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1、第第8章章 嵌入式系統(tǒng)軟件及操作系統(tǒng)基礎(chǔ)嵌入式系統(tǒng)軟件及操作系統(tǒng)基礎(chǔ)8.1 嵌入式軟件基礎(chǔ)嵌入式軟件基礎(chǔ)n8.1.1 嵌入式軟件的特點(diǎn)n應(yīng)用在嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)當(dāng)中的各種軟件統(tǒng)稱為嵌入式軟件，作為嵌入式系統(tǒng)的一個組成部分，目前嵌入式軟件的種類和規(guī)模都得到了極大的發(fā)展，形成了一個完整、獨(dú)立的體系。除了具有通用軟件的一般特性，同時還具有一些與嵌入式系統(tǒng)密切相關(guān)的特點(diǎn)，如：n（l）規(guī)模較小n在一般情況下，嵌入式系統(tǒng)的資源多是比較有限的，要求嵌入式軟件必須盡可能地精簡，多數(shù)的嵌入式軟件都在幾MB以內(nèi)。n（2）開發(fā)難度大n嵌入式系統(tǒng)由于硬件資源的有限，使得嵌入式軟件在時間和空間上都受到嚴(yán)格的限制，需要開發(fā)

2、人員對編程語言、編譯器和操作系統(tǒng)有深刻的了解，才有可能開發(fā)出運(yùn)行速度快、存儲空間少、維護(hù)成本低的軟件。嵌入式軟件一般都要涉及到底層軟件的開發(fā)，應(yīng)用軟件的開發(fā)也是直接基于操作系統(tǒng)的，這就要求開發(fā)人員具有扎實(shí)的軟、硬件基礎(chǔ)，能靈活運(yùn)用不同的開發(fā)手段和工具，具有較豐富的開發(fā)經(jīng)驗(yàn)。嵌入式軟件的運(yùn)行環(huán)境和開發(fā)環(huán)境比PC機(jī)復(fù)雜，嵌入式軟件是在目標(biāo)系統(tǒng)上運(yùn)行的，而嵌入式軟件的開發(fā)工作則是在另外的開發(fā)系統(tǒng)中進(jìn)行，當(dāng)應(yīng)用軟件調(diào)試無誤后，再把它放到目標(biāo)系統(tǒng)上去。 n（3）高實(shí)時性和可靠性要求n具有實(shí)時處理的能力是許多嵌入式系統(tǒng)的基本要求，實(shí)時性要求軟件對外部事件做出反應(yīng)的時間必須要快，在某些情況下還要求是確定的、

3、可重復(fù)實(shí)現(xiàn)的，不管系統(tǒng)當(dāng)時的內(nèi)部狀態(tài)如何，都是可以預(yù)測的。同時，對于事件的處理一定要在限定的時間期限之前完成，否則就有可能引起系統(tǒng)的崩潰。 n在航天控制、核電站、工業(yè)機(jī)器人等實(shí)時系統(tǒng)對嵌入式軟件的可靠性要求是非常高的，一旦軟件出了問題，其后果是非常嚴(yán)重的。n（4）軟件固化存儲n為了提高系統(tǒng)的啟動速度、執(zhí)行速度和可靠性，嵌入式系統(tǒng)中的軟件一般都固化在存儲器芯片或微處理器中。8.1.2嵌入式軟件的分類n1系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件n系統(tǒng)軟件控制和管理嵌入式系統(tǒng)資源，為嵌入式應(yīng)用提供支持的各種軟件，如設(shè)備驅(qū)動程序、嵌入式操作系統(tǒng)、嵌入式中間件等。n2應(yīng)用軟件應(yīng)用軟件n應(yīng)用軟件是嵌入式系統(tǒng)中的上層軟件，它定義了

4、嵌入式設(shè)備的主要功能和用途，并負(fù)責(zé)與用戶進(jìn)行交互。應(yīng)用軟件是嵌入式系統(tǒng)功能的體現(xiàn)，如飛行控制軟件、手機(jī)軟件、MP3播放軟件、電子地圖軟件等，一般面向于特定的應(yīng)用領(lǐng)域，。n3支撐軟件支撐軟件n支撐軟件指輔助軟件開發(fā)的工具軟件，如系統(tǒng)分析設(shè)計(jì)工具、在線仿真工具、交叉編譯器、源程序模擬器和配置管理工具等。n在嵌入式系統(tǒng)當(dāng)中，系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件運(yùn)行在目標(biāo)平臺的（即嵌入式設(shè)備上），而對于各種軟件開發(fā)工具來說，它們大部分都運(yùn)行在開發(fā)平臺（PC機(jī)）上，運(yùn)行Windows或Linux操作系統(tǒng)。8.1.3 嵌入式軟件的體系結(jié)構(gòu)n1無操作系統(tǒng)的嵌入式軟件無操作系統(tǒng)的嵌入式軟件n早期在嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用范圍主要集中在

5、控制領(lǐng)域，硬件的配置比較低，嵌入式軟件的設(shè)計(jì)主要是以應(yīng)用為核心，應(yīng)用軟件直接建立在硬件上，沒有專門的操作系統(tǒng)，軟件的規(guī)模也很小。n無操作系統(tǒng)的嵌入式軟件主要采用循環(huán)輪轉(zhuǎn)和中斷（前后臺）兩種實(shí)現(xiàn)方式。n（1）循環(huán)輪轉(zhuǎn)方式n循環(huán)輪轉(zhuǎn)方式的基本設(shè)計(jì)思想是：把系統(tǒng)的功能分解為若干個不同的任務(wù)，放置在一個永不結(jié)束的循環(huán)語句當(dāng)中，按照時間順序逐一執(zhí)行。當(dāng)程序執(zhí)行完一輪后，又回到程序的開頭重新執(zhí)行，循環(huán)不斷。n循環(huán)輪轉(zhuǎn)方式的程序簡單、直觀、開銷小、可預(yù)測。軟件的開發(fā)可以按照自頂向下、逐步求精的方式，將系統(tǒng)要完成的功能逐級劃分成若干個小的功能模塊進(jìn)行編程，最后組合在一起。循環(huán)輪轉(zhuǎn)方式的軟件系統(tǒng)只有一條執(zhí)行流程

6、和一個地址空間，不需要任務(wù)之間的調(diào)度和切換，其程序的代碼都是固定的，函數(shù)之間的調(diào)用關(guān)系也是明確的，整個系統(tǒng)的執(zhí)行過程是可預(yù)測的。n循環(huán)輪轉(zhuǎn)方式的缺點(diǎn)是程序必須按順序執(zhí)行，無法處理異步事件，缺乏并行處理的能力。缺乏硬件上的時間控制機(jī)制，無法實(shí)現(xiàn)定時功能。 n（2）中斷方式n中斷方式又稱為前后臺系統(tǒng)形式，系統(tǒng)在循環(huán)輪轉(zhuǎn)方式的基礎(chǔ)上增加了中斷處理功能。ISR（Interrupt Service Routine，中斷服務(wù)程序）負(fù)責(zé)處理異步事件，即前臺程序（foreground），也稱為事件處理級程序。而后臺程序（background）是一個系統(tǒng)管理調(diào)度程序，一般采用的是一個無限的循環(huán)形式，負(fù)責(zé)掌管整個

7、嵌入式系統(tǒng)軟、硬件資源的分配、管理以及任務(wù)的調(diào)度。后臺程序也稱為任務(wù)級程序。一般情形下，后臺程序會檢查每個任務(wù)是否具備運(yùn)行條件，通過一定的調(diào)度算法來完成相應(yīng)的操作。而一些對實(shí)時性有要求的操作通常由中斷服務(wù)程序來完成，大多數(shù)的中斷服務(wù)程序只做一些最基本的操作，如標(biāo)記中斷事件的發(fā)生等，其余的事情會延遲到后臺程序去完成。n2有操作系統(tǒng)的嵌入式軟件有操作系統(tǒng)的嵌入式軟件n從20世紀(jì)80年代開始，操作系統(tǒng)出現(xiàn)在嵌入式系統(tǒng)上。如今，嵌入式操作系統(tǒng)在嵌入式系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用，尤其是在功能復(fù)雜、系統(tǒng)龐大的應(yīng)用中顯得愈來愈重要。在應(yīng)用軟件開發(fā)時，程序員不是直接面對嵌入式硬件設(shè)備，而是采用一些嵌入式軟件開發(fā)環(huán)境，在操

8、作系統(tǒng)的基礎(chǔ)上編寫程序。n在控制系統(tǒng)中，采用前后臺系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)的軟件，在遇到強(qiáng)干擾時，可能會使應(yīng)用程序產(chǎn)生異常、出錯，甚至死循環(huán)的現(xiàn)象，從而造成系統(tǒng)的崩潰。而采用嵌入式操作系統(tǒng)管理的系統(tǒng)，在遇到強(qiáng)干擾時，可能只會引起系統(tǒng)中的某一個進(jìn)程被破壞，但這可以通過系統(tǒng)的監(jiān)控進(jìn)程對其進(jìn)行修復(fù)，系統(tǒng)具有自愈能力，不會造成系統(tǒng)崩潰。n在嵌入式操作系統(tǒng)環(huán)境下，開發(fā)一個復(fù)雜的應(yīng)用程序，通?？梢园凑哲浖こ痰乃枷?，將整個程序分解為多個任務(wù)模塊，每個任務(wù)模塊的調(diào)試、修改幾乎不影響其他模塊。利用商業(yè)軟件提供的多任務(wù)調(diào)試環(huán)境，可大大提高系統(tǒng)軟件的開發(fā)效率，降低開發(fā)成本，縮短開發(fā)周期。n嵌入式操作系統(tǒng)本身是可以剪裁的，嵌入

