嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)考試復(fù)習(xí)

1、嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)考試復(fù)習(xí).什么是嵌入式操作系統(tǒng)？嵌入式系統(tǒng)有什么特點(diǎn)？答： 運(yùn)行在嵌入式硬件平臺(tái)上， 對(duì)整個(gè)系統(tǒng)及其操作的部件、裝置等資源進(jìn)行統(tǒng)一協(xié)調(diào)、 指控和控制的系統(tǒng)軟件就叫嵌入式操作系統(tǒng)。 特點(diǎn)： 微型化、 可剪裁性、 實(shí)時(shí)性、 高可靠性、 易移植性.實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)需要滿足的條件：實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)必須是多任務(wù)系統(tǒng)， 任務(wù)的切換時(shí)間應(yīng)與系統(tǒng)中的任務(wù)數(shù)無(wú)關(guān)， 中斷延遲的時(shí)間可預(yù)知并盡可能短。.什么是實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)？答：什么是實(shí)時(shí)？實(shí)時(shí)含有立即、及時(shí)之意。如果操作系統(tǒng)能使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)及時(shí)響應(yīng)外部事件的請(qǐng)求， 并能及時(shí)控制所有實(shí)時(shí)設(shè)備與實(shí)時(shí)任務(wù)協(xié)調(diào)運(yùn)行， 且能在一個(gè)規(guī)定的事件內(nèi)完成對(duì)事件的處理，那么這種

2、操作系統(tǒng)就是一個(gè)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。.內(nèi)核的類型答：不可剝奪型內(nèi)核：也叫做合作型多任務(wù)內(nèi)核，在這種內(nèi)核中，總是優(yōu)先級(jí)別高的任務(wù)最先獲得 CPU 的使用權(quán)。為防止某個(gè)任務(wù)霸占 CPU 的使用權(quán)，這種內(nèi)核要求每個(gè)任務(wù)必須能主動(dòng)放棄 CPU 的使用權(quán)。 可剝奪型內(nèi)核： CPU 總是運(yùn)行多任務(wù)中優(yōu)先級(jí)別最高的任務(wù)，即使CPU 正在某個(gè)優(yōu)先級(jí)低的任務(wù)，當(dāng)有高優(yōu)先級(jí)別的任務(wù)準(zhǔn)備就緒時(shí)， 該高級(jí)別的任務(wù)就會(huì)剝奪正在運(yùn)行的 CPU 的使用權(quán)，而使自己獲得 CPU 的使用權(quán)。.嵌入式操作系統(tǒng)的三項(xiàng)功能：內(nèi)存管理、多任務(wù)管理、外圍設(shè)備管理第三章.任務(wù)有三個(gè)部分組成：任務(wù)程序代碼、任務(wù)堆棧、任務(wù)控制塊.具有自己的私有空間

3、叫 “進(jìn)程 ”, 無(wú)叫做 “線程” 。一個(gè)任務(wù)不是對(duì)應(yīng)一個(gè)進(jìn)程。.任務(wù)的狀態(tài)：就緒狀態(tài)：最多有9 個(gè)、運(yùn)行狀態(tài)：只能有1 個(gè)、等待狀態(tài)：最多有9 個(gè).系統(tǒng)任務(wù)：為了與用戶任務(wù)區(qū)別，這種系統(tǒng)自己所需要的任務(wù)就叫做系統(tǒng)任務(wù)。兩個(gè)系統(tǒng)任務(wù)：空閑任務(wù)和統(tǒng)計(jì)任務(wù)，空閑任務(wù)是每個(gè)應(yīng)用程序必須使用的， 統(tǒng)計(jì)任務(wù)則是應(yīng)用程序可以根據(jù)實(shí)際需要來(lái)選擇.空閑任務(wù)：這個(gè)空閑任務(wù)幾乎不做什么事情，只是對(duì)系統(tǒng)定義的一個(gè)空閑任務(wù)運(yùn)行次數(shù)計(jì)數(shù)器進(jìn)行加 1 操作。 一個(gè)用戶應(yīng)用程序必須使用這個(gè)空閑任務(wù)， 而且這個(gè)任務(wù)不能通過(guò)程序來(lái)刪除。.統(tǒng)計(jì)任務(wù)： 該任務(wù)每秒計(jì)算一次CPU 在單位時(shí)間內(nèi)被使用的時(shí)間，并把計(jì)算結(jié)果以百分比的形式

