RTX-實時操作系統(tǒng)

1、【精品文檔】如有侵權(quán)，請聯(lián)系網(wǎng)站刪除，僅供學習與交流RTX-實時操作系統(tǒng).精品文檔.使用RTX增加Windows XP/2000/XP Embedded系統(tǒng)的硬實時特性收藏 內(nèi)容簡介 摘要 簡介 Windows XP平臺和實時系統(tǒng) RTX結(jié)構(gòu) 深入RTX 實時硬件抽象層 Windows XP停止保護 擴展HAL RTX和中斷延遲 RTX中斷延遲縮減技術(shù) RTX對象 RTSS調(diào)度器 服務請求中斷 Win32到RTSS的IPC RTSS代理模型 控制Windows XP I/O管理器 快速計時器支持 動態(tài)鏈接庫 RTSS中的結(jié)構(gòu)異常處理 性能 使用Visual Studio創(chuàng)建RTX應用程序 性能

2、工具 目標設計者SLD 未來方向 結(jié)論 獲取渠道 參考摘要由于很多商業(yè)和技術(shù)原因，Microsoft Windows NT、Microsoft Windows 2000、 Windows XP和Windows XP Embedded操作系統(tǒng)越來越多被考慮作為實時系統(tǒng)平臺。為了滿足硬實時系統(tǒng)嚴格的響應時間的要求，增加Windows XP系統(tǒng)的實時能力非常必要。這篇文章介紹了美國Ardence公司的RTX產(chǎn)品，其在Windows平臺上提供了一個實時子系統(tǒng)。RTX實現(xiàn)了確定性的實時線程調(diào)度、實時環(huán)境和與原始Windows環(huán)境之間的進程間通訊機制以及其它只在特定的實時操作系統(tǒng)中才有的對Windows系

3、統(tǒng)的擴展特性。這篇文章描述了RTX怎樣提供這些特性和目前的實時性能，并指出了未來性能增強的方向。簡介微軟公司的Windows XP操作系統(tǒng)的大眾接受程度和市場占有率日益擴大。這主要是基于以下幾點原因： Windows XP平臺更強的性能和更低的價格； 該平臺上可運行多種應用程序； 該平臺支持多種開發(fā)工具； 豐富的Win32應用程序接口； 大量的熟悉本系統(tǒng)的開發(fā)支持人員和最終用戶。鑒于多系統(tǒng)的計算環(huán)境的復雜度和所需要的額外維護成本，更多的公司傾向于將Windows XP應用到設備的所有級別上。將其作為網(wǎng)絡服務器或者桌面系統(tǒng)是很容易理解的，因為Windows XP就是為這些環(huán)境而設計的。但是，仍然

4、有很多其他環(huán)境有使用Windows XP的要求，譬如制造車間，醫(yī)療設備，仿真器械，測試設備和通信器材。這些環(huán)境的共同特點就是它們都要求系統(tǒng)擁有硬實時特性。Windows XP可以滿足這個需要嗎？答案是否定的。但是，通過附加軟件就可以在Windows XP上實現(xiàn)所需要的硬實時特性。否則的話，開發(fā)者必須增加一臺實時計算機，并承擔額外的費用和復雜度。下文討論了Ardence公司的硬實時產(chǎn)品RTX，其中包括RTSS實時子系統(tǒng)（Real-Time Sub-System），它是專門為PC架構(gòu)（Intel Pentium系列及其相應的操作系統(tǒng)）的Windows平臺設計的。此前的一篇文章Carpenter 9