9、式系統(tǒng)外設(shè)、相關(guān)應(yīng)用也可以配置，所開發(fā)的應(yīng)用軟件可以在不同的應(yīng)用環(huán)境、不同的處理器芯片之間移植，軟件構(gòu)件可復(fù)用，有利于系統(tǒng)的擴(kuò)展和移植。n嵌入式軟件的體系結(jié)構(gòu)圖如圖8.1.2所示，最底層的是嵌入式硬件系統(tǒng)，包括嵌入式微處理器、存儲器、鍵盤、LCD顯示器等輸入輸出設(shè)備。在硬件層之上的是設(shè)備驅(qū)動層，它負(fù)責(zé)與硬件直接打交道，并為操作系統(tǒng)層軟件提供所需的驅(qū)動支持。操作系統(tǒng)層可以分為基本部分和擴(kuò)展部分，基本部分是操作系統(tǒng)的核心，負(fù)責(zé)整個系統(tǒng)的任務(wù)調(diào)度、存儲管理、時鐘管理和中斷管理等功能；擴(kuò)展部分為用戶提供網(wǎng)絡(luò)、文件系統(tǒng)、圖形用戶界面GUI、數(shù)據(jù)庫等擴(kuò)展功能，擴(kuò)展部分的內(nèi)容可以根據(jù)系統(tǒng)的需要來進(jìn)行剪裁。在

10、操作系統(tǒng)的上面是一些中間件軟件。最上層是網(wǎng)絡(luò)瀏覽器、MP3播放器、文本編輯器、電子郵件客戶端、電子游戲等各種應(yīng)用軟件，實(shí)現(xiàn)嵌入式系統(tǒng)的功能。圖8.1.2 嵌入式軟件體系結(jié)構(gòu)8.1.4 嵌入式系統(tǒng)的設(shè)備驅(qū)動n嵌入式系統(tǒng)的設(shè)備驅(qū)動層用來完成嵌入式系統(tǒng)硬件設(shè)備所需要的一些軟件初始化和管理。設(shè)備驅(qū)動層直接對硬件進(jìn)行管理和控制，并為上層軟件提供所需的驅(qū)動支持。n1板級支持包板級支持包n設(shè)備驅(qū)動層也稱為BSP（Board Support Package, 板級支持包），在BSP中把所有與硬件相關(guān)的代碼都封裝起來，為操作系統(tǒng)提供一個虛擬的硬件平臺，操作系統(tǒng)運(yùn)行在這個虛擬的硬件平臺上。在BSP當(dāng)中，使用一組定

11、義好的編程接口來與BSP進(jìn)行交互，并通過BSP來訪問真正的硬件。在嵌入式系統(tǒng)中，BSP類似于PC系統(tǒng)中的BIOS和驅(qū)動程序。BSP把嵌入式操作系統(tǒng)與具體的硬件平臺隔離開來。n一般來說，BSP是針對某個特定的單板而設(shè)計(jì)的，系統(tǒng)都會提供相應(yīng)的演示版本的BSP（最小系統(tǒng)BSP）。BSP對于用戶（指系統(tǒng)開發(fā)人員）是開放的，用戶可以根據(jù)不同的硬件需求對其進(jìn)行改動或二次開發(fā)。在實(shí)際開發(fā)一個嵌入式系統(tǒng)的時候，通常可以找到一個與自己的硬件系統(tǒng)相近的演示版本的BSP，并以此為基礎(chǔ)，進(jìn)行修改和完善，以適應(yīng)不同單板的需求。BSP主要包括BootLoader（引導(dǎo)加載程序）和設(shè)備驅(qū)動程序兩個方面的內(nèi)容。n對于不同的嵌

12、入式操作系統(tǒng)，BSP的具體結(jié)構(gòu)和組成是不相同的。n2BootLoadernBootLoader（引導(dǎo)加載程序）是在操作系統(tǒng)內(nèi)核運(yùn)行之前運(yùn)行的一小段程序。通過這段程序，初始化硬件設(shè)備、建立內(nèi)存空間的映射圖，從而將系統(tǒng)的軟硬件環(huán)境設(shè)置到一個合適的狀態(tài)，以便為最終調(diào)用操作系統(tǒng)內(nèi)核做好準(zhǔn)備。BootLoader用來完成整個系統(tǒng)的加載啟動任務(wù)。通常在系統(tǒng)上電或復(fù)位時，BootLoader程序從地址0 x00000000處開始執(zhí)行。nBootLoader的功能與嵌入式系統(tǒng)的硬件平臺直接相關(guān)，不同的CPU體系結(jié)構(gòu)和板級設(shè)備配置，BootLoader的功能不同。一般來說，BootLoader主要包含片級初始化

13、、板級初始化和加載內(nèi)核等一些基本功能。n（1）片級初始化n片級初始化是一個純硬件的初始化過程，把微處理器從上電時的默認(rèn)狀態(tài)逐步設(shè)置成系統(tǒng)所要求的工作狀態(tài)。片級初始化主要完成設(shè)置微處理器的核心寄存器和控制寄存器、微處理器的核心工作模式及其局部總線模式等初始化。n（2）板級初始化n板級初始化是一個同時包含有軟件和硬件在內(nèi)的初始化過程，通過正確地設(shè)置各種寄存器的內(nèi)容來完成微處理器以外的其他硬件設(shè)備的初始化。例如，初始化LED顯示設(shè)備、定時器、串口通信和內(nèi)存控制器，建立內(nèi)存空間的地址映射，設(shè)置中斷控制寄存器和某些軟件的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和參數(shù)等。n（3）加載內(nèi)核n將操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序的映像從Flash存儲器復(fù)制

14、到系統(tǒng)的內(nèi)存當(dāng)中，然后跳轉(zhuǎn)到系統(tǒng)內(nèi)核的第一條指令處繼續(xù)執(zhí)行。n3設(shè)備驅(qū)動程序設(shè)備驅(qū)動程序n在一個嵌入式系統(tǒng)中，可以沒有操作系統(tǒng)，但設(shè)備驅(qū)動程序是必不可少的。設(shè)備驅(qū)動程序是一組庫函數(shù)，用來對硬件進(jìn)行初始化和管理，并向上層軟件提供訪問接口。n不同功能的硬件設(shè)備，它們的設(shè)備驅(qū)動程序是不同的。但大多數(shù)的設(shè)備驅(qū)動程序都具有硬件啟動（初始化）、硬件關(guān)閉（關(guān)機(jī)）、硬件停用（暫停）、硬件啟用（重新啟用）、讀操作（讀取數(shù)據(jù)）、寫操作（寫入數(shù)據(jù)）等基本功能。n設(shè)備驅(qū)動程序通?？梢酝瓿梢恍┨囟ǖ墓δ埽@些功能一般采用函數(shù)的形式來實(shí)現(xiàn)，這些函數(shù)有分層結(jié)構(gòu)和混合結(jié)構(gòu)兩種組織結(jié)構(gòu)形式。n在分層結(jié)構(gòu)中，設(shè)備驅(qū)動程序中的函數(shù)

15、分為硬件接口和調(diào)用接口兩種類型。硬件接口直接跟硬件打交道的，直接去操作和控制硬件設(shè)備；調(diào)用接口不直接與硬件打交道，它們調(diào)用硬件接口當(dāng)中的函數(shù)，與上層軟件（包括操作系統(tǒng)、中間件和應(yīng)用軟件）打交道的。分層結(jié)構(gòu)把所有與硬件有關(guān)的細(xì)節(jié)都封裝在硬件接口當(dāng)中，在硬件要升級時，只需要改動硬件接口當(dāng)中的函數(shù)即可，而上層接口當(dāng)中的函數(shù)不用做任何修改。n在混合結(jié)構(gòu)中，上層接口和硬件接口的函數(shù)是混在一起、相互調(diào)用的，之間沒有明確的層次關(guān)系。8.1.5 嵌入式中間件n中間件是一種軟件平臺技術(shù)，在銀行、證券、電信等行業(yè)的大型計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用。近年來，中間件技術(shù)也被引入到嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，并與實(shí)時多任務(wù)操作系統(tǒng)

16、緊密結(jié)合。利用中間件技術(shù)可以使用戶把精力集中到系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)上，實(shí)現(xiàn)嵌入式系統(tǒng)的軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)。 n嵌入式中間件是指不包括操作系統(tǒng)內(nèi)核、設(shè)備驅(qū)動程序和應(yīng)用軟件在內(nèi)的所有系統(tǒng)軟件。嵌入式中間件把原本屬于應(yīng)用軟件層的一些通用的功能模塊抽取出來，形成獨(dú)立的一層軟件，為應(yīng)用軟件提供一個靈活、安全、移植性好、相互通信、協(xié)同工作的平臺。n嵌入式中間件可以分為消息中間件、對象中間件、遠(yuǎn)程過程調(diào)用（Remote Procedure Calls，RPC）、數(shù)據(jù)庫訪問中間件、安全中間件等不同的類型。n一些公司可提供嵌入式中間件集成解決方案，如Sun公司的嵌入式Java，微軟公司的.NET Compact Fram