4、存放在變量OSCPUsageCPU 的利用率。.任務(wù)的優(yōu)先級(jí)別： 可以創(chuàng)建最多 64個(gè)任務(wù)， 即 0、1、263，數(shù)字越小，優(yōu)先級(jí)越高.任務(wù)堆棧：任務(wù)堆棧是任務(wù)重要的組成部分。所謂堆棧，就是在存儲(chǔ)器中按數(shù)據(jù) “后進(jìn)先出 ”的原則組織的連續(xù)存儲(chǔ)空間 , 為了滿足任務(wù)切換和響應(yīng)中斷時(shí)保存CPU 寄存器中的內(nèi)容及任務(wù)調(diào)用其他函數(shù)時(shí)的需要， 每個(gè)任務(wù)都應(yīng)該配有自己的堆棧。 任務(wù)堆棧中存放的是： CPU 寄存器中的內(nèi)容及存儲(chǔ)任務(wù)私有數(shù)據(jù)。.任務(wù)控制塊的作用：用來(lái)記錄任務(wù)的堆棧指針、任務(wù)的當(dāng)前狀態(tài)、 任務(wù)的優(yōu)先級(jí)別等一些與任務(wù)管理有關(guān)的屬性。 任務(wù)控制塊是一個(gè)結(jié)構(gòu)類型數(shù)據(jù)， 當(dāng)用戶創(chuàng)建一個(gè)用戶任務(wù)時(shí)， 就

5、會(huì)對(duì) 任務(wù)控制塊中的所有成員賦予與該任務(wù)相關(guān)的數(shù)據(jù)，并駐留在RAM 中。. 任 務(wù) 控 制 塊 的 初 始 化 ： 當(dāng) 應(yīng) 用 程 序 調(diào) 用 函 數(shù) OSTaskcreate()創(chuàng)建一個(gè) 任務(wù)時(shí)，這個(gè)函數(shù)會(huì)調(diào)用系統(tǒng)函數(shù)OSTCBInit()來(lái)為任務(wù)控制塊進(jìn)行初始化。OSTCBInit()函數(shù)的主要 任務(wù)是： 為被創(chuàng)建任務(wù)從空任務(wù)控制塊鏈表獲取一個(gè)任務(wù)控制塊，用任務(wù)的屬性對(duì)任務(wù)控制塊各個(gè)成員進(jìn)行賦值， 把這個(gè)任務(wù)控制 塊鏈入到任務(wù)控制塊鏈表。. 任務(wù)調(diào)度的思想：近似的每時(shí)每刻讓優(yōu)先級(jí)最高的就緒任務(wù)處于運(yùn)行狀態(tài)。.任務(wù)調(diào)度器有兩個(gè)任務(wù)：一是在任務(wù)就緒表中查找具有最高優(yōu)先級(jí)別的就緒任務(wù)， 二是實(shí)現(xiàn)

6、任務(wù)的切換。 兩種任務(wù)調(diào)度器：一種是任務(wù)級(jí)的調(diào)度器，另一種是中斷級(jí)的調(diào)度器。.任務(wù)是通過(guò)任務(wù)控制塊進(jìn)行管理，創(chuàng)建任務(wù)的工作實(shí)質(zhì)上是創(chuàng)建一個(gè)任務(wù)控制塊， 并通過(guò)任務(wù)控制塊把任務(wù)代碼和任務(wù)堆棧關(guān)聯(lián)起來(lái)形成一個(gè)完整的任務(wù)。第四章臨界段：那些不希望被中斷的代碼段。從代碼上看，處在關(guān)中斷和開(kāi)中斷之間的代碼段就是臨界段。 用 OS_ENTER_*L( )asm( DI和)OS_EXIT_*L( )asm( EI )這兩個(gè)宏封裝了與系統(tǒng)硬件相關(guān)的關(guān)中斷和開(kāi)中斷指令。時(shí)鐘：任何操作系統(tǒng)都要提供一個(gè)周期性的信號(hào)源，以供系統(tǒng)處理諸如延時(shí)、 超時(shí)等與時(shí)間有關(guān)的事件， 這個(gè)周期性信號(hào)源叫做時(shí)鐘。是任務(wù)調(diào)度的基準(zhǔn)。以C

