WikiDer > Операционные системы микроконтроллера

Micro-Controller Operating Systems
MicroC / ОС
РазработчикMicrium, Inc.,
Силиконовые лаборатории
Написано вANSI C
Семейство ОСОперационные системы реального времени
Рабочее состояниеТекущий
Исходная модельОткрытый исходный код, Лицензия Apache (по состоянию на 2020 г.)
изначальный выпуск1991; 29 лет назад (1991)
Последний релизOS-III / 2016; 4 года назад (2016)
Репозиторийgithub.com/ SiliconLabs
Маркетинговая цельВстроенные устройства
Доступно ванглийский
ПлатформыARM Cortex-M3, Cortex-M4F, ARM7TDMI; Atmel AVR; eSi-RISC, и много других.
Ядро типМикроядро
Дефолт пользовательский интерфейсмкКл /GUI
ЛицензияОткрытый исходный код по состоянию на 2020 год. Ранее Коммерческий, бесплатное ПО образование использовать.
Официальный веб-сайтwww.micrium.com/товары

Операционные системы микроконтроллера (MicroC / ОС, стилизованный под микроконтроллер / ОС) это операционная система реального времени (RTOS) разработан Жаном Ж. Лаброссом в 1991 году. упреждающий в реальном времени ядро для микропроцессоры, написано в основном на языке программирования C. Он предназначен для использования в встроенные системы.

MicroC / OS позволяет определять несколько функций на C, каждая из которых может выполняться как независимый поток или задача. Каждая задача выполняется с разным приоритетом и выполняется так, как будто ей принадлежит центральное процессорное устройство (ЦПУ). Задачи с более низким приоритетом могут быть вытеснены задачами с более высоким приоритетом в любое время. Задачи с более высоким приоритетом используют службы операционной системы (ОС) (например, задержку или событие), чтобы разрешить выполнение задач с более низким приоритетом. Услуги ОС предоставляются для управления задачами и памятью, обмена данными между задачами и времени.[1]

История

Ядро MicroC / OS было первоначально опубликовано в статье из трех частей в журнале Embedded Systems Programming и книге μC / OS Ядро реального времени Жан Ж. Лабросс (ISBN 0-87930-444-8). Вначале автор намеревался просто описать внутреннее устройство портативный операционная система, которую он разработал для собственного использования, но позже разработал ОС как коммерческий продукт в версиях II и III.

микроконтроллер / ОС-II

Основанная на исходном коде, написанном для микроСи / ОС и представленная в качестве коммерческого продукта в 1998 году, микроСи / ОС-II является портативный, Возможность ROM, масштабируемый, вытесняющий, в реальном времени, детерминированный, многозадачный ядро за микропроцессоры, и цифровые сигнальные процессоры (DSP). Он управляет до 255 прикладными задачами. Его размер можно масштабировать (от 5 до 24 Кбайт), чтобы он содержал только функции, необходимые для конкретного использования.

Большая часть μC / OS-II написана на очень портативном ANSI C, с целевым кодом для конкретного микропроцессора, написанным на язык ассемблера. Использование последнего сведено к минимуму, чтобы облегчить перенос на другие процессоры.

Используется во встроенных системах

МикроСи / ОС-II была разработана для встроенного использования. Если у производителя есть соответствующая цепочка инструментов (например, компилятор C, ассемблер и локатор компоновщика), μC / OS-II может быть встроена как часть продукта.

μC / OS-II используется во многих встроенных системах, в том числе:

Состояния задачи

μC / OS-II - это многозадачность Операционная система. Каждая задача представляет собой бесконечный цикл и может находиться в любом из следующих пяти состояний (см. Рисунок ниже дополнительно)

Кроме того, он может управлять до 255 задачами. Однако рекомендуется зарезервировать восемь из этих задач для микроконтроллера / OS-II, оставив в приложении до 247 задач.[2]

Ядра

В ядро - это имя, данное программе, которая выполняет большую часть служебных задач в операционной системе. Загрузчик передает управление ядру, которое инициализирует различные устройства до известного состояния и подготавливает компьютер к общим операциям.[3] Ядро отвечает за управление задачами (то есть за управление временем процессора) и взаимодействие между задачами.[4] Основная услуга, предоставляемая ядром, - это переключение контекста.

В планировщик это часть ядра, отвечающая за определение следующей задачи.[5] Большинство ядер реального времени основаны на приоритетах. В ядре, основанном на приоритетах, управление процессором всегда передается задаче с наивысшим приоритетом, готовой к запуску. Существуют два типа ядер на основе приоритета: без предупреждения и упреждающий. Ядра без вытеснения требуют, чтобы каждая задача делала что-то, явно отказываясь от управления процессором.[5] Вытесняющее ядро ​​используется, когда более важна скорость реакции системы. Таким образом, μC / OS-II и большинство коммерческих ядер реального времени являются вытесняющими.[6] Готовая к запуску задача с наивысшим приоритетом всегда получает контроль над ЦП.