17、e-work，OMG（Object Management Group）的嵌入式CORBA等。8.2嵌入式操作系統(tǒng)基礎(chǔ)嵌入式操作系統(tǒng)基礎(chǔ)n8.2.1嵌入式操作系統(tǒng)的功能n在嵌入式系統(tǒng)中工作的操作系統(tǒng)稱為EOS（Embedded Operating System，嵌入式操作系統(tǒng)），EOS的基本功能主要體現(xiàn)在以下兩個方面：n1構(gòu)成一個易于編程的虛擬機(jī)平臺nEOS構(gòu)成一個虛擬機(jī)平臺，EOS把底層的硬件細(xì)節(jié)封裝起來，為運(yùn)行在它上面的軟件（如中間件軟件和各種應(yīng)用軟件）提供了一個抽象的編程接口。軟件開發(fā)在這個編程接口的上進(jìn)行，而不直接與機(jī)器硬件層打交道。EOS所提供的編程接口實(shí)際上就是操作系統(tǒng)對外提供的系統(tǒng)

18、調(diào)用函數(shù)。n2系統(tǒng)資源的管理者nEOS是一個系統(tǒng)資源的管理者，負(fù)責(zé)管理系統(tǒng)當(dāng)中的各種軟硬件資源，如處理器、內(nèi)存、各種I/O設(shè)備、文件和數(shù)據(jù)等，使得整個系統(tǒng)能夠高效、可靠地運(yùn)轉(zhuǎn)。n運(yùn)行在嵌入式環(huán)境中的EOS其目標(biāo)是為了完成某一項(xiàng)或有限項(xiàng)功能，而非通用型的操作系統(tǒng)，因此在性能和實(shí)時性方面有嚴(yán)格的限制，能耗、成本和可靠性通常是影響設(shè)計(jì)的重要因素，要求占用資源少，適合在有限存儲空間運(yùn)行，要求系統(tǒng)功能可以根據(jù)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)要求進(jìn)行剪裁、調(diào)整。n所有的EOS都有一個內(nèi)核（kernel），內(nèi)核是系統(tǒng)當(dāng)中的一個組件，它包含了任務(wù)管理、存儲管理、輸入輸出（I/O）設(shè)備管理和文件系統(tǒng)管理四個功能模塊。其中：n 任務(wù)管

19、理：對嵌入式系統(tǒng)中的運(yùn)行軟件進(jìn)行描述和管理，并完成處理機(jī)資源的分配與調(diào)度；n 存儲管理：用來提高內(nèi)存的利用率，方便用戶的使用，并提供足夠的存儲空間；n I/O設(shè)備管理：方便設(shè)備的使用，提高CPU和輸入輸出設(shè)備的利用率；n 文件管理：解決文件資源的存儲、共享、保密和保護(hù)等問題。n注意：不同的嵌入式系統(tǒng)的EOS所包含的組件可能各不相同，內(nèi)核設(shè)計(jì)也可能各不相同的，完全取決于系統(tǒng)的設(shè)計(jì)以及實(shí)際的應(yīng)用需求。8.2.2嵌入式操作系統(tǒng)的分類nEOS可以按照系統(tǒng)的類型、響應(yīng)時間和軟件結(jié)構(gòu)等不同的標(biāo)準(zhǔn)來分類。n1按系統(tǒng)的類型分類按系統(tǒng)的類型分類n按照系統(tǒng)的類型，可以把EOS分為商業(yè)化系統(tǒng)、專用系統(tǒng)和開放源代碼系

20、統(tǒng)三大類。n（1）商業(yè)化系統(tǒng)n商業(yè)化的EOS有風(fēng)河公司（WindRiver）的VxWorks，微軟公司的Windows CE，Palm公司的PalmOS等等，其特點(diǎn)是功能強(qiáng)大，性能穩(wěn)定，輔助軟件工具齊全，應(yīng)用范圍廣泛，但成本較高。n（2）專用系統(tǒng)n專用系統(tǒng)是一些專業(yè)廠家為本公司產(chǎn)品特制的嵌入式操作系統(tǒng)，一般不提供給應(yīng)用開發(fā)者使用。n（3）開放源代碼系統(tǒng)n開放源代碼的嵌入式操作系統(tǒng)有C/OS和各類嵌入式Linux系統(tǒng)等，具有免費(fèi)、開源、性能優(yōu)良、資源豐富、技術(shù)支持強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，是近年來發(fā)展迅速的一類操作系統(tǒng)。n2按響應(yīng)時間分類按響應(yīng)時間分類n按照系統(tǒng)對響應(yīng)時間的敏感程度，EOS可以分為RTOS（Re

21、al Time Operating Systems ，實(shí)時操作系統(tǒng)）和非實(shí)時操作系統(tǒng)兩大類：。nRTOS對響應(yīng)時間有非常嚴(yán)格的要求，當(dāng)某一個外部事件或請求發(fā)生時，相應(yīng)的任務(wù)必須在規(guī)定的時間內(nèi)完成相應(yīng)的處理。RTOS可以分為硬實(shí)時和軟實(shí)時兩種情形。n（1）硬實(shí)時系統(tǒng)n硬實(shí)時系統(tǒng)對響應(yīng)時間有嚴(yán)格的要求，如果響應(yīng)時間不能滿足可能會引起系統(tǒng)的崩潰或致命的錯誤。n（2）軟實(shí)時系統(tǒng)n軟實(shí)時系統(tǒng)對響應(yīng)時間有要求，如果響應(yīng)時間不能滿足，將需要支付能夠接受的額外代價。n非實(shí)時系統(tǒng)對響應(yīng)時間沒有嚴(yán)格的要求，各個進(jìn)程分享處理器，以獲得各自所需要的運(yùn)行時間。n3按軟件結(jié)構(gòu)分類按軟件結(jié)構(gòu)分類n按照軟件的體系結(jié)構(gòu)，EOS

22、可以分為單體結(jié)構(gòu)、分層結(jié)構(gòu)和微內(nèi)核結(jié)構(gòu)三大類，如8.2.18.2.3所示。n（1）單體結(jié)構(gòu)n單體結(jié)構(gòu)是一種常見的組織結(jié)構(gòu)，嵌入式Linux操作系統(tǒng)、Jbed RTOS、C/OS-II和PDOS都屬于單體內(nèi)核系統(tǒng)。在單體結(jié)構(gòu)（monolithic）的操作系統(tǒng)中，中間件和設(shè)備驅(qū)動程序通常就集成在系統(tǒng)內(nèi)核當(dāng)中，整個系統(tǒng)通常只有一個可執(zhí)行文件，里面包含了所有的功能組件。n單體結(jié)構(gòu)的操作系統(tǒng)由一組功能模塊組成，系統(tǒng)的各個模塊之間可以相互調(diào)用，通信開銷比較小，系統(tǒng)高度集成和相互關(guān)聯(lián)，系統(tǒng)剪裁、修改、調(diào)試和維護(hù)不方便。圖8.2.1 單體結(jié)構(gòu) 圖8.2.2 分層結(jié)構(gòu) n采用分層結(jié)構(gòu)（layered）的操作系統(tǒng)

23、內(nèi)部分為若干個層次（0N），各個層次之間的調(diào)用關(guān)系是單向的，即某一層次上的代碼只能調(diào)用比它低層的代碼。分層結(jié)構(gòu)要求在每個層次上都要提供一組API接口函數(shù)，增加了系統(tǒng)的額外開銷，但系統(tǒng)的開發(fā)和維護(hù)較為簡單。典型代表有MS-DOS，其結(jié)構(gòu)就是一個有代表性的、組織良好的分層結(jié)構(gòu)。n（3）微內(nèi)核結(jié)構(gòu)n微內(nèi)核（ microkernel ）結(jié)構(gòu)把操作系統(tǒng)的大部分功能都剝離出去，在內(nèi)核中只保留最核心的功能單元（如進(jìn)程管理和存儲管理），大部分的系統(tǒng)功能都位于內(nèi)核之外，例如，將所有的設(shè)備驅(qū)動程序都被置于內(nèi)核之外，如圖8.2.3所示。n在微內(nèi)核操作系統(tǒng)中，大部分的系統(tǒng)功能被放置在內(nèi)核之外，客戶單元和服務(wù)器單元的內(nèi)

24、存地址空間是相互獨(dú)立的，系統(tǒng)具有更高的安全性。新的功能組件也可以被動態(tài)地添加進(jìn)來，擴(kuò)展、調(diào)試、移植方便。在微內(nèi)核操作系統(tǒng)中，核內(nèi)組件與核外組件之間的通信方式是消息傳遞，而不是直接的函數(shù)調(diào)用，運(yùn)行速度可能會慢一些。另外，由于它們的內(nèi)存地址空間是相互獨(dú)立的，在切換的時候，也會增加額外的開銷。nOS-9、C Executive、VxWorks，CMX-RTX、Nucleus Plus和QNX等EOS采用的都是微內(nèi)核結(jié)構(gòu)。圖8.2.3 微內(nèi)核結(jié)構(gòu)8.2.3常見的嵌入式操作系統(tǒng)簡介n嵌入式操作系統(tǒng)是操作系統(tǒng)研究領(lǐng)域中的一個重要分支，有許多公司在從事相關(guān)方面的研究，開發(fā)了數(shù)以百計(jì)的各具特色的嵌入式操作系統(tǒng)

