广州嵌入式培训
达内广州岗顶中心

18087159764

热门课程

嵌入式微内核实时操作系统分析与测试

  • 时间:2016-10-22
  • 发布:广州嵌入式培训
  • 来源:达内新闻

介绍嵌入式微内核实时操作系统的体系结构;针对Wolf嵌入式操作系统,设计一套微内核嵌入式操作系统测试实现方案。

1 嵌入式实时操作系统概述

嵌入式实时操作系统(ERTOS)是操作系统研究的一个重要分支,它与一般商用多任务OS,如UNIX,Windows等,最大的不同之处在于:商用多任务OS的目的是追求系统资源最大利用率和公平对待所有的系统请求;而ERTPS追求的是实时性、可确定性、可靠性。

自20世纪90年代以来,ERTOS发展迅速。国外著名商用EPTOS有:Wind River公司的VxWorks、IS(Integrated Systems)公司(2000年已被Wind River公司合并)的pSOS、AC(Accelerated Technology)公司的Nucleus等等。国外ERTOS很多,大多是针对不同应用的专用ERTOS或通用ERTOS。

与传统的嵌入式系统软件开发模式相比,虽然ERTOS会要求一些额外的开销,但可以由现代微控制器的高速度、大存储器以及产品提前进入市场的优势来弥补。优秀的ERTOS可以对几十个系列的嵌入式处理器MPU、微控制器MCU提供API接口。在此基础上,可以编定出各川硬件驱动程序、产品库函数,与通用性的应用程序一起作为产品销售。

2 ERTOS——Wolf分析

嵌入式实时操作系统产品Wolf(南开津科ERTOS)是一个开放式的微内核实时操作系统。其基本设计思想是:

*低功耗(具有间歇式工作机制,支持哈偶结构);

*支持尖端智能输入/输出设备;

*支持微型大容量存储卡(SM卡、SD卡等);

*本质安全,支持信息版权及安全保护;

*为第三方提供产品级的SDK。

具有以下特点:

*微内核结构;

*支持多种CPU产品;

*基于优先级的抢占式调度和轮转调度相结合的多任务调度;

*极小的内存开销;

*高可用性、可靠性。

2.1 微内核体系结构

微内核体系结构是相对层次内核体系结构而言的。大部分或全部层次功能由内核实现,所有的接口功能只与相邻层有关,系统和应用独立,但其每一功能层的变化都会影响整个系统,层间安全性低。

微内核的主要功能就是消息交换:确认消息、在组件间传送消息及准许对硬件操作。微内核结构的主要优点是:系统具有统一的接口,扩展性、可靠性及支持分布式系统。

Wolf是一个具有微内核结构的嵌入式操作系统,它由一个实时多任务内核和多个组件的集合组成。软件组件都是独立的标准构件块,可以不用变更地从一个应用程序移到另一个应用程序。Wolf体系结构如图2所示。

2.2 微内核剖析

Wolf多任务调度是动态基于消息触发调度机制,任务切换由临时事件驱动,任务间是内部同步,不同的任务能够异步招待。Wolf内核负责维护系统中的所有任务的当前状态,所有任务具有以下四种状态之一:

*就绪态(Ready),缩写为R。一个就绪态任务是可运行的,等待高优先级的任务释放CPU。

*运行态(Run),缩写为E。一个运行态的任务是一个正在使用CPU的就绪任务。任何时刻有且只有一个运行着的任务。

*阻塞态(Blocked),缩写为B。一个任务被阻塞是由于任务自身的多个活动的必要手段。一个任务不能从就绪态到阻塞态。

*刮起态(Suspend)。一个挂起态的任务不能执行,主要用于调试。

*任务调试程序维护1个或多个跟踪每个任务状态的内部列表。它有一个就绪列表和每个(任务正在等待的)同步对象的一个单独受阻列表。就绪队列前头的任务是下一个要运行的任务。在受阻列表中的任何任务都被挂起,每当受阻列表中的一个任务等待的事情发生时,该任务就从受阻列表中被删除,并被放到就绪列表中等待执行、如图3所示。