7、/OSI系統(tǒng)響應(yīng)中斷的過(guò)程為：系統(tǒng)接收到中斷請(qǐng)求后，這時(shí)如果 CPU 處于中斷允許狀態(tài)(即中斷是開(kāi)放的) ，系統(tǒng)就會(huì)中止正在運(yùn)行的當(dāng)前任務(wù)， 而按照中斷向量的指向轉(zhuǎn)而去運(yùn)行中斷服務(wù)子程序； 當(dāng)中斷服務(wù)子程序的運(yùn)行結(jié)束后， 系統(tǒng)將會(huì)根據(jù)情況返回到被中止的任務(wù)繼續(xù)運(yùn)行或者轉(zhuǎn)向運(yùn)行另一個(gè)具有更高優(yōu)先級(jí)別的就緒任務(wù)。第五章.在以C/OSII中，是使用信號(hào)量、郵箱(消息郵箱)和消息為了隊(duì)列這些被稱作事件的中間環(huán)節(jié)來(lái)實(shí)現(xiàn)任務(wù)之間的通信的。方便起見(jiàn)，這些中間環(huán)節(jié)都統(tǒng)一被稱作事件。.信號(hào)量一般分為三種：用于解決互斥問(wèn)題的互斥信號(hào)量。它比較特殊， 可能會(huì)引起優(yōu)先級(jí)反轉(zhuǎn)問(wèn)題。 用于解決同步問(wèn)題的二值信號(hào)量。用于解

8、決資源計(jì)數(shù)問(wèn)題的計(jì)數(shù)信號(hào)量.消息郵箱：在任務(wù)間傳遞數(shù)據(jù)的一個(gè)最簡(jiǎn)單的方法就是傳遞消息緩沖區(qū)的指針， 用來(lái)傳遞消息緩沖區(qū)指針的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)就叫做消息郵箱。 使用消息郵箱可以節(jié)省空間、 使消息的傳遞速度大大增加、如果只傳遞一條消息的話，操作更為簡(jiǎn)單、消息郵箱可以適應(yīng)不同數(shù)據(jù)需要。.為了把描述事件的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)統(tǒng)一起來(lái)，使用叫做事件控制塊 ECB 的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來(lái)描述諸如信號(hào)量、 郵箱 （消息郵箱） 和消息 隊(duì)列這些事件。.在以C/OSII初始化時(shí)，系統(tǒng)會(huì)在初始化函數(shù)OSInit（）中按應(yīng)用程序使用事件的總數(shù)OS_MAX_EVENTS （在文件 OS_CFG.H中定義），創(chuàng)建 OS_MAX_EVENTS個(gè)空事件

9、控制塊并借用成員 OSEventPtr 作為鏈接指針， 把這些空事件控制塊鏈接成一個(gè)單向鏈表。 由于鏈表中的所有控制塊尚未與具體事件相關(guān)聯(lián)， 故該鏈表叫做空事件控制塊鏈表。.在可剝奪型內(nèi)核中，當(dāng)任務(wù)以獨(dú)占方式使用共享資源時(shí)，會(huì)出現(xiàn)低優(yōu)先級(jí)任務(wù)先于高優(yōu)先級(jí)任務(wù)而被運(yùn)行的現(xiàn)象， 這種現(xiàn)象叫做任務(wù)優(yōu)先級(jí)反轉(zhuǎn)。解決方法：優(yōu)先級(jí)繼承、優(yōu)先級(jí)天花板（解決死鎖和阻塞鏈）.出現(xiàn)優(yōu)先級(jí)反轉(zhuǎn)的原因：一個(gè)優(yōu)先級(jí)別較低的任務(wù)在獲得了信號(hào)量使用共享資源期間， 被具有較高優(yōu)先級(jí)別的任務(wù)所打斷而不能釋放信號(hào)量， 從而使正在等待這個(gè)信號(hào)量的更高級(jí)別的任務(wù)因得不到信號(hào)量而被迫處于等待狀態(tài)， 在這個(gè)等待期間， 就讓優(yōu)先級(jí)別低于它

