RTEMS设计思想

  RTEMS 实时操作系统按照功能组件来组织整个内核， 采用了面向构件和面向对象的设计思想。所谓面向对象，就是任务、消息队列、互斥量等都是以对象形式存在，提供统一接口函数表来动态的创建、删除、操作预定义的对象类型，屏蔽不同对象底层的细节差异。所谓面向构件，就是操作系统通常不直接访问组件的数据结构，而是利用一系列的接口来访问和修改相应组件的数据结构。

  虽然RTEMS 采用面向对象和构件的设计思路，但是不是严格用面向对象的语言实现的，考虑到 RTEMS 出现在二十世纪八十年代，设计思想还是很具有前瞻性。RTEMS 的思想是用非面向对象的编程语言实现面向对象的目标，在实时系统的应用层和目标硬件之间提供一层关键的纽带，体系结构如下图所示 ：

RTEMS 分为四层，最底层是与硬件直接相关的硬件抽象层，包括 supercore（上层核心组件与 CPU 相关的定义和功能）、libcpu （包括 CPU 各种初始化功能）、libbsp（包含各种外设驱动程序）， bsp。 

第二层是核心层，由一系列核心组件（ Handle） 构成，不同组件的相互协作为更高层的系统服务层提供服务。包括与线程管理和调度相关的组件（ thread, thread queue,priority,watchdog） ,与同步互斥相关的组件（ mutex，semaphore，message，rwlock，spinlock，barrier），与内存管理相关的组件（ heap），其他组件（ object，Time of Day，ISR，workspace，user extensions， API extensions， MPCI， Inter error）。

第三层是系统服务层，借助核心层不同 handle 的协作，提供三种 API 接口。其中 Classic API 提供的资源管理器（ manager）， 包括与任务调度相关管理器（ task， RMS），与同步互斥与通信相关管理器（ barrier,event,message queue,signal,semaphore） ,与内存管理相关管理器（ partition,region,dual ported memory） ,与外设处理相关管理器（ Interrupt， Clock,Timer,I/O） ,其他管理器（ initialization，fatal error, User Extensions, Multiprocessing）。

第四层是应用服务层，主要提供网络协议栈， GUI 套件，文件系统服务等 

RTEMS与通用操作系统的差异：

（ 1）应用程序与内核关系： RTEMS 是一种基于扁平内存管理的层次型单体内核，应用程序与内核平行，形成一个基于函数调用形式的整体功能单元，在一个地址空间下协同完成特定功能。 而对于通用操作系统来说， 应用程序与操作系统内核地位垂直，操作系统特权高于应用程序，而且地址空间也不是统一编码。 

（ 2）系统调用： RTEMS 不区分用户态和核心态，内核与应用程序可以相互调用，通用操作系统应用程序要切换到核心态才能调用内核。
（ 3）内存管理： RTEMS 不采用虚拟内存管理，采用单一地址空间管理，通用操作系统采用虚拟内存管理，有二级存储。 

（ 4）进程/线程管理： RTEMS 没有进程，只有线程，所有线程共享资源；通 用操作系统采用进程和线程管理相结合方式。 

（ 5）文件系统管理：RTEMS 只支持简单的嵌入式文件系统。如 IMFS 和 DOSFS；通用操作系统实现多种复杂高效可靠的文件系统

（ 6） I/O 管理： RTEMS 不能像通用操作系统那样根据硬件情况动态加载， 值得注意的是， RTEMS 内核在编程时就已经静态确定。