DioneOS - DioneOS
 | Эта статья нужны дополнительные цитаты для проверка. (Март 2011 г.) (Узнайте, как и когда удалить этот шаблон сообщения) |
DioneOS (произносится / djoneos /) - это многозадачность упреждающий, операционная система реального времени. Система предназначена для Техасские инструменты MSP430x микроконтроллеры. Целевая платформа микроконтроллера имеет ограниченные ресурсы, то есть тактовая частота системы в десятки МГц и воспоминания составляют от десятков до нескольких сотен КБ. Система адаптирована к таким условиям, обеспечивая компактный и эффективный образ. Термин «эффективность» означает здесь минимизацию дополнительных ЦПУ нагрузка, вызванная использованием системы. Согласно этому определению, система более эффективна, когда она потребляет меньше процессорного времени для выполнения своих внутренних частей (например, потоки управление).
Система DioneOS предназначена для автономных устройств, в которых пользовательский интерфейс имеет ограниченные функции. Основная функциональность, предоставляемая системой, - это среда для создания многозадачного микропрограммного обеспечения с помощью стандартных, хорошо известных концепций (например, семафоры, таймеры и т. д.). Из-за целевого домена приложения в системе нет графический интерфейс пользователя.
Модель памяти
Инструменты Техаса компания производит широкий спектр микроконтроллеры которые используют ядро MSP430. В зависимости от версии чип содержит разное количество флэш-память и баран (например, MSP430f2201 имеет 1 КБ / 128 КБ соответственно, а MSP430f5438 - 256 КБ / 16 КБ). Когда размер памяти превышает предел 64 КБ,[1] 16-битной адресации недостаточно. Из-за этого ограничения микросхемы с большей памятью оснащены расширенным ядром (MSP430x). Эта версия процессор имеет более широкие регистры (20 бит) и новые инструкции для их обработки.
При компиляции программист выбирает тип модели памяти («ближний» или «дальний»), который используется для ВСПЫШКА и баран воспоминания. Этот выбор определяет доступный диапазон памяти, поэтому, когда запрограммирован предел FLASH, превышающий 64 КБ, должна использоваться «дальняя» модель.
DioneOS поддерживает «дальнюю» модель для модулей кода, поэтому большие прошивки, использующие расширенную FLASH-память, могут быть разработаны и запущены под управлением системы. Система использует модель «ближней» памяти для сегментов данных.
Управление потоками
Прошивка, запускаемая в системе DioneOS, состоит из потоков, которые выполняются в псевдо-режиме.параллельно путь. У каждого потока есть свой уникальный приоритет, используемый для упорядочивания потоков от самого важного к меньшему. Значение приоритета потока определяет приоритет выполнения над другими.
В системе DioneOS поток может находиться в одном из следующих состояний:
- Выполняется - поток в настоящее время выполняется процессором,
- Готово - поток готов к запуску,
- Ожидание - поток заблокирован и ожидает некоторого объекта синхронизации.
Поскольку в процессоре только одно ядро, только один поток может находиться в состоянии выполнения. Это поток с наивысшим приоритетом из всех потоков, не находящихся в состоянии ожидания. Изменение состояния потока может быть вызвано:
- запуск объект, удерживающий нить,
- неудачное получение уже заблокированного объекта (например, мьютекса, принадлежащего кому-то другому),
- истекший тайм-аут,
- изменение состояния другого потока, которое может привести к вытеснению.
Система обрабатывает до 16 потоков, включая неактивный с самым низким приоритетом. Неактивный поток должен быть всегда готов к запуску и никогда не переходить в состояние ожидания, поэтому не разрешается вызывать какие-либо функции это заблокировало бы изнутри этого потока. Неактивный поток можно использовать для определения общей нагрузки на систему.
