淺談嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　系統(tǒng)調(diào)用的另一種形式是稱為CALL-LIB的調(diào)用庫(kù)機(jī)制。此種機(jī)制類似于windows系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)，可以滿足動(dòng)態(tài)加載和更新組件的需要，也是A-RTOS的特點(diǎn)之一。

　　區(qū)間調(diào)度機(jī)制

　　ARINC653規(guī)定，區(qū)間調(diào)度模式的主要特征是:1)調(diào)度單元是區(qū)間;2)區(qū)間沒(méi)有優(yōu)先級(jí);3)調(diào)度算法是預(yù)先確定的,按照固定的周期重復(fù),并且只能由系統(tǒng)集成者進(jìn)行配置。每個(gè)循環(huán)中，至少要為區(qū)間分配一個(gè)區(qū)間窗口。

　　在A-RTOS中，為了方便系統(tǒng)處理和能更好符合ARINC653規(guī)范，對(duì)以上規(guī)定進(jìn)行了一定程度的修訂:調(diào)度單元是區(qū)間和系統(tǒng)進(jìn)程; 區(qū)間具有優(yōu)先級(jí)。但這些修訂不影響操作系統(tǒng)區(qū)間層POS以及應(yīng)用程序使用者，所以在外部特性上并不與ARINC653規(guī)定違背。

　　除此之外， A-RTOS還引入兩個(gè)系統(tǒng)區(qū)間:Kernel區(qū)間和Idle區(qū)間。Kernel區(qū)間優(yōu)先級(jí)最高，用于為整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行提供支持;并且一些系統(tǒng)級(jí)進(jìn)程，也屬于Kernel區(qū)間，方便調(diào)度。Idle區(qū)間具有最低的優(yōu)先級(jí)，用于填充系統(tǒng)時(shí)間。當(dāng)系統(tǒng)中沒(méi)有其他區(qū)間可以運(yùn)行，就運(yùn)行Idle區(qū)間。

　　A-RTOS區(qū)間的調(diào)度原則是首先基于優(yōu)先級(jí)調(diào)度，對(duì)同一優(yōu)先級(jí)的區(qū)間可使用時(shí)間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度或者基于時(shí)間窗的循環(huán)調(diào)度策略。

　　A-RTOS采用兩級(jí)調(diào)度機(jī)制。系統(tǒng)中具有區(qū)間的優(yōu)先級(jí)位圖和每個(gè)優(yōu)先級(jí)對(duì)應(yīng)的就緒鏈表，每個(gè)區(qū)間中也包含系統(tǒng)進(jìn)程的優(yōu)先級(jí)位圖和對(duì)應(yīng)的就緒鏈表。利用優(yōu)先級(jí)位圖和就緒鏈表，可以很容易的實(shí)現(xiàn)對(duì)區(qū)間和系統(tǒng)進(jìn)程的調(diào)度。圖6給出了這種調(diào)度模型。

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　　圖6 A-RTOS的區(qū)間調(diào)度模型

　　調(diào)度模塊首先根據(jù)系統(tǒng)中的區(qū)間優(yōu)先級(jí)位圖和區(qū)間就緒鏈表來(lái)進(jìn)行區(qū)間調(diào)度，被調(diào)度到的區(qū)間再根據(jù)區(qū)間內(nèi)的進(jìn)程優(yōu)先級(jí)位圖和進(jìn)程就緒鏈表進(jìn)行系統(tǒng)進(jìn)程的調(diào)度。此方法相對(duì)于一級(jí)調(diào)度方式而言，能夠保證調(diào)度時(shí)間的確定性，系統(tǒng)調(diào)度時(shí)間不會(huì)因?yàn)閰^(qū)間和系統(tǒng)進(jìn)程的多少而發(fā)生變化，符合實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的定義。

　　在進(jìn)行基于時(shí)間窗調(diào)度時(shí)，兩個(gè)系統(tǒng)區(qū)間實(shí)際上也會(huì)參與調(diào)度。Kernel區(qū)間的運(yùn)行時(shí)間會(huì)計(jì)算在區(qū)間調(diào)度配置表中當(dāng)前區(qū)間的運(yùn)行時(shí)間上。因此對(duì)于某應(yīng)用區(qū)間而言，它的運(yùn)行時(shí)間實(shí)際上會(huì)包含系統(tǒng)區(qū)間的運(yùn)行。

　　進(jìn)程池機(jī)制

　　在A-RTOS中，進(jìn)程池是指一組由系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)的進(jìn)程，這些進(jìn)程能夠?yàn)閼?yīng)用提供一組服務(wù)。應(yīng)用通過(guò)系統(tǒng)提供的調(diào)用接口對(duì)系統(tǒng)提出應(yīng)用請(qǐng)求，系統(tǒng)把應(yīng)用的請(qǐng)求交給進(jìn)程池，進(jìn)程池自動(dòng)選擇一個(gè)空閑進(jìn)程對(duì)其進(jìn)行服務(wù)，當(dāng)服務(wù)完畢以后，系統(tǒng)會(huì)回收該系統(tǒng)進(jìn)程。

　　進(jìn)程池主要應(yīng)用在時(shí)鐘定時(shí)器服務(wù)、中斷服務(wù)和異步IO操作。

　　異步信號(hào)和異步IO機(jī)制

　　A-RTOS支持異步信號(hào)機(jī)制，允許在某種情況下COS以異步方式發(fā)送信號(hào)到上層的POS。異步信號(hào)的一個(gè)典型使用就是異步IO。這是由于在 ARINC653的應(yīng)用中,POS中的進(jìn)程通過(guò)系統(tǒng)調(diào)用產(chǎn)生阻塞性IO請(qǐng)求的時(shí)候,如果IO不是異步的,則此時(shí)該進(jìn)程就會(huì)阻塞,等待系統(tǒng)調(diào)用的返回。但是 COS并不知道POS中的應(yīng)用進(jìn)程的存在,當(dāng)其中的一個(gè)進(jìn)程阻塞的時(shí)候,整個(gè)區(qū)間都會(huì)被阻塞。采用異步IO方式可避免這種情況的發(fā)生。

　　當(dāng)應(yīng)用請(qǐng)求了阻塞性的IO服務(wù)時(shí)，A-RTOS會(huì)啟動(dòng)稱為一個(gè)系統(tǒng)進(jìn)程來(lái)進(jìn)行應(yīng)用請(qǐng)求的IO操作，這就是異步IO機(jī)制。A-RTOS將這種為實(shí)現(xiàn)異步IO操作而創(chuàng)建的系統(tǒng)進(jìn)程稱為worker進(jìn)程。

　　如圖7，在ARINC653的應(yīng)用中，當(dāng)POS中的一個(gè)進(jìn)程調(diào)用異步IO系統(tǒng)調(diào)用時(shí),該系統(tǒng)調(diào)用檢查此IO是否為阻塞工作方式,如果是，則創(chuàng)建一個(gè) worker進(jìn)程去完成這個(gè)要求的IO工作，并返回一個(gè)AIO_PENDING值到POS。POS檢查到這個(gè)返回值以后,把正在進(jìn)行異步IO調(diào)用的進(jìn)程從就緒隊(duì)列取下放到等待隊(duì)列,然后進(jìn)行重調(diào)度。當(dāng)worker進(jìn)程完成了要求的IO操作時(shí)，即發(fā)送異步信號(hào)到POS，從而喚醒原阻塞進(jìn)程。

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　　圖7 異步IO工作流程示意圖