5、7討論了開發(fā)過程中的一些成果，這篇文章提供了對實現(xiàn)的更詳細的介紹，包括性能參數(shù)，功能的提高以及發(fā)展前景的概述。Windows XP平臺和實時系統(tǒng)什么樣的系統(tǒng)可以被稱為實時？實時系統(tǒng)的特點在于：一個正確的運行不僅取決于結(jié)果的準確，更取決于實現(xiàn)的時間。需要注意的是，“實時”并不意味著“快”，它指的是系統(tǒng)的時間響應特性。換句話說，實時性的衡量標準不是系統(tǒng)的平均響應時間而是最壞情況下的響應時間。實時系統(tǒng)有時被進一步劃分為硬實時系統(tǒng)和軟實時系統(tǒng)。硬實時系統(tǒng)對響應時間的要求是嚴格的，絕對的；而軟實時系統(tǒng)允許有一些小的誤差。某些觀點認為“軟實時”的說法是自相矛盾的，在下文中凡涉及到“實時”都指的是硬實時系統(tǒng)

6、。一個硬實時系統(tǒng)的例子是壓蓋機給在傳送帶上傳送的瓶子加蓋。對于系統(tǒng)，僅僅準確定位壓蓋機是不夠的，如果瓶蓋已經(jīng)移走而壓蓋機才剛剛到位那么所有的精確定位都是徒勞的。除了確定性，實時系統(tǒng)通常還有一些其他要求： 一個具有很多優(yōu)先級的多線程優(yōu)先級調(diào)度器(如典型的64-256)； 可預測的線程同步機制； 具有優(yōu)先級繼承 快速的時鐘和定時器為什么Windows XP平臺不是實時的？Windows XP是一個通用操作系統(tǒng)平臺，同時適合于桌面交互系統(tǒng)和網(wǎng)絡服務器Solomon 98。Windows XP(同時適用于Windows XP Embedded)在實時應用方面的缺點已經(jīng)被很系統(tǒng)地研究過了： 線程優(yōu)先級太

7、少； 隱含的不確定的線程調(diào)度機制； 優(yōu)先級倒置，尤其體現(xiàn)在中斷處理中；盡管更快的處理器顯著的增加了處理能力和平均響應時間，甚至使某些人以為實現(xiàn)系統(tǒng)的實時性變?yōu)榭赡?，但是非確定性系統(tǒng)是不能變成確定系統(tǒng)的，最壞響應時間的提高也不是總能被保證的。所以，新的硬件平臺并不能改變Windows XP的實時特性。某些開發(fā)人員使用了兩臺計算機-一臺運行Windows XP ，另一臺運行實時系統(tǒng)。但是這增加了大量的硬件成本并使系統(tǒng)的開發(fā)和集成變得復雜，不是一種通用的、高效率的解決方案。為什么要對Windows XP 平臺進行實時擴展？RTX的設計邏輯基于以下幾個因素。通用的Windows XP操作系統(tǒng)是面向大眾

8、市場的，不適合實時性這樣非普遍的需求。盡管由微軟贊助的關(guān)于Windows XP實時性的研究已經(jīng)有了一些進展Sommer 96-尤其當應用程序事先聲明其資源需要的時候Sommer 97Sommer & Potter 96 -但對于Windows XP這種面向廣闊市場的操作系統(tǒng)，吸收實時性系統(tǒng)的復雜性以完成其功能，其可行性是值得懷疑的Microsoft 95。這意味著使Windows XP具有實時性的最好方法是通過對原產(chǎn)品的擴展或者由插件實現(xiàn)Jones 98。同時，Windows XP平臺提供了豐富的和復雜的設備驅(qū)動模型，定制的硬件抽象層(hardware abstraction layer ，H

9、AL)和模型為開發(fā)者提供了對系統(tǒng)行為的靈活掌控能力和面對技術(shù)挑戰(zhàn)的創(chuàng)造性機會。這樣，實時功能可以按照微軟Windows XP驅(qū)動開發(fā)工具(Driver Development Kit，DDK)和HAL模型來實現(xiàn)Baker 97。最后，對于非微軟員工的Windows XP擴展內(nèi)核編寫人員，Windows XP的內(nèi)核就如同硅制芯片一樣，其接口和行為都是固定的。無需抱怨，利用現(xiàn)有的條件就可以設計出緊湊的實時性擴展，使其易于在不同的Windows版本之間進行移植。圖1說明了RTX如何實現(xiàn)可移植性的目標。那么，你需要一個硬實時的Windows XP環(huán)境嗎？為何將Windows XP擴展為實時系統(tǒng)？既然剛