Особенности системы
Система DioneOS обеспечивает:
- элементы для синхронизации: мьютексы и считаю семафоры, используется для синхронизации потоков, сигнализация от ISR к потоку и защиты общих ресурсов,
- методы управления временем: таймеры, спящий поток, таймауты,
- элементы коммуникации, реализованные мероприятиями и очереди доступно как круговые буферы,
- управление памятью пул памяти который выделяет память только блоками фиксированного размера, но не имеет проблем фрагментации, которые могут возникнуть, когда куча используется. Также доступно регулярное выделение памяти с помощью malloc / free в куче, это предусмотрено стандартом. C библиотеки.
- объекты поддержки тестирования: сигнальные события на выводах микросхемы, критические исключения, маркировка объектов, которая помогает обнаруживать ошибки, такие как использование удаленного объекта или двойное освобождение памяти и т. д.
Переключение контекста
Как было сказано в главе «Управление потоками», прошивка состоит из псевдопараллельных потоков. Каждый поток имеет свой собственный контекст, который содержит основные регистры процессора, последний адрес выполнения и частный стек. Во время переключения между потоками система сохраняет контекст остановленного потока и восстанавливает контекст запущенного. Это сохранение состояния позволяет прервать выполнение потока и продолжить его, даже если между ними был выполнен другой поток. Обратите внимание, что за приоритетом следует переключатель контекста может произойти в любой момент, даже если в потоке не вызывается системная функция. Хотя это может произойти в неожиданном месте исполняемого кода, работа потока не искажается из-за системы и сохранения контекста. С точки зрения потока переключение может выполняться в фоновом режиме.
Переключение контекста - критическая операция в системе, и время ее выполнения определяет, насколько эффективна система. Из-за этого переключение контекста в системе DioneOS было оптимизировано за короткое время. Самые важные части были написаны на ассемблер, поэтому переключение можно осуществить за 12–17 мкс[2] (для fос= 25 МГц).
В системе DioneOS переключение контекста может быть инициировано из процедура обслуживания прерывания. Это свойство полезно для перемещения обработки событий в поток и обычно реализуется в двухуровневой архитектуре:
- обработчик прерывания - вызывается после возникновения аппаратного прерывания. В этой части прерывания отключены, поэтому выполнение не может продолжаться долгое время, в противном случае будет нарушена отзывчивость системы. На этом уровне должны обрабатываться только задания, требующие быстрого ответа на прерывание, любые другие должны передаваться на более высокий уровень,
- верхний уровень - обработка в отдельном потоке без блокирующих прерываний; этот поток может быть выгружен. Ограничения здесь не такие жесткие, как в обработчике прерываний. Выполнение кода не блокирует систему.
- Переключение контекста, измеренное от точки сигнализации в ISR до восстановления другого потока, занимает 10 мксек (для fос= 25 МГц) в системе DioneOS.
Конфигурация
DioneOS имеет несколько параметров конфигурации, которые влияют на функции, вставленные в скомпилированный образ системы. Многие из них являются переключателями исходного кода, которые собраны в конфигурационный файл и может быть изменен разработчиком прошивка. Таким образом можно управлять дополнительными тестируемыми частями. Если они включены, система построена в версии, которая обеспечивает большее обнаружение необычных условий и информацию во время выполнения, которая помогает в процессе отладки. Когда ошибки будут обнаружены и устранены, эти дополнительные функции могут быть отключены для обеспечения полной производительности системы.
Пример фрагмента конфигурационного файла:
[...] #define CFG_CHECK_OVERFLOW / * проверка переполнения семафоров / мьютексов * / #define CFG_CHECK_LOCK / * обнаружение проблемы с блокировкой, вызванной условиями вытеснения во время блокировки планировщика * / #define CFG_LISTDEL_WITH_POISON / * отметка удаленных элементов в списке в os_list1_del () * / #define CFG_MEM_POOL_POISON_FILL 0xDAAB / * шаблон для маркировки освобожденных элементов памяти * / #define CFG_LISTDEL_POISON 0xABBA / * шаблон для отметки удаленных пунктов списка * / #define CFG_CHECK_EMPTY_SEM_DESTROY / * тестируем семафор перед уничтожением в os_sleep () * / #define CFG_FILL_EMPTY_MEM_POOL / * свободное заполнение памяти шаблоном * / [...]