整體上看,一個嵌入式系統的實時性能是由硬件 、 實時操作系統及應用程序共同決定的,其中,嵌入式實時操作系統內核的性能起著關鍵的作用。
通常,有兩種類型的實時嵌入式操作系統:實時內核型的 RTEOS 與通用型的 RTEOS 。
RTEOS 即實時嵌入式操作系統,Real-Time OS。
實時內核型的 RTEOS :這類操作系統,驅動程序傳統嵌在內核之中,應用程序和中間件實現在標準的應用程序接口( APIs , )之上。實時通用型的 RTEOS :這類操作系統,驅動程序并非深度嵌入到內核中,而是在內核之上實現,并且僅包含少數必要的驅動程序,應用程序和中間件可以直接在驅動程序之上實現,而不必在標準的 APIs 實現。
實時嵌入式操作系統和通用操作系統之間的功能有很多相似之處,例如,它們都支持多任務,支持軟件和硬件的資源管理,以及都為應用提供基本的操作系統服務。
1 關鍵特性
與通用操作系統相比,實時嵌入式操作系統在功能上具有很多特性。實時嵌入式操作系 統特有的不同于通用操作系統的關鍵特性主要有:
滿足嵌入式應用的高可靠性;滿足應用需要的可裁減能力;內存需求少;運行的可預測性;采用實時調度策略;系統的規模緊湊;支持從 ROM 或 RAM 上引導和運行;對不同的硬件平臺均有更好的可移植性。 2 實時性能指標
在評估實時操作系統設計性能時,時間性能指標是最重要的一個性能指標,常用的時間性能指標主要有如下幾個:
2.1 任務切換時間
任務切換時間是指 CPU 控制權由運行態的任務轉移給另外一個就緒任務所需要的時間,包括在進行任務切換時,保存和恢復任務上下文所花費的時間及選擇下一個待運行任務的調度時間,該指標跟微處理器的寄存器數目和系統結構有關。相同的操作系統在不同微處理器上運行時所花費的時間可能不同。
2.2 中斷處理相關的時間指標 中斷延遲時間,是指從中斷發生到系統獲知中斷的時間,主要受系統最大關中斷時間的影響,關中斷時間越長,中斷延遲也就越長;中斷處理執行時間,該時間由具體的應用決定;中斷響應時間,是指從中斷發生到開始執行用戶中斷服務例程的時間;中斷恢復時間,是指用戶中斷服務例程結束回到被中斷的代碼之間的時間;最大關中斷時間,包含兩個方面:一是內核最大關中斷時間,即內核在執行臨界區代碼時關中斷;二是應用關中斷時間,關中斷最大時間是這兩種關中斷時間的最大值;任務響應時間,是指從任務對應的中斷產生到該任務真正開始運行的時間;對于可搶占式調度,中斷恢復的時間還要加上進行任務切換和恢復新的任務上下文的時間。 2.3 系統響應時間
指系統在發出處理請求到系統做出應答的時間,即調度延遲,這個時間的大小主要由內核任務調度算法所決定。
3 主流嵌入式操作系統
迄今為止,據不完全統計,世界上現有的嵌入式操作系統的總數達幾百個之多。其中最常用的有十幾種嵌入式可配置實時操作系統ecos開發與應用,這些操作系統在各自的應用領域都有很高的知名度和廣大的用戶群。
(1)eCos
eCos( )是一種嵌入式可配置實時操作系統,適合于深度嵌入式應用,主要應用對象包括消費電子、電信、車載設備、手持設備以及其他一些低成本和便攜式應用。eCos是一種開放源代碼軟件,無任何版權費用。eCos具有很強的可配置能力,而且它的代碼量很小,通常為幾十到幾百KB。它的最小配置形式是它的硬件抽象層HAL所提供的引導程序,可以支持很大范圍內許多不同的處理器和平臺。它的最大配置形式是一個完整的實時操作系統,所提供的服務和支持能與其他大多數商用實時操作系統相媲美。eCos為開發人員提供了一個能涵蓋大范圍內各種嵌入式產品的公共軟件基礎結構嵌入式可配置實時操作系統ecos開發與應用,使得嵌入式軟件開發人員可以集中精力去開發更好的嵌入式產品,而不是停留在對實時操作系統的開發、維護和配置上。
(2)EPOC
EPOC是Psion 推出的操作系統,專門用于移動計算設備,包括掌上電腦。"EPOC”這個詞起源于世界將會進入“a new epoch of ”。EPOC是一個開放的操作系統,它支持信息傳送、網頁瀏覽、辦公室作業、公用事業以及個人信息管理(PIM)的應用,也有軟件可以和個人計算機與服務器作同步的溝通。
(3)
是由Lynx實時系統公司開發的操作系統。是一個分布式、嵌入式、可規模擴展的實時操作系統,它遵循POSIX.1a、POSIX.1b和POSIX.1c標準。它最早開發于1988年。
(4)pSOS
pSOS是一種實時的嵌入式操作系統。是美國系統集成公司( , Inc. 簡稱ISI公司)根據幾十年從事嵌入式實時系統理論研究與實踐活動而設計開發的。該產品推出時間比較早,因此比較成熟,可以支持多種處理器,曾是國際上應用最廣泛的產品,主要應用領域是遠程通信,航天,信息家電和工業控制。但該公司已經被風河公司()兼并,從.5開始,已將PSOS的主要特點融入中。
(5)QNX
QNX是一種商用的遵從POSIX規范的類Unix實時操作系統,目標市場主要是面向嵌入式系統。它可能是最成功的微內核操作系統之一。
(6)
操作系統是美國公司于1983年設計開發的一種嵌入式實時操作系統(RTOS),是嵌入式開發環境的關鍵組成部分。良好的持續發展能力、高性能的內核以及友好的用戶開發環境,在嵌入式實時操作系統領域占據一席之地。它以其良好的可靠性和卓越的實時性被廣泛地應用在通信、軍事、航空、航天等高精尖技術及實時性要求極高的領域中,如衛星通訊、軍事演習、彈道制導、飛機導航等。在美國的 F-16、FA-18戰斗機、B-2 隱形轟炸機和愛國者導彈上,甚至連1997年4月在火星表面登陸的火星探測器、2008年5月登陸的鳳凰號,和2012年8月登陸的好奇號也都使用到了。
(7)T-
T-是日本計算機結構知名學者、東京大學教授、工學博士坂村健提出的,并是以T-系統為核心的一款免費標準開源的實時操作系統。