10、而高于占據(jù)信號(hào)量的任務(wù)的任務(wù)先運(yùn)行了。.解決優(yōu)先級(jí)反轉(zhuǎn)的方法：是使獲得信號(hào)量任務(wù)的優(yōu)先級(jí)別在使用共享資源期間暫時(shí)提升到所有任務(wù)最高優(yōu)先級(jí)的高一個(gè)級(jí)別上， 以使該任務(wù)不被其他的任務(wù)所打斷， 從而能盡快地使用完共享資源并釋放信號(hào)量， 然后在釋放了信號(hào)量之后再恢復(fù)該任務(wù)原來(lái)的優(yōu)先級(jí)別。.如果把數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的指針賦給一個(gè)事件控制塊的成員OSEventPrt ，同時(shí)使事件控制塊的成員 OSEventType 為常數(shù)OS_EVENT_TYPE_MBO X貝U該事件控制塊就叫做消息郵箱，消息郵箱是在兩個(gè)需要通信的任務(wù)之間通過(guò)傳遞數(shù)據(jù)緩沖區(qū)指針的方法來(lái)通信的。好處：使消息的傳遞速度大大增加、如果只傳遞一條消息的

11、話， 操作更為簡(jiǎn)單、 消息郵箱可以適應(yīng)不同數(shù)據(jù)需要。.以C/OS是基于優(yōu)先級(jí)的搶占調(diào)度，特點(diǎn)：不用請(qǐng)求分頁(yè)，不用虛擬存儲(chǔ)第七章.以C/OSI對(duì)內(nèi)存進(jìn)行兩級(jí)管理，即把一個(gè)大片連續(xù)的內(nèi)存空間分成了若干個(gè)分區(qū)， 每個(gè)分區(qū)又分成了若干個(gè)大小相等的內(nèi)存塊來(lái)進(jìn)行管理。.內(nèi)存控制塊OS-MEN 的結(jié)構(gòu)： 為了使系統(tǒng)能夠感知和有效地管理內(nèi)存分區(qū)，以Jos-ii給每個(gè)內(nèi)存分區(qū)定義了一個(gè)叫做內(nèi)存控制塊（ os_mem ）的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)就用這個(gè)內(nèi)存控制塊來(lái)記錄和跟蹤每個(gè)內(nèi)存分區(qū)的狀態(tài)。內(nèi)存控制塊的內(nèi)存分區(qū)指針osmemaddr 指向了內(nèi)存分區(qū)，內(nèi)存分區(qū)中的各個(gè)內(nèi)存塊又組成了一個(gè)單向鏈表，內(nèi)存控制塊的鏈表指針 os

12、memfreelist 就指向了這個(gè)單向鏈表的頭。 內(nèi)存控制塊的其他三個(gè)變量分別記錄了分區(qū)中內(nèi)存塊的長(zhǎng)度、 總數(shù)目以及現(xiàn)在還未被分配的內(nèi)存塊數(shù)目。.以C/OSI的可剪裁性：即只選用應(yīng)用程序用到的功能，而不需要的功能則通過(guò)條件編譯命令把它們剪裁掉 （實(shí)質(zhì)上就是令編譯器不編譯它們）孫樂(lè)版嵌入式操作系統(tǒng)： 運(yùn)行在嵌入式硬件平臺(tái)上， 對(duì)整個(gè)系統(tǒng)極其操作的部件、裝置等資源進(jìn)行統(tǒng)一協(xié)調(diào)、指揮和控制的系統(tǒng)軟件。嵌入式操作系統(tǒng)的特點(diǎn)： 微型化、 可裁剪性、 實(shí)時(shí)性、 高可靠性、易移植性。實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)： 使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)及時(shí)響應(yīng)外部的請(qǐng)求， 并能及時(shí)控制所有實(shí)時(shí)設(shè)備與實(shí)時(shí)任務(wù)協(xié)調(diào)運(yùn)行，且能在一個(gè)規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成對(duì)事

