對於科研等可以免費使用，而且許多愛好者已經把它移植到了各種硬體平台。

3、儘管硬實時嵌入式作業系統和軟實時嵌入式作業系統有很大的區別，但是可以通過對他們的比較，使我們更容易了解實時嵌入式作業系統的基本概念和組成要素。

實時多工嵌入式系統基本概念：

對於嵌入式系統，不像通用的計算機，提供通用的軟硬體平台，而是對於特定的需求定製的系統，一般要求便攜化，資源少，利用比較少的資源配置來實現特定的功能。如何在較小尺寸，較少的資源情況下，快速響應外部多種特定的事件，成為嵌入式系統的主要需求。這就要求嵌入式系統要有以下的模組：

1、中斷處理

在沒有嵌入式系統之前，對於一般的工控，都是用前後臺機制實現的，中斷是整個系統的推動力。在嵌入式系統相中，中斷處理也是響應外部事件的主要途徑。

2、時間管理

對於實時作業系統來說，時間管理是系統的核心，整個系統就是由一定間隔的時鐘中斷驅動的。在一般的實時作業系統中，主要有兩種時間管理：os定時器和rtc定時器。

3、資源管理與資源共享

由於有限的資源，在嵌入式系統中，資源的管理也非常的重要，cpu，io，記憶體等是系統基本的資源，如何有效的應用和管理是乙個很大的話題。同時如何共享，如何提供任務間資源的互斥，也是一穩定系統必不可缺的條件。

4、多工

在嵌入式系統中，任務也可以叫程序，對於多工系統，一般有多個任務同時存在於系統中，任務在嵌入式系統中有各種各樣的狀態，比如：執行態，idle態等。

5、任務的實時排程與切換

對於多工的管理及其實時排程，決定了此系統的主要特徵。任務的排程與如何切換，也是嵌入式多工系統的乙個基本問題。

6、程序間（任務間）通訊

對於不同任務間的通訊，在不同的系統中有不同的實現，大體與posix的ipc 相似。但在硬實時嵌入式系統中，事件和訊息用得較多。對於linux系統，還有虛擬記憶體管理和檔案系統管理，在硬實時嵌入式系統中，由於關注點不同，這方面的應用不多。