第十三講實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)

第十三講實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)2023/5/51第1頁(yè)，共27頁(yè)，2023年，2月20日，星期三實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例(1)“遠(yuǎn)望”號(hào)測(cè)量船的信息處理系統(tǒng)(2)石油勘探地震數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)2023/5/52第2頁(yè)，共27頁(yè)，2023年，2月20日，星期三內(nèi)容目錄1、基本概念實(shí)時(shí)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間可預(yù)測(cè)性2、實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的分類按實(shí)時(shí)性分類按應(yīng)用范圍分類2023/5/53第3頁(yè)，共27頁(yè)，2023年，2月20日，星期三3、實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的基本特點(diǎn)3.1國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)POSIX1003.43.2時(shí)間管理3.3作業(yè)調(diào)度3.4I/O3.5內(nèi)存調(diào)度3.6文件系統(tǒng)

4、后PC時(shí)代的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)

4.1移動(dòng)計(jì)算4.2網(wǎng)絡(luò)化4.3嵌入式2023/5/54第4頁(yè)，共27頁(yè)，2023年，2月20日，星期三1、基本概念1.1實(shí)時(shí)

如計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，按照計(jì)算機(jī)外某進(jìn)程在時(shí)間關(guān)系上所提出的要求，與該外部進(jìn)程相關(guān)聯(lián)地處理數(shù)據(jù)，以便用計(jì)算結(jié)果來(lái)引導(dǎo)此物理進(jìn)程。物理進(jìn)程發(fā)生的真實(shí)時(shí)間。2023/5/55第5頁(yè)，共27頁(yè)，2023年，2月20日，星期三

具有實(shí)時(shí)特性，能調(diào)配系統(tǒng)資源，支持實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)工作的操作系統(tǒng)。它能將系統(tǒng)中各種設(shè)備有機(jī)地聯(lián)系在一起并控制它們完成既定的任務(wù)。1.2

實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)2023/5/56第6頁(yè)，共27頁(yè)，2023年，2月20日，星期三1.3系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間從向系統(tǒng)發(fā)出處理要求起到給出應(yīng)答信號(hào)為止所經(jīng)歷的時(shí)間，稱為系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間。輸入信息及排隊(duì)等待時(shí)間信息處理及等待時(shí)間；輸出信息及等待時(shí)間等。系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間包括：2023/5/57第7頁(yè)，共27頁(yè)，2023年，2月20日，星期三系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間

輸入請(qǐng)求，信號(hào)到達(dá)輸入排隊(duì)處理排隊(duì)輸入信息處理輸出排隊(duì)輸出信息輸出結(jié)果，給出結(jié)果2023/5/58第8頁(yè)，共27頁(yè)，2023年，2月20日，星期三實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間。確保系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間的關(guān)鍵因素。2023/5/59第9頁(yè)，共27頁(yè)，2023年，2月20日，星期三

在真實(shí)事件未發(fā)生之前，能夠通過(guò)各種可行的方法，預(yù)先對(duì)某系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試證實(shí)其達(dá)到預(yù)期功能的程度。（模型與實(shí)際的近似程度）

1.4可預(yù)測(cè)性

2023/5/510第10頁(yè)，共27頁(yè)，2023年，2月20日，星期三2、實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的分類2.1

按實(shí)時(shí)性的強(qiáng)弱分類(1)強(qiáng)實(shí)時(shí)系統(tǒng)，系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間：ms,μs級(jí)(2)實(shí)時(shí)系統(tǒng)，系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間：S(3)弱實(shí)時(shí)系統(tǒng)，系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間：××s(4)非實(shí)時(shí)系統(tǒng)，分類：根據(jù)：實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間的長(zhǎng)短2023/5/511第11頁(yè)，共27頁(yè)，2023年，2月20日，星期三2.2

按功能分類2.3

按應(yīng)用環(huán)境分類

嵌入式

2023/5/512第12頁(yè)，共27頁(yè)，2023年，2月20日，星期三3、實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的基本特點(diǎn)3.1國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)POSIX1003．4表1POSIX1003．4的功能2023/5/513第13頁(yè)，共27頁(yè)，2023年，2月20日，星期三表1POSIX1003．4的功能

功能說(shuō)明優(yōu)先級(jí)調(diào)度計(jì)時(shí)器共享內(nèi)存信號(hào)燈進(jìn)程通信異步事件處理進(jìn)程鎖內(nèi)存異步I/OI/O同步實(shí)時(shí)文件能置和讀高精度的內(nèi)部計(jì)時(shí)器基于優(yōu)先級(jí)的搶占式調(diào)度能將同一片物理內(nèi)存映射到各獨(dú)立進(jìn)程指定的虛擬空間能創(chuàng)建和訪問(wèn)性能確定的文件有效的同步原語(yǔ)(P、V操作)