13、件的處理。實(shí)時(shí)性是實(shí)時(shí)內(nèi)核最重要的特性之一。 實(shí)時(shí)性是指： 實(shí)時(shí)內(nèi)核應(yīng)該保證系統(tǒng)盡可能快的對(duì)外部事件產(chǎn)生響應(yīng)、系統(tǒng)對(duì)外部事件響應(yīng)的最壞時(shí)間是可以預(yù)知的。內(nèi)核的類型： 可剝奪型內(nèi)核 （大多數(shù)） 、 不可剝奪型內(nèi)核。任務(wù)：一個(gè)用戶編寫的 C 函數(shù)和與之相關(guān)聯(lián)的一些數(shù)據(jù) 結(jié)構(gòu)而構(gòu)成的一個(gè)實(shí)體。任務(wù)的組成：任務(wù)程序代碼、任務(wù)堆棧、任務(wù)控制塊。任務(wù)是進(jìn)程（占資源）和線程（不占資源）的統(tǒng)稱。Uc/os- n的任務(wù)有兩種：用戶任務(wù)和系統(tǒng)任務(wù)（空閑任務(wù)、 統(tǒng)計(jì)任務(wù)）一個(gè)用戶應(yīng)用程序必須使用空閑任務(wù)，而且這個(gè)任務(wù)不能通過(guò)程序來(lái)刪除。Uc/os- n預(yù)定義兩個(gè)系統(tǒng)任務(wù)：空閑任務(wù)、統(tǒng)計(jì)任務(wù)統(tǒng)計(jì)任務(wù) OSTaskst

14、at（）：每秒計(jì)算一次cpu 在單位時(shí)間內(nèi)被使用的時(shí)間，并把計(jì)算機(jī)結(jié)果以百分比的形式存放在變量OScpusag 中，以便其他應(yīng)用程序來(lái)了解cpu 的利用率。在uc/os- II中最多能創(chuàng)建64個(gè)任務(wù)，任務(wù)的優(yōu)先級(jí)最 多有 64 級(jí)。數(shù)字越小級(jí)別越高。任務(wù)堆棧是任務(wù)的重要組成部分。堆棧就是在存儲(chǔ)中按數(shù)據(jù) “后進(jìn)先出 ”的原則組織的連續(xù) 存儲(chǔ)空間。cpu堆棧的作用：為了滿足任務(wù)切換和響應(yīng)中斷時(shí)保存 寄存器的內(nèi)容及任務(wù)調(diào)用其他函數(shù)時(shí)的需要，每個(gè)任務(wù)都應(yīng)該配存自己的堆棧。一個(gè)任務(wù)對(duì)應(yīng)一個(gè)優(yōu)先級(jí)，一個(gè)進(jìn)程對(duì)應(yīng)一個(gè)堆?？臻g。任務(wù)控制塊：uc/os- n用來(lái)記錄任務(wù)的堆棧指針、任務(wù)的當(dāng)前狀態(tài)、任務(wù)的優(yōu)先級(jí)別

