摘 要：隨著芯片集成技術(shù)的不斷發(fā)展，目前，在集成電路設(shè)計方面已經(jīng)進入了一個新的時代，在設(shè)計時通常采用軟件硬件協(xié)同的方法。實時操作系統(tǒng)能夠顯著優(yōu)化芯片的性能特征，同時還能優(yōu)化設(shè)計的總體效益，降低其上市的時間，提高其可用性能。因此，本文對基于SOC的實時操作系統(tǒng)進行了分析。
　　關(guān)鍵詞：SOC 實時操作系統(tǒng) 分析
　　中圖分類號：TP316.2文獻標識碼：A文章編號：1672-3791（2012）09（a）-0013-01
　　實時操作系統(tǒng)（RTOS）是嵌入式應(yīng)用軟件的基礎(chǔ)和開發(fā)平臺。RTOS根據(jù)各個任務(wù)的性質(zhì)和要求，進行資源（包括存儲器、外設(shè)等）管理、任務(wù)的通信和同步管理、任務(wù)調(diào)度、異常處理等工作。在RTOS支持的系統(tǒng)中，通常每個任務(wù)都有優(yōu)先級RTOS根據(jù)各個任務(wù)的優(yōu)先級來動態(tài)的切換任務(wù)，保證其對實時性的要求。這種體系結(jié)構(gòu)簡化了編程結(jié)構(gòu)，比過去的循環(huán)控制的體系結(jié)構(gòu)有了很大的改進。與通常的嵌入式實時操作系統(tǒng)相比，基于SOC的RTOS既有共性，也有其特殊性。其共性表現(xiàn)在強調(diào)任務(wù)的實時性，采用實時調(diào)度算法以保證系統(tǒng)的多個任務(wù)能滿足實時性的要求；其特殊性源于SOC給RTOS的設(shè)計帶來新的課題。
　　1 基于SOC的實時操作系統(tǒng)設(shè)計的原理
　　普通的計算機系統(tǒng)當(dāng)中，一般是通過軟件來實現(xiàn)操作系統(tǒng)的設(shè)計的，對實時性也沒有較高的要求，沒有嚴格限制其所占用的內(nèi)存。但是基于SOC的實時操作系統(tǒng)在設(shè)計時對實時性有很嚴格的要求。同時也苛刻限制了代碼的長度。但是與此同時，進行這種實時系統(tǒng)的設(shè)計時，也有很強的靈活性，它主要體現(xiàn)在：為了保障系統(tǒng)功能的實現(xiàn)，能夠在芯片上設(shè)計額外的硬件，將實時操作系統(tǒng)的尺寸縮小，使其運行時間變快。通常是利用新的算法和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來不斷提高操作系統(tǒng)的實時性能，而在基于SOC的操作系統(tǒng)當(dāng)中，進行軟硬件的協(xié)同設(shè)計，提供了一種創(chuàng)新的機制。在基于集成芯片RTOS設(shè)計當(dāng)中，本文主要是通過采用I/O管理來實現(xiàn)軟硬件的有效劃分?？v線調(diào)度對于HDTV解碼芯片設(shè)計具有重要作用，它具有較強的非隨機性，在選擇算法時可以選用時間片這種調(diào)度方法。為了將整個操作系統(tǒng)在調(diào)度上的總開銷控制在一定范圍內(nèi)，并提高操作系統(tǒng)中芯片吞吐的總量，采用硬件來實現(xiàn)對所有總線的管理。
　　2 基于SOC的實時操作系統(tǒng)的任務(wù)管理
　　第一，任務(wù)的調(diào)度。在實施操作系統(tǒng)當(dāng)中，對內(nèi)核進行調(diào)度時需要確立基本調(diào)度單位，任務(wù)作為基本單位，其驅(qū)動通常都是事件或者消息的基礎(chǔ)上形成的，也就是說，在設(shè)計任務(wù)時，需要根據(jù)對接收到的各項事件以及信息的處理來進行的，它具有循環(huán)性。任務(wù)的狀態(tài)在實時操作系統(tǒng)中表現(xiàn)出很多不同種類，任務(wù)的運行，任務(wù)的就緒以及掛起等等，但是一般來說，系統(tǒng)中在同一時間內(nèi)只可供一種任務(wù)狀態(tài)存在，不同的任務(wù)按照其級別的差異來通過各自的時間片，然后獲得訪問CPU的權(quán)利。對多重任務(wù)進行管理和調(diào)度是實時操作系統(tǒng)的重要功能之一。任務(wù)是整個操作系統(tǒng)中不可或缺的基本操作對象，包括激活以及休眠任務(wù)。任務(wù)調(diào)度分為三種，一種是時間輪詢；另一種是時間分片還有一種是優(yōu)先搶占，在這三種形式中，對于實時性能的支撐性最強的是最后一種，即優(yōu)先搶占式。
