!第%(卷第!期四川师范学院学报（自然科学版）%""&年&月C?DE%(4?E!F?;G:HD?IJ9KL;H:MNHKLNGA1?DDNON（4HP;GHDJK9N:KN）BHGE%""&!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!文章编号：!""!#$%%（"%""&）"!#""’(#")计算机操作系统课程中增加嵌入式系统软件设计内容的尝试何先波（四川师范学院计算机科学系，四川南充*&’""%）摘要：考虑了在《计算机操作系统》的授课内容中适当增加嵌入式操作系统设计所要考虑的如何节省功耗、解决优先级倒置以及定时器和串口管理等内容，并对嵌入式操作系统的可配置、可剪裁、可扩充等特点予以介绍+关键词：嵌入式系统；优先级倒置；功耗；交叉调试中图分类号：,(%&文献标识码：-据有关机构统计，每年生产的计算机芯片中有$"./0".是用于嵌入式设备，这意味着每年有几十亿块123是为嵌入系统设计和制造的，它们被广泛地应用到工业控制系统，仿真系统、医疗仪器、信息家电、通信设备等众多领域+嵌入系统带来的工业年产值已超过!万亿美元，它正成为世界各国信息技术产业的热点和争夺的重点之一+由于嵌入系统具有面向特定应用的“量身定做”的特点，在这个领域，各个国家都大有可为+我们国家也正准备从123到软件尽可能自主设计，所以前景十分看好，对这方面的人才的需求量也越来越大+而现实情况是绝大多数高校的计算机及相关专业课程并没有涉足到该领域+由于嵌入系统软硬件藕合紧密，软件部分的操作系统和应用程序也往往是绑定在一起的，故笔者尝试在《计算机操作系统》课程教学中引入嵌入式系统软件设计知识，以便拓宽学生的知识面，丰富教学内容，收效较好+笔者使用的操作系统教材是西安电子科技大学出版社出版的由汤子瀛、哲凤屏、汤小丹编写的《计算机操作系统》，该教材的最新版也增加了一些实时操作系统的内容+下面就从内存管理、调度管理和设备管理等方面引入嵌入式操作系统及程序设计的特点+!嵌入系统的内存管理内存管理功能一般包括内存分配与释放、内存保护、地址映射和内存扩充四大部分+对于大多数桌面操作系统如3456789:;<、=9:>?@A系列而言，这些功能一般都具备+但对于大多数嵌入式操作系统而言，由于可能没有硬盘，内存扩充功能就没有了+内存分配也较简单，最多考虑到实现页式分配+内存保护往往是嵌入系统实现中必须考虑的，保护方法分两种，一种是没有BB3支持的，为检查内存块在使用过程中越界与否，可在内存块的尾部多添加一个或几个字节，且将这个字节置为特殊的数值如"!"!"!"!，如果在内存块释放的时候，发现这个字节已经不是"!"!"!"!了，则说明该块内存已经越界了；另一种是硬件上有BB3支持的，则可采用内存区之间加“隔离带”的方法，一旦访问到该“隔离带”便产生访问越界异常+另外，嵌入系统中功耗问题是必须考虑的，下面讨论一下系统功耗与内存访问的关系+对于很多靠电池供电的嵌入系统而言（如移动通信设备），如何尽可能地降低功耗是设计中必须考虑的!收稿日期：%""%/!!/!$基金项目：四川省高等教育新世纪教学改革工程基金资助项目（川教高［%""!］&*）；四川省本科人才培养基地基金资助项目（川教高［%""!］&’）作者简介：何先波（!0’!/），男，四川苍溪人，四川师范学院计算机科学系讲师，硕士，主要从事嵌入式软件开发环境研究万方数据工作+第(-卷第)期何先波：计算机操作系统课程中增加嵌入式系统软件设计内容的尝试DE问题!而内存访问是许多应用程序功耗的主要部分，据统计，一次内存传输操作耗费的能量可能是一次加法运算的""倍多!因此，在嵌入式操作系统设计中对程序指令和数据的内存分配要考虑尽可能地降低内存访问频率，如数据内存地址分配起址最好按字或页边界对齐等!另外，访问寄存器是节能效益最高的，缓存访问比大多数的主存访问节能效率高!对于使用高速缓存的硬件系统而言，它是能量消耗的重要因素!一方面高速缓存命中节省了大量的主存访问，另一方面高速缓存相对节能一些，因为高速缓存是由#$%&而非’$%&制成!如果我们能控制高速缓存的大小，那么我们可能希望选择以最小的高速缓存来提供必要的性能!许多程序在能量消耗上有“拐点”，如果高速缓存太小，程序运行较慢系统由于代价较高的内存访问而消耗大量电源!如果高速缓存太大，功耗太高而没有带来相应性能上的提高，取中间值能够使执行时间和功耗有个很好的平衡!(嵌入式操作系统的调度管理嵌入系统一般具有较严格的实时要求，其操作系统的调度一般得基于优先级策略!教材的最新版在调度这一部分中专门增加