10、才提到的微軟Windows XP平臺的許多缺點都是由于其線程模型和線程調(diào)度，那么實時擴展擁有自己的線程和調(diào)度也就十分必要了。同樣，Windows XP平臺的同步對象，例如事件，信號量，互斥體等缺乏必要的實時機制(尤其它們既無法防止線程侵占，又無法使線程按優(yōu)先級順序等待對象響應)。由于這些原因，實時擴展應該實現(xiàn)自己的同步對象Bollella 95。如果按照Windows XP的環(huán)境邏輯實現(xiàn)一個實時子系統(tǒng)，這個實時環(huán)境應該能夠： 無論在任何時間其優(yōu)先級都應該高于Windows XP，至少在Windows XP中斷處理程序代碼的臨界區(qū)以外。 執(zhí)行實時任務時，延遲Windows XP的中斷和錯誤。 實

11、行實時任務時，要能夠處理實時中斷。搶占Windows XP和其驅(qū)動的高級別中斷請求(Interrupt Request Number，IRQ)讓給沒有時間約束的實時任務是一種危險的想法。但是這些事件是常見的，并且Windows XP被設計用來處理它們：高優(yōu)先級中斷請求(high-interrupt request level，IRQL)侵占低級的；DMA外設的總線控制和系統(tǒng)管理模式下的處理可以延遲最高級別的中斷請求；PCI設備可以拖延CPU對I/O空間的訪問。所以，從Windows XP的觀點來看，RTSS竊取Windows XP的執(zhí)行周期就等同于獲得中斷并返回。這樣的時間能被Windows

12、XP很好的處理，而不必考慮其持續(xù)時間。實時子系統(tǒng)的功能需要包括與Win32子系統(tǒng)的進程間通訊(interprocess communication，IPC)，訪問Windows XP內(nèi)核功能(中斷管理，I/O端口，關(guān)機/崩潰處理器)，最重要的是與Win32在源代碼級別上兼容。RTX結(jié)構(gòu)RTX被實現(xiàn)為一套庫的集合(動態(tài)庫與靜態(tài)庫)，RTSS作為Windows XP的內(nèi)核設備驅(qū)動與HAL擴展(見圖1)Carpenter 97。子系統(tǒng)實現(xiàn)前面提到的實時對象和調(diào)度器。通過一套被稱作RtWinAPI的實時API(RtWinAPI 同時也被Windows CE 和Phar Lap ETS支持)這套庫提供了

13、對這些對象的訪問方法。注意，RtWinAPI可以被標準Win32環(huán)境和RTSS環(huán)境調(diào)用。雖然在Win32環(huán)境中使用RtWinAPI不能提供在RTSS下的確定性，但是卻可以允許應用程序在更加友好的Win32編程環(huán)境中開發(fā)而不是DDK環(huán)境Anschuetz 98。將Win32程序轉(zhuǎn)化為RTX程序只需要重新鏈接一套不同的庫而已。Windows XP服務控制管理器直接將RTX進程和動態(tài)鏈接庫(DLL)的可執(zhí)行映像裝入內(nèi)核的不分頁內(nèi)存中。圖1 RTX架構(gòu)深入RTX實時硬件抽象層(HAL)HAL是Windows XP系統(tǒng)提供的可被用來進行修改和擴展的資源的一部分。RTX修改HAL有以下3個目的： 在Win

14、dows XP和RTX線程之間增加獨立的中斷間隔； 實現(xiàn)高速時鐘和定時器； 實現(xiàn)關(guān)閉處理程序。中斷隔離意味著Windows XP線程和Windows XP管理的設備不可能中斷RTSS，同時Windows XP線程也不能屏蔽RTSS管理的設備。HAL通過控制處理器級的中斷屏蔽滿足這些條件。當運行RTSS線程時，所有Windows XP控制的中斷都被屏蔽掉。當Windows XP線程請求設置中斷屏蔽時，作為實際管理中斷屏蔽的軟件，HAL確保沒有任何RTSS中斷被屏蔽。Windows XP提供的計時器的最小計時單位為1000微秒(1毫秒)。RT-HAL將其降到了100納秒并且提供了同步(與計時器)的

