嵌入式实时操作系统在单片机上的开发应用研究

彭铁牛（湖南汽车工程职业学院汽车电子系,湖南　株洲　412001）



嵌入式实时操作系统在单片机上的开发应用研究

彭铁牛
（湖南汽车工程职业学院汽车电子系,湖南株洲412001）

摘 要：随着科技的进步，单片机的应用离我们的生活越来越近，嵌入式实时操作系统在单片机上的应用，可以弥补单片机在使用过程中的很多不足之处，使单片机的性能得到很大的提升。本文中阐述了μC/O S－II实时嵌入式操作系统移植到单片机上的条件，对嵌入式实时操作系统在单片机上的应用具有借鉴意义。

关键词：嵌入式操作系统；μC/O S－II；移植

0　引言

单片机具有面向控制的能力，因此在工业生产控制、智能仪表、家用电器、外设控制、机器人以及军事设备装置等领域都具有广泛的用途，可见单片机对我们的生活有着重要的影响，因此不断的优化单片机的性能对于改变人类的生活有重要的意义，在长期的单片机使用过程中，单片机实现任务的时候有出现错误的情况，变成编程人员不能解决这一问题，而μC/O S－II是多任务嵌入式实时操作系统，其具有很多的优点，如：可移植性好、具有占先式、源代码公开、多任务、确定性以及中断管理等，将μC/O S－II移植到单片机中，就可以解决单片机多任务运行时出错的问题，极大的提高了单片机的性能。

1　嵌入式实时系统简介

当今世界信息技术不断的发展，外部环境也在不断的变化，外部事件的发生以及数据的产生，都需要对其进行收集并及时的处理，进而在规定的时间内将处理结果输出以控制生产过程达到控制的目的，要想实现这一操作嵌入式实时操作系扮演着重要的角色，常见的嵌入式实时操作系统有μC/O S－II、Linux、eCOS等。嵌入式实时操作系统对我们的生活有着重大的改变，嵌入式实时操作系统是嵌入式系统的一种，它主要体现在对外界时间能够及时的做出响应，主要分为对外部时间的识别、对事件或数据的处理、处理结果的输出三个步骤。

嵌入式实时操作系统分为两类，一类是硬实时另一类是软实时，硬实时系统在确保任务执行没有错误的同时要将处理的结果准确的输出，否则会对生产以及运行造成很严重的后果，软实时系统最主要的是快速的对各个任务进行运行处理，响应时间的界定具有一定的灵活性。嵌入式实时操作系统通过对任务进行及时的调度，为系统资源管理提供一个稳定的平台，尽管嵌入式实时操作系统是一个简单的系统，但是其具有很重要实际应用，对我们的生活有着重要的作用。

2　嵌入式实时操作系统的结构体系以及性能指标

2.1嵌入式实时操作系统的结构体系

嵌入式实时操作系统经过多年的发展，人们对其的结构了解的已经非常清晰，嵌入式实时操作系统最基本的机构是由模块结构和层次结构构成，最一般的结构化设计是模块结构，模块结构主要分为设备管理、处理器管理、文件管理、存储管理等模块，建立在系统功能模块分类基础上的是层次结构，是一种模块集合作为“层”的结构，熟知的单内核就是模块结构，但是内核又是层次概念，因此嵌入式实时操作系统按照模块间功能调用方式分类分为单内核和微核两类。由于文件系统是建立在存储器上的逻辑功能，因此可以说当今的嵌入式实时操作系统是硬件组合模块的软件表达形式，是计算机的硬件逻辑映射。还有建立在嵌入式实时操作系统应用扩展模型上的两种模式是虚拟机模式和服务器模式。

2.2嵌入式实时操作系统的主要性能指标

成熟度—是指嵌入式实时操作系统从研发成功到后续的投入使用过程中，能够稳定可靠的运行，并通过长期的使用不断优化慢慢走向成熟，是评价嵌入式实时操作系统稳定性以及可靠性的重要指标。

安全性—主要是评价研发生产出的嵌入式实时操作系统能否符合国家以及国际上规定的标准，达到抵御外部恶意的攻击，能否满足第三方使用的重要指标。

稳定性—主要是反映嵌入式实时操作系统在运行过程中能够稳定的运行不出现异常情况，是操作系统稳定可靠的重要指标。

可靠性—主要是反映嵌入式实时操作系统在运行过程中抵抗外界干扰的能力，可靠性通常用系统稳定运行的时间长短来衡量。

实时性—主要是反映嵌入式实时操作系统及时处理外界时间的能力，通常通过任务切换时间、信号量混洗时间、系统调用时间、中断响应以及延迟时间等来进行衡量。

3　μC/OS－II移植条件

μC/OS－II的移植到单片机中需要具备以下条件才能进行移植，才能弥补单片机在使用过程中的不足之处。

（1）处理器的C编译器可以生成可重入代码。这是因为μC/ OS-II需要同时运行多个任务，是一个多任务的实时操作系统，存在通过调用同一个函数的可能性，因此要所形成的函数必须是可重入的。

（2）可以用C语言进行编程，进行对其控制，顺利的实现打开、关闭以及中断。

（3）处理器应当可以中断，并且是定时中断。

（4）处理器应当能够容纳足够量的数据的硬件堆栈，因为每个任务在运行过程中都要一定数量的堆栈保存和寄存器有关的CPU寄存器内容，不同的任务堆栈也不同。

（5）处理器应当可以将堆栈指针与其他的16位、32位、64位的寄存器读出和存储到堆栈或内存中的指令。

4　结语

嵌入式实时操作系统对于单片机的性能优化具有重要的作用，单片机的很多不足之处得到了完美的弥补，对工业生产、电器设备以及人类的生活做出了巨大的贡献，本文对嵌入式实时操作系统进行了详细的介绍，将μC/OS－II移植到单片机中，使整个系统运行起来，从而优化了单片的性能，为嵌入式实时操作系统在单片机的上的开发与应用提供了一些借鉴的意义。

参考文献：

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[3]刘红蕾,张键洋,郝宁,周立超,许雪梅.基于μC/OS-Ⅱ系统的智能寻迹模型车的设计与实现[J].现代电子技术,2009(20).

DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.03.035