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1、第一章 课程设置 目标与要求 n独立实践课开设的意义 n独立实践课的内容 n课程安排及成绩评估 本实践课程开设的意义 操作系统是计算机系统中承上启下的系统软 件 它的工作流程和设计方法最有代表性和 实用价值 要真正理解操作系统基本原理 切实可行的 方法是针对各类操作系统实例系统进行各种 类型的实践 利用操作系统内核进行应用程 序设计 培养实用型 创新型人才 提升学生的软件 研发能力 开拓学生的专业视野和实际工作 能力 体验系统级应用程序的设计实现 n结合实际开发需求 掌握开发环境 开发技术 项目开发实施方面的基本过程 n以课题组方式进行方案论证 设计 开发环境 构建 分工 单元开发 调试 集成
2、调试运行 以及文档的编写 组长是项目小组核心 n该过程能使大家明确软件开发的各个环节 结 合自身条件对每个环节进行自己的设计实现 操作系统内核与应用实践实施方案 n嵌入式实时操作系统 C OS 是实时操作系统的成 功范例 n开放源代码资源架设一个方便的开发平台 提供一个 很好实用的开发工具环境 使学生能够专注于实时应 用软件技术 不必为系统开发环境等问题耗费精力 而且有大量的移植范例下载参考 n C OS 的商业价值也很高 可以支持嵌入式商业 应用程序的开发需求 操作系统实践课达到的目标 理解把握实现操作系统的层次结构和工作流程 设计应用系统的工作流程 学会使用需要的开发工具环境 选择合适的软
3、件工具进行编码实现 进行单元调试和集成调试 课题组为单位展开工作 编写开发文档及其课程设计报告 对软件开发全过程的技术运用进行考量 独立实践课培养检验学生能力 n培养学生的研究能力 协调 协作能力 软件系统的分析 设计能力 编码能力 解决 问题能力 表述能力等 课程设计的实施 n自由2人组成课题组 n选定一名组长 负责课题小组全面工作 n根据小组各成员的基础和意愿从应用题 目中选择进行开发 独立实践课的核心内容 n选择实时操作系统 cos II进行分析和应用程序的仿 真开发 n基于DOS和windows操作系统平台 选用嵌入式实时操 作系统 cos II的源代码 非常优秀有价值的C源代码 进行
4、分析 理解工作原理和工作流程 参考教材选 择设计自己的应用程序的功能 并编码实现 完成系 统调试运行 n可建立2人的课题组进行分工 对每人负责的模块分别 进行应用程序设计或内核分析程序运行监测 n鼓励选择有个人创新内容的应用项目完成设计与实现 方案技术内容 n了解实时操作系统基本概念 工作原理 明确 C OS 内核应用的结构 组成方法 理解一个 实时操作系统及其应用的基本架构 n掌握 C OS 内核的运行流程及应用代码运行流 程 能够基于 C OS 内核 利用系统函数接口 构建用户自己的应用程序代码 实现一个嵌入实 时应用程序的设计 编码等开发工作 n利用提供编译环境 编译 调试 运行应用程序
5、 设计实现技术 n授课讲解内核与应用程序实现技术 n参考ucos II系统代码以及编译生成技术 make文件 n课题组选定所重点使用的内核模块 理解 源码 确立应用方案 n并用C语言编码实现 基于 cos II内核的应用项目推荐 n任务管理实验 n信号量管理实验 n消息队列实验 n时钟中断实验 n任务执行时间测定 n生产者消费者算法实验 n哲学家就餐实验 n鼓励自行选择感兴趣的应用程序 课程安排及成绩评估 一 授课8学时 7 8周 4学时 周 达到目标 1 明确独立实践课内容及要求 2 理解内核编程技术及应用系统功能 及各个模块功能及接口 为应用系 统分析设计打基础 确立课题小组 提交任务书
