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實時操作系統(tǒng)（RTOS）是指當外界事件或數(shù)據(jù)產(chǎn)生時，能夠接受并以足夠快的速度予以處理，其處理的結(jié)果又能在規(guī)定的時間之內(nèi)來控制生產(chǎn)過程或?qū)μ幚硐到y(tǒng)做出快速響應，調(diào)度一切可利用的資源完成實時任務(wù)，并控制所有實時任務(wù)協(xié)調(diào)一致運行的操作系統(tǒng)。
實時操作系統(tǒng)（RTOS）是指當外界事件或數(shù)據(jù)產(chǎn)生時，能夠接受并以足夠快的速度予以處理，其處理的結(jié)果又能在規(guī)定的時間之內(nèi)來控制生產(chǎn)過程或?qū)μ幚硐到y(tǒng)做出快速響應，調(diào)度一切可利用的資源完成實時任務(wù)，并控制所有實時任務(wù)協(xié)調(diào)一致運行的操作系統(tǒng)。提供及時響應和高可靠性是其主要特點。
RTOS系統(tǒng)
RTOS是一個內(nèi)核，典型的單片機程序在程序指針復位后，首先進行堆棧、中斷、中斷向量、定時器、串行口等接口設(shè)置、初始化數(shù)據(jù)存儲區(qū)和顯示內(nèi)容，然后就來到了一個監(jiān)測、等待或空循環(huán)，在這個循環(huán)中，CPU可以監(jiān)視外設(shè)、響應中斷或用戶輸入。
這段主程序可以看作是一個內(nèi)核，內(nèi)核負責系統(tǒng)的初始化和開放、調(diào)度其它任務(wù)，相當于C語言中的主函數(shù)。
RTOS就是這樣的一個標準內(nèi)核，包括了各種片上外設(shè)初始化和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的格式化，不必、也不推薦用戶再對硬件設(shè)備和資源進行直接操作，所有的硬件設(shè)置和資源訪問都要通過RTOS核心。硬件這樣屏蔽起來以后，用戶不必清楚硬件系統(tǒng)的每一個細節(jié)就可以進行開發(fā)，這樣就減少了開發(fā)前的學習量。
實時操作系統(tǒng)（RTOS）是指當外界事件或數(shù)據(jù)產(chǎn)生時，能夠接受并以足夠快的速度予以處理，其處理的結(jié)果又能在規(guī)定的時間之內(nèi)來控制生產(chǎn)過程或?qū)μ幚硐到y(tǒng)做出快速響應，調(diào)度一切可利用的資源完成實時任務(wù)，并控制所有實時任務(wù)協(xié)調(diào)一致運行的操作系統(tǒng)。提供及時響應和高可靠性是其主要特點。
定義
實時操作系統(tǒng)是保證在一定時間限制內(nèi)完成特定功能的操作系統(tǒng)。實時操作系統(tǒng)有硬實時和軟實時之分，硬實時要求在規(guī)定的時間內(nèi)必須完成操作，這是在操作系統(tǒng)設(shè)計時保證的；軟實時則只要按照任務(wù)的優(yōu)先級，盡可能快地完成操作即可。我們通常使用的操作系統(tǒng)在經(jīng)過一定改變之后就可以變成實時操作系統(tǒng)。
例如，可以為確保生產(chǎn)線上的機器人能獲取某個物體而設(shè)計一個操作系統(tǒng)。在“硬”實時操作系統(tǒng)中，如果不能在允許時間內(nèi)完成使物體可達的計算，操作系統(tǒng)將因錯誤結(jié)束。在“軟”實時操作系統(tǒng)中，生產(chǎn)線仍然能繼續(xù)工作，但產(chǎn)品的輸出會因產(chǎn)品不能在允許時間內(nèi)到達而減慢，這使機器人有短暫的不生產(chǎn)現(xiàn)象。一些實時操作系統(tǒng)是為特定的應用設(shè)計的，另一些是通用的。一些通用目的的操作系統(tǒng)稱自己為實時操作系統(tǒng)。但某種程度上，大部分通用目的的操作系統(tǒng)，如微軟的Windows NT或IBM的OS/390有實時系統(tǒng)的特征。這就是說，即使一個操作系統(tǒng)不是嚴格的實時系統(tǒng)，它們也能解決一部分實時應用問題。
大體上，實時操作系統(tǒng)（RTOS）要求：
多任務(wù)
處理能被區(qū)分優(yōu)先次序的進程線
一個中斷水平的充份數(shù)量
