MS Windows CE的實(shí)時(shí)系統(tǒng)

介紹

MicrosoftWindowsCE

快速反應(yīng)的嵌入式應(yīng)用常常管理嚴(yán)格的時(shí)間反應(yīng)。例如，制造過(guò)程控制，高速的數(shù)據(jù)采集設(shè)備，電訊交換設(shè)備，醫(yī)用設(shè)備，空中“有線”控制，武器發(fā)射裝備，空間航行和導(dǎo)航，實(shí)驗(yàn)室，實(shí)驗(yàn)控制，汽車發(fā)動(dòng)機(jī)控制，機(jī)器人系統(tǒng)。

為保證這種功能，就意味著不僅需要計(jì)算精確性，還有結(jié)果的時(shí)間性，此種應(yīng)用必須在指定的時(shí)間參數(shù)內(nèi)做出反應(yīng)。

實(shí)時(shí)系統(tǒng)的廣義定義是“對(duì)任何外部刺激，計(jì)算機(jī)做出及時(shí)反應(yīng)是至關(guān)重要的系統(tǒng)”，標(biāo)準(zhǔn)定義在Internetnewsgroupcorprealtimegroup中。實(shí)時(shí)定義為：一個(gè)實(shí)時(shí)系統(tǒng)它的計(jì)算正確性，不僅依靠于計(jì)算邏輯上的正確，還包括及時(shí)的產(chǎn)生結(jié)果。如果沒(méi)有達(dá)到系統(tǒng)時(shí)間限制條件，系統(tǒng)也是失效的。

搞清楚實(shí)時(shí)系統(tǒng)和實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)（RTOS）的區(qū)別至關(guān)重要，實(shí)時(shí)系統(tǒng)代表所有系統(tǒng)組成設(shè)備——硬件，操作系統(tǒng)和應(yīng)用——它需要達(dá)到系統(tǒng)的要求，實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)(RTOS)只是整個(gè)實(shí)時(shí)系統(tǒng)的一個(gè)組成部分，它必須提供足夠的功能以確保整個(gè)實(shí)時(shí)系統(tǒng)達(dá)到要求。

同樣，搞清快速操作系統(tǒng)和實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)之間區(qū)別，也很重要，對(duì)于一個(gè)RTOS雖然達(dá)到全面要求十分有用，但并不是它自己達(dá)到這種要求。Internetneusgronpcornp.realtime列舉了作為一個(gè)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，必須達(dá)到的要求：

OS(操作系統(tǒng))必須是多線程和優(yōu)先級(jí)之分。

OS必須支持線程優(yōu)先級(jí)。

一個(gè)優(yōu)先級(jí)繼承的系統(tǒng)必須存在。

OS必須支持可預(yù)測(cè)的線程，同步發(fā)送機(jī)理。

另外，OS的行為必須是可預(yù)測(cè)的，這意味實(shí)時(shí)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)者必須對(duì)系統(tǒng)中斷級(jí)，系統(tǒng)調(diào)用和分時(shí)了如指掌：

必須知道OS和設(shè)備驅(qū)動(dòng)器的中數(shù)據(jù)匹配最大時(shí)間。

設(shè)備驅(qū)動(dòng)器用來(lái)處理一個(gè)中斷最大時(shí)間和關(guān)于這些驅(qū)動(dòng)器的中斷申請(qǐng)信息必須清楚。

中斷響應(yīng)(從中斷到運(yùn)行時(shí)間)，必須可預(yù)測(cè)并滿足功能要求。

每次系統(tǒng)調(diào)用時(shí)間必須可以預(yù)測(cè)，并且獨(dú)立于系統(tǒng)的對(duì)象數(shù)目。本篇論文論述了微軟WindowsCE操作系統(tǒng)是如何達(dá)到一個(gè)實(shí)時(shí)系統(tǒng)的要求，更有意義的是，WindowsCE保證一個(gè)時(shí)間的上限，它在收到中斷后開(kāi)始一個(gè)實(shí)時(shí)的優(yōu)先級(jí)線程。本論文論述了對(duì)特定參考平臺(tái)的中數(shù)據(jù)響應(yīng)時(shí)間，參考為有HinathiSH3的微處理器的“Odo”平臺(tái)。

MicrosoftWindowsCE

概論

微軟WindowsCE被設(shè)計(jì)成針對(duì)小型設(shè)備(它是典型的擁有有限內(nèi)存的無(wú)磁盤(pán)系統(tǒng))的通用操作系統(tǒng)。WindowsCE可以通過(guò)設(shè)計(jì)一層位于內(nèi)核和硬件之間代碼來(lái)用設(shè)定硬件平臺(tái)，這即是眾所周知的硬盤(pán)壓縮層(HAL)，(在以前解釋時(shí)，這被稱為OEMC（原始設(shè)備制造)適應(yīng)層，即OAL；內(nèi)核壓縮層，即KAL。以免與微軟的WindowsNT操作系統(tǒng)HAL混淆)

不象其它的微軟Windows操作系統(tǒng)，WindowsCE并不是代表一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的相同的對(duì)所有平臺(tái)適用的軟件。為了足夠靈活以達(dá)到適應(yīng)廣泛產(chǎn)品需求,WindowsCE采用標(biāo)準(zhǔn)模式，這就意味著，它能夠由一系列軟件模式做出選擇，從而使產(chǎn)品定制。另外，一些可利用模式也可作為其組成部分，這意味著這些模式能夠通過(guò)從一套可利用的組份做出選擇，從而成為標(biāo)準(zhǔn)模式，通過(guò)選擇，能夠達(dá)到系統(tǒng)要求的最小模式，OEM能夠減少存儲(chǔ)腳本和操作系統(tǒng)的運(yùn)行。