15、時鐘。Windows XP停止保護除了中斷管理和更快的定時器服務，實時HAL也提供了Windows XP關(guān)機管理。當Windows XP正常關(guān)機或者藍屏崩潰時， RTSS應用程序可以被關(guān)聯(lián)到Windows XP關(guān)機管理器。正常關(guān)機允許RTSS不受影響的繼續(xù)運行，直到所有的RTSS關(guān)機處理器返回。但當出現(xiàn)藍屏時，RTSS關(guān)機處理器就會受到限制，它將無法調(diào)用Windows XP的服務(例如分配新內(nèi)存)。在實際中，這意味著當系統(tǒng)正常關(guān)機或者崩潰時，關(guān)機處理器清除一切并復位硬件，還可能向操作者發(fā)出警告，或者切換到備用狀態(tài)。圖2：RTSS詳細架構(gòu)擴展HAL自從RTX4.3，一直采用擴展HAL的方式而不是

16、替代。HAL擴展驅(qū)動在操作系統(tǒng)初始化時啟動(SERVICE_SYSTEM_START)，在內(nèi)存中完成對HAL的動態(tài)檢測、中斷截取、定時器和關(guān)機的相關(guān)調(diào)用，并且重定向到RTX的相應位置。這種二進制鉤子技術(shù)比起替代HAL來有許多優(yōu)點： RTX可以處理很廣泛的OEM平臺，這種重定向調(diào)用被限制在一種對于不同的OEM和服務商之間很少區(qū)別的調(diào)用上。 RTX兼容更大范圍的Windows XP補丁包(Service Pack，SP)，為了配合最新的HAL資源的補丁包而修改RTX是不必要的。 因為磁盤上的HAL未被改動，所以安裝變得更加容易，因此RTX也不受SP升級的影響。 升級到更新的Windows版本變得容

17、易，不費什么力氣。當RTX在Windows NT 和 Windows 2000的后續(xù)SP上不經(jīng)修改的成功安裝，擴展HAL的好處也就無需證明了。RTX和中斷延遲軟件引起的中斷當RTX高速時鐘或者其他設備產(chǎn)生RTX中斷時，就會發(fā)生從 Windows XP到RTX的轉(zhuǎn)換。所以，為達到RTX的ISR的確定性就必須減少Windows XP的中斷延遲。讓我們先來考察一下在沒有RTX的情況下Windows XP平臺的ISR延遲來源。最顯著的延遲是由Windows XP內(nèi)核和驅(qū)動引起的IRQ屏蔽，一般是通過Windows XP的KeRaise/LowerIrql函數(shù)調(diào)用在幾毫秒內(nèi)實現(xiàn)的。Windows XP內(nèi)

18、核，HAL和某些特殊驅(qū)動也通過x86 STI/CLI指令集在幾微秒內(nèi)完成處理器級的中斷屏蔽。Windows XP 和RTX中斷處理自然會屏蔽中斷，所以也肯定會增加ISR延遲。雖然在很多情況下Windows XP非常依賴于中斷處理(例如軟件異常，釋放線程堆棧)，但其中斷順序依然取決于最壞情況下的延時。硬件引起的中斷和硬件有關(guān)的最明顯的問題就是應用程序和操作系統(tǒng)對高速緩存的污染和轉(zhuǎn)儲清除。TLB的重填也屬于這種情況。視頻驅(qū)動的緩存占有量是極大的，當RTX中斷啟動時會造成競爭性的轉(zhuǎn)儲清除。當應用程序引起緩存污染時，ISR的直方圖上將出現(xiàn)典型的雙駝峰型。大部分采樣靠近最好情況的區(qū)域，另外一大部分靠近存