25、產(chǎn)品，其中比較有影響的系統(tǒng)有VxWorks、嵌入式Linux、Windows CE、C/OS-II和PalmOS等。n1VxWorksn美國WindRiver System公司開發(fā)的嵌入式實(shí)時操作系統(tǒng)VxWorks采用基于微內(nèi)核的體系結(jié)構(gòu)，整個系統(tǒng)由四百多個相對獨(dú)立、短小精練的目標(biāo)模塊組成，用戶可以根據(jù)自己的需要選擇適當(dāng)?shù)哪K，進(jìn)行裁減和配置。VxWorks采用GNU類型的編譯和調(diào)試器，專有的API函數(shù)，支持x86、Motorola MC68xxx、Coldfire、PowerPC、MIPS、ARM、i960等主流的32位處理器，具有良好的可靠性和卓越的實(shí)時性，是目前嵌入式系統(tǒng)領(lǐng)域中使用最廣泛

26、、市場占有率最高的商業(yè)系統(tǒng)之一。n在VxWorks操作系統(tǒng)中，主要包含有實(shí)時微內(nèi)核Wind、I/O處理系統(tǒng)、文件系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)處理模塊、虛擬內(nèi)存模塊VxVMI、板級支持包BSP等功能模塊。其中：n實(shí)時微內(nèi)核Wind包括基于優(yōu)先級的任務(wù)調(diào)度、任務(wù)間的通信、同步和互斥、中斷處理、定時器和內(nèi)存管理機(jī)制等功能。與ANSI C兼容的I/O系統(tǒng)包括UNIX標(biāo)準(zhǔn)的緩沖I/O和POSIX標(biāo)準(zhǔn)的異步I/O。文件系統(tǒng)主要包括與MS-DOS兼容的文件系統(tǒng)、與RT-11兼容的文件系統(tǒng)、Raw Disk文件系統(tǒng)和SCSI磁帶設(shè)備。網(wǎng)絡(luò)處理模塊能與如TCP/IP、NFS、UDP、SNMP、FTP等許多運(yùn)行其他協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通

27、信。虛擬內(nèi)存模塊VxVMI主要用于對指定內(nèi)存區(qū)的保護(hù)，以加強(qiáng)系統(tǒng)的安全性。板級支持包BSP由初始化和驅(qū)動程序兩部分組成，用來管理硬件的功能模塊，對各種板卡的硬件功能提供統(tǒng)一的接口。n2嵌入式嵌入式Linuxn嵌入式Linux（Embedded Linux）是指對標(biāo)準(zhǔn)Linux進(jìn)行小型化剪裁處理之后，可固化在存儲器或單片機(jī)中，適合于特定嵌入式應(yīng)用場合的專用Linux操作系統(tǒng)。常見的嵌入式Linux有Clinux、RT-Linux、Embedix和Hard Hat Linux等，具有如下特點(diǎn)：n 具有高性能、可裁剪的內(nèi)核，其獨(dú)特的模塊機(jī)制使用戶可以根據(jù)自己的需要，實(shí)時地將某些模塊插入到內(nèi)核或從內(nèi)核

28、中移走，很適合于嵌入式系統(tǒng)的小型化的需要。n 具有完善的網(wǎng)絡(luò)通信和文件管理機(jī)制，支持所有標(biāo)準(zhǔn)的Internet網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，支持ext2，nfat16, fat32, romfs等文件系統(tǒng)。n 可提供完整的工具鏈（Tool Chain），利用GNU的gcc做編譯器，用gdb, kgdb, xgdb做調(diào)試工具，能夠方便地實(shí)現(xiàn)從操作系統(tǒng)到應(yīng)用軟件各個級別的調(diào)試。n 嵌入式Linux是開放源碼的自由操作系統(tǒng)，用戶可以根據(jù)自己的應(yīng)用需要方便地對內(nèi)核進(jìn)行修改和優(yōu)化。n 支持x86、ARM、MIPS、Alpha、PowerPC等多種體系結(jié)構(gòu)，支持各種主流硬件設(shè)備和最新硬件技術(shù)。n 幾乎每一種通用程序在Linu

29、x上都能找到，具有豐富的軟件資源。n C linux主要針對沒有MMU的微處理器；RT-Linux是最早實(shí)現(xiàn)硬實(shí)時支持的Linux版本；Embedix采用模塊化的設(shè)計(jì)方案，方便系統(tǒng)剪裁；Hard Hat Linux是一個嵌入式實(shí)時系統(tǒng)，可以針對硬件環(huán)境進(jìn)行配置，以獲得最佳的性能和最小的容量。n3Windows CEnWindows CE是一個基于優(yōu)先級的多任務(wù)嵌入式操作系統(tǒng)，提供了256個優(yōu)先級別，基本內(nèi)核需要至少200KB的ROM，支持Win32API子集、支持多種用戶界面硬件、支持多種串行和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)。Windows CE不是一個硬實(shí)時系統(tǒng)。nWindows CE主要包含內(nèi)核模塊、內(nèi)核系

30、統(tǒng)調(diào)用接口模塊、文件系統(tǒng)模塊、圖形窗口和事件子系統(tǒng)模塊和通信模塊五個功能模塊。其中：內(nèi)核模塊支持進(jìn)程和線程處理及內(nèi)存管理等基本服務(wù)。內(nèi)核系統(tǒng)調(diào)用接口模塊允許應(yīng)用軟件訪問操作系統(tǒng)提供的服務(wù)。文件系統(tǒng)模塊支持DOS等格式的文件系統(tǒng)。圖形窗口和事件子系統(tǒng)模塊控制圖形顯示，并提供Windows GUI圖形界面。通信模塊允許同其他的設(shè)備進(jìn)行信息交換。nWindows CE操作系統(tǒng)集成了大量的Windows XP Professional的特性，能提供與PC機(jī)類似的桌面、任務(wù)欄、窗口、圖標(biāo)、控件等圖形界面和各種應(yīng)用程序。熟悉Windows操作系統(tǒng)的用戶可以很快地使用基于Windows CE的嵌入式設(shè)備。另

31、外，微軟公司提供了Visual Studio.NET、Embedded Visual C+、Embedded Visual Basic等一組功能強(qiáng)大的應(yīng)用程序開發(fā)工具，專門用于對Windows CE操作系統(tǒng)的開發(fā)。n4 C/OS-IInC/OS-II是一種免費(fèi)、開放源代碼、結(jié)構(gòu)小巧、基于可搶占優(yōu)先級調(diào)度的實(shí)時操作系統(tǒng)，其內(nèi)核提供任務(wù)調(diào)度與管理、時間管理、任務(wù)間同步與通信、內(nèi)存管理和中斷服務(wù)等功能。名稱C/OS-II來源于術(shù)語Micro-Controller Operating System（微控制器操作系統(tǒng)），它通常也稱為MUCOS或者UCOS。nC/OS-II內(nèi)核在2KB 10KB數(shù)量級，具

32、有執(zhí)行效率高、占用空間小、實(shí)時性能優(yōu)良和可擴(kuò)展性強(qiáng)等特點(diǎn)，主要面向中小型嵌入式系統(tǒng)。C/OS-II內(nèi)核提供最基本的系統(tǒng)服務(wù)，例如信號量、郵箱、消息隊(duì)列、內(nèi)存管理、中斷管理等。C/OS-II內(nèi)核本身并不支持文件系統(tǒng)，但它具有良好的擴(kuò)展性能，可以根據(jù)需要自行加入。C/OS-II具有良好的可移植性。C/OS-II的大部分代碼都是用C語言寫成的，只有與處理器的硬件相關(guān)的一部分代碼采用匯編語言編寫。C/OS-II并不是一個商業(yè)實(shí)時操作系統(tǒng)，但C/OS-II的穩(wěn)定性和實(shí)用性卻被數(shù)百個商業(yè)級的應(yīng)用所驗(yàn)證，C/O S-II不已在眾多的商業(yè)領(lǐng)域中獲得了廣泛的應(yīng)用。nC/OS-II支持ARM、PowerPC、MI

33、PS、68k/ColdFire和x86等多種體系結(jié)構(gòu)。8.3 嵌入式系統(tǒng)的任務(wù)管理嵌入式系統(tǒng)的任務(wù)管理n8.3.1 單道程序設(shè)計(jì)和多道程序設(shè)計(jì)n嵌入式操作系統(tǒng)可以分為單道程序設(shè)計(jì)和多道程序設(shè)計(jì)（mufti-programming）兩種類型。n1單道程序設(shè)計(jì)類型單道程序設(shè)計(jì)類型n采用單道程序設(shè)計(jì)的操作系統(tǒng)在任何時候只能有一個程序在運(yùn)行。n例如：有兩個程序甲和乙，它們在運(yùn)行過程中都要用到CPU和I/O設(shè)備。如圖8.3.1所示，圖中我們采用不同的方框來表示這兩個程序?qū)煞N資源的使用情況，方框的長度表示使用的時間。n在單道程序設(shè)計(jì)的環(huán)境下，在任何時候，系統(tǒng)中只能有一個程序在運(yùn)行，因此，甲和乙這兩個程序

