嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)在單片機(jī)上的開發(fā)應(yīng)用研究

彭鐵牛（湖南汽車工程職業(yè)學(xué)院汽車電子系,湖南　株洲　412001）

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嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)在單片機(jī)上的開發(fā)應(yīng)用研究

彭鐵牛
（湖南汽車工程職業(yè)學(xué)院汽車電子系,湖南株洲412001）

摘 要：隨著科技的進(jìn)步，單片機(jī)的應(yīng)用離我們的生活越來越近，嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)在單片機(jī)上的應(yīng)用，可以彌補(bǔ)單片機(jī)在使用過程中的很多不足之處，使單片機(jī)的性能得到很大的提升。本文中闡述了μC/O S－II實(shí)時(shí)嵌入式操作系統(tǒng)移植到單片機(jī)上的條件，對(duì)嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)在單片機(jī)上的應(yīng)用具有借鑒意義。

關(guān)鍵詞：嵌入式操作系統(tǒng)；μC/O S－II；移植

0　引言

單片機(jī)具有面向控制的能力，因此在工業(yè)生產(chǎn)控制、智能儀表、家用電器、外設(shè)控制、機(jī)器人以及軍事設(shè)備裝置等領(lǐng)域都具有廣泛的用途，可見單片機(jī)對(duì)我們的生活有著重要的影響，因此不斷的優(yōu)化單片機(jī)的性能對(duì)于改變?nèi)祟惖纳钣兄匾囊饬x，在長(zhǎng)期的單片機(jī)使用過程中，單片機(jī)實(shí)現(xiàn)任務(wù)的時(shí)候有出現(xiàn)錯(cuò)誤的情況，變成編程人員不能解決這一問題，而μC/O S－II是多任務(wù)嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，其具有很多的優(yōu)點(diǎn)，如：可移植性好、具有占先式、源代碼公開、多任務(wù)、確定性以及中斷管理等，將μC/O S－II移植到單片機(jī)中，就可以解決單片機(jī)多任務(wù)運(yùn)行時(shí)出錯(cuò)的問題，極大的提高了單片機(jī)的性能。

1　嵌入式實(shí)時(shí)系統(tǒng)簡(jiǎn)介

當(dāng)今世界信息技術(shù)不斷的發(fā)展，外部環(huán)境也在不斷的變化，外部事件的發(fā)生以及數(shù)據(jù)的產(chǎn)生，都需要對(duì)其進(jìn)行收集并及時(shí)的處理，進(jìn)而在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)將處理結(jié)果輸出以控制生產(chǎn)過程達(dá)到控制的目的，要想實(shí)現(xiàn)這一操作嵌入式實(shí)時(shí)操作系扮演著重要的角色，常見的嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)有μC/O S－II、Linux、eCOS等。嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)對(duì)我們的生活有著重大的改變，嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)是嵌入式系統(tǒng)的一種，它主要體現(xiàn)在對(duì)外界時(shí)間能夠及時(shí)的做出響應(yīng)，主要分為對(duì)外部時(shí)間的識(shí)別、對(duì)事件或數(shù)據(jù)的處理、處理結(jié)果的輸出三個(gè)步驟。

嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)分為兩類，一類是硬實(shí)時(shí)另一類是軟實(shí)時(shí)，硬實(shí)時(shí)系統(tǒng)在確保任務(wù)執(zhí)行沒有錯(cuò)誤的同時(shí)要將處理的結(jié)果準(zhǔn)確的輸出，否則會(huì)對(duì)生產(chǎn)以及運(yùn)行造成很嚴(yán)重的后果，軟實(shí)時(shí)系統(tǒng)最主要的是快速的對(duì)各個(gè)任務(wù)進(jìn)行運(yùn)行處理，響應(yīng)時(shí)間的界定具有一定的靈活性。嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)通過對(duì)任務(wù)進(jìn)行及時(shí)的調(diào)度，為系統(tǒng)資源管理提供一個(gè)穩(wěn)定的平臺(tái)，盡管嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)是一個(gè)簡(jiǎn)單的系統(tǒng)，但是其具有很重要實(shí)際應(yīng)用，對(duì)我們的生活有著重要的作用。

2　嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)體系以及性能指標(biāo)