15、等一些與任務(wù)管理有關(guān)的屬性的表。 作用地位：沒(méi)有任務(wù)控制塊的任務(wù)不能被系統(tǒng)承認(rèn)和管理?？杖蝿?wù)塊鏈表的形成：系統(tǒng)在調(diào)用函數(shù)OS-Init （）對(duì)uc/os- n系統(tǒng)進(jìn)行初始化時(shí)，就先在 RAM中建立一個(gè) OS-TCB 結(jié)構(gòu)類型的數(shù)組*1 ，然后把各個(gè)元素鏈接成一個(gè)鏈表。進(jìn)程：具有一定獨(dú)立功能的程序，關(guān)于某個(gè)數(shù)據(jù)集合上的一項(xiàng)運(yùn)行活動(dòng)，是系統(tǒng)進(jìn)行資源分配和調(diào)度的一個(gè)獨(dú)立單位。進(jìn)程組成：程序+數(shù)據(jù)+PCB （進(jìn)程控制塊），進(jìn)程與PCB 是一一對(duì)應(yīng)的。Uc/os- II的任務(wù)調(diào)度思想：近似地每時(shí)每刻讓優(yōu)先級(jí)別最高的就緒任務(wù)處于運(yùn)行狀態(tài)，基于優(yōu)先級(jí)的可搶占調(diào)度。任務(wù)的創(chuàng)建：過(guò)程就是分配任務(wù)控制塊，并通過(guò)任

16、務(wù)控制塊把任務(wù)代碼和任務(wù)堆棧并聯(lián)起來(lái)形成一個(gè)完整的任務(wù)。臨界段（定義）：在uc/os- II中，那些不希望被中斷的代 碼段，處在關(guān)中斷和開(kāi)中斷之間的代碼段。關(guān) 中 斷 指 令 ： OS_ENTER_*L（） 開(kāi) 中 斷 指 令:OS_EXIT_*L（）事件：uc/os- n使用信號(hào)量、郵箱（消息郵箱）和消息 隊(duì)列這些中間環(huán)節(jié)來(lái)實(shí)現(xiàn)任務(wù)之間的通信。為了方便起見(jiàn)，這些中間環(huán)節(jié)都統(tǒng)一被稱作 “事件 ”信號(hào)量：互斥信號(hào)量、計(jì)數(shù)信號(hào)量、二值信號(hào)量。消息郵箱：用來(lái)傳遞消息緩沖區(qū)指針的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)好處是減少空間。消息傳遞：傳遞指針在任務(wù)間傳遞數(shù)據(jù)（消息）的一個(gè)最簡(jiǎn)單的方法：傳遞消息緩沖區(qū)的指針。任務(wù)優(yōu)先級(jí)的反轉(zhuǎn)

17、現(xiàn)象（互斥信號(hào)量存在的原因）.什么是？什么時(shí)候發(fā)生的？答： 在可剝奪型內(nèi)核中， 當(dāng)任務(wù)以獨(dú)占方式使用共享資源時(shí)，會(huì)出現(xiàn)低優(yōu)先級(jí)任務(wù)先于高優(yōu)先級(jí)任務(wù)而被運(yùn)行的現(xiàn)象， 這就是 所謂的優(yōu)先級(jí)反轉(zhuǎn)。.危害：如果這種優(yōu)先級(jí)別介于使用信號(hào)量的兩個(gè)任務(wù)優(yōu)先級(jí)別中間的中等優(yōu)先級(jí)別任務(wù)較多， 則會(huì)極大的惡化高優(yōu)先級(jí)別 的運(yùn)行環(huán)境，是實(shí)時(shí)系統(tǒng)所無(wú)法容忍的。.怎樣解決？?jī)?yōu)先級(jí)繼承、優(yōu)先級(jí)天花板對(duì)于實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，還應(yīng)該保證系統(tǒng)在動(dòng)態(tài)分配內(nèi)存時(shí)，它的執(zhí)行時(shí)間必須是可確定的。內(nèi)存控制塊（定義） （結(jié)構(gòu)）Uc/os- n對(duì)內(nèi)存進(jìn)行兩級(jí)管理，即把一個(gè)連續(xù)的內(nèi)存空間分為若干個(gè)分區(qū)， 每個(gè)分區(qū)又分為若干個(gè)大小相等的內(nèi)存塊。 操作系統(tǒng)以分區(qū)為單位來(lái)管理動(dòng)態(tài)內(nèi)存， 而任務(wù)以內(nèi)存塊為單位來(lái)獲得和釋放動(dòng)態(tài)內(nèi)存。 系統(tǒng)就用這個(gè)內(nèi)存控