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| 內容簡介： |
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本书聚焦国产锐华嵌入式实时操作系统（ReWorks）在航空航天、轨道交通、能源电力等多种安全关键领域的应用和前景，从嵌入式系统基本概念、实时内核、操作系统外围组件三个方面，对ReWorks的内核基本架构、程序设计原理、高效处理机制进行了详细阐述。本书通过代码案例与实践经验，兼顾初学者与资深开发者需求，旨在培养实时嵌入式领域自主创新人才，助力国产操作系统生态建设，为高校师生、科研人员及工程师提供兼顾理论深度与工程实践的技术指南。
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| 目錄：
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目 录
第1章 嵌入式实时操作系统概述1
1.1 嵌入式与实时1
1.1.1 嵌入式系统1
1.1.2 实时性2
1.1.3 嵌入式系统开发模式5
1.2 嵌入式实时操作系统9
1.2.1 概述9
1.2.2 发展历程11
1.2.3 系统特性12
1.3 锐华嵌入式实时操作系统（ReWorks）13
1.4 思考题16
第2章 任务管理17
2.1 任务的概念17
2.1.1 任务18
2.1.2 进程18
2.1.3 线程19
2.2 任务管理机制20
2.2.1 任务状态20
2.2.2 任务生命周期管理21
2.2.3 任务调度和调度策略22
2.2.4 错误处理与异常管理29
2.3 ReWorks的任务管理29
2.3.1 ReWorks中的任务30
2.3.2 任务状态和调度设计32
2.3.3 任务属性34
2.3.4 任务调度36
2.3.5 任务管理接口38
2.4 任务管理编程实践43
2.5 思考题44
第3章 内存管理45
3.1 功能定位45
3.2 物理地址与虚拟地址46
3.3 内存管理机制47
3.3.1 存储管理方式47
3.3.2 地址映射48
3.3.3 地址空间布局49
3.3.4 内存分配策略51
3.3.5 动态内存分配算法52
3.4 ReWorks的内存管理55
3.4.1 段式存储管理和内存布局55
3.4.2 核心堆内存管理57
3.4.3 用户堆内存管理57
3.4.4 内存分区管理58
3.4.5 内存池管理59
3.5 内存管理编程实践60
3.6 思考题61
第4章 任务同步与通信62
4.1 基本概念62
4.2 工作机制63
4.2.1 信号量63
4.2.2 互斥量65
4.2.3 条件变量66
4.2.4 读写锁67
4.2.5 消息队列67
4.2.6 管道68
4.2.7 邮箱68
4.2.8 信号69
4.2.9 事件70
4.3 ReWorks任务同步与通信的编程70
4.3.1 运用信号量编程70
4.3.2 运用条件变量编程71
4.3.3 运用读写锁编程73
4.3.4 运用消息队列编程75
4.3.5 运用信号编程77
4.3.6 运用事件编程80
4.4 任务同步与通信编程实践81
4.5 思考题83
第5章 中断管理84
5.1 中断的硬件原理84
5.1.1 中断与异常84
5.1.2 中断的分类85
5.1.3 中断控制器86
5.2 中断框架87
5.2.1 中断处理流程87
5.2.2 中断优先级88
5.2.3 中断嵌套89
5.2.4 中断处理机制90
5.3 中断实时性分析92
5.3.1 中断响应时间92
5.3.2 中断性能优化93
5.4 ReWorks的中断管理94
5.4.1 基本设计理念94
5.4.2 中断管理接口97
5.5 中断管理编程实践98
5.6 思考题98
第6章 时间管理99
6.1 时钟节拍99
6.2 高精度时钟102
6.3 操作系统的时钟102
6.4 操作系统的定时器103
6.5 ReWorks时钟管理104
6.5.1 软件时钟104
6.5.2 POSIX定时器105
6.5.3 看门狗定时器105
6.5.4 单调速率定时器106
6.6 ReWorks时钟管理接口107
6.6.1 时间管理接口107
6.6.2 POSIX定时器接口108
6.6.3 看门狗定时器接口109
6.6.4 单调速率定时器接口111
6.7 时钟管理编程实践111
6.8 思考题112
第7章 文件系统113
7.1 文件与文件系统113
7.2 文件系统的层次结构114
7.3 常见的文件系统115
7.4 文件系统的软件实现116
7.5 虚拟文件系统116
7.6 ReWorks的文件系统119
7.6.1 根文件系统119
7.6.2 DOS文件系统120
7.6.3 HRFS高可靠文件系统121
7.6.4 在ReWorks中使用文件系统122
7.6.5 ReWorks文件系统API接口123
7.7 文件系统编程实践125
7.8 思考题125
第8章 网络协议栈126
8.1 网络通信的基本原理126
8.2 网络协议的层次模型127
8.2.1 OSI网络协议模型127
8.2.2 TCP/IP网络协议模型129
8.3 轻量级网络协议栈LwIP135
8.3.1 LwIP的关键设计点136
8.3.2 LwIP的内存管理与PBUF的数据包管理136
8.4 ReWorks的网络编程接口150
8.5 网络应用编程实践151
8.6 思考题153
第9章 I/O系统154
9.1 设备与I/O154
9.2 I/O系统的基本设计与实现155
9.3 文件I/O操作157
9.3.1 一切皆“文件”的设计理念157
9.3.2 文件描述符157
9.3.3 文件流与缓冲机制158
9.4 I/O模型159
9.5 ReWorks的I/O系统160
