Стивен Барретт - Встраиваемые системы. Проектирование приложений на микроконтроллерах семейства 68HC12/HCS12 с применением языка С

ПОСЛЕ ИЗУЧЕНИЯ ГЛАВЫ ВЫ СМОЖЕТЕ:

• Подробно описать понятия и термины, касающиеся операционных систем реального времени, ОСРВ (RTOS — Real Time Operating System).

• Понять принципы работы ОСРВ.

• Различать жесткие, твердые и мягкие ОСРВ.

• Описать основные свойства записи, списков связей, стеков и очередей.

• Дать определение динамическому распределению памяти и описать связанные с ним преимущества и недостатки.

• Описать методы управления задачами с помощью блока управления задачами.

• Объяснить важность системных таблиц, блоков управления устройствами и диспетчера при реализации ОСРВ.

• Объяснить различия между алгоритмами планирования ОСРВ.

• Рассказать о проблемах, связанных с ОСРВ.

Операционные системы реального времени достаточно давно и успешно используются в промышленных программируемых контроллерах и во встраиваемых приложениях на основе 32-разрядных МК. Однако в настоящее время, в связи со значительного роста функциональности и быстро действии 16-разрядных МК наблюдается тенденция внедрения ОСРВ в системы на основе этой элементной базы. Поэтому авторы предлагают читателю познакомится с основными идеями, на основе которого строится ОСРВ.

В этой главе мы представим вам понятия, связанные с операционными системами реального времени. Начнем с притчи, чтобы показать некоторые ключевые моменты и концепции ОСРВ.

Я (Стивен Ф.Барретт) испытываю глубокое и подлинное уважение к профессии официанта. Я восхищаюсь умениями, связанными с этим трудным, часто неблагодарным ремеслом. Я был непосредственным свидетелем всех сложностей этой профессии, когда был старшеклассником средней школы. По вечерам и выходным я подрабатывал в качестве уборщика/посудомойки/помощника повара в офицерском обеденном клубе на авиабазе Минот, в Северной Дакоте. Вот тогда я с трепетом наблюдал за работой официантов. Так или иначе они были способны с успехом запоминать и выполнять требования людей за множеством столиков одновременно. Порой казалось, что они способны делать все сразу. Если случалось что-то необычное, например на обеде появлялся генерал со своей свитой, или ребенок опрокидывал на стол свой стакан молока, они сходу реагировали на эти непредвиденные события. И снова, даже при этих дополнительных покушениях на свое драгоценное время, они умудрялись каким-то образом следить за всеми событиями сразу. Они должны были одновременно следить за состоянием множества заказов на различных столиках и наличием блюд на кухне (например, знать, сколько еще осталось ежедневных удешевленных обедов). Для этого они должны были постоянно держать тесную связь с поварами.

А когда случались небольшие паузы, официанты успевали готовиться к работе следующего дня, протирая серебро или сворачивая салфетки и т.д. Да, при такой интенсивной работе эти талантливые люди, должно быть, очень крепко спали по ночам.

Через несколько лет мне пришлось работать в пиццерии в Беллевю, штат Небраска, где мне была предоставлена возможность сменить мое умение в приготовлении пиццы, на работу официанта в ресторане. Я продержался официантом два дня. А потом попросил администратора, разрешить мне возвратиться к моей кулинарной деятельности. Мне было гораздо легче работать поваром, чем официантом.

Так вот, официант — это классический пример операционной системы, реального времени (ОСРВ) — системы, которая должна реагировать на множество событий, пользуясь ограниченными ресурсами. Во встроенной системе управления, основанной на ОСРВ, мы имеем только одно устройство, последовательный процессор, которое должно обнаруживать множество событий, сортировать их по приоритетам, и реагировать на них соответствующим образом. При этом процессор не может обслуживать до полного завершения только событие с самым высоким приоритетом, игнорируя все остальные. Он должен каким-то образом реагировать на событие с самым высоким приоритетом в течение некоторого времени, а затем перейти к обработке другого события со следующим уровнем приоритета. Нетрудно представить себе, что ждет официанта, который всю свою энергию и внимание будет уделять только одному столику, игнорируя все остальные.

Процессоры, переключаясь с одной задачи на другую, должны помнить такие ключевые детали происходящих событий, как значения основных регистров, программных счетчиков, и так далее. Назовем эту информацию контекстом задачи. Точно так же, как официант переключает свое внимание «от столика к столику», так и процессоры должны помнить состояние каждого своего «столика».