嵌入式实时操作系统uCOS-II：实时系统概念解析

"《嵌入式实时操作系统uCOS-II》(第二版）第2章主要介绍了实时系统的基本概念，包括前后台系统、代码的临界段、资源管理、多任务、任务切换、内核类型、调度策略、可剥夺性和不可剥夺型内核、可重入性、时间片轮转、任务优先级、优先级反转、互斥条件、信号量、死锁、同步、事件标志、任务间通信、消息邮箱、消息队列、中断处理以及实时系统的存储器需求和优缺点等核心概念。" 在实时系统中，前后台系统是基本的设计模式，前台任务执行用户可见的操作，后台任务则负责系统服务。代码的临界段是指一段必须独占资源的程序，为了防止并发访问引发的问题，需要进行适当的同步和互斥控制。资源在实时系统中是关键，尤其是共享资源，需要有效的管理机制来确保安全访问。 多任务是实时操作系统的核心特性，通过任务切换实现多个任务的并发执行。任务切换包括上下文切换，即保存当前任务的状态并恢复下一个任务的状态。内核是操作系统的核心，负责调度、管理资源和提供服务。调度器根据特定策略决定哪个任务应该获得CPU执行权。 内核分为可剥夺型和不可剥夺型，前者允许高优先级任务随时中断低优先级任务，而后者一旦任务开始执行，除非自己完成，否则不会被抢占。可重入性是指一个函数或过程可以被中断并在同一时间由另一个任务调用，而不会导致数据错误。 时间片轮转调度法用于平等分配CPU时间，每个任务按固定时间片轮流执行。任务优先级分为静态和动态，静态优先级在任务创建时确定，动态优先级则可以在运行时调整。优先级反转可能导致低优先级任务阻碍高优先级任务执行，是实时系统中的一个重要问题。 互斥条件通过关中断、开中断、测试并置位、禁止和允许任务切换等方式来实现，信号量是一种常用的同步和互斥机制。死锁发生在两个或更多任务相互等待对方释放资源而无法继续执行的情况。同步是协调不同任务之间操作的过程，事件标志和消息传递机制如消息邮箱和消息队列是常见的同步手段。 中断是嵌入式系统中的重要组成部分，中断延迟、响应时间和恢复时间对实时性能有直接影响。非屏蔽中断(NMI)不能被其他中断打断，时钟节拍是定时器产生的周期性信号，用于调度和计时。实时系统对存储器的需求较高，使用实时内核既有优势也有挑战，如提高响应速度但也可能增加系统复杂性。