uCOS II 实时系统概念解析：软硬实时与多任务调度

"这篇教程主要介绍了实时系统的基本概念和相关机制，特别是与uCOS II操作系统相关的知识点，包括实时系统的分类、任务管理、内核类型、调度策略、同步与通信机制、中断处理以及存储器需求等。" 实时系统是计算机系统的一个重要分支，其核心特点是对于时间的敏感性。在实时系统中，逻辑和时序的偏差可能导致严重的后果。本教程分为软实时系统和硬实时系统两部分进行讲解。软实时系统更注重任务的快速执行，但并不强制规定任务的绝对完成时限；而硬实时系统则有严格的时限要求，确保关键任务能在预设时间内准确完成。 在实时系统中，前后台系统是一种常见的架构，它由一个前台任务（通常是用户交互界面）和若干后台任务组成。后台任务通常在后台运行，不影响前台任务的执行。在这样的系统中，代码的临界段是指需要独占资源的代码片段，需要防止并发访问导致的数据不一致。 资源管理和共享是实时系统中的关键问题。共享资源可能需要互斥访问，因此引入了任务切换、内核和调度的概念。内核是操作系统的核心，负责任务的管理和调度。调度器根据一定的策略决定哪个任务应该获得处理器。内核可以是不可剥夺型，即一旦任务开始执行，除非主动让出，否则不会被其他任务抢占；也可为可剥夺型，允许高优先级任务随时打断低优先级任务。 关于任务，它们是系统中的基本执行单元，具有独立的执行路径和生命周期。任务切换是指在不同任务之间转移控制权，这涉及到上下文切换，即保存和恢复任务状态的过程。任务的优先级决定了它们获取处理器的时间，可以是静态分配或动态调整。优先级反转可能导致低优先级任务阻塞高优先级任务，是实时系统中需避免的现象。 为了实现任务间的同步和通信，教程涵盖了信号量、事件标志、消息邮箱和消息队列等机制。这些机制有助于解决互斥条件，防止死锁，并实现数据的有效传递。 中断是实时系统中的重要组成部分，包括中断延迟、响应和恢复时间，它们影响系统的实时性能。非屏蔽中断（NMI）是不能被当前处理过程暂停的中断，而时钟节拍则是实时系统中计时的基础，用于调度和时间管理。 此外，实时系统对存储器的需求也有所不同，需要考虑到快速访问和确定性的存储分配。使用实时内核既有优势，如提高系统响应速度和可靠性，但也可能带来额外的复杂性和资源消耗。 通过这个章节，读者可以深入了解实时系统的基本原理，为理解和应用uCOS II这类实时操作系统打下坚实基础。