嵌入式系统：实时操作系统详解与任务调度

实时操作系统在嵌入式系统分析与设计课程中扮演着核心角色。嵌入式系统是一种结合了计算机技术、半导体技术和电子技术，专门针对特定应用需求而设计的专用计算机系统。它具有以下关键特性： 1. 多任务与实时性：实时操作系统（RTOS）支持多个任务并发执行，每个任务有严格的响应时间和执行顺序要求，这对于工业控制、通信设备等对时间敏感的应用至关重要。 2. 任务-进程模型：在嵌入式环境中，任务常被视作进程，它们有自己的状态（如就绪、运行、等待或阻塞），并通过CPU的调度机制进行管理和切换。 3. 任务调度：RTOS的调度算法包括时间片分时、优先级抢占等方式，确保关键任务能够及时响应，优化资源利用率。 4. CPU控制下的状态转换与切换：操作系统内核管理CPU的活动，包括任务上下文切换，当一个任务结束时，它会保存其状态并切换到下一个任务，整个过程需要快速且高效。 5. 存储和网络：课程涉及嵌入式系统的存储管理，如SD卡存储和USB协议栈，以及网络通信技术，如Ethernet和TCP/IP，这些都是数据传输和持久化存储的关键组件。 6. 人机交互界面：嵌入式系统的设计通常会包含用户界面，比如显示控制和输入处理，以提供直观的操作体验。 7. 硬件与软件设计：课程覆盖硬件设计，如ARMCortexM3开发实践，以及开发环境的选择，强调软件与硬件的紧密结合。 8. 课程实践：通过分组选择的项目，学生可以实际操作嵌入式系统，如开发智能小车，这有助于理论知识的深化和应用能力的提升。 9. 通用计算机与嵌入式系统的对比：课程介绍两者之间的区别，通用计算机是通用性强但可能过于庞大，而嵌入式系统则轻量级、高度定制，以满足特定应用场景。 10. 嵌入式系统的发展历程：从早期的计算机控制系统，如1960年代的石油化工生产线，到后来的以嵌入式微处理器为核心的数字化控制系统，展示了技术的演进和应用领域的广泛。 通过学习这些内容，学生不仅能理解嵌入式系统的整体架构，还能掌握相关的软硬件开发技术，为未来的嵌入式系统设计和实施打下坚实的基础。