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嵌入式實時操作系統(tǒng)與通用操作系統(tǒng)有什么區(qū)別?

來源:廣州達內(nèi)教育        時間:2023-05-30        熱度:48℃        返回列表

由于嵌入式實時操作系統(tǒng)與通用操作系統(tǒng)的基本設(shè)計原則差別很大,因此在很多資源調(diào)度策略的選擇上以及操作系統(tǒng)實現(xiàn)的方法上兩者都具有較大的差異,這些差異主要體現(xiàn)在以下幾點: 

(1)任務(wù)調(diào)度策略:

通用操作系統(tǒng)中的任務(wù)調(diào)度策略一般采用基于優(yōu)先級的搶先式調(diào)度策略,對于優(yōu)先級相同的進程則采用時間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度方式,用戶進程可以通過系統(tǒng)調(diào)用動態(tài)地調(diào)整自己的優(yōu)先級,操作系統(tǒng)也可根據(jù)情況調(diào)整某些進程的優(yōu)先級。 

嵌入式實時操作系統(tǒng)中的任務(wù)調(diào)度策略目前使用最廣泛的主要可分為兩種,一種是靜態(tài)表驅(qū)動方式,另一種是固定優(yōu)先級搶先式調(diào)度方式。 

(2)內(nèi)存管理:

通用操作系統(tǒng)的虛存管理機制中由于采用了LRU等頁替換算法,使得大部分的訪存需求能夠快速地通過物理內(nèi)存完成。

為解決虛存給系統(tǒng)帶來的不可預(yù)測性,實時操作系統(tǒng)一般采用如下兩種方式:一是在原有虛存管理機制的基礎(chǔ)上增加頁面鎖功能,用戶可將關(guān)鍵頁面鎖定在內(nèi)存中,從而不會被swap程序?qū)⒃擁撁娼粨Q出內(nèi)存。二是采用靜態(tài)內(nèi)存劃分的方式,為每個實時任務(wù)劃分固定的內(nèi)存區(qū)域。

(3)中斷處理:

在通用操作系統(tǒng)中,大部分外部中斷都是開啟的,中斷處理一般由設(shè)備驅(qū)動程序來完成。由于通用操作系統(tǒng)中的用戶進程一般都沒有實時性要求,而中斷處理程序直接跟硬件設(shè)備交互,可能有實時性要求,因此中斷處理程序的優(yōu)先級被設(shè)定為高于任何用戶進程。 

但對于嵌入式實時操作系統(tǒng)采用上述的中斷處理機制是不合適的。一個實時任務(wù)在運行時被中斷處理程序阻塞的時間開銷也是不可預(yù)測的,從而使任務(wù)的實時性得不到保證。

(4)共享資源的互斥訪問:

通用操作系統(tǒng)一般采用信號量機制來解決共享資源的互斥訪問問題。 

對于實時操作系統(tǒng),如果任務(wù)調(diào)度采用靜態(tài)表驅(qū)動方式,共享資源的互斥訪問問題在生成運行時間表時已經(jīng)考慮到了,在運行時無需再考慮。如果任務(wù)調(diào)度采用基于優(yōu)先級的方式,則傳統(tǒng)的信號量機制在系統(tǒng)運行時很容易造成優(yōu)先級倒置問題,為了解決這一問題,嵌入式實時操作系統(tǒng)往往對傳統(tǒng)的信號量機制進行了一些擴展,引入了如優(yōu)先級繼承協(xié)儀、優(yōu)先級頂置協(xié)議等機制。

(5)系統(tǒng)調(diào)用以及系統(tǒng)內(nèi)部操作的時間開銷:

為保證系統(tǒng)的可預(yù)測性,實時操作系統(tǒng)中的所有系統(tǒng)調(diào)用以及系統(tǒng)內(nèi)部操作的時間開銷都應(yīng)是有界的,并且該界限是一個具體的量化數(shù)值。而在通用操作系統(tǒng)中對這些時間開銷則未做如此限制。 

(6)系統(tǒng)的可重入性:

在通用操作系統(tǒng)中,核心態(tài)系統(tǒng)調(diào)用往往是不可重入的,當一低優(yōu)先級任務(wù)調(diào)用核心態(tài)系統(tǒng)調(diào)用時,在該時間段內(nèi)到達的高優(yōu)先級任務(wù)必須等到低優(yōu)先級的系統(tǒng)調(diào)用完成才能獲得CPU,這就降低了系統(tǒng)的可預(yù)測性。因此,嵌入式實時操作系統(tǒng)中的核心態(tài)系統(tǒng)調(diào)用往往設(shè)計為可重入的。 

(7)輔助工具:

實時操作系統(tǒng)額外提供了一些輔助工具,如實時任務(wù)在最壞情況下的執(zhí)行時間估算工具、系統(tǒng)的實時性驗證工具等,可幫助工程師進行系統(tǒng)的實時性驗證工作。 

嵌入式的這兩種操作系統(tǒng)都有他們的用處,依靠嵌入式操作系統(tǒng)軟件移植性大大提高網(wǎng)絡(luò)協(xié)議更加豐富應(yīng)用功能塊邏輯清晰代碼易讀還能提供眾多的開源工具、庫以及軟件。

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