Назначение задач

Задачи с наивысшей скоростью выполнения получают наивысший приоритет, используя тарифно-монотонное планирование.[7] Этот алгоритм планирования используется в операционных системах реального времени (RTOS) с класс планирования со статическим приоритетом.[8]

Управление задачами

В вычисление, задача - это единица исполнение. В некоторых операционные системы, задача - синоним процесс, в других с нить. В пакетная обработка компьютерных систем, задача - это единица выполнения в работа. Системный пользователь μC / OS-II может управлять задачами, используя следующие функции:

  • Функция задачи
  • Создание задачи
  • Стек задач и проверка стека
  • Удаление задачи
  • Изменить приоритет задачи
  • Приостановить и возобновить задачу
  • Получить информацию о задаче[9]

Управление памятью

Избежать фрагментация, μC / OS-II позволяет приложениям получать блоки памяти фиксированного размера из раздел состоит из непрерывной области памяти. Все блоки памяти имеют одинаковый размер, и раздел содержит интеграл количество блоков. Выделение и освобождение этих блоков памяти выполняется за постоянное время и является детерминированная система.[10]

Управление временем

МикроСи / ОС-II требует предоставления периодического источника времени для отслеживания временных задержек и таймаутов. Тик должен происходить от 10 до 1000 раз в секунду, или Герц. Чем выше скорость тика, тем больше накладные расходы МикроСи / ОС-II накладывает на систему. Частота тика часов зависит от желаемого разрешения тика приложения. Источники тиков можно получить, выделив аппаратный таймер или сгенерировав прерывать из переменный ток (AC) сигнал линии питания (50 или 60 Гц). Этот периодический источник времени называется тактом часов.[11]

После тиканье часов определяется, задачи могут быть:

  • Отложить задачу
  • Возобновить отложенную задачу

Общение между задачами

Межзадачное или межпроцессное взаимодействие в микроконтроллере MicroC / OS-II осуществляется через семафоры, почтовый ящик сообщений, очереди сообщений, задачи и процедуры обслуживания прерываний (ISR). Они могут взаимодействовать друг с другом, когда задача или ISR сигнализируют о задаче через объект ядра, называемый блоком управления событиями (ECB). Сигнал считается событием.

микроконтроллер / ОС-III

μC / OS-III - это аббревиатура от Micro-Controller Operating System Version 3, представленная в 2009 году и добавляющая функциональные возможности ОСРВ μC / OS-II.

μC / OS-III предлагает все возможности и функции μC / OS-II. Самая большая разница - количество поддерживаемых задач. МикроСи / ОС-II допускает только 1 задачу на каждом из 255 уровней приоритета, максимум 255 задач. МикроСи / ОС-III допускает любое количество прикладных задач, уровней приоритета и задач на уровне, ограниченных только доступом процессора к памяти.[12][13]

МикроСи / ОС-II и МикроСи / ОС-III в настоящее время поддерживаются Micrium, Inc., дочерней компанией Silicon Labs, и могут быть лицензированы на продукт или на линейку продуктов.

Используется во встроенных системах

Использование такое же, как для μC / OS-II.

Состояния задач

μC / OS-III - это многозадачность Операционная система. Каждая задача представляет собой бесконечный цикл и может находиться в любом из пяти состояний (бездействующий, готовый, выполняющийся, прерванный или ожидающий). Приоритеты задач могут варьироваться от 0 (наивысший приоритет) до максимального значения 255 (минимально возможный приоритет).

Планирование циклического перебора

Когда две или более задач имеют одинаковый приоритет, ядро ​​позволяет одной задаче выполняться в течение заранее определенного периода времени, называемой квант, а затем выбирает другую задачу. Этот процесс называется циклическое планирование или квантование времени. Ядро передает управление следующей задаче в строке, если:

  • У текущей задачи нет работы в течение ее временного отрезка, или
  • Текущая задача завершается до истечения ее временного интервала, или
  • Конец временного отрезка.

Ядра

Функциональность ядра для μC / OS-III такая же, как для μC / OS-II.

Управление задачами

Управление задачами также функционирует так же, как и для μC / OS-II, однако μC / OS-III поддерживает многозадачность и позволяет приложению выполнять любое количество задач. Максимальное количество задач ограничено только количеством объем памяти (как код, так и пространство данных), доступное процессору.

Задача может быть реализована через планирование работ до завершения, в котором задача удаляется по завершении, или, как правило, как бесконечный цикл, ожидая наступления событий и обрабатывая эти события.

Управление памятью

Управление памятью осуществляется так же, как в μC / OS-II.

Управление временем

μC / OS-III предлагает те же функции управления временем, что и μC / OS-II. Он также предоставляет услуги приложениям, чтобы задачи могли приостанавливать свое выполнение на время, заданное пользователем. Задержки задаются числом либо часов, либо часов, минут, секунд и миллисекунды.