34、只能一個接一個的執(zhí)行。如圖8.3.1所示，首先執(zhí)行程序甲，從t0時刻開始，到t6時刻結(jié)束。然后再執(zhí)行程序乙，從t6時刻開始，一直到它所有的工作都已完成。n2. 多道程序設(shè)計(jì)類型多道程序設(shè)計(jì)類型n采用多道程序設(shè)計(jì)的操作系統(tǒng)允許多個程序同時存在并運(yùn)行，采用多道程序技術(shù)可以有效提高系統(tǒng)資源的利用率。n在多道程序設(shè)計(jì)的環(huán)境下，允許多個程序同時運(yùn)行，當(dāng)一個程序在訪問I/O設(shè)備時，會主動把CPU交出來，讓另一個程序去運(yùn)行，從而提高系統(tǒng)資源的使用效率。如圖8.3.1所示，從t0到t1，甲在使用I/O設(shè)備，乙處于等待狀態(tài)。在到達(dá)了t1時刻后，甲釋放剛剛占用的I/O設(shè)備，交給程序乙去使用。因此，在t1到t2期間

35、，程序甲在使用CPU，程序乙在使用I/O設(shè)備。在到達(dá)t2時刻后，乙釋放剛剛占用的I/O設(shè)備，交給程序甲去使用。因此，在t2到t3期間，甲和乙兩個程序相互交換資源，繼續(xù)執(zhí)行。同樣的情形也發(fā)生在t3時刻和t4時刻。但是在t5時刻，甲已經(jīng)使用完了I/O設(shè)備，而乙仍然在使用CPU，所以甲只能處于等待狀態(tài)，等到t6時刻再交換資源。這樣一直進(jìn)行下去，在t7時刻，甲執(zhí)行完畢，在t8時刻，乙也執(zhí)行完畢。n從圖8.3.1可見，由于CPU和I/O設(shè)備的使用是并行進(jìn)行的，在總的執(zhí)行時間上要明顯少于單道程序系統(tǒng)。圖8.3.1 單道程序與多道程序的運(yùn)行過程8.3.2進(jìn)程、線程和任務(wù)n1進(jìn)程進(jìn)程n進(jìn)程（process）是

36、在描述多道系統(tǒng)中并發(fā)活動過程引入的一個概念。進(jìn)程和程序是兩個既有聯(lián)系又有區(qū)別的概念，兩者不能混為一談。例如：一個程序主要由代碼和數(shù)據(jù)兩部分內(nèi)容組成。而進(jìn)程是正在執(zhí)行的程序，它是由程序和該程序的運(yùn)行上下文兩部分內(nèi)容組成。程序是靜態(tài)的，而進(jìn)程是一個動態(tài)的，變化的。進(jìn)程和程序之間并不是一一對應(yīng)的。一個進(jìn)程在運(yùn)行的時候可以啟動一個或多個程序，同一個程序也可能由多個進(jìn)程同時執(zhí)行。程序可以以文件的形式存放在硬盤或光盤上，作為一種軟件資源長期保存。而進(jìn)程則是一次執(zhí)行過程，它是暫時的，是動態(tài)地產(chǎn)生和終止的。 n一個進(jìn)程通常包含有以下幾個方面的內(nèi)容：n 相應(yīng)的程序：進(jìn)程是一個正在運(yùn)行的程序，有相應(yīng)程序的代碼和數(shù)

37、據(jù)。n CPU上下文：程序在運(yùn)行時，CPU中含有PC（Program Counter，程序計(jì)數(shù)器）、PSW（Program Status Word, 程序狀態(tài)字）、通用寄存器、段寄存器、棧指針寄存器等各種寄存器的當(dāng)前值內(nèi)容，例如：在PC中記錄的將要取出的指令的地址，在PSW中用于記錄處理器的運(yùn)行狀態(tài)信息，通用寄存器存放的數(shù)據(jù)或地址；段寄存器存放的程序中各個段的地址；棧指針寄存器記錄的棧頂?shù)漠?dāng)前位置。n 一組系統(tǒng)資源：包括操作系統(tǒng)用來管理進(jìn)程的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、進(jìn)程的內(nèi)存地址空間、進(jìn)程正在使用的文件等。n 總而言之，進(jìn)程包含了正在運(yùn)行的一個程序的所有狀態(tài)信息。進(jìn)程具有動態(tài)性，進(jìn)程是一個正在運(yùn)行的程序，程

38、序的運(yùn)行狀態(tài)都在不斷地變化，如PC寄存器的值、堆和棧的內(nèi)容、通用寄存器存放數(shù)據(jù)和地址等。進(jìn)程具有獨(dú)立性，一個進(jìn)程是一個獨(dú)立的實(shí)體，占有計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)資源，每個進(jìn)程都有自己的運(yùn)行上下文和內(nèi)部狀態(tài)，在它運(yùn)行的時候獨(dú)立于其他的進(jìn)程。進(jìn)程具有并發(fā)性，在系統(tǒng)中同時有多個進(jìn)程存在，它們相互獨(dú)立地運(yùn)行。n2線程線程n線程（thread）是一個比進(jìn)程更小的能獨(dú)立運(yùn)行的基本單位。所謂的線程，就是進(jìn)程當(dāng)中的一條執(zhí)行流程。n從資源組合的角度來看，進(jìn)程把一組相關(guān)的資源組合起來，構(gòu)成了一個資源平臺（資源環(huán)境），其中包括運(yùn)行上下文、內(nèi)存地址空間、打開的文件等，在圖8.3.2中用深色的方框來表示。從程序運(yùn)行的角度來看，進(jìn)程就

39、是一個正在運(yùn)行的程序，在圖8.3.2中用一條帶有箭頭的線段來表示。從圖8.3.2可見，可以把進(jìn)程看成是程序代碼在這個資源平臺上的一條執(zhí)行流程（線程），也就是可以認(rèn)為進(jìn)程等于線程加上資源平臺。n如圖8.3.2所示，在一個進(jìn)程當(dāng)中，或者說在一個資源平臺上，可以同時存在多個線程?？梢杂镁€程來作為CPU的基本調(diào)度單位，使得各個線程之間可以并發(fā)執(zhí)行。對于同一個進(jìn)程當(dāng)中的各個線程來說，運(yùn)行在相同的資源平臺上，可以共享該進(jìn)程的大部分資源（如內(nèi)存地址空間、代碼、數(shù)據(jù)、文件等），但也有一小部分資源是不能共享的，每個線程都必須擁有各自獨(dú)立的一份（如CPU運(yùn)行上下文（如PC寄存器、PSW寄存器、通用寄存器和棧指針等

40、）和棧）。 圖8.3.2 線程與進(jìn)程的資源關(guān)系n3任務(wù)任務(wù)n在一些嵌入式系統(tǒng)中，把能夠獨(dú)立運(yùn)行的實(shí)體稱為“任務(wù)”（task），并沒有使用“進(jìn)程”或“線程”這兩個概念。任務(wù)到底是進(jìn)程還是線程，在研究一個具體的嵌入式操作系統(tǒng)的時候，要注意加以區(qū)分。n在任務(wù)的創(chuàng)建過程需要定義的主要參數(shù)有任務(wù)的優(yōu)先級、?？臻g的大小和函數(shù)名。任務(wù)具有獨(dú)立的優(yōu)先級和?？臻g，CPU上下文一般也是存放在棧空間中。對于不同的任務(wù)，它們也能夠訪問相同的全局變量，在這些任務(wù)之間，可以很方便地、直接地去使用共享的內(nèi)存，而不需要經(jīng)過系統(tǒng)內(nèi)核來進(jìn)行通信。n通常認(rèn)為，在嵌入式操作系統(tǒng)中“任務(wù)”就是線程，如在VxWorks、C/OS-II、

41、 Jbed、嵌入式Linux等嵌入式操作系統(tǒng)中。8.3.3任務(wù)的實(shí)現(xiàn)n1任務(wù)的層次結(jié)構(gòu)任務(wù)的層次結(jié)構(gòu)n任務(wù)的層次結(jié)構(gòu)如圖8.3.3所示。在多道程序的嵌入式操作系統(tǒng)中，同時存在著多個任務(wù)，嵌入式內(nèi)核啟動時，只有一個任務(wù)存在，然后由該任務(wù)派生出其他所有任務(wù)，這些任務(wù)采用層狀結(jié)構(gòu)，存在著父子關(guān)系。圖8.3.3 任務(wù)的層次結(jié)構(gòu)n2.任務(wù)的創(chuàng)建與終止任務(wù)的創(chuàng)建與終止n（1）任務(wù)的創(chuàng)建n在一個嵌入式操作系統(tǒng)中，在系統(tǒng)初始化、任務(wù)運(yùn)行過程中、人機(jī)交互等過程中都可以創(chuàng)建任務(wù)。n在系統(tǒng)初始化時，一般都會創(chuàng)建系統(tǒng)與用戶進(jìn)行交互的一些前臺任務(wù)，以及完成鍵盤掃描、系統(tǒng)狀態(tài)檢測、時間統(tǒng)計(jì)等一些特定功能的后臺任務(wù)。在任務(wù)

42、運(yùn)行過程中，也能夠使用相應(yīng)的系統(tǒng)調(diào)用來創(chuàng)建新的任務(wù)，以幫助它完成自己的工作。在一些具有交互功能的嵌入式系統(tǒng)中，用戶可以通過輸入命令或單擊圖標(biāo)的方式，讓系統(tǒng)啟動一個新的任務(wù)。n創(chuàng)建任務(wù)的基本方法是在一個已經(jīng)存在的任務(wù)當(dāng)中，通過調(diào)用相應(yīng)的系統(tǒng)函數(shù)來創(chuàng)建一個新的任務(wù)。n在嵌入式操作系統(tǒng)當(dāng)中，任務(wù)的創(chuàng)建主要采用fork/exec和spawn兩種模型。fork/exec模型源于IEEE/ISO POSIX 1003.1標(biāo)準(zhǔn)，而spawn模型是從它派生出來的。n兩種模型創(chuàng)建任務(wù)的過程非常相似，包括為新任務(wù)分配相應(yīng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，存放各種管理信息，分配內(nèi)存空間，存放任務(wù)的代碼和數(shù)據(jù)。當(dāng)這個新任務(wù)準(zhǔn)備就緒后，就可