WindowsCE關(guān)于VC++5.0開(kāi)發(fā)系統(tǒng)嵌入式工具包，提供系統(tǒng)庫(kù)、工具、文本和樣本代碼，以使OEMS能夠?qū)μ囟ǖ挠布脚_(tái)使WindowsCE標(biāo)準(zhǔn)定制。嵌入式工具包也包括設(shè)備驅(qū)動(dòng)包(DDK)和軟件開(kāi)發(fā)包(SDK)，DDK提供了關(guān)于寫(xiě)驅(qū)動(dòng)器的附加文本，SDK提供庫(kù)、頭文件、樣本代碼、文本以允許，開(kāi)發(fā)者對(duì)基于WindowsCE的平臺(tái)進(jìn)行寫(xiě)操作。WindowsCE提供了相同的程序界面，以用來(lái)為其它的視窗操作系統(tǒng)開(kāi)發(fā)功能，例如，WindowsCE版本1.01支持大約1000個(gè)微軟的Win32API函數(shù)的其中500個(gè)。這就意味著大量不同類的工具，第三方書(shū)籍，關(guān)于Win32開(kāi)發(fā)者訓(xùn)練教程，可以替代或?yàn)閃indowsCE系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)者所用。

實(shí)時(shí)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)者能夠使用，關(guān)于VDFF5.0的嵌入式工具包，以把操作系統(tǒng)轉(zhuǎn)移到特定的平臺(tái)，并為這個(gè)平臺(tái)開(kāi)發(fā)附加設(shè)備驅(qū)動(dòng)器和實(shí)時(shí)功能。

線程和線程優(yōu)先權(quán)級(jí)

WindowsCE是有優(yōu)先級(jí)的多任務(wù)操作系統(tǒng)，它允許多重功能、進(jìn)程，在相同時(shí)間系統(tǒng)中運(yùn)行WindowsCE支持最大的32位同步進(jìn)程。一個(gè)進(jìn)程包括一個(gè)或多個(gè)線程，每個(gè)線程代表進(jìn)程的一個(gè)獨(dú)立部分，一個(gè)線程被指定為進(jìn)程的基本線程，進(jìn)程也能創(chuàng)造一個(gè)未定數(shù)目的額外線程，額外線程實(shí)際數(shù)目，僅由可利用的系統(tǒng)資源限定。

WindowsCE利用基于優(yōu)先級(jí)的時(shí)間片演算法以安排線程的執(zhí)行，WindowsCE支持八個(gè)不同的優(yōu)先級(jí)，由0到7，0代表最高級(jí)，它在頭文件Winbasw.h中定義。

優(yōu)先級(jí)描述

0

(最高級(jí))關(guān)鍵的線程優(yōu)先級(jí)

(最高優(yōu)先等級(jí))

1最高線程優(yōu)先級(jí)

2高于通常的線程優(yōu)先級(jí)

3通常線程優(yōu)先級(jí)

4低于常規(guī)線程優(yōu)先級(jí)

5最低線程優(yōu)先級(jí)

6高于IDLE的線程優(yōu)先級(jí)

7

(最低)IDLE線程優(yōu)先級(jí)

(最低優(yōu)先級(jí))

級(jí)別0和1通常做為實(shí)時(shí)過(guò)程和設(shè)備驅(qū)動(dòng)器，級(jí)別2-4做為線程和通常功能，級(jí)別5-7做為是低于其它功能級(jí)別，注意級(jí)別6是目前狀態(tài)并有穩(wěn)定聯(lián)接。

優(yōu)先權(quán)唯一的取決于線程優(yōu)先級(jí)，擁有高級(jí)優(yōu)先權(quán)的線程安排優(yōu)先運(yùn)行，同一優(yōu)先級(jí)的線程，以循環(huán)優(yōu)先先級(jí)方式運(yùn)行，即每個(gè)線程接受定制的時(shí)間或時(shí)間片，定量時(shí)間默認(rèn)值為25毫秒(WindowsCE2.0支持在MIPS平臺(tái)更改定量時(shí)間)。較低優(yōu)先權(quán)的線程，要直到較高級(jí)線程完成之后再運(yùn)行，也即直到他們或者放棄或停止。一個(gè)重要的例外是最高優(yōu)先級(jí)的線程(級(jí)別0，關(guān)鍵時(shí)間優(yōu)先級(jí))不與其它的線程共享時(shí)間片，這些線程連續(xù)執(zhí)行直到他們完成。不象其它的微軟窗操作系統(tǒng)，WindowsCE是固定不能改變，它不匹配基于這引進(jìn)優(yōu)先級(jí)的中斷，他們能夠暫時(shí)改動(dòng)，但僅能通過(guò)WindowsCE內(nèi)核以避免所謂的的“優(yōu)先權(quán)倒置”。

優(yōu)先權(quán)倒置指的是當(dāng)它們同時(shí)競(jìng)爭(zhēng)同一資源時(shí)，低優(yōu)先級(jí)的線程，阻礙了高優(yōu)先權(quán)線程對(duì)資源的利用。為了改正這種局面并解放較高優(yōu)先權(quán)的線程，WindowsCE允許低級(jí)優(yōu)先權(quán)繼承，嚴(yán)格的線程優(yōu)先權(quán)，并且運(yùn)行較高優(yōu)先級(jí)直到它釋放所用資源。