被裝入作為微型設(shè)備一部分的內(nèi)含小操作系統(tǒng)經(jīng)常要求實時操作系統(tǒng)。一些核心問題能被考慮以符合實時操作系統(tǒng)的需求。然而，因為像設(shè)備驅(qū)動程序這樣的其他成份，也通常被特別的方法需要，一個實時操作系統(tǒng)通常比核心更大。
RTOS系統(tǒng)
1.RTOS是一個內(nèi)核
典型的單片機程序在程序指針復位后，首先進行堆棧、中斷、中斷向量、定時器、串行口等接口設(shè)置、初始化數(shù)據(jù)存儲區(qū)和顯示內(nèi)容，然后就來到了一個監(jiān)測、等待或空循環(huán)，在這個循環(huán)中，CPU可以監(jiān)視外設(shè)、響應中斷或用戶輸入。
這段主程序可以看作是一個內(nèi)核，內(nèi)核負責系統(tǒng)的初始化和開放、調(diào)度其它任務(wù)，相當于C語言中的主函數(shù)。
RTOS就是這樣的一個標準內(nèi)核，包括了各種片上外設(shè)初始化和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的格式化，不必、也不推薦用戶再對硬件設(shè)備和資源進行直接操作，所有的硬件設(shè)置和資源訪問都要通過RTOS核心。硬件這樣屏蔽起來以后，用戶不必清楚硬件系統(tǒng)的每一個細節(jié)就可以進行開發(fā)，這樣就減少了開發(fā)前的學習量。
一般來說，對硬件的直接訪問越少，系統(tǒng)的可靠性越高。RTOS是一個經(jīng)過測試的內(nèi)核，與一般用戶自行編寫的主程序內(nèi)核相比，更規(guī)范，效率和可靠性更高。對于一個精通單片機硬件系統(tǒng)和編程的“老手”而言，通過RTOS對系統(tǒng)進行管理可能不如直接訪問更直觀、自由度大，但是通過RTOS管理能夠排除人為疏忽因素，提高軟件可靠性。
另外，高效率地進行多任務(wù)支持是RTOS設(shè)計從始至終的一條主線，采用RTOS管理系統(tǒng)可以統(tǒng)一協(xié)調(diào)各個任務(wù)，優(yōu)化CPU時間和系統(tǒng)資源的分配，使之不空閑、不擁塞。針對某種具體應用，精細推敲的應用程序不采用RTOS可能比采用RTOS能達到更高的效率；但是對于大多數(shù)一般用戶和新手而言，采用RTOS是可以提高資源利用率的，尤其是在片上資源不斷增長、產(chǎn)品可靠性和進入市場時間更重要的今天。
2.RTOS是一個平臺
RTOS建立在單片機硬件系統(tǒng)之上，用戶的一切開發(fā)工作都進行于其上，因此它可以稱作是一個平臺。采用RTOS的用戶不必花大量時間學習硬件，和直接開發(fā)相比起點更高。
RTOS還是一個標準化的平臺，它定義了每個應用任務(wù)和內(nèi)核的接口，也促進了應用程序的標準化。應用程序標準化后便于軟件的存檔、交流、修改和擴展，為嵌入式軟件開發(fā)的工程化創(chuàng)造了條件、減少開發(fā)管理工作量。嵌入式軟件標準化推廣到社會后，可以促進軟件開發(fā)的分工，減少重復勞動，近來出現(xiàn)的建立于RTOS上的文件和通信協(xié)議庫函數(shù)產(chǎn)品等就是實例。
RTOS對于開發(fā)單位和開發(fā)者個人來說也是一種提高。引入RTOS的開發(fā)單位，相當于引入了一套行業(yè)中廣泛采用的嵌入式系統(tǒng)應用程序開發(fā)標準，使開發(fā)管理更簡易、有效。基于RTOS和C語言的開發(fā)，具有良好的可繼承性，在應用程序、處理器升級以及更換處理器類型時，現(xiàn)存的軟件大部分可以不經(jīng)修改地移植過來。
對于開發(fā)人員來說，則相當于在程序設(shè)計中采用一種標準化的思維方式，提高知識創(chuàng)造的效率；同時因為具有類似的思路，可以更快地理解同行其它人員的創(chuàng)造成果
特點
一、時間約束性
實時系統(tǒng)的任務(wù)具有一定的時間約束（截止時間）。根據(jù)截止時間，實時系統(tǒng)的實時性分為“硬實時”和“軟實時”。硬實時是指應用的時間需求能夠得到完全滿足，否則就造成重大安全事故，甚至造成重大的生命財產(chǎn)損失和生態(tài)破壞，如在航空航天、軍事、核工業(yè)等一些關(guān)鍵領(lǐng)域中的應用。軟實時是指某些應用雖然提出時間需求，但實時任務(wù)偶爾違反這種需求對系統(tǒng)運行及環(huán)境不會造成嚴重影響，如監(jiān)控系統(tǒng)等和信息采集系統(tǒng)等。
二、可預測性