6、n上机实践之前 确定以下内容 n按选择的项目自由组成一个课题 组 讨论并确定开发功能 开发 环境及软件工具 分工交流方式 等 课程设计任务书建议内容 n开发项目名称 选择题目 n主要系统功能以及目标 运行功能描述 n设计要求 内核功能及接口 应用代码结构 n成果形式 软件验收 报告文档 n基本要求 阶段检查 进度安排 验收要求 n主要参考文献 课件 源代码 实例程序 教材 n工作量 系统复杂度 创新等 上机时间安排 上机共40学时 安排地点 计算机学院机房 307 308 安排时间 第9周 第13周 每周8学时 分两次上机 第八周确定具体时间 安排批次 计科0901 3 范艳芳 计科0904
7、6 牛欣源 上机实施内容与步骤 v理解掌握内核接口及应用代码结构 v以课题组为单位提出应用系统需求和设计 建议 完成系统分析设计 v每人独立进行模块详细设计及编码调试 v完成课程设计报告的编写 v由教师对每组进行阶段检查和项目验收 独立实践课成绩评估 n课程设计任务书 n系统分析设计报告 n模块详细设计报告 n单元测试系统调试报告 用户手册 20 n阶段检查 内核 应用代码 测试 30 n验收检查 运行与界面所有数据 10 n开卷期末考试40 阶段检查及内容 l内核模块功能 应用接口 l应用代码的算法与数据结构 l单元调试 系统测试 l工作量 l创新设计与实现 新编程技术 新设计方法 系统验收
8、检查及内容 n系统运行平稳 n界面友好 n系统功能设计完备 n系统调试完备 文档成绩评估 n课程设计任务书 n系统分析设计报告 n模块详细设计报告 n单元测试系统调试报告 用户手册 20 评价标准 根据文档质量 可读性 可操 作性 创新性 完整性 工作量 评估 文档成绩 课程设计报告 的编写 n参见 课程设计报告撰写规范 n报告每组打印一份上交 课程设计报告封面 课程名称 题目 指导教师 设计起止日期 系别 专业 学生姓名 班级 学号 成绩 课程设计任务书内容 n题目 n主要系统功能以及目标 n设计要求 n成果形式 n基本要求 n主要参考文献 n工作量 课程设计报告撰写规范 1 任务书 2 摘
9、要 功能及实现技术的简练陈述 不超过 400字 关键词为4个左右 3 目录 4 正文 正文应按目录编排依次撰写 要求论 述清楚 文字简练通顺 插图简明 书写整洁 5 参考文献 资料 正文 核心文档内容与格式 一 系统分析与设计功能 小组编写 1 从所使用内核功能和实现应用程序功能两个方面说明 2 模块结构图 按照内核模块 应用模块划分 3 系统实现方案编程工具说明 4 系统运行界面及功能说明 三 系统模块设计与调试文档 设计实现者编写 1 模块功能 2 模块接口 被调用 调用关系 调用参数和返回结果 3 模块主要处理步骤及其编码实现方法 主要数据结构设计实现 主要算法设计实现 4 模块调试 调
10、试数据 调试结果 问题分析 四 系统集成调试 小组编写 五 用户使用说明 n课程邮箱 jike09kernel n邮箱密码 welcome n答疑时间 7 8周周一下午1 30 3 30 第二章 c OS II系统统分析 n通过分析 C OS II内核源代码程序及其数据结构的 设计 理解掌握一个成熟实时操作系统的基本架构 n与本学期操作系统课程的通用操作系统原理及其模 块设计作比较 从中可发现其异同 n可根据 C OS II内核的运行流程 掌握操作系统的 动态工作流程 使得在学习操作系统原理中掌握的 基本概念和模块功能得到一个感性的认识 使各个 模块的运行机制及其动态逻辑关系得到真实的展现 嵌
11、入式系统的应用程序 n嵌入式系统的应用程序是与操作系统内 核集成在一起运行 实现对系统监控对 象的控制和处理 可基于和利用 C OS II内核 构建用户自己的应用程序代码 实现对特定任务的管理 具体实施步骤 n参考 C OS II系统的内核与实例应用程序的 设计资料和源代码 以及实例程序中实现编译 链接的make文件的设计 课题组选定所修改 的模块 确立应用程序的功能设计方案 并用 Borland C 编码实现 n在这个项目中 利用普通的PC机及其通用的操 作系统环境 就可以自己动手搭建嵌入式系统 应用程序的开发平台 具有实际开发操作系统 软件的实用价值 授课基本内容 1 嵌入式软件系统 主要