同步和異步的消息傳送能力，對(duì)信息流和資源實(shí)現(xiàn)控制有將異步事件進(jìn)行排隊(duì)、確定時(shí)間內(nèi)完成傳遞工作和最小數(shù)據(jù)傳輸?shù)臋C(jī)構(gòu)有能力將進(jìn)程所用虛擬空間的一段或幾段常駐在內(nèi)存應(yīng)用程序的執(zhí)行與其I/O操作能并行執(zhí)行有能力建立一種保證I/O可在不同的邏輯級(jí)上完成2023/5/514第14頁(yè)，共27頁(yè)，2023年，2月20日，星期三3．2時(shí)間管理3.2.1絕對(duì)時(shí)間

l

時(shí)／分／秒、年／月／曰編碼

l

秒以下計(jì)時(shí)：ΧΧms，ΧΧμs

l

二進(jìn)制數(shù)值的計(jì)時(shí)內(nèi)容：時(shí)間來(lái)源：外部/內(nèi)部2023/5/515第15頁(yè)，共27頁(yè)，2023年，2月20日，星期三

內(nèi)容：?外部送來(lái)的時(shí)間同步信號(hào)

?計(jì)算機(jī)內(nèi)部的時(shí)間同步信號(hào)3.2.2相對(duì)時(shí)間3.2.3時(shí)間管理服務(wù)?

給出用字符表示的年/月/日，時(shí)/分/秒?日數(shù)(二進(jìn)制形式)?ms、μs或s(二進(jìn)制形式)?任務(wù)控制(定時(shí)與時(shí)間比對(duì))?超時(shí)信號(hào)?時(shí)間的放大和壓縮（模擬）2023/5/516第16頁(yè)，共27頁(yè)，2023年，2月20日，星期三3.3作業(yè)調(diào)度

3.3.1簡(jiǎn)單模型：采樣周期△t1處理周期△t2引導(dǎo)周期△t32023/5/517第17頁(yè)，共27頁(yè)，2023年，2月20日，星期三采樣（輸入）引導(dǎo)（輸出）處理2023/5/518第18頁(yè)，共27頁(yè)，2023年，2月20日，星期三周期性任務(wù)：JC=I(i,pri)非周期任務(wù)：JC=Ⅱ(o,pri)通用處理任務(wù)：JC=Ⅲ(pri)

3.3.2作業(yè)分類2023/5/519第19頁(yè)，共27頁(yè)，2023年，2月20日，星期三ⅠⅡⅢⅠ類任務(wù)：i=1i=2i=43.3.3作業(yè)調(diào)度

資源分配2023/5/520第20頁(yè)，共27頁(yè)，2023年，2月20日，星期三假定：兩個(gè)Ⅰ類任務(wù)：S1(i=1)S2i=2)一個(gè)Ⅱ類任務(wù)：D調(diào)度執(zhí)行搶占式調(diào)度2023/5/521第21頁(yè)，共27頁(yè)，2023年，2月20日，星期三搶占式調(diào)度DDS1S1S1S1S1S1S2S2S2S2S2S2234102023/5/522第22頁(yè)，共27頁(yè)，2023年，2月20日，星期三通用I/O：字符/DMA實(shí)時(shí)系統(tǒng)特殊的I/O:

DMA

利用規(guī)律性，減小系統(tǒng)開(kāi)銷理想狀態(tài):軟件不參予，或盡量少參予，特殊的I/O直接送入內(nèi)存Buffer。3.4I/O

2023/5/523第23頁(yè)，共27頁(yè)，2023年，2月20日，星期三虛擬存儲(chǔ)的特點(diǎn)：實(shí)時(shí)系統(tǒng)的要求:

一般而言與此相反。處理方法：

在虛擬內(nèi)存中鎖內(nèi)存。以時(shí)間換取內(nèi)存空間。3.5內(nèi)存調(diào)度2023/5/524第24頁(yè)，共27頁(yè)，2023年，2月20日，星期三一般情況：信息在磁盤(pán)上的分布問(wèn)題：

對(duì)于特定的文件，如何保證I/O時(shí)間最少？答案：

連續(xù)文件3.6文件系統(tǒng)2023/5/525第25頁(yè)，共27頁(yè)，2023年，2月20日，星期三4、后PC時(shí)代的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)4.1移動(dòng)計(jì)算

4.2網(wǎng)絡(luò)化

4.3嵌入式2023/5/526第26頁(yè)