嵌入式RTOS系統(tǒng)是什么？

　　在嵌入式應(yīng)用領(lǐng)域，很多場(chǎng)合對(duì)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性要求嚴(yán)格，因此操作系統(tǒng)的選擇要基于實(shí)時(shí)系統(tǒng)。實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)(Real Time Operating System，簡(jiǎn)稱(chēng)RTOS)是根據(jù)操作系統(tǒng)的工作特性而言的，實(shí)時(shí)是指物理進(jìn)程的真實(shí)時(shí)間。

嵌入式RTOS是什么

基本信息

　　在嵌入式應(yīng)用領(lǐng)域，很多場(chǎng)合對(duì)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性要求嚴(yán)格，因此操作系統(tǒng)的選擇要基于實(shí)時(shí)系統(tǒng)。實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)(Real Time Operating System，簡(jiǎn)稱(chēng)RTOS)是根據(jù)操作系統(tǒng)的工作特性而言的，實(shí)時(shí)是指物理進(jìn)程的真實(shí)時(shí)間。實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)是指具有實(shí)時(shí)性，能支持實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)工作的操作系統(tǒng)。其首要任務(wù)是調(diào)度一切可利用的資源完成實(shí)時(shí)控制任務(wù)，其次才著眼于提高計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的使用效率，重要特點(diǎn)是要滿(mǎn)足對(duì)時(shí)間的限制和要求。

　　通常對(duì)于分時(shí)操作系統(tǒng)，軟件的執(zhí)行在時(shí)間上的要求并不嚴(yán)格，時(shí)間上的錯(cuò)誤一般不會(huì)造成災(zāi)難性的后果。但對(duì)于實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，主要任務(wù)是要求對(duì)事件進(jìn)行實(shí)時(shí)的處理，雖然事件可能在無(wú)法預(yù)知的時(shí)刻到達(dá)．但是軟件上必須在事件發(fā)生時(shí)能夠在嚴(yán)格的時(shí)限內(nèi)做出響應(yīng)(系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間)，即使能夠響應(yīng)，但是如果超出了時(shí)限，系統(tǒng)時(shí)間響應(yīng)的超時(shí)就意味著致命的失敗。實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的重要特點(diǎn)是具有系統(tǒng)的可確定性，即系統(tǒng)能對(duì)運(yùn)行情況的最好和最壞等情況能做出精確的估計(jì)。

　　實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)(RTOS)是嵌入式應(yīng)用軟件的基礎(chǔ)和開(kāi)發(fā)平臺(tái)。大多數(shù)嵌入式開(kāi)發(fā)還是在單片機(jī)上直接進(jìn)行，沒(méi)有RTOS，但仍要有一個(gè)主程序負(fù)責(zé)調(diào)度各個(gè)任務(wù)。RTOS是一段嵌入在目標(biāo)代碼中的程序，系統(tǒng)復(fù)位后首先執(zhí)行，相當(dāng)于用戶(hù)的主程序，用戶(hù)的其他應(yīng)用程序都建立在RTOS之上。不僅如此，RTOS還是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)核，將CPU時(shí)間、中斷、I/O、定時(shí)器等資源都包裝起來(lái)，留給用戶(hù)一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的API(系統(tǒng)調(diào)用)，并根據(jù)各個(gè)任務(wù)的優(yōu)先級(jí)，合理地在不同任務(wù)之間分配CPU時(shí)間。

　　RTOS是針對(duì)不同處理器優(yōu)化設(shè)計(jì)的高效率實(shí)時(shí)多任務(wù)內(nèi)核，RTOS可以面對(duì)幾十個(gè)系列的嵌入式處理器MPU、MCU、DSP、SOC等提供類(lèi)同的API接口，這是RTOS基于設(shè)備獨(dú)立的應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)基礎(chǔ)。因此，基于RTOS的C語(yǔ)言程序具有極大的可移植性。據(jù)專(zhuān)家測(cè)算，優(yōu)秀RTOS上跨處理器平臺(tái)的程序移植只需要修改1%～4%的內(nèi)容。在RTOS基礎(chǔ)上可以編寫(xiě)出各種硬件驅(qū)動(dòng)程序、專(zhuān)家?guī)旌瘮?shù)、行業(yè)庫(kù)函數(shù)、產(chǎn)品庫(kù)函數(shù)，和通用性的應(yīng)用程序一起，可以作為產(chǎn)品銷(xiāo)售，促進(jìn)行業(yè)的知識(shí)產(chǎn)權(quán)交流。因此，RTOS又是一個(gè)軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)。