12、介绍嵌入式软件分 类 特点 体系结构 运行流程 操作系统 及开发工具 2 嵌入式实时 C OS II内核及模块接口 具有 嵌入式操作系统的组成原理和构成特点 主 要包括对多任务 任务的调度及任务间的通 信机制 内存管理 时间管理等重要模块 3 嵌入式系统软件的开发 主要讨论嵌入式系 统开发工具的选择 嵌入式软件开发模式的 实施 实时软件分析设计方法的运用 4 仿真开发环境Borland C C V4 5 及其源 代码资源 介绍 C OS II的内核及应用程序的 编译连接运行环境 讲解应用实例 为编写实 例程序提供指导 5 应用方案设计 为学生提供应用程序的设计 方案 可从中选择 运用 C OS
13、 II提供的环境 开发生成自己的实时应用程序 1 嵌入式软件系统 n软件与嵌入式软件 n嵌入式软件体系结构 软件与嵌入式软件 n嵌入式软件分为系统软件 支撑软件和应用软件 n系统软件 控制 管理计算机系统资源 如 嵌入式 操作系统 嵌入式中间件 CORBA Java 等 n支撑软件 辅助软件开发的工具 如 系统分析设计 工具 仿真开发工具 交叉开发工具 测试工具 配 置管理工具 维护工具等 n应用软件 面向应用领域 如 手机软件 路由器软 件 交换机软件 飞控软件等 n运行平台来分 嵌入式软件可以分为 n运行在开发平台上的软件 设计 开发 测 试工具等 n运行在嵌入式系统上的软件 嵌入式操作系
14、 统 应用程序 驱动程序及部分开发工具 嵌入式软件体系结构 n驱动层 n操作系统层 n中间件层 n应用层 驱动层 n驱动层是直接与硬件的交互层 对操作系统和 应用提供驱动支持 该层主要包括三种类型的 程序 n板级初始化程序 嵌入式系统上电后初始化系统的 硬件环境 包括嵌入式微处理器 存储器 中断控 制器 DMA 定时器等的初始化 n与系统软件相关的驱动 操作系统和中间件等系统 软件所需的驱动程序 n与应用软件相关的驱动 应用软件相关的驱动不一 定需要与操作系统连接 这些驱动的设计和开发由 应用决定 操作系统层 n操作系统层包括嵌入式内核 嵌入式TCP IP 网络系统 嵌入式文件系统 嵌入式GU
15、I系 统和电源管理等部分 n嵌入式内核 内核是嵌入式操作系统的必备基础 提供任务管理 内存管理 通信 同步与互斥 机制 中断管理 时间管理及任务扩展等功能 嵌入式操作系统体系结构 硬件 基本进程管理 虚存管理 I O和设备管理 进程间通信 文件系统 用户用户模式 内核模式 中间件层 n复杂的嵌入式系统中也开始采用中间件技术 主要包括 嵌入式CORBA 嵌入式Java 嵌入式DCOM和面向应 用领域的中间件软件 n为解决分布异构问题 提出中间件 middleware 的概 念 中间件是位于平台 硬件和操作系统 和应用之间的 通用服务 这些服务具有标准的程序接口和协议 针对 不同的操作系统和硬件平
16、台 它们可以有符合接口和协 议规范的多种实现 应用层 n应用程序划分为若干应用任务 n每个应用任务完成特定的工作 如I O 任务 计算任务 通信任务等 n由操作系统按照抢占优先级调度策略调 度各个任务的运行 基于内核的嵌入式应用程序结构 n嵌入式实时内核 内核运行机制 n应用代码 调用内核接口 n两级代码完成编译连接 n生成可执行程序 n在宿主机PC机上运行 嵌入式实时内核基础核心概念 n多任务运行 n任务的优先级 n抢占式优先级调度 n任务间通信机制 n任务中的时间管理机制 嵌入式实时内核的多任务管理 n多任务并发运行 n优先级最高的就绪任务运行 n运行权按优先级抢占 n每个任务的运行是死循环 任务的优先级 n任务创建时确定优先级 n优先级由优先数表示 n优先数0 63 抢占式优先级调度 n内核采用的调度算法 抢占式优先 级调度 n每个任务有一个唯一优先数 n优先数小优先级高 n一旦优先级高任务就绪 立即进行任 务调度 任务间通信机制 n任务间通信机制 n并发执行的任务需要使用互斥资源 n并发执行的任务需要传递信息 完成 合作 n解决由于任务优先级引发的问题 时间管理机制 n任务中的