43、以啟動它運(yùn)行了。n在fork/exec模型，首先調(diào)用fork函數(shù)為新任務(wù)創(chuàng)建一份與父任務(wù)完全相同的內(nèi)存空間，然后再調(diào)用exec函數(shù)裝入新任務(wù)的代碼，并用它來覆蓋原有的屬于父任務(wù)的內(nèi)容。對于新創(chuàng)建的子任務(wù)來說，它可以從父任務(wù)那里繼承代碼、數(shù)據(jù)等各種屬性。而spawn模型在創(chuàng)建新任務(wù)的時，直接為它分配一個全新的地址空間，然后將新任務(wù)的代碼裝入并運(yùn)行。 n（2）任務(wù)的終止n任務(wù)的終止可能有多種原因，正常退出、錯誤退出、被其他任務(wù)踢出等情況可以使任務(wù)終止。n當(dāng)一個任務(wù)完成了所有的工作，需要結(jié)束運(yùn)行，提出退出要求，稱為正常退出。n當(dāng)一個任務(wù)在執(zhí)行過程中，出現(xiàn)了致命的錯誤（例如執(zhí)行了非法指令、內(nèi)存訪問錯誤

44、等），系統(tǒng)中止該任務(wù)的運(yùn)行，強(qiáng)制性地讓該任務(wù)退出，稱為錯誤退出。n在一些操作系統(tǒng)中可以提供一些系統(tǒng)調(diào)用函數(shù)，用來把一個任務(wù)從系統(tǒng)中清除出局，稱為被其他任務(wù)踢出。n在一些嵌入式系統(tǒng)中，某些任務(wù)被設(shè)計(jì)為“死循環(huán)”的模式，任務(wù)不會自行終止。 n3任務(wù)的狀態(tài)任務(wù)的狀態(tài)n在多道程序系統(tǒng)中，任務(wù)是獨(dú)立運(yùn)行的實(shí)體，需要競爭系統(tǒng)資源，而任務(wù)所擁有的資源是在不斷變化中的，使得任務(wù)的狀態(tài)也在不斷的變化。一般來說，任務(wù)具有運(yùn)行（running）、就緒（ready）和阻塞（blocked）三種基本狀態(tài)。n任務(wù)在運(yùn)行狀態(tài)時占有CPU并在CPU上運(yùn)行，在任何一個時刻，處于運(yùn)行狀態(tài)的任務(wù)個數(shù)必須小于或等于CPU的數(shù)目。如果

45、在一個系統(tǒng)中只有一個CPU的話，那么最多只能有一個任務(wù)處于運(yùn)行狀態(tài)。n當(dāng)一個任務(wù)已具備運(yùn)行條件，但由于CPU正在運(yùn)行其他的任務(wù)，暫時不能運(yùn)行該任務(wù)時，稱為就緒狀態(tài)。不過，只要把CPU分給該任務(wù)，它就能夠立刻執(zhí)行。n任務(wù)因?yàn)檎诘却撤N事件的發(fā)生而暫時不能運(yùn)行稱為阻塞狀態(tài)，也叫等待狀態(tài)（waiting）。此時，即使CPU已經(jīng)空閑下來了，該任務(wù)也還是不能運(yùn)行。n如圖8.3.4所示，在一定條件下，任務(wù)會在不同的狀態(tài)之間來回轉(zhuǎn)換，存在運(yùn)行阻塞、運(yùn)行就緒、就緒運(yùn)行、阻塞就緒四種轉(zhuǎn)換關(guān)系。圖8.3.4 任務(wù)間的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖n4任務(wù)控制塊任務(wù)控制塊nTCB（Task Control Block，任務(wù)控制塊）是

46、在操作系統(tǒng)當(dāng)中用來描述和管理一個任務(wù)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。通過對各個任務(wù)的TCB的操作來實(shí)現(xiàn)任務(wù)管理。利用TCB這個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)可以描述任務(wù)的基本情況，以及它的運(yùn)行變化過程?？梢园裈CB看成是任務(wù)存在的唯一標(biāo)志。當(dāng)需要創(chuàng)建一個新任務(wù)的時候，就為它生成一個TCB，并初始化這個TCB的內(nèi)容；當(dāng)需要終止一個任務(wù)的時候，只要回收它的TCB即可。對任務(wù)的組織和管理可以通過對它們的TCB的組織和管理來實(shí)現(xiàn)。TCB主要包括任務(wù)的管理信息、CPU上下文信息、資源管理信息等內(nèi)容。 n（1）任務(wù)的管理信息n任務(wù)的管理信息包括任務(wù)的標(biāo)識ID、任務(wù)的狀態(tài)、任務(wù)的優(yōu)先級、任務(wù)的調(diào)度信息、任務(wù)的時間統(tǒng)計(jì)信息、各種隊(duì)列指針等。n（2）C

47、PU上下文信息nCPU上下文信息包括通用寄存器、PC寄存器、程序狀態(tài)字、棧指針等各種CPU寄存器的當(dāng)前值。在實(shí)際的嵌入式系統(tǒng)中，CPU上下文信息不一定直接存放在TCB當(dāng)中，而是存放在任務(wù)的棧當(dāng)中，可以通過相應(yīng)的棧指針來訪問。n（3）資源管理信息n在操作系統(tǒng)中，任務(wù)表示的是進(jìn)程，則還應(yīng)包含一些資源管理方面的信息，如段表地址、頁表地址等存儲管理方面的信息，根目錄、文件描述字等文件管理方面的信息。n5任務(wù)切換任務(wù)切換n任務(wù)切換（context switching）是指一個任務(wù)正在CPU上運(yùn)行，由于某種原因，系統(tǒng)需要調(diào)度另一個任務(wù)去運(yùn)行，那么這時就需要進(jìn)行把當(dāng)前任務(wù)的運(yùn)行上下文保存起來，并設(shè)置新任務(wù)的

48、上下文，這一過程稱為任務(wù)切換。n任務(wù)切換通常包含有以下幾個基本步驟：n（1）將處理器的運(yùn)行上下文保存在當(dāng)前任務(wù)的TCB中；n（2）更新當(dāng)前任務(wù)的狀態(tài)，從運(yùn)行狀態(tài)變?yōu)榫途w狀態(tài)或阻塞狀態(tài)。n（3）按照一定的策略，從所有處于就緒狀態(tài)的任務(wù)中選擇一個去運(yùn)行。n（4）修改新任務(wù)的狀態(tài)，從就緒狀態(tài)變成運(yùn)行狀態(tài)。n（5）根據(jù)新任務(wù)的TCB的內(nèi)容，恢復(fù)它的運(yùn)行上下文環(huán)境。n6任務(wù)隊(duì)列任務(wù)隊(duì)列n在一個多任務(wù)的操作系統(tǒng)中，各個任務(wù)的狀態(tài)是經(jīng)常變化的，有時處于運(yùn)行狀態(tài)，有時處于就緒狀態(tài)，有時又處于阻塞狀態(tài)。通常采用任務(wù)隊(duì)列的方式來組織它的所有任務(wù)，以提高對這些任務(wù)的管理效率。n操作系統(tǒng)用一組隊(duì)列來表示系統(tǒng)當(dāng)中所有任

49、務(wù)的當(dāng)前狀態(tài)。例如，處于運(yùn)行狀態(tài)的所有任務(wù)構(gòu)成了運(yùn)行隊(duì)列，處于就緒狀態(tài)的所有任務(wù)構(gòu)成了就緒隊(duì)列，而對于處于阻塞狀態(tài)的任務(wù)，則要根據(jù)它們阻塞的原因，分別構(gòu)成相應(yīng)的阻塞隊(duì)列。不同的狀態(tài)用不同的隊(duì)列來表示。然后，對于系統(tǒng)當(dāng)中的每一個任務(wù)，根據(jù)它的狀態(tài)把它的TCB加入到相應(yīng)的隊(duì)列當(dāng)中去。如果一個任務(wù)的狀態(tài)發(fā)生變化，就要把它的TCB從一個狀態(tài)隊(duì)列中脫離出來，加入到另一個隊(duì)列當(dāng)中去。8.3.4 任務(wù)的調(diào)度n1任務(wù)調(diào)度概述任務(wù)調(diào)度概述n在多道程序操作系統(tǒng)中，當(dāng)有兩個或多個任務(wù)同時處于就緒狀態(tài)時，而系統(tǒng)中只有一個CPU而且這個CPU己經(jīng)空閑下來了，就會出現(xiàn)多個任務(wù)同時去競爭這個CPU的情況。通常利用調(diào)度器（s

