从智能家居到汽车电子,从实时工业控制到航空航天军事装备,从无线通信产品到物联网,嵌入式操作系统无处不在。大多数的外部设备,其特定的应用环境决定了与之配套的嵌入式操作系统需要具备一定的实时性,才能保证实时任务能够在最后期限内完成(或开始),以满足特定环境下关键应用的需要。这里的实时性包含两层意思:一是中断响应的实时性,一但外部中断发生,操作系统应该能够在足够短的时间内响应中断,并做相应处理;二是任务调度的实时性,一个紧急任务处于就绪状态时,应该立即得到调度运行。基于Forth虚拟机的嵌入式Forth操作系统,其特点是简洁高效、对硬件层抽象、可重构、可扩展、可移植以及可交互,主要用于天文,军事,航空航天,工业自动化,仪器仪表和控制,图形,工作站等嵌入式领域。在目前众多的嵌入式Forth操作系统中,中断管理简单且不可嵌套,多任务调度采用不可抢占的基于Forth虚拟机的协同式轮询的方式。这种中断处理方式和多任务调度方式直接影响了嵌入式Forth操作系统的实时性,局限了嵌入式Forth操作系统在对实时性有要求的环境中的应用范围。因此,本文的研究内容聚焦于提升嵌入式Forth操作系统的实时性。具体包括两个方面:一是提高嵌入式Forth操作系统中断响应的实时性,二是提高嵌入式Forth操作系统任务调度的实时性。为了达到这两个目的,本文所做的具体工作为:(1)对当前嵌入式Forth操作系统的任务管理机制做了改进,以便能够引入更复杂的中断处理机制和更复杂的任务调度机制。(2)为了提高嵌入式Forth操作系统中断响应的实时性,首先将嵌入式Forth操作系统的中断不可嵌套变为了中断可嵌套,其次让嵌入式Forth操作系统能够支持中断立即提交和中断延迟提交两种模式。(3)为了提高嵌入式Forth操作系统任务调度的实时性,实现了嵌入式Forth操作系统基于Forth虚拟机的优先级可抢占和时间片轮转的多任务实时调度机制。(4)对嵌入式Forth操作系统的实时性进行了测试、对时间片轮转调度进行了验证,实验测试结果表明,嵌入式Forth操作系统的中断响应时间达到了60微秒,任务响应时间达到了2.133毫秒。