　　第二，任務(wù)的切換。實時操作系統(tǒng)中，任務(wù)的切換主要是由以下原因引起的：第一種情況是上一個任務(wù)在正常完成之后，就將自身對CPU的控制權(quán)利轉(zhuǎn)給實時操作系統(tǒng)，操作系統(tǒng)對列表中全部任務(wù)進行判斷和檢查，確定優(yōu)先級別最高的任務(wù)，使其優(yōu)先運行。第二種情況是當(dāng)其中一個任務(wù)正在運行的過程中，優(yōu)先級別更高的另一個任務(wù)出現(xiàn)了中斷現(xiàn)象，系統(tǒng)根據(jù)目前任務(wù)狀況，保存其上下文，并對任務(wù)進行切換，使其處于中斷任務(wù)的狀態(tài)。系統(tǒng)通過對任務(wù)列表的整理和檢查，將一些運行完畢的任務(wù)刪除，然后不斷增加一些新的任務(wù)，并根據(jù)其優(yōu)先級別的高低，來對其進行排序。以促進任務(wù)間系統(tǒng)資源的合理分配。
　　第三，任務(wù)同步和通信。實時操作系統(tǒng)當(dāng)中對任務(wù)通信、同步的實現(xiàn)一般是通過對消息、郵箱、信號燈等服務(wù)原語的定義來進行其中消息的確立是通過系統(tǒng)當(dāng)中一些公共的數(shù)據(jù)交換區(qū)域來將任務(wù)在通信過程中需要的各種信息進行交互。
　　3 基于SOC的實時操作系統(tǒng)的存儲管理
　　第一，對存儲區(qū)進行合理分配。實時操作系統(tǒng)當(dāng)中，需要對存儲的區(qū)域進行合理科學(xué)的分配，一般采用靜態(tài)或者動態(tài)的分配方式，同時，在分配時還可以根據(jù)硬件中分布的儲存管理單元自身擁有的特點來優(yōu)化存儲管理模塊的設(shè)計。
　　第二，應(yīng)該實現(xiàn)對堆的管理。對于任務(wù)來說，如果需要一定的存儲區(qū)域，則需要通過動態(tài)申請才能實現(xiàn)，實時操作系統(tǒng)能夠通過對存儲空間中的堆來為任務(wù)在動態(tài)申請以及存儲塊的釋放過程中提供一個調(diào)用的接口，在進行動態(tài)分配的時候，應(yīng)該注意避免出現(xiàn)存儲區(qū)零碎化的現(xiàn)象。
　　4 I/O以及系統(tǒng)的中斷管理
　　實時操作系統(tǒng)為中斷管理提供了一種具有較高通用性能的設(shè)計模式，這種模式可以將中斷的時間控制在最短范圍內(nèi)，并能最大化提高中斷的響應(yīng)程度。同時，系統(tǒng)內(nèi)核中的各種資源對象可以對實體或者虛擬的資源進行獨占式的訪問，資源在同時間內(nèi)只能被一個任務(wù)訪問，這樣有利于防止出現(xiàn)資源沖突的現(xiàn)象。在設(shè)計1/O系統(tǒng)時，應(yīng)確保其具有以下特性：能在多個用戶程序之間共享；借助中斷管理來實現(xiàn)和CPU的通信以及同步；實現(xiàn)對I/0設(shè)備的良好控制。
　　5 基于SOC的實時操作系統(tǒng)軟硬件協(xié)同設(shè)計的方法
　　軟硬件協(xié)同設(shè)計時，首先需要依據(jù)操作系統(tǒng)的實際需求以及說明，來劃分軟硬件，將系統(tǒng)的功能具體要由哪些軟件或者硬件來實現(xiàn)進行確定，Gupta等在很早之前就提出了一種算法，這種算法能夠?qū)崿F(xiàn)功能在硬件軟件之間的遷移，而也有人提出了另一種較為先進的算法，這種算法可以通過將關(guān)鍵功能在指令流中確定下來，并把它們映射成相應(yīng)的硬件。其次，需要對功能進行定位。因為軟件當(dāng)中所承載的功能有時候會因為時間或性能因素，而被硬件取代，基于這種可能，可以通過對開發(fā)時間的考慮以及性能等方面的適應(yīng)性，來將原本在硬件中執(zhí)行的各種功能，轉(zhuǎn)移到軟件上來，由軟件中的處理器來執(zhí)行。再者，應(yīng)該進行良好調(diào)度。實時操作系統(tǒng)在任務(wù)中進行調(diào)度，主要依據(jù)是任務(wù)的不同，對實時響應(yīng)的具體要求也不同。在硬件上，應(yīng)該根據(jù)資源的總量和數(shù)據(jù)總線來對任務(wù)中的時間片進行合理分配。最后，還應(yīng)該完成映射。在硬件中利用固核來生成硬核，并把軟件編譯成一串串可以正常運行的代碼。
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