嵌入式系统

“Embedded”: 计算机系统是 “嵌入” 到设备中的

• 人造卫星、工业控制、家用电器、医疗器械、穿戴设备……
• 体积小、功耗低、可靠性高
  • 操作系统通常更简单 (领域限定)；但 Linux 也是可以的

例子：PLC (Programmable Logic Controller) 和工控

典型设计：Event-based

通常有实时 (real-time) 保障

• 在严格的时间限制内对外部事件作出可预测响应
• 例子：无论车机多花哨，最终实时控制的仍然是 MCU

例子：FreeRTOS

A FreeRTOS application will start up and execute just like a non-RTOS application until vTaskStartScheduler() is called.

BaseType_t xTaskCreate(
    TaskFunction_t pvTaskCode, // 函数指针
    const char * const pcName, // 名称
    const configSTACK_DEPTH_TYPE uxStackDepth, // 堆栈深度
    void *pvParameters,      // 参数
    UBaseType_t uxPriority,  // 任务优先级
    TaskHandle_t *pxCreatedTask);  // 返回句柄

• (和 thread.h 里的 spawn 差不多)
  • Task 是死循环
  • 操作系统按优先级唤醒 block 的 tasks (高优先级抢占)
  • 没有 hard real-time; 但优先级能实现控制

优先级带来的麻烦

def jyy():
    set_priority(1)
    mutex_lock(restroom_lock)

def 马院长():
    set_priority(10)
    long_work()

def 校长():
    set_priority(100)
    mutex_lock(restroom_lock)

如果只有一个处理器

• jyy 在持有互斥锁的时候被中优先级进程赶下了处理器……
• “优先级反转 (Priority Inversion)”

这个 “事故” 曾经在火星上发生过

“The First Bug on Mars”

登上火星的计算机系统

• Lander (登陆舱)
  • IBM Rad6000 SC (20 MIPS), 128 MiB RAM, 6 MiB EEPROM
• Rover (火星车)
  • Intel 80C85 (0.1 MIPS), 512K RAM, 176K Flash
• VxWorks “实时” 任务操作系统
  • ASI/MET task: 大气成分监测 (低)
  • bc_dist task: 分发任务 (中)
  • bc_sched task: 总线调度 (高)
  • 着陆后开始出现系统重启

The First Bug on Mars (cont'd)

• (低优先级) select → pipeIoctl → selNodeAdd → mutex_lock
• (高优先级) pipeWrite → mutex_lock