19、儲清除的區(qū)域(見圖3)。電源管理，尤其是當其在移動設備上，當CPU經(jīng)過較長時間的停滯而處于低耗電量狀態(tài)時偶爾會產(chǎn)生較長的延遲。這種問題很容易被偵查到。一個典型的系統(tǒng)可以通過BIOS的設置來禁止這些特性。某些系統(tǒng)，尤其是筆記本，使用Pentium處理器的系統(tǒng)管理模式(System Management Mode，SMM)在BIOS固化軟件中完成敲擊鍵盤和其他處理。同時，在SMM下，處理器不會處理增加ISR延遲的中斷。幸運的是，新一代系統(tǒng)平臺通過高級設置與電源接口(Advanced Configuration and Power Interface，ACPI)和Windows 2000轉(zhuǎn)而使用操作

20、系統(tǒng)而不是BIOS提供電源管理。因此，這些延遲的原因已經(jīng)變得微不足道了。總線控制事件會引起CPU長時間的延遲。這種情況包括小型電腦系統(tǒng)接口(small computer system interface ，SCSI)設備的高性能DMA所引起的數(shù)微秒的CPU延遲和為響應CPU訪問而加入等待周期的顯卡。有時這些外設的行為可以被驅(qū)動控制，通過交替處理從而減少延遲。雖然沒有任何系統(tǒng)能夠確保應用程序不受這些硬件因素的干擾，但是RTX提供了診斷平臺相關(guān)延遲的診斷工具，可以辨別那些行為錯誤的外設。留意這些因素并使用RTX工具來衡量開發(fā)平臺對于一個系統(tǒng)的整體性能來說是非常重要的。RTX中斷延遲縮減技術(shù)RTSS

21、 完全消除了由Windows XP平臺及其驅(qū)動的IRQL屏蔽所造成的延遲。當系統(tǒng)在Windows XP與RTX之間進行切換時，RT-HAL執(zhí)行中斷隔離，重新對可編程中斷控制器(programmable interrupt controller，PIC)進行編程。所以在RTX運行時，RTX可以屏蔽所有Windows XP 中斷，從而RTX中斷總能夠屏蔽Windows XP。另一方面，處理器級的中斷屏蔽不會失效，因此不必冒風險使用x86 NMIs(不可屏蔽中斷，non-maskable interrupts)。RTX采用一種靜態(tài)方案解決IRQ鎖定，它將多個中斷優(yōu)先級掛鉤，這種動態(tài)掛鉤功能使用旋轉(zhuǎn)鎖

22、定(或者在單處理器上的基于IRQ的同步)掃描HAL，尋找這些操作的信號。在典型的800MHZ的PC平臺上，這些技術(shù)提供了小于1微秒的時鐘中斷最壞延遲響應時間。RTX對象RTSS環(huán)境擁有快捷高效的對象管理器(見圖2)。它支持的對象滿足下列標準：1)可用于實時編程2)兼容Win32IPC對象同樣適用于Win32應用程序和設備驅(qū)動，允許程序員最大限度的發(fā)揮Windows XP的性能。IPC設置包括互斥體，事件，信號量和共享內(nèi)存對象。RTSS對象管理器使用Windows XP的不分頁內(nèi)存池以滿足它的存儲需要。使用Windows XP提供的機制可以減少RTX的資源消耗，但是對象的分配是不確定的。RTSS

23、調(diào)度器RTSS調(diào)度器采用搶占式策略實現(xiàn)優(yōu)先級，它可以提升優(yōu)先級以防止優(yōu)先級倒置。RTSS環(huán)境提供了128種優(yōu)先級，序號從0到127，0代表最低優(yōu)先權(quán)。RTSS調(diào)度器總是在準備運行的線程中運行優(yōu)先級最高的(當多個準備運行的線程處于同一優(yōu)先級時，等待時間最長的線程最先運行)。RTSS線程會一直運行直到一個高優(yōu)先級的就緒線程搶占它，或者它自動釋放處理器進入等待狀態(tài)，還有一種情況是分配給它的時間片用光(缺省值是無限)而另一個同優(yōu)先級線程已經(jīng)就緒。調(diào)度器在編碼設計階段就被設計為滿足實時處理的需要。最重要的是它的操作是低延遲的，并且不受它所管理的線程數(shù)影響。每個優(yōu)先級都有自己的等待隊列，是一個雙向鏈表。這

