先举一个生活中经常使用的实例：汽车中使用的安全气囊。当汽车发生碰撞时，报告车辆碰撞的传感器中断CPU后，操作系统应快速地分配展开气囊的任务，并且不允许任何其他非实时处理进行干扰，晚一秒钟展开气囊比没有气囊的情况更糟糕，这就是一个典型的必须使用硬实时系统的案例。

首先,说一下实时的定义与要求：

实时系统指系统的计算正确性不仅取决于计算的逻辑正确性，还取决于产生结果的时间。如果未满足系统的时间约束，则认为系统失效。

一个实时操作系统面对变化的负载（从最小到最坏的情况）时必须确定性地保证满足时间要求。注意，必须要满足确定性，而不是要求速度足够快！即系统要有确保的最坏情况下的服务时间，对于事件的响应时间的截止期限是无论如何都必须得到满足。

再者，说一下实时操作系统实时性能的衡量标准：

1、中断响应时间(可屏蔽中断)

计算机接收到中断信号到操作系统作出响应，并完成切换转入中断服务程序的时间。对于抢先式内核，要先调用一个特定的函数，该函数通知内核即将进行中断服务，使得内核可以跟踪中断的嵌套。抢先式内核的中断响应时间由下式给出：中断响应时间＝关中断的最长时间+保护CPU 内部寄存器的时间+进入中断服务函数的执行时间+开始执行中断服务例程(ISR)的第一条指令时间。

注意：中断响应时间是系统在最坏情况下响应中断的时间，若某系统100次中有99次在50ms之内响应中断，只有一次响应中断的时间是250ms，只能认为中断响应时间是250ms。

2、任务切换时间

除为中断处理提供确定性外，实时处理也需要支持周期性间隔的任务调度。大量控制系统要求周期性采样与处理。某个特定任务必须按照固定的周期（p）执行，从而确保系统的稳定性。

例如：汽车的防抱死系统（ABS）。控制系统对车辆的每个车轮的转速进行采样（每秒最多 20 次）并控制每个制动器的压力（防止它锁死）。为了保持控制系统的正常工作，传感器的采样与控制必须按照一定的周期间隔。这意味着必须抢占其他处理，以便 ABS 任务能按照期望的周期执行。

当多任务内核决定运行另外的任务时，它把正在运行任务的当前状态(即CPU 寄存器中的全部内容)保存到任务自己的栈区之中。然后把下一个将要运行的任务的当前状态从该任务的栈中重新装入CPU 的寄存器，并开始下一个任务的运行。这个过程就称为任务切换。做任务切换所需要的时间取决于CPU 有多少寄存器要入栈。CPU 的寄存器越多，额外负荷就越重。

最后：

对于Windows系统，即便使用足够强大的CPU，在CPU空闲时可以提供非常短的典型中断响应，但是，当某些后台任务正在运行时，有时候响应会变得非常漫长，以至于某一个简单的读取文件的任务会长时间无响应，甚至直接挂死。

这是一个基本的问题：并不是Windows不够快或效率不够高，而是因为它不能确定性地保证满足时间要求，所以，Windows不是一个实时操作系统。

既生Windows，何生VxWorks？

既然Windows不是一个实时操作系统，我们就来认识一下实时操作系统的典型代表产品 VxWorks系统。

实时性对于实时操作系统如此重要，首先，我们有必要学习一下实现实时性的核心模块 - 任务调度。

构成应用软件系统的程序单元，在其执行时称之为任务，从系统的角度来看，任务是竞争系统资源的最小运行单元。单个CPU 中，多任务机制制造了一个多个任务同时执行的假象。其实系统只是根据一个多任务调度算法，将内核插入到这些任务中执行。

对VxWorks系统来说，它的一个任务可有多种状态，但最基本的状态有以下四种：

1)就绪态(Ready)：任务只等待系统分配CUP资源。

2)挂起态(Pend)：任务需等待某些不可利用的资源而被阻塞。

3)休眠态(Sleep)：如果系统不需要某一个任务工作，则这个任务处于休眠状态。

4)延迟态(Delay)：任务被延迟时所处的状态。

其中，任务由系统内核调度运行一段固定长度的时间，称为时间片。调度是指为任务分配资源和时间，使系统满足特定的性能要求。调度算法的目的是在正常情况下，尽可能满足所有任务的时限：在峰值负载条件下，保证强实时任务满足时限。因为时限是区分实时系统和非实时系统的关键因素，因此调度算法是实时系统的基本问题。实时操作系统所具有的运行性能，如吞吐量的大小、周转时间的长短、相应的及时性和可预测性等在很大程度上都取决于实时调度。

调度可采用下述两种方式：

1.非抢占方式。采用这种调度方式，一旦把处理机分配给某进程后，便让该进程一直执行，直到该进程完成或发生某事件而被阻塞，才再把处理机分配给其他进程，决不允许某进程抢占已经分配出去的处理机。显然它难于满足紧急任务的要求，实时系统中不宜采用这种调度方式。

2.抢占方式。允许调度程序根据某种原则，去停止某个正在执行的进程，将已分配给该进程的处理机，重新分配给另一进程。抢占的原则有：

-时间片原则。各进程按时间片运行，当一个时间片用完后，便停止该进程的执行而重新进行调度。

-优先权原则。当一个进程到来时，如果其优先级比正在执行的进程的优先级高，便停止正在执行的进程，将处理机分配给优先级高的进程，使之执行。实时系统中一般采用基于优先级的抢占式调度和轮转调度的进程调度和中程调度相结合的调度策略。因此既可具有较大的灵活性，又能获得极小的调度延迟。

VxWorks的wind内核缺省调度机制为基于优先级的抢占式调度。采用这种机制时，系统把处理机分配给优先级最高的进程，使之执行。一旦出现了另一个优先级更高的进程时，进程调度程序剥夺当前任务的执行，将处理机分配给高优先级任务。而在相同优先级的多个任务之间，采用时间片轮转调度机制。采用这种机制时，当一个任务到达时，它被排在轮转队列的后面，等待分配给自己的时间片的到来，如果在时间片内没有结束，则再等待属于自己的时间片的到来，直到任务完成。

为了任务控制的灵活性，VxWorks内核还提供了动态优先级机制，任务的优先级在运行期间可动态地变化。同时，为了防止优先级反转，还具有优先级继承机制，通过使用互斥信号量可以防止高优先级的任务被迫等待一段不确定时间，直到一个低优先级任务完成。

因此，对于实时操作系统而言，VxWorks系统随时都可以 KO Windows系统。

基于VxWorks的实时仿真机