發(fā)展過(guò)程

　　實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)(RTOS)的研究是從20世紀(jì)60年代開(kāi)始的。從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上看，RTOS到現(xiàn)在已經(jīng)歷了如下三個(gè)階段：

早期的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)

　　早期的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，還不能稱(chēng)為真正的RTOS，它只是小而簡(jiǎn)單的、帶有一定專(zhuān)用性的軟件，功能較弱，可以認(rèn)為是一種實(shí)時(shí)監(jiān)控程序。它一般為用戶(hù)提供對(duì)系統(tǒng)的初始化管理以及簡(jiǎn)單的實(shí)時(shí)時(shí)鐘管理，有的實(shí)時(shí)監(jiān)控程序也引入了任務(wù)調(diào)度及簡(jiǎn)單的任務(wù)間協(xié)調(diào)等功能，屬于這類(lèi)實(shí)時(shí)監(jiān)控程序的有RTMX等。這個(gè)時(shí)期，實(shí)時(shí)應(yīng)用較簡(jiǎn)單，實(shí)時(shí)性要求也不高。應(yīng)用程序、實(shí)時(shí)監(jiān)控程序和硬件運(yùn)行平臺(tái)往往是緊密聯(lián)系在一起的。

專(zhuān)用實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)

　　專(zhuān)用實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，隨著應(yīng)用的發(fā)展，早期的RTOS已越來(lái)越顯示出明顯的不足了。有些實(shí)時(shí)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)者為了滿(mǎn)足實(shí)時(shí)應(yīng)用的需要，自己研制與特定硬件相匹配的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。這類(lèi)專(zhuān)用實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)在國(guó)外稱(chēng)為Real—Time Operating System Developed in House。它是在早期用戶(hù)為滿(mǎn)足自身開(kāi)發(fā)需要而研制的。一般只能適用于特定的硬件環(huán)境，且缺乏嚴(yán)格的評(píng)測(cè)，移植性也不太好。屬于這類(lèi)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的有Intel公司的iMAX86等。

通用實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)

　　在各種專(zhuān)用RTOS中，一些多任務(wù)的機(jī)制如基于優(yōu)先級(jí)的調(diào)度、實(shí)時(shí)時(shí)鐘管理、任務(wù)間的通信、同步互斥機(jī)構(gòu)等基本上是相同的，不同的只是面向各自的硬件環(huán)境與應(yīng)用目標(biāo)。實(shí)際上，相同的多任務(wù)機(jī)制是能夠共享的，因而可以把這部分很好地組織起來(lái)，形成一個(gè)通用的實(shí)時(shí)操作相同內(nèi)核。這類(lèi)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)大多采用軟組件結(jié)構(gòu)，以一個(gè)個(gè)軟件“標(biāo)準(zhǔn)組件”構(gòu)成通用的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，一方面，在RTOS內(nèi)核的最底層將不同的硬件特性屏蔽掉；另一方面．對(duì)不同的應(yīng)用環(huán)境提供了標(biāo)準(zhǔn)的、可剪裁的系統(tǒng)服務(wù)軟組件。這使得用戶(hù)可根據(jù)不同的實(shí)時(shí)應(yīng)用要求及硬件環(huán)境選擇不同的軟組件，也使得實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)開(kāi)發(fā)商在開(kāi)發(fā)過(guò)程中減少了重復(fù)性工作。這類(lèi)通用實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，有Integrated System公司的psosystem，Intel公司的iRMX386，Ready System公司(后與MicrotecResearch合并)的VRTX32，WindRiver SystomS公司(位于美國(guó)加州Almeda市)的VxworkS，Accelerated Technology Inc公司的NuclouS PLUS等。它們一般都提供了實(shí)時(shí)性較好的內(nèi)核、多種任務(wù)通信機(jī)制、基于TCP/IP的網(wǎng)絡(luò)組件、文件管理及I/O服務(wù)，提供了集編輯、編譯、調(diào)試、仿真為一體的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境，支持用戶(hù)使用C、C++進(jìn)行應(yīng)用程序的開(kāi)發(fā)。