24、就使得對于鏈表的插入(表尾)和刪除(表的任何位置)操作的執(zhí)行時間獨立于鏈表中的線程數(shù)。一個數(shù)組會紀錄哪些鏈表當前是空的，這個數(shù)組是由高速的由匯編代碼寫成的子程序進行維護的。當一個RTSS線程運行時，所有Windows XP管理的中斷以及任何擁有低優(yōu)先級的線程所管理的中斷都一律被屏蔽掉。相反地，所有擁有高優(yōu)先級的線程所管理的中斷都不會被屏蔽，并且允許其打斷當前線程。除了這些設備中斷，其他可以導致當前線程被中斷的機制包括一個使得擁有高優(yōu)先級的線程就緒的定時器的到期，一個標明高優(yōu)先級線程正在等待的同步對象信號(正在運行線程的同步對象)。為了解決線程搶占的問題，RTSS采用了經(jīng)典的優(yōu)先級提升的解決方案

25、Nakajima 93 Sha 90。當一個低優(yōu)先級線程擁有一個高優(yōu)先級線程等待的對象時，在它擁有對象的時間內(nèi)會被自動提升到較高的優(yōu)先級別。服務請求中斷(Service Request Interrupt，SRI)RTX的一個重要的架構(gòu)特征就是Windows XP和RTX之間的一個無鎖中斷驅(qū)動接口，這個接口實現(xiàn)了本地程序調(diào)用(Local Procedure Call，LPC)機制。這個完全分離的架構(gòu)使得RTSS能夠移植到不同的環(huán)境中(例如多處理器RTX產(chǎn)品)，并能夠保證快速而有效的實現(xiàn)。Windows XP方面的RTX驅(qū)動和RTSS環(huán)境之間的通訊是通過向兩個緩存隊列(每個方向一個隊列)中的一個

26、插入命令行，并初始化服務請求中斷(Service Request Interrupt，SRI)來向另一方請求服務的。一個服務線程執(zhí)行請求，其應答信息的傳遞通過另一個隊列。典型的Windows XP到RTX的請求是一個與WaitForSingleObject 相似的IPC操作或者在RTSS對象上的釋放操作。而典型的RTX到Windows XP的操作是頁內(nèi)存的分配或者I/O請求。SRI的設計傾向于減少響應時間，盡快地響應RTSS請求。Win32到RTSS的IPC交互環(huán)境下的IPC是RTX的一個重要特征，它允許在運行實時程序的資源更加密集的RTSS環(huán)境下緊密的集成應用程序。應用程序的其余部分運行在W

27、in32子系統(tǒng)中，這一節(jié)描述了IPC的設計。RTSS代理模型IPC與其它Windows XP和RTSS之間的通信相同，使用SRI通道。由于SRI通道阻止Windows XP線程進入隊列直接獲得RTX對象，RTX使用代理進程和線程支持IPC與Win32的隔離。當Win32線程要訪問到RTX對象時，RTSS就會使用代理線程，這個模型簡捷有效，它的優(yōu)點如下： 在阻塞IPC請求時，在Windows XP端沒有狀態(tài)保留。 對于外部的Win32等待請求，RTSS沒有特例 當Win32進程或線程終止后句柄和對象的清理工作自動由RTX的代理進程和線程完成。雖然代理會涉及到內(nèi)存和CPU的一些額外開銷，但其簡潔的

