16、探索嵌入式系统的高级主题：实时操作系统与调度算法

探索嵌入式系统的高级主题：实时操作系统与调度算法

1 实时操作系统概述

在嵌入式系统中，实时操作系统（RTOS）扮演着至关重要的角色。RTOS确保系统能够及时响应外部事件，这对于诸如汽车控制系统、医疗设备等应用场景至关重要。实时系统根据其响应时间的要求可以分为软实时系统和硬实时系统。软实时系统允许一定程度的延迟，而硬实时系统则要求严格的时间约束。

1.1 实时操作系统的特性

RTOS具有以下关键特性：

• 抢占式调度 ：允许高优先级任务打断低优先级任务，以确保重要任务尽快得到处理。
• 任务管理 ：提供创建、删除、挂起和恢复任务的功能。
• 同步机制 ：提供信号量、互斥锁等机制来同步任务之间的操作。
• 内存管理 ：支持动态内存分配和释放，确保高效使用有限的内存资源。

2 调度算法详解

调度算法决定了任务如何分配CPU时间。一个好的调度算法不仅要保证系统的实时性，还要最大化资源利用率。以下是几种常见的调度算法：

2.1 时间片轮转调度

时间片轮转（Round Robin, RR）调度为每个任务分配相同的时间片。当一个任务的时间片用完时，调度器会切换到下一个任务。RR调度适用于任务之间优先级差异不大且需要公平分配CPU时间的场景。

2.2 优先级调度

优先级调度根据任务的重要性和紧急程度赋予不同的