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| 內容簡介： |
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本书系统地介绍了嵌入式操作系统内核的原理、设计和实现。首先通过大量图表详细介绍了嵌入式操作系统的基本概念和原理。然后通过对各个内核功能的分析、设计和实现来加深读者对相关知识的理解。最后通过实际的应用程序来演示如何使用这些功能。从原理、设计、实现和使用的角度来阐明嵌入式操作系统的功能。本书可以作为高校本科生或非计算机专业的研究生嵌入式操作系统的教材，也可作为从事嵌入式系统开发工作的研究生、科研人员和企业开发人员的参考用书。
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| 關於作者： |
刘旭明 嵌入式软件开发工程师，从事嵌入式软件开发多年，拥有丰富的嵌入式软件开发经验。他是开源嵌入式实时操作系统内核Trochili
RTOS的维护人和拥有者。他对MCU、RTOS、TCPIP等嵌入式技术有着深刻的理解，实战经验丰富，撰写了很多关于嵌入式软件开发的技术文章。目前就职于北京某大型国有通信IC设计公司，负责4G通信基带芯片功能验证和相关芯片固件与驱动的开发，参与了多款处理器的研发工作。他也是一个开源软件的倡导者和推动者，在许多知名的嵌入式技术社区担任版主。
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| 目錄：
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第1章
嵌入式操作系统基础
本章主要介绍多任务嵌入式操作系统相关的概念和整体结构，并对全书涉及的重要知识做介绍，为我们在以后各章的嵌入式操作系统的内核分析和学习做好准备。本章的内容并没有强调、区分嵌入式操作系统和通用操作系统的概念。在这两者之间，很多机制是相通的。另外本章假设读者已经对嵌入式系统有初步了解，不再介绍例如发展历史、机制特点这些基本知识。
1.1 嵌入式软件系统结构
目前常见的嵌入式软件结构可以分为轮询系统、前后台系统和多任务系统。这些方案是根据应用的具体需求提出的，各有各自的特点和适用的领域。
1.1.1 轮询系统
这是最简单的一种软件结构，主程序是一段无限循环的代码，在循环中顺序查询各个条件，如果满足就执行相应的操作。这种方案的好处是实现简单，逻辑清晰，便于开发人员掌握。但是每个事件的查询和处理时间是不能确定的。假如前面的操作时间较长，那么后面的操作必然会被延迟。
在图1-1中，假如步骤1操作需要很久，那么步骤2必然得不到及时处理，如果步骤2的工作很重要或者很紧急，那么系统的性能和响应能力就很差了。
1.1.2 前后台系统
相对轮询系统，前后台系统对外部事件的处理做了优化。前后台系统是由中断驱动的。主程序依然是一段无限循环的代码，称为后台程序，而事件的响应则由中断来完成，称为前台程序。在后台程序执行时，如果有外部事件发生，则前台的中断程序会打断后台程序。在完成必要的事件响应之后，前台中断程序退出并通知后台程序来继续操作。由后台程序完成事件的后继处理，比如数据的分析等操作。从代码功能上讲，事件的响应和处理分为了两个部分。因为中断自身有优先级和嵌套的功能，所以优先级高的事件能够得到及时响应。但后台程序仍然需要按顺序处理各个事件的后继事务。
前后台系统演示如图1-2所示：
如图1-2所示，在中断源之间有优先级的概念。ISR会首先响应事件，简单的事件可以在ISR中直接处理，复杂的情况下则记录下必要数据和状态标记，等所有中断处理结束后，将由后台主函数按顺序处理各个事件。也就是说，事件的响应是支持优先级的，但事件的最终处理却是顺序的。使用中断来代替轮询方案中事件的查询操作，所以相对轮询方案，前后台系统对事件的响应能力有较大改善。
1.1.3 多任务系统
和前后台系统相比，多任务系统在响应事件的时候，同样是由多个中断处理程序完成的。但是对于事件的后继操作则是由多个任务来处理的。也就是说每个任务处理它所负责的事件。在基于优先级的多任务系统中，因为任务间优先级的关系，优先级高的任务可得到优先处理。这样优先级高的事件就能及时得到处理；在基于分时机制的多任务系统中，任务间则按比例轮流占用处理器。
多任务机制如图1-3所示。
在图1-3中，中断用来响应事件，事件的后续操作则由任务来完成。中断和任务都有优先级。假如其中中断2和任务2处理的事件是紧急的或者重要的，那么当中断2发生时，即使其他任务或者中断正在处理，也会被抢占，最终任务2会优先得到运行机会。
因为多任务操作系统允许将具体的应用系统分成若干个相对独立的任务来管理，所以多任务操作系统的使用可以简化应用程序的设计，系统也变得简洁且便于维护和扩展。对实时性要求严格的事件都能得到及时可靠的处理。不过多任务操作系统自身将占用部分处理器、存储器等硬件资源，这是引入多任务机制的必要代价。
从事件和数据处理的角度考虑，可以把整个应用流程简化为事件响应和事件处理两个阶段。从这两个阶段采用的不同技术手段出发，可以清晰合理地分析上面介绍的这三种软件结构方案，可以看到解决问题的思路越来越清晰，结构和层次越来越合理。
表1-1是对三种软件结构的比较。
表1-1 常见嵌入式软件模型
模型事件响应事件处理特点
轮询系统主程序主程序轮询响应事件，轮询处理事件
前后台系统前台多个中断程序后台单个主程序实时响应事件，轮询处理事件
多任务系统多个中断程序多个任务实时响应事件，实时处理事件
通过上面的比较，我们可以清楚地看到嵌入式软件结构上的不同和发展，但这并不是系统结构好坏的标准。每种方案都有它产生的年代、硬件资源的发展阶段和所适合的应用领域。
多任务系统是基于多任务操作系统的应用开发模型。本书介绍的就是嵌入式操作系统的核心部分：嵌入式操作系统内核的设计和实现。它的主要功能包括：任务管理、任务调度、任务同步、互斥和通信、设备管理、中断管理、时间管理等。而像图形用户接口、文件系统、TCPIP协议、嵌入式数据库引擎等，则可以归为嵌入式操作系统内核层之外的功能模块。多任务模型下RTOS组成如图1-4所示。
关于嵌入式操作系统，有很多常见的技术概念，熟悉这些概念是我们学习嵌入式操作系统的基础。本书后续章节着重分析、设计和实现一个“嵌入式实时操作系统内核”，有时会使用“内核”这个简称。在内容的编排上，会把各种功能模块的概念放在各章起始，首先介绍其原理，然后分析设计和实现。
1.2 多任务机制概述
在前面我们介绍了多任务系统是如何演化的。和前后台系统相比较，多任务可以理解为有多个后台程序的前后台系统。每个任务都专注于自己处理的问题。下面将详细介绍一下和多任务系统相关的一些基本概念。
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