28、設計和快速的實現(xiàn)使得這樣做還是值得的?？刂芖indows XP I/O管理器為交互環(huán)境IPC保留無縫的Win32語義并且達到好的性能面臨幾大挑戰(zhàn)。當使用某個驅(qū)動的Win32線程終止時，Windows NT 4.0 DDK并不為驅(qū)動線程提供暴露的接口(Windows 2000 和Windows XP引入了全局聲明機制，但還存在一定的局限)。但Win32的互斥體需要這樣的機制。當某個線程終止時，被其獲得而不是釋放了的RTX互斥體必須被標注為“廢棄的”，以表明它所保護的共享數(shù)據(jù)可能并不一致。RTX利用I/O管理器的I/O請求包(IRP ，I/O Request Packet)實現(xiàn)線程終止時的清除工作

29、：每個關(guān)聯(lián)到RTX Win32 DLL的線程向RTX驅(qū)動發(fā)送一個“死IRP”信號。當這個線程終止時，Windows XP調(diào)用IRP的取消子程序通知RTX驅(qū)動和RTSS對象層。I/O管理器提了一個強大的，富有挑戰(zhàn)的環(huán)境，因為它的事件傳送是異步的。例如，調(diào)用MJ_CLEANUP驅(qū)動調(diào)度子程序和取消子程序可以按照任何順序，只要RTX的每個線程結(jié)構(gòu)和每個進程保持嚴格的同步。Win32-RTSS IPC的性能提出了另一個問題。在早期的執(zhí)行過程中，一個無須爭議的事實是對Win32中的RtWaitForSingleObject（） 函數(shù)的調(diào)用的總延遲平均為130毫秒，分析表明，大約40毫秒（大于30%）被消

30、耗在Windows XP 的I/O管理器上。所以RTX4.2對IPC內(nèi)核進行了重新編碼，在Win32 IPC客戶和RTX驅(qū)動之間使用了直接信號和共享內(nèi)存Tomlinson 97。RTX用戶和內(nèi)核線程共享同步對象，直接與對方進行通信，這樣就減少了Windows XP I/O管理器的總開銷和總延遲。需要注意的是，被Win32應用程序鎖住的在RTX同步對象上的操作具有不確定性Carpenter 97：任何RTSS線程都可以搶占Windows XP中具有這種具有鎖性質(zhì)的線程，從而出現(xiàn)非常嚴重的優(yōu)先級倒置的現(xiàn)象。但這是程序設計上的問題：鎖定一個被Win32共享的對象應該留給一個非臨界的RTSS線程去做。

31、不過在多處理器RTX系統(tǒng)上，并且如果RTX和Windows XP分別運行于不同的處理器的話，這個問題可以得到改善?？焖儆嫊r器支持在所有的PC平臺上，實時的HAL提供了精度為1微秒甚至更快的時鐘。如果沒有任何RTSS應用程序在執(zhí)行，那么在安裝了RTX的系統(tǒng)上和沒有安裝RTX的系統(tǒng)上就沒有任何時間上的區(qū)別了。動態(tài)鏈接庫提到Win32就不得不提到DLL庫。RTSS支持Win32 DLL API (LoadLibrary函數(shù)，GetProcAddress函數(shù))?，F(xiàn)在，所有在RTSS的DLL中的靜態(tài)和全局變量都被鏈接到其上任何RTSS進程所共享。RTSS中的結(jié)構(gòu)異常處理結(jié)構(gòu)異常處理(Structured

32、 Exception Handling，SEH)是一個相對不為人知但是更為重要的Win32 和 Windows XP內(nèi)核環(huán)境的特征。它的實現(xiàn)可以追溯到OS/2 和OSF UNIX中。SEH通過Microsoft C中的try/except 和 try/finally結(jié)構(gòu)提供異常處理。C+異常處理在SEH之上被分層，就像libc signal/raise的調(diào)用一樣使得SEH在任意一個Win32的環(huán)境下都變成必須的。這個模型的顯著特征是： 具體編譯程序的異常處理 具體操作系統(tǒng)堆棧的釋放和異常調(diào)度子程序 用戶提供的異常篩選程序 兩極異常處理算法。首先調(diào)用具體操作系統(tǒng)的調(diào)度子程序掃描線程堆棧，以搜索合

