实时操作系统在星载计算机中的应用

发。在总体设计中，应确定操作系统的结构、支持的任务数、采用的调度方案、提供哪些系统服务等问题。在SARRTOS的体系结构设计中采用了将整体式和客户/服务器模型结合的方法。将它定义为四个层次：硬件层、硬件接口层、OS层和应用层，如图1所示。

（2）任务调度

为了保证系统的实时性，可以采用基于优先级的抢占式调度，也就是一旦更高优先级的任务就绪，就能获得CPU的使用权，使任务响应时间最短。SAR-RTOS中就是采和了这种调度方案，调度时间确定、速度快、实时性好。

    SAR-RTOS中关于任务管理的实现方法为：考虑到星载系统的ROM和RAM资源有限，为了保证SAR-RTOS的微内核性，将其设计为最多能支持64个任务。给每个任务赋予不同的优先级，以优先级为基础建立任务就绪表。当某个任务就绪时，将就绪表中相应位置位，执行任务调度时按照优先级矢量位图算法查找任务就绪表，找出最高优先级任务，执行任务切换。

任务切换需要完成以下工作，但需要注意的是执行任务切换属于临界区代码（不可被中断），必须关中断，切抽象完成后再开中断：

*判断需要调度的任务是否是当前正在运行的任务，如果是就不切换，避免不必要的切换，缩短CPU执行时间；

*将被挂起的任务CPU寄存器压入堆栈；

*将当前堆栈指针保存在即将挂起任务的任务控制块中；

*把高优先级任务的CPU寄存器从堆栈中恢复；

*将高优先级任务的任务控制块中保存的堆栈指针恢复；

*执行中断返回指令，让高优先级任务运行。

（3）任务管理

任务在RTOS中通常同时作为系统调度和资源分配的最小单位，也是用户编写应用程序的基础，对任务的管理是RTOS最基本的功能。对任务的管理内容包括任务状态的设计以及任务状态变迁的实现。在SAR-RTOS中任务的状态总共有四种，如表1所示。

表1 SAR-RTOS中的任务状态

运行态（Running） 任务占有CPU，并得以执行的状态 就绪态（Ready） 任务已经具备运行的条件，等待内核调度 阻塞态（Block） 任务由于某种原因被迫放弃CPU的使用 休眠态（Dormant） 任务不具备争取CPU的使用资格的状态，也就是说不会被调度

任务状态的变迁如图2所示。

（4）任务间通信与同步

任务间的同步与通信是多任务操作系统都需要解决的问题。实时操作系统的核心就是要支持多任务的并发执行，相应地也就引入了任务与任务之间、任务与中断服务程序之间必须协调动作、相互配合的问题。即常说的任务间的同步与通信问题。所谓任务间的同步是指多个任务中发生的事件存在某种时序关系，必须协同动作、相互配合，以共同完成一个任务。任务间通信就是任务在运行时与别的任务进行信息交换。其实，同步本质上也是一种信息交换，是为了保证在正确的时间和条件下进行信息交换，使任务间不会产生混乱。在现场操作系统中已经对任务的同步与通信有比较完备的解决办法。信号量以及事件机制等都是RTOS常用的同步机制，RTOS为任务间通信提供邮箱及消息队列等服务。

在SAR-RTOS中，提供的任务间通信的服务包括：消息邮箱（Message Mailbox）和消息队列（Message Queue）;提供的任务间同步的服务包括：信号量（Semaphore）和事件标志（Event Flag）。

（5）时间管理

RTOS由于其实时性，在系统运行过程中必须提供可靠的时间保证，因此RTOS通常都在硬件定时器的基础上提供系统时钟服务。每一个时钟滴答（Tick）就是一次系统的脉动，指挥系统各部分协调工作，因此定时管理是RTOS的基础。时间管理一般提供以下

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