50、cheduler）選擇就緒隊(duì)列中的那些任務(wù)中的一個去運(yùn)行，調(diào)度器是CPU這個資源的管理者。調(diào)度器在決策過程中所采用的算法稱為調(diào)度算法。 n一般來說，在一個新的任務(wù)被創(chuàng)建時、在一個任務(wù)運(yùn)行結(jié)束時、在一個任務(wù)由于I/O操作、信號量或其他原因被阻塞時、在一個I/O中斷發(fā)生時、在一個時鐘中斷發(fā)生時這五種調(diào)度時機(jī)都可能會發(fā)生任務(wù)的調(diào)度。n任務(wù)調(diào)度存在可搶占調(diào)度（preemptive）和不可搶占調(diào)度（nonpreemptive）兩種調(diào)度方式。n（1）在可搶占調(diào)度方式，當(dāng)一個任務(wù)正在運(yùn)行的時候，出現(xiàn)調(diào)度時機(jī)當(dāng)中的五種情況之一，都有可能會發(fā)生調(diào)度。調(diào)度程序可以去打斷它，并安排另外的任務(wù)去運(yùn)行。實(shí)時操作系統(tǒng)大都

51、采用可搶占的調(diào)度方式。n（2）在不可搶占調(diào)度方式，一個任務(wù)長時間地占用著CPU系統(tǒng)也不會強(qiáng)制它中止。當(dāng)出現(xiàn)新任務(wù)創(chuàng)建、任務(wù)運(yùn)行結(jié)束及任務(wù)被阻塞的調(diào)度時機(jī)時，有可能會發(fā)生調(diào)度。而對于發(fā)生的各種中斷，并不會去調(diào)用調(diào)度程序，而是在中斷處理完成后，又會回到剛才被打斷的任務(wù)中繼續(xù)執(zhí)行。n在嵌入式操作系統(tǒng)中，存在著許多的調(diào)度算法，每一種算法都有各自的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)?？梢愿鶕?jù)響應(yīng)時間、周轉(zhuǎn)時間、調(diào)度開銷、公平性、均衡性、吞吐量等指標(biāo)來評價一個調(diào)度算法的好壞。其中：n 調(diào)度器為一個就緒任務(wù)進(jìn)行上下文切換時所需的時間，以及任務(wù)在就緒隊(duì)列中的等待時間稱為響應(yīng)時間（ response time ）。n 一個任務(wù)從提交到

52、完成所經(jīng)歷的時間稱為周轉(zhuǎn)時間（turnaround time ）。n 調(diào)度器在做出調(diào)度決策時所需要的時間和空間開銷稱為調(diào)度開銷（overhead）。n 公平性（fairness ）是指大致相當(dāng)?shù)膬蓚€任務(wù)所得到的CPU時間也應(yīng)該是大致相同的。另外，要防止饑餓（starvation）情況出現(xiàn)，即某一個任務(wù)始終得不到處理器去運(yùn)行。n 均衡性（balance）是指要盡可能使整個系統(tǒng)的各個部分（CPU，I/O）都忙起來，提高系統(tǒng)資源的使用效率。n 單位時間內(nèi)完成的任務(wù)數(shù)量稱為吞吐量（throughput ）。n對于一個調(diào)度算法來說，這些指標(biāo)中一些是共存的，而另一些是相互牽制的，這些指標(biāo)不可能全部都實(shí)現(xiàn)，

53、而是需要根據(jù)系統(tǒng)的要求，綜合權(quán)衡和折中選擇。n2先來先服務(wù)算法（先來先服務(wù)算法（First Come First Served，F(xiàn)CFS）nFCFS（First Come First Served，先來先服務(wù)算法）是一種最簡單的調(diào)度算法。 FCFS的基本思想就是按照任務(wù)到達(dá)的先后次序來進(jìn)行調(diào)度，它是一種不可搶占的調(diào)度方式。FCFS也叫做FIFO（First In First Out，先進(jìn)先出算法）。nFCFS的最大優(yōu)點(diǎn)就是簡單，易于理解也易于實(shí)現(xiàn)。缺點(diǎn)是一批任務(wù)的平均周轉(zhuǎn)時間取決于各個任務(wù)到達(dá)的順序，如果短任務(wù)位于長任務(wù)之后，那么將增大平均周轉(zhuǎn)時間。n3短作業(yè)優(yōu)先算法（短作業(yè)優(yōu)先算法（Shor

54、test Job First，SJF）n在SJF（Shortest Job First，短作業(yè)優(yōu)先算法）中，在各個任務(wù)在開始執(zhí)行前，事先預(yù)計(jì)好各任務(wù)的執(zhí)行時間，調(diào)度算法根據(jù)這些預(yù)計(jì)時間，安排執(zhí)行時間較短的任務(wù)優(yōu)先執(zhí)行?？梢宰C明，對于一批同時到達(dá)的任務(wù)，采用SJF算法將得到一個最小的平均周轉(zhuǎn)時間。nSJF算法有不可搶占方式和可搶占方式兩種實(shí)現(xiàn)方案。在不可搶占方式，只有任務(wù)運(yùn)行完畢或者是被阻塞時，才會讓出CPU進(jìn)行新的調(diào)度。而在可搶占方式，當(dāng)前任務(wù)正在運(yùn)行的時候，來了一個比它執(zhí)行時間更短的任務(wù)，而且它的運(yùn)行時間要小于當(dāng)前正在運(yùn)行的任務(wù)的剩余時間，那么這個新任務(wù)就會搶占CPU去運(yùn)行。這種方法也稱為S

55、RTF（Shortest Remaining Time First，最短剩余時間優(yōu)先算法）n不可搶占的SJF算法如圖8.3.5所示，由于任務(wù)T3的執(zhí)行時間最短，所以首先被調(diào)度運(yùn)行，其次是T1和T2。圖8.3.5 SJF算法示意圖n4時間片輪轉(zhuǎn)算法（時間片輪轉(zhuǎn)算法（Round Robin，RR）nRR算法如圖8.3.6所示。在RR（Round Robin，時間片輪轉(zhuǎn)算法）中，把系統(tǒng)當(dāng)中的所有就緒任務(wù)按照先來先服務(wù)的原則進(jìn)行排列，然后，在每次調(diào)度的時候，處理器分派給隊(duì)列當(dāng)中的第一個任務(wù)一小段CPU執(zhí)行時間（time slice，時間片）。當(dāng)這個時間片結(jié)束的時候，如果任務(wù)還沒有執(zhí)行完的話，將會發(fā)生時

56、鐘中斷，調(diào)度器將會暫停當(dāng)前任務(wù)的執(zhí)行，并把這個任務(wù)送到就緒隊(duì)列的末尾，然后再執(zhí)行當(dāng)前的隊(duì)列的第一個任務(wù)。如果一個任務(wù)在分配給它的時間片結(jié)束前就已經(jīng)運(yùn)行結(jié)束了或者是被阻塞了，那么它就會立即讓出CPU給其他的任務(wù)。n采用RR算法，各個就緒任務(wù)平均地分配CPU的使用時間，例如有n個就緒任務(wù)，那么每個任務(wù)將得到1/n的CPU時間。n采用RR算法時，時間片q既不能太大，也不能太小。q太大，每個任務(wù)都在一個時間片內(nèi)完成，這就失去了RR算法的意義。如果q太小，每個任務(wù)都需要更多的時間片才能運(yùn)行完，增加了在任務(wù)之間的切換次數(shù)，增大了系統(tǒng)的管理開銷，降低了CPU的使用效率。 圖8.3.6 RR算法示意圖n5優(yōu)先

57、級算法（優(yōu)先級算法（priority）n在優(yōu)先級調(diào)度算法（priority）中，給每一個任務(wù)都設(shè)置一個優(yōu)先級，然后在任務(wù)調(diào)度的時候，在所有處于就緒狀態(tài)的任務(wù)中選擇優(yōu)先級最高的那個任務(wù)去運(yùn)行。例如，在短作業(yè)優(yōu)先算法中，以時間為優(yōu)先級，運(yùn)行時間越短，優(yōu)先級越高。n優(yōu)先級算法可以分為可搶占和不可搶占兩種方式。在可搶占方式中，當(dāng)一個任務(wù)正在運(yùn)行的時候，如果這時來了一個新的任務(wù)，其優(yōu)先級更高，則立即搶占CPU去運(yùn)行這個新任務(wù)。而不可搶占方式則是需要等當(dāng)前任務(wù)運(yùn)行完后再決定。n可以采用靜態(tài)方式和動態(tài)方式確定任務(wù)的優(yōu)先級。靜態(tài)優(yōu)先級方式根據(jù)任務(wù)的類型或重要性，在創(chuàng)建任務(wù)的時候就確定任務(wù)的優(yōu)先級，并且一直保持

58、不變直到任務(wù)結(jié)束。動態(tài)優(yōu)先級方式在創(chuàng)建任務(wù)的時候確定任務(wù)的優(yōu)先級，但是該優(yōu)先級可以在任務(wù)的運(yùn)行過程中動態(tài)改變，以便獲得更好的調(diào)度性能。動態(tài)優(yōu)先級方式可以克服在靜態(tài)優(yōu)先級方式中高優(yōu)先級的任務(wù)一直占用著CPU，而那些低優(yōu)先級的任務(wù)可能會長時間地得不到CPU的情況。n在優(yōu)先級算法中，對于優(yōu)先級相同的兩個任務(wù)，通常是把任務(wù)按照不同的優(yōu)先級進(jìn)行分組，然后在不同組的任務(wù)之間使用優(yōu)先級算法，而在同一組的各個任務(wù)之間使用時間片輪轉(zhuǎn)法。8.3.5 實(shí)時系統(tǒng)調(diào)度n許多嵌入式操作系統(tǒng)都是實(shí)時操作系統(tǒng)（RTOS），實(shí)時系統(tǒng)的調(diào)度追求的是實(shí)時性，RTOS調(diào)度器要讓每個任務(wù)都在其最終時間期限（deadline）之前完成，