33、適的處理者，然后在必要時，調(diào)用具體操作系統(tǒng)的解除裝置返回堆棧。 最后機會的缺省和用戶提供的異常處理子程序 一套專門解決嵌套異常和釋放沖突的特殊機制RTSS SEH與Microsoft結(jié)構(gòu)，處理調(diào)用規(guī)律，SEH API運行等兼容。并且，它專為實時系統(tǒng)設計，能夠最小化RTSS線程中處理器層的中斷屏蔽和分裂： 當通過Win32 RaiseException API產(chǎn)生軟件異常時，Win32將產(chǎn)生一個軟件中斷；RTSS調(diào)用用戶模式下的異常調(diào)度器。 當釋放堆棧，并且在此之后設置了一個新的用戶環(huán)境后，Win32 SEH將會產(chǎn)生一個特殊的中斷，RTSS在用戶模式下恢復環(huán)境。 當中斷失效時，Windows X

34、P可能會編輯(移動)一個異常自陷幀，而RTSS在用戶模式下完成此操作。對于硬件異常，RTSS算法會診斷出自陷幀并調(diào)用RTSS異常調(diào)度器，然后從ISR返回到調(diào)度器，并處理異常。所以，軟件異常并不對其他線程造成ISR延遲負擔；而硬件異常也只是增加了單個中斷的最壞響應的負擔。性能下表顯示了在一個在擁有ACPI芯片組的800 MHz Pentium III處理器上運行的Windows XP重要性能指標，這個Windows XP安裝了RTX 6.0.1。表1 RTX與Windows XP和Windows CE .NET的實時性能比較Operation Windows XP Windows CE .NET

35、 RTX 6.0.1ReleaseMutexWFSO: min/max in usec 1.49 / 5000+ 4.9 / 13.3 0.10 / 3.26ReleaseSemaphoreWFSO: min/max in usec 1.39 / 5000+ 3.9 / 8.4 0.10 / 3.43Yield: min/max in usec 1.11 / 5000+ 2.6 / 63.9 0.10 / 3.37Win32-to-RTSS SetEvent call: min in usec NA NA 14注：在Windows XP頻繁裝載下的關(guān)鍵RTX線程切換調(diào)節(jié)（最大值包括定時器中斷處

36、理的消耗）。不包含RTX和Microsoft Windows CE 的Windows XP作為比較，時間單位為微秒。圖3 RTSS計時器中斷延遲柱狀圖(典型的Windows工作負載：磁盤搜索，視頻升級，網(wǎng)絡活動，屏幕保護等。X軸以微秒為單位，Y軸是按對數(shù)顯示的采樣數(shù)值。較低的有陰影的部分代表最后一秒的活動，較高的部分顯示的是總體運行的積累量)圖4 和圖3相同工作量的Win32計時器中斷延遲直方圖通過對RTX6.0.1的獨立測試以及在其他實時Microsoft Windows NT上進行擴展，可以發(fā)現(xiàn)RTX的豐富性能OMAC 98 Real-Time 98 Timmerman 98。當然不要忘記

37、RTX6.0.1提供了更快地線程切換計時器。使用Visual Studio創(chuàng)建RTX應用程序通過RTX提供的頭文件和庫函數(shù)，RTX應用程序可以像其他任何Windows應用程序一樣被Microsoft Visual Studio編譯和鏈接。application wizard可以用來更改工程設置和創(chuàng)建源代碼框架。從RTX5.1開始，Visual Studio debugger可以像調(diào)試其他Win32進程一樣調(diào)試運行RTX進程。進程與線程的變量和斷點可以被設置和管理。RTX包括大量的應用工具，其中有圖5中顯示的RTSS Object Viewer。圖5 對RTSS Object Viewer的截屏(顯示出了一個擁有兩個線程的單進程，一個線程是計時器，另一個是共享內(nèi)存對象)性能工具RTX性能工具使得開發(fā)者可