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嵌入式技术作为计算机技术和电子通讯技术的交叉学科,其在科学研究、工程设计、军事技术等领域得到了广泛的应用。在一般情况下,嵌入式应用的执行都有着相当严格的时间限制,有些嵌入式设备可能需要软件在微秒级甚至纳秒级时间单位内做出响应,有些实时任务则需要无延迟地以几毫秒的周期执行,而且,嵌入式应用的复杂度也是与日俱增,这就对当今的嵌入式实时操作系统提出了更为苛刻的要求。因此,嵌入式操作系统作为嵌入式系统的核心技术,人们对其的实时性和相应改造方法的研究变得尤为的重要和迫切。
本文针对上述一系列问题开展了如下的工作:
1)首先对嵌入式操作系统的特点和国内外动态(几个典型的实时操作系统)进行了简略的介绍,从而从整体对目前国内外实时性研究的情况有了一个全面的了解。
2)在典型的控制系统及其运行环境中,当某个具体的事件发生时,相应的外部设备就向系统发出一个中断请求。得到中断请求之后,系统便通过中断响应转入相应的“中断处理程序”。视事件本身和所需反应的复杂程度,对有些事件的反应在中断服务程序中就可完成,有的则需要上升到进程一级,由某个服务进程加以处理并做出反应。本文接下来就是以此处理过程为一条红线对嵌入式操作系统的实时性进行深入的分析。
3)然后,对目前广泛应用的两种实时性改造方法:调度算法改造和微内核进行了深入的分析,对其的优点及在实时性改造方面存在的“瓶颈”进行了总结。
4)提出解决传统的实时性改造方法上的“先天”缺陷的策略,并详细介绍了几种有代表性的方法:uITRON、RTU和δ框架。并对他们在实时性改造的效果进行了对比。
5)选择RTU作为蓝本,对其存在的移植性不强的缺陷提出了相应的解决办法,即RTC。该办法是一种折中的办法,即只对实时内核中重要功能模块(也就是任何实时内核都必须具有的功能模块)用硬件来实现,从而降低了实时内核的硬件化程度。这样,和RTU相比,RTC的可移植性有了很大程度上的改善。
在最后,将RTC运用到uCOS-Ⅱ上。通过实验数据表明,RTC系统的实时性和uCOS-Ⅱ的实时性相比确实也有着明显的提高,特别在重负载情况下,这种性能上的提高更为明显。因此,RTC这种改造方法确实可以保证一定实时性的基础上提高硬件RTOS的可移植性。