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- UID
- 1029342
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- 男
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4.2嵌入式系统的实时性设计
根据系统的T≈ts≤ta要求，在一个具体的有实时性要求的应用系统中，当系统的任务确定以后，就可以估算出每个任务的时间响应要求ta，在不考虑电路系统中的动态过程时，嵌入式系统的实时性设计的中心任务是通过软、硬件设计来加快任务的运行过程，以达到ts≤ta要求。然而，加快系统的运行速度会带来其它问题，应在实时性设计中一并考虑。
嵌入式系统的应用领域十分广泛，并不是所有的应用系统都要求是实时系统，只有当系统中对任务有严格时间限定时，才有系统的实时性问题。例如，对打印机这样一个嵌入式应用系统，人们并没有严格的时间限定，只有一个“尽可能快的”期望要求，因此，这样的系统不是实时系统。
嵌入式系统的实时性设计通常会有以下几种情况。
①本质性实时系统。在这一类应用系统中，系统总体及任务的时限要求ta都不高，常规的软硬件技术都能满足ts≤ta要求。因此，这种应用系统往往不必要考虑系统的实时性设计。例如，一个温度测量系统，由于温度的大惯量特性，满足一定动态误差条件下的温度采集、数据处理、实时显示与打印的响应时间要求ta值很大，不必采取任何特殊的实时设计方法，就能满足ts≤ta要求，因此，它是一个本质性实时系统，②通过实时性设计实现的实时系统。这种嵌入式系统在常规设计下，无法满足实时性要求，但通过实时性设计，可以满足实时性要求的系统。例如，一个仓储监测系统，要巡回监测100点的入侵事件。从应用要求的可靠性出发，要求系统对于任何一点入侵事件的响应速度(ta)不得大于1s；而系统对单个入侵事件的采集、处理、输出控制的实际激励-响应时间为0.2s。但在常规的巡回监测方式下，对某一点监测的时间间隔为ts=0.2×100=20s。ts远大于ta，是一个非实时系统。但这个系统的实时性是可以改变的，如果将每个监测点入侵事件的输入激励的查询方式变为中断输入方式，使某一监测点的激励-响应的操作处理时间(ts)降到0.25s以内，满足ts≤ta要求，系统能实时地处理任何一个监测点上入侵事件，而成为一个实时监测系统。
③通过实时性设计实现的系统的任务实时。在系统有实时性要求的情况下，系统能满足实时性要求时，系统设计是成功的；但系统不能满足实时性要求时，我们常常会放弃它。例如，卫星发射时，控制大厅墙面上，显示卫星轨迹的卫星运行监测系统，实时地采集卫星运行参数，经处理后，在大屏幕上实时地显示出来，这是一个实时系统。但是，无法实现卫星发射过程中意外事件的实时显示。只能当卫星发射出现意外事故(如运载火箭爆炸)时，出现卫星轨迹的中断。但是，作为弥补，我们可以实现一个意外事故的数据采集系统，高速、实时地采集与存储火箭运行状态参数，并在火箭失事瞬间，将数据发回控制中心，实现意外事故监测系统中，事故数据采集任务的实时性。对于一个冲击振动的谱分析系统，要求有振动波形的采集、时域信号的频谱分析、频谱的图形显示等。由于冲击振动的信号过程时间极短，谱分析处理耗时过多，不可能实现整个系统的实时性(振动频谱的实时显示)要求，这时可以考虑将整个系统的操作过程分成一些独立的部分。例如，将冲击振动谱分析系统的全部操作分成冲击振动信号的波形采集、数据存储与波形信号的谱分析及其后续操作的两个独立部分，实现振动信号采集、存储关键任务的实时性要求。
4.3关于嵌入式操作系统
在系统的实时性设计中，核心的问题是降低软件运行时间。除了普遍的提高CPU指令运行速度、采用高速 I/O口、计数器的捕获/比较、多机并行操作等软、硬件措施外，就是程序设计技巧。而在系统程序中使用操作系统支持时，由于操作系统介入操作管理带来的额外开销，以及对任务的灵活调度管理，成为系统实时性设计的重要问题。
嵌入式操作系统使用在嵌入式应用系统中。与通用操作系统相比，嵌入式操作系统有许多特点，如可靠性、可裁剪性、“实时性”等。前两者是嵌入式应用环境所要求的，而“实时性”则是为了满足系统实时性要求的内容。在一些文章中提到某些嵌入式操作系统时，常常冠以“实时操作系统”，但它只是表现为该操作系统具有较好的实时能力。在没有置身在一个具体嵌入式应用系统中时，不存在实时性结论。不同的嵌入式操作系统比较时，可以有实时能力上的不同。任何一个嵌入式操作系统都应有满足系统实时性设计的内容(表现为任务的快速调度、快速运行等)，实时能力强的嵌入式操作系统能更容易地实现应用系统的实时性。
结语
嵌入式系统的实时性设计要根据具体的系统，具体分析、具体设计，并不是所有的嵌入式系统都有实时性要求。嵌入式系统的实时性与快速性有关，在满足ts≤ta时并不是越快越好。考虑到系统的功耗及可靠性，应在满足ts≤ta条件下，越慢越好。 |
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