2.1嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)體系

嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)經(jīng)過多年的發(fā)展，人們對(duì)其的結(jié)構(gòu)了解的已經(jīng)非常清晰，嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)最基本的機(jī)構(gòu)是由模塊結(jié)構(gòu)和層次結(jié)構(gòu)構(gòu)成，最一般的結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)是模塊結(jié)構(gòu)，模塊結(jié)構(gòu)主要分為設(shè)備管理、處理器管理、文件管理、存儲(chǔ)管理等模塊，建立在系統(tǒng)功能模塊分類基礎(chǔ)上的是層次結(jié)構(gòu)，是一種模塊集合作為“層”的結(jié)構(gòu)，熟知的單內(nèi)核就是模塊結(jié)構(gòu)，但是內(nèi)核又是層次概念，因此嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)按照模塊間功能調(diào)用方式分類分為單內(nèi)核和微核兩類。由于文件系統(tǒng)是建立在存儲(chǔ)器上的邏輯功能，因此可以說當(dāng)今的嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)是硬件組合模塊的軟件表達(dá)形式，是計(jì)算機(jī)的硬件邏輯映射。還有建立在嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)應(yīng)用擴(kuò)展模型上的兩種模式是虛擬機(jī)模式和服務(wù)器模式。

2.2嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)

成熟度—是指嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)從研發(fā)成功到后續(xù)的投入使用過程中，能夠穩(wěn)定可靠的運(yùn)行，并通過長(zhǎng)期的使用不斷優(yōu)化慢慢走向成熟，是評(píng)價(jià)嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)穩(wěn)定性以及可靠性的重要指標(biāo)。

安全性—主要是評(píng)價(jià)研發(fā)生產(chǎn)出的嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)能否符合國家以及國際上規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)，達(dá)到抵御外部惡意的攻擊，能否滿足第三方使用的重要指標(biāo)。

穩(wěn)定性—主要是反映嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)在運(yùn)行過程中能夠穩(wěn)定的運(yùn)行不出現(xiàn)異常情況，是操作系統(tǒng)穩(wěn)定可靠的重要指標(biāo)。

可靠性—主要是反映嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)在運(yùn)行過程中抵抗外界干擾的能力，可靠性通常用系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的時(shí)間長(zhǎng)短來衡量。

實(shí)時(shí)性—主要是反映嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)及時(shí)處理外界時(shí)間的能力，通常通過任務(wù)切換時(shí)間、信號(hào)量混洗時(shí)間、系統(tǒng)調(diào)用時(shí)間、中斷響應(yīng)以及延遲時(shí)間等來進(jìn)行衡量。

3　μC/OS－II移植條件

μC/OS－II的移植到單片機(jī)中需要具備以下條件才能進(jìn)行移植，才能彌補(bǔ)單片機(jī)在使用過程中的不足之處。

（1）處理器的C編譯器可以生成可重入代碼。這是因?yàn)棣藽/ OS-II需要同時(shí)運(yùn)行多個(gè)任務(wù)，是一個(gè)多任務(wù)的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，存在通過調(diào)用同一個(gè)函數(shù)的可能性，因此要所形成的函數(shù)必須是可重入的。

（2）可以用C語言進(jìn)行編程，進(jìn)行對(duì)其控制，順利的實(shí)現(xiàn)打開、關(guān)閉以及中斷。

（3）處理器應(yīng)當(dāng)可以中斷，并且是定時(shí)中斷。

（4）處理器應(yīng)當(dāng)能夠容納足夠量的數(shù)據(jù)的硬件堆棧，因?yàn)槊總€(gè)任務(wù)在運(yùn)行過程中都要一定數(shù)量的堆棧保存和寄存器有關(guān)的CPU寄存器內(nèi)容，不同的任務(wù)堆棧也不同。

（5）處理器應(yīng)當(dāng)可以將堆棧指針與其他的16位、32位、64位的寄存器讀出和存儲(chǔ)到堆棧或內(nèi)存中的指令。

4　結(jié)語

嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)對(duì)于單片機(jī)的性能優(yōu)化具有重要的作用，單片機(jī)的很多不足之處得到了完美的彌補(bǔ)，對(duì)工業(yè)生產(chǎn)、電器設(shè)備以及人類的生活做出了巨大的貢獻(xiàn)，本文對(duì)嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)的介紹，將μC/OS－II移植到單片機(jī)中，使整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行起來，從而優(yōu)化了單片的性能，為嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)在單片機(jī)的上的開發(fā)與應(yīng)用提供了一些借鑒的意義。

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DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.03.035