Общение между задачами

Иногда задача или ISR должны передавать информацию другой задаче, потому что это небезопасно для двух задач одновременный доступ к одним и тем же конкретным данным или аппаратному ресурсу. Это может быть решено посредством передачи информации, называемой межзадачным взаимодействием. Информация может передаваться между задачами двумя способами: через глобальные данные или посредством отправки сообщений.

При использовании глобальных переменных каждая задача или ISR должны обеспечивать монопольный доступ к переменным. Если задействована ISR, единственный способ гарантировать монопольный доступ к общим переменным - отключить прерывает. Если две задачи совместно используют данные, каждая из них может получить монопольный доступ к переменным, отключив прерывания, заблокировав планировщик, используя семафор, или предпочтительно, используя взаимное исключение семафор. Сообщения могут быть отправлены на промежуточный объект, называемый очередь сообщений, или непосредственно к задаче, поскольку в микроконтроллере μC / OS-III каждая задача имеет собственную встроенную очередь сообщений. Используйте внешнюю очередь сообщений, если несколько задач ожидают сообщений. Отправьте сообщение прямо задаче, если только одна задача будет обрабатывать полученные данные. Пока задача ожидает получения сообщения, она не использует процессорного времени.

Порты

Порт включает три аспекта: ЦП, ОС и код платы (BSP). μC / OS-II и μC / OS-III имеют порты для большинства популярных процессоров и плат на рынке и подходят для использования в безопасность критически важна встроенные системы, такие как авиация, медицинские системы и ядерные установки. Порт микроконтроллера / OS-III включает запись или изменение содержимого трех файлов ядра: OS_CPU.H, OS_CPU_A.ASM, и OS_CPU_C.C. Необходимо записать или изменить содержимое трех файлов для ЦП: CPU.H, CPU_A.ASM, и CPU_C.C. Наконец, создайте или измените пакет поддержки платы (BSP) для используемой оценочной платы или целевой платы. Порт μC / OS-III аналогичен порту μC / OS-II. Имеется значительно больше портов, чем указано здесь, и порты постоянно развиваются. И μC / OS-II, и μC / OS-III поддерживаются популярными SSL / TLS библиотеки, такие как wolfSSL, которые обеспечивают безопасность всех подключений.


Изменение лицензирования

После приобретения Silicon Labs в 2020 году Micrium перешла на модель лицензирования с открытым исходным кодом в феврале 2020 года. Это включает uC / OS III, все предыдущие версии, все компоненты (USB, файловая система, графический интерфейс, TCP / IP и т. Д.).


Документация и поддержка

Помимо обычного форума поддержки, доступен ряд хорошо написанных книг. Книги доступны в виде бесплатных PDF-файлов или для недорогой покупки в твердом переплете. Ряд книг адаптирован к определенной архитектуре микроконтроллера / платформе разработки. Платная поддержка доступна от Micrium и других компаний.

Рекомендации

  1. ^ «NiosII GCC с MicroC / OS». Школа электротехники и вычислительной техники. Корнелл Университет. Июнь 2006 г.. Получено 25 апреля 2017.
  2. ^ Лабросс, Жан Дж. MicroC / OS-II: ядро ​​реального времени (Второе изд.). п. 77.
  3. ^ Викиверситет: Операционные системы / модели ядра # Монолитное ядро
  4. ^ Лабросс, Жан Дж. MicroC / OS-II: ядро ​​реального времени (Второе изд.). п. 39.
  5. ^ а б Лабросс, Жан Дж. MicroC / OS-II: ядро ​​реального времени (Второе изд.). п. 40.
  6. ^ Лабросс, Жан Дж. MicroC / OS-II: ядро ​​реального времени (Второе изд.). п. 42.
  7. ^ Лю, Чунг Ланг; Лейланд, Джеймс У. (1973). «Алгоритмы планирования для мультипрограммирования в среде жесткого реального времени». Журнал ACM. 20 (1): 46–61. CiteSeerX 10.1.1.36.8216. Дои:10.1145/321738.321743.
  8. ^ Бове, Даниэль. «Понимание ядра Linux». Архивировано из оригинал 2014-09-21.
  9. ^ Лабросс, Жан Дж. MicroC / OS-II: ядро ​​реального времени (Второе изд.). С. 45–49.
  10. ^ Лабросс, Жан Дж. MicroC / OS-II: ядро ​​реального времени (Второе изд.). С. 273–285.
  11. ^ Лабросс, Жан Дж. MicroC / OS-II: ядро ​​реального времени (Второе изд.). С. 145–152.
  12. ^ «Сравнение характеристик микроконтроллеров / ОС-II и микроконтроллеров / ОС-III». Микриум.
  13. ^ «Обзор μC / OS-III». Микриум.

Источники

внешняя ссылка