59、而各任務(wù)之間的公平性并不是最重要的指標(biāo)。RTOS調(diào)度器多采用基于優(yōu)先級的可搶占調(diào)度算法。n1RTOS任務(wù)模型任務(wù)模型nRTOS任務(wù)模型如圖8.3.7所示，在RTOS任務(wù)模型中，每一個任務(wù)用一個三元組來表示（執(zhí)行時間、周期、時間期限）。其中：執(zhí)行時間（execution time）E（i）是指對于第i個任務(wù)，當(dāng)它所需要的資源都己具備時，它的執(zhí)行所需要的最長時間。周期（period）P（i）是指第i個任務(wù)的連續(xù)兩次運(yùn)行之間的最小時間間隔。時間期限（deadline）是指D（i）第i個任務(wù)所允許的最大響應(yīng)時間（從任務(wù)啟動到運(yùn)行結(jié)束所需的時間）。一般來說，一個任務(wù)的周期時間同時也是它的時間期限，因?yàn)樵?/p>

60、任務(wù)必須在它的下一個周期開始之前，完成此次運(yùn)行。啟動時間t（i）是指第i個任務(wù)的第i次執(zhí)行的開始時間。圖8.3.7 RTOS任務(wù)模型n2單調(diào)速率調(diào)度算法（單調(diào)速率調(diào)度算法（Rate Monotonic Scheduling，RMS）nRMS（Rate Monotonic Scheduling，單調(diào)速率調(diào)度算法）是一種靜態(tài)優(yōu)先級調(diào)度算法。nRMS算法假設(shè)：所有的任務(wù)都是周期性任務(wù)；任務(wù)的時間期限等于它的周期；任務(wù)在每個周期內(nèi)的執(zhí)行時間是一個常量；任務(wù)之間不進(jìn)行通信，也不需要同步；任務(wù)可以在任何位置被搶占，不存在臨界區(qū)的問題。nRMS算法的基本思路是任務(wù)的優(yōu)先級與它的周期表現(xiàn)為單調(diào)函數(shù)的關(guān)系，任務(wù)

61、的周期越短，優(yōu)先級越高；任務(wù)的周期越長，優(yōu)先級越低。nRMS算法是一種最優(yōu)調(diào)度算法。如果存在一種基于靜態(tài)優(yōu)先級的調(diào)度順序，使得每個任務(wù)都能在其期限時間內(nèi)完成，那么 RMS算法總能找到這樣的一種可行的調(diào)度方案。n在任務(wù)比較多的情況下，RMS可調(diào)度的CPU使用率上限為ln20.69，CPU使用率如此低，對于大多數(shù)系統(tǒng)來說是不可接受的。另外，在一個實(shí)際的系統(tǒng)中，任務(wù)之間通常都需要進(jìn)行通信和同步。 n3最早期限優(yōu)先算法（最早期限優(yōu)先算法（Earliest Deadline First，EDF）nEDF（Earliest Deadline First，最早期限優(yōu)先）調(diào)度算法是一種動態(tài)優(yōu)先級調(diào)度算法。nE

62、DF算法的基本思路是：根據(jù)任務(wù)的截止時間來確定其優(yōu)先級，對于時間期限最近的任務(wù)，分配最高的優(yōu)先級。當(dāng)有一個新的任務(wù)處于就緒狀態(tài)時，各個任務(wù)的優(yōu)先級就有可能要進(jìn)行調(diào)整。nEDF算法假設(shè)條件除了它不要求系統(tǒng)中的任務(wù)都必須是周期任務(wù)外，其他的假設(shè)條件與RMS相同。nEDF算法可調(diào)度上限為100。對于給定的一組任務(wù)，只要它們的CPU使用率小于或等于1，EDF就能找到合適的調(diào)度順序，使得每個任務(wù)都能在自己的時間期限內(nèi)完成。8.4 嵌入式系統(tǒng)的存儲管理n8.4.1嵌入式存儲管理方式的特點(diǎn)n 嵌入式系統(tǒng)的存儲管理方式與系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用領(lǐng)域及硬件環(huán)境密切相關(guān)，不同的嵌入式系統(tǒng)采用不同的存儲管理方式，需要考慮硬件

63、條件、實(shí)時性要求、系統(tǒng)規(guī)模、可靠性要求等因素。系統(tǒng)的實(shí)時性要求直接影響到存儲管理的實(shí)現(xiàn)方式，為了確保系統(tǒng)的實(shí)時性，快速和確定是內(nèi)存管理的基本要求，即在存儲管理方面的開銷不能太大，對于每一項(xiàng)工作都要有明確的實(shí)時約束，即必須在某個限定的時刻之前完成。在實(shí)時系統(tǒng)中，存儲管理方法就比較簡單，甚至不提供存儲管理功能。而對一些實(shí)時性要求不高，可靠性要求比較高、比較復(fù)雜的應(yīng)用系統(tǒng)，需要實(shí)現(xiàn)對操作系統(tǒng)或任務(wù)的保護(hù)，在存儲管理方式上就相對較為復(fù)雜。n在嵌入式微處理器中，MMU（Memory Management Unit, 存儲管理單元）提供了一種內(nèi)存保護(hù)的硬件機(jī)制。內(nèi)存保護(hù)用來防止地址越界和防止操作越權(quán)。采用

64、內(nèi)存保護(hù)機(jī)制的每個應(yīng)用程序都有自己獨(dú)立的地址空間，當(dāng)一個應(yīng)用程序要訪問某個內(nèi)存單元時，由硬件檢查該地址是否在限定的地址空間內(nèi)，如果不是的話就要進(jìn)行地址越界處理；二是防對于允許多個應(yīng)用程序共享的某塊存儲區(qū)域，每個應(yīng)用程序都有自己的訪問權(quán)限，如果違反了權(quán)限規(guī)定，則要進(jìn)行操作越權(quán)處理。n操作系統(tǒng)通常利用MMU來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)核與應(yīng)用程序的隔離，以及應(yīng)用程序與應(yīng)用程序之間的隔離。防止應(yīng)用程序去破壞操作系統(tǒng)和其他應(yīng)用程序的代碼和數(shù)據(jù)，防止應(yīng)用程序?qū)τ布闹苯釉L問。MMU通常只在一些對安全性和可靠性的要求比較高、系統(tǒng)比較復(fù)雜的嵌入式系統(tǒng)中存在。8.4.2存儲管理的實(shí)模式與保護(hù)模式n 實(shí)模式和保護(hù)模式是嵌入式操

65、作系統(tǒng)中常見的兩個存儲管理方式。n 1實(shí)模式存儲管理實(shí)模式存儲管理 n在實(shí)模式存儲管理方式中，系統(tǒng)不使用MMU；不劃分“系統(tǒng)空間”和“用戶空間”，整個系統(tǒng)只有一個地址空間，即物理內(nèi)存地址空間；應(yīng)用程序和系統(tǒng)程序都能直接對所有的內(nèi)存單元進(jìn)行隨意訪問，無須進(jìn)行地址映射；操作系統(tǒng)的內(nèi)核與外圍應(yīng)用程序在編譯連接后，兩者通常被集成在同一個系統(tǒng)文件中；系統(tǒng)中的 “任務(wù)”或“進(jìn)程”均是內(nèi)核線程，只有運(yùn)行上下文和棧是獨(dú)享的，其他資源都是共享的。n在實(shí)模式存儲管理方式中，系統(tǒng)的內(nèi)存地址空間一般可以分為text、data、bss、堆、棧五個部分。其中：.text：（代碼段）用來存放操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序的所有代碼。.

66、data：（數(shù)據(jù)段）用來存放操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序當(dāng)中所有帶有初始值的全局變量。.bss：用來存放操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序當(dāng)中所有未帶初始值的全局變量。堆為動態(tài)分配的內(nèi)存空間，在系統(tǒng)運(yùn)行時，可以通過類似于malloc/free之類的函數(shù)來申請或釋放一段連續(xù)的內(nèi)存空間。棧用來保存運(yùn)行上下文以及函數(shù)調(diào)用時的局部變量和運(yùn)行參數(shù)。n對于實(shí)時系統(tǒng)來說，實(shí)模式方案簡單、存儲管理的開銷確定，比較適合于規(guī)模較小、簡單和實(shí)時性要求較高的系統(tǒng)。其缺點(diǎn)是沒有存儲保護(hù)、安全性差，在應(yīng)用程序中出現(xiàn)的任何一個小錯誤或蓄意攻擊都有可能導(dǎo)致整個系統(tǒng)的崩潰。n 2保護(hù)模式存儲管理n在保護(hù)模式存儲管理方式中，微處理器必須具有MMU硬件并啟用它。n在保護(hù)模式存儲管理方式中，系統(tǒng)內(nèi)核和用戶程序有各自獨(dú)立的地址空間，操作系統(tǒng)和MMU共同完成邏輯地址到物理地址的映射；每個應(yīng)用程序只能訪問自己的地址空間，對于共享的內(nèi)存區(qū)域，也必須按照規(guī)定的權(quán)限規(guī)則來訪問，具有存儲保護(hù)功能。n保護(hù)模式存儲管理方式的安全性和可靠性較好，適合于規(guī)模較大、較復(fù)雜和實(shí)時性要求不太高的系統(tǒng)。8.4.3分區(qū)存儲管理n分區(qū)存儲管理適合在多道程序操作系統(tǒng)中應(yīng)用。分區(qū)存儲管理