9.5.1 ReWorks I/O系统框架160
9.5.2 ReWorks I/O接口161
9.6 I/O编程实践163
9.7 思考题165
第10章 设备管理166
10.1 操作系统外部设备166
10.1.1 设备的分类166
10.1.2 设备的发现167
10.1.3 设备的访问171
10.2 设备驱动模型172
10.2.1 总线172
10.2.2 设备173
10.2.3 设备驱动174
10.3 ReWorks的设备管理175
10.3.1 ReWorks设备管理概述175
10.3.2 字符设备驱动176
10.3.3 块设备驱动177
10.3.4 网络设备驱动179
10.4 ReWorks字符设备驱动示例182
10.5 思考题195
第11章 动态加载196
11.1 动态加载概述196
11.1.1 动态加载的基本概念196
11.1.2 二进制可执行与可链接格式197
11.2 ReWorks动态加载实现201
11.2.1 动态加载原理201
11.2.2 动态加载接口203
11.3 思考题203
第12章 人机交互204
12.1 Shell205
12.1.1 Shell的定义与功能205
12.1.2 常见的Shell工具206
12.2 ReWorks的Shell206
12.3 嵌入式GUI208
12.4 ReWorks的图形系统208
12.4.1 基本框架208
12.4.2 帧缓冲209
12.4.3 图形框架与Qt211
12.5 思考题213
第13章 软硬件优化适配与CSP和BSP214
13.1 软硬件适配基础知识214
13.1.1 理解处理器体系结构214
13.1.2 理解底层汇编220
13.2 CSP软硬件适配226
13.2.1 软硬件适配方法226
13.2.2 任务上下文管理228
13.2.3 浮点寄存器管理模块233
13.2.4 中断处理模块235
13.2.5 时钟模块240
13.2.6 Cache管理模块242
13.2.7 内存管理模块248
13.3 BSP硬件适配265
13.3.1 BSP的基本功能与组成265
13.3.2 BSP开发流程266
13.3.3 ReWorks启动过程268
13.3.4 设备树与设备树驱动269
13.3.5 链接脚本272
13.4 思考题275
第14章 嵌入式实时操作系统的应用和发展趋势276
14.1 嵌入式实时操作系统的应用276
14.1.1 工业自动化领域277
14.1.2 轨道交通领域280
14.1.3 能源电力领域283
14.2 嵌入式实时操作系统的挑战和发展284
14.2.1 嵌入式实时操作系统的发展趋势284
14.2.2 人工智能与工业控制中操作系统的发展趋势286
参考文献288
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| 內容試閱：
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前 言
随着电子集成电路以及计算机软硬件的飞速发展、物联网和人工智能等新兴技术的蓬勃演进，嵌入式系统正以前所未有的速度渗透到各个领域以及人们生活的方方面面。从工业控制到智能家居，从卫星通信到可穿戴设备，从航空航天到自动驾驶，嵌入式系统无处不在。作为嵌入式系统的核心，嵌入式实时操作系统以其高效的任务调度、可靠的实时性和资源管理能力，成为构建复杂嵌入式系统的关键基础设施。
锐华（ReWorks）作为一款国产自主可控的嵌入式实时操作系统，历经多年发展，已在航空航天、轨道交通、电力能源等多种安全关键领域得到广泛应用。随着锐华的应用范围不断扩大，从推动国产操作系统发展、培养具备自主创新能力的技术人才、满足国家战略需求、助力产业升级等角度出发，有必要出版一套书籍就相关专业领域进行普及，既可以有针对性地为国家培养高素质的技术人才，增强学生的民族自豪感和责任感，又可以帮助广大技术爱好者学习和使用锐华嵌入式实时操作系统。
本书旨在为读者提供一套系统、全面的嵌入式实时操作系统理论与实践指南，共分为三大部分，内容涵盖嵌入式实时操作系统的基础理论、内核实现以及外围组件的设计与应用。
第一部分：嵌入式实时操作系统的概述。本部分从嵌入式实时操作系统的基本概念入手，介绍其发展历程、核心特性、典型应用场景以及国内的典型产品ReWorks。通过对嵌入式实时操作系统的整体架构和工作原理的讲解，为读者奠定扎实的理论基础。
第二部分：嵌入式实时操作系统内核。本部分从第2章至第6章，深入探讨嵌入式实时操作系统的核心模块，包括任务管理、内存管理、任务同步与通信、中断管理和时间管理。每一章均结合ReWorks的实现细节，通过代码示例和实际案例，帮助读者理解这些核心模块的设计原理与实现方法。
第三部分：嵌入式实时操作系统的外围组件。本部分从第7章至第14章，重点介绍嵌入式实时操作系统的外围组件。这些组件是构建复杂嵌入式系统的重要组成部分，包括文件系统、网络协议栈、I/O系统、设备管理、动态加载、人机交互、CPU支持模块。同时介绍了实时操作系统的应用和发展趋势。本部分结合ReWorks的特性，详细分析其设计与实现，重点阐述其中特有的高效处理机制。
本书的目标读者包括嵌入式系统开发者、高校师生以及对嵌入式实时操作系统感兴趣的科研人员。无论是初学者还是有一定经验的开发者，都能从本书中获取有价值的知识与实践经验。
在本书的编写过程中，我们得到了众多专家、学者和业界同仁的支持与帮助，特别是ReWorks开发团队提供了大量的技术资料和实践案例，在此表示衷心的感谢。
由于编者水平有限，书中难免存在疏漏与不足之处，恳请广大读者批评指正。希望本书能够为嵌入式实时操作系统的教学与实践提供有益的参考，也期待ReWorks在未来的发展中取得更加辉煌的成就。
编 者
2025年8月
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