(1)多任务调度

任务调度是指根据一定的约束规定,将CPU分配给符合条件的任务使用。约束规则又称为调度算法。Wolf内核采用多种调度算法分配CPU给处于Ready态(就绪态)的任务。默认基于优先级的抢占式调度算法,也支持基于时间片的轮转(Round-Robin)调度算法。

在嵌入式系统实时应用中,不是每次抢占都是合理的,非期待的抢占会导致系统出现无法预料的情况,Woif提供允许和禁止调度的功能调用实现禁止抢占机制。

(2)任务通信、同步、互斥机制

任务间通信机制是提供多任务间相互同步和通信,以协调独立任务之间活动的机制。

①共享内存,提供数据共享。Woif采用简单快速的禁止中断手段保证共享数据被互斥访问②消息队列实现一CPU内多任务间通信和同步。Woif提供消息队列函数库创建、删除、发送消息,消息队列是动态建立的抽象对象,不绑定于任务一个任务。

3 微内核测试设计方案

设计嵌入式操作系统软件测试方案时,我们根据系统分析的基本思想,定用判定表、功能矩阵将其划分成状态测试、系统调用功能测试。

(1)多任务状态测试

下面运用判定表设计状态转移测试用例。首先确定状态转移活动(5类活动):

①运行态到阻塞态E→B;

②阻塞态到就绪态B→R;

③阻塞态到运行态B→E;

④就绪态到就绪态E→R。

⑤执行态到就绪态E→R。

然后列出不同活动必须遵守的状态转换规则并编号。这里编号形式定义为:具体活动编号+数字序列编号。例如:用转换规则编号③2,表明该规则是活动3必须遵守的第2条规则。

以下是部分转换规则。

◇一个运行态的任务E变成阻塞态B(E→B):

①,它从一个空消息队列中请求一个消息;或者②,它等待一个不会即将发生的事件条件;或者③,它请求一个当前不能提供的信号量标志;或者④,它请求一段目前不能提供的内存;或者⑤,它暂中止一个时间段或直到一个特殊的时刻。

◇一个阻塞态的任务B变成就绪态R(B→R):

①,B是消息等待队列中的第一个任务,它等待的消息来到消息队列中;或者②,一个事件发送给了B,满足了它一直等待的事件的条件;或者③,一个信号量标志被返回,B是等待队列中的第一个;或者④,返还的内存区允许分配给B;或者⑤,B一直在超时等待一个事件、消息、信号量或一个内存段(当超过时间间隔)。

◇一个阻塞态的任务B变成运行态(B→E):

任何一个(B→R)任务条件满足,该任务运行优先级就高于运行态任务,这个运行态任务是能被抢先的。

◇一个就绪态的任务R会变成运行态任务(R→E),在当前运行态任务是:

①阻塞;或者②,可抢占。R有较高的优先级。

◇一个运行态的任务R会变成就绪态任务(E→R),当:

①任何一个阻塞状态的任务B满足了(E→R)的发生条件(由于当前E或一个ISR系统调用);或者②,满足(R→E)的2至4条件中的任何一个条件发生。

(2)多任务功能测试

首先,分析Wolf的微内核功能,将其划分成3个测试功能域:

①面向应用层的高级系统服务(调用)测试域。Wolf为应用层提供丰富的系统调用函数,将其细分为操作系统服务类、内存服务类、文件系统服务类、I/O服务类及调试平台服务5类。

②面向内核的多任务调度测试、任务通信测试及内存测试域。

③面向低层硬件的设备驱动测试、时钟测试、功耗测试域。

其次,将系统调用函数使用的数据类型分类,如表2所列。经过数据分类,使得上百个函数测试通过20多个数据类型的测试来实现,。提高测试效率。测试提供的统计数字为最后的测试失败率、覆盖率提供依据。(N1,N2,N3,N4,N5,N6分别代表测试的次数)\

上一篇:用GNU工具开发基于ARM的嵌入式系统
下一篇:一种嵌入式系统的内存分配方案

腾讯广告已游戏收益创7年新高

达内嵌入式学习代码趣味分享

亚马逊放弃推出捆绑视频服务

双十一付款后必须注意什么?

选择城市和中心
贵州省

广西省

海南省