可預測性是指系統(tǒng)能夠?qū)崟r任務(wù)的執(zhí)行時間進行判斷，確定是否能夠滿足任務(wù)的時限要求。由于實時系統(tǒng)對時間約束要求的嚴格性，使可預測性稱為實時系統(tǒng)的一項重要性能要求。除了要求硬件延遲的可預測性以外，還要求軟件系統(tǒng)的可預測性，包括應用程序的響應時間是可預測的，即在有限的時間內(nèi)完成必須的工作；以及操作系統(tǒng)的可預測性，即實時原語、調(diào)度函數(shù)等運行開銷應是有界的，以保證應用程序執(zhí)行時間的有界性。
三、可靠性
大多數(shù)實時系統(tǒng)要求有較高的可靠性。在一些重要的實時應用中，任何不可靠因素和計算機的一個微小故障，或某些特定強實時任務(wù)（又叫關(guān)鍵任務(wù)）超過時限，都可能引起難以預測的嚴重后果。為此，系統(tǒng)需要采用靜態(tài)分析和保留資源的方法及冗余配置，使系統(tǒng)在最壞情況下都能正常工作或避免損失。可靠性已成為衡量實時系統(tǒng)性能不可缺少的重要指標。
四、與外部環(huán)境的交互作用性
實時系統(tǒng)通常運行在一定的環(huán)境下，外部環(huán)境是實時系統(tǒng)不可缺少的一個組成部分。計算機子系統(tǒng)一般是控制系統(tǒng)，它必須在規(guī)定的時間內(nèi)對外部請求做出反應。外部物理環(huán)境往往是被控子系統(tǒng)，兩者互相作用構(gòu)成完整的實時系統(tǒng)。大多數(shù)控制子系統(tǒng)必須連續(xù)運轉(zhuǎn)以保證子系統(tǒng)的正常工作或準備對任何異常行為采取行動。
早期的實時系統(tǒng)功能簡單，包括單板機、單片機，以及簡單的嵌入式實時系統(tǒng)等，其調(diào)度過程相對簡單。隨著實時系統(tǒng)應用范圍的不斷擴大，系統(tǒng)復雜性不斷提高，實時系統(tǒng)具有以下新特點。
1、多任務(wù)類型
在實時系統(tǒng)中，不但包括周期任務(wù)、偶發(fā)任務(wù)、非周期任務(wù)，還包括非實時任務(wù)。實時任務(wù)要求要滿足時限，而非實時任務(wù)要求要使其響應時間盡可能的短。多種類型任務(wù)的混合，使系統(tǒng)的可調(diào)度性分析更加困難。
2、約束的復雜性
任務(wù)的約束包括時間約束、資源約束、執(zhí)行順序約束和性能約束。時間約束是任何實時系統(tǒng)都固有的約束。資源約束是指多個實時任務(wù)共享有限的資源時，必須按照一定的資源訪問控制協(xié)議進行同步，以避免死鎖和高優(yōu)先級任務(wù)被低優(yōu)先級任務(wù)堵塞的時間（即優(yōu)先級倒置時間）不可預測。執(zhí)行順序約束是指各任務(wù)的啟動和執(zhí)行必須滿足一定的時間和順序約束。例如，在分布式端到端（end-to-end）實時系統(tǒng)很重，同一任務(wù)的各子任務(wù)之間存在前驅(qū)/后驅(qū)約束關(guān)系，需要執(zhí)行同步協(xié)議來管理子任務(wù)的啟動和控制子任務(wù)的執(zhí)行，使它們滿足時間約束和系統(tǒng)可調(diào)度要求。性能約束是指必須滿足如可靠性、可用性、可預測性、服務(wù)質(zhì)量（Quality of Service，QoS）等性能指標。
3、具有短暫超載的特點
在實時系統(tǒng)中，即使一個功能設(shè)計合理、資源充足的系統(tǒng)也可能由于一下原因超載：
1）系統(tǒng)元件出現(xiàn)老化，外圍設(shè)備錯誤或系統(tǒng)發(fā)生故障。隨著系統(tǒng)運行時間的增長，系統(tǒng)元件出現(xiàn)老化，系統(tǒng)部件可能發(fā)生故障，導致系統(tǒng)可用資源降低，不能滿足實時任務(wù)的時間約束要求。
2）環(huán)境的動態(tài)變化。由于不能對未來的環(huán)境、系統(tǒng)狀態(tài)進行正確有效地預測，因此不能從整體角度上對任務(wù)進行調(diào)度，可能導致系統(tǒng)超載。
3）應用規(guī)模的擴大。原先滿足實時任務(wù)時限要求的系統(tǒng)，隨著應用規(guī)模的增大，可能出現(xiàn)不能滿足任務(wù)時限要求的情況，而重新設(shè)計、重建系統(tǒng)在時間和經(jīng)濟上又不允許。
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