① 经典电子系统:不含计算机的纯电子电路系统,例如,测量放大器、电子计数器、温度指示器(由ADC、译码器、LED显示器构成)等,电路的动态特性决定了系统响应能力T的大小。经典电子系统是一个激励-响应系统,从激励到响应的时间完全取决于电子在电路中的运动过程,因而,它具有极短的、相对固定不变的,从激励到响应的时间周期T。在大多数经典电子应用系统中,由电路的动态特性决定了T值的大小。一般情况下,应用系统的T远小于嵌入对象系统的响应(ta)要求,因此,在经典电子应用领域中,应用工程师的头脑中没有“实时性”名词的概念,而对一些极快速响应要求的应用系统,如振动测量系统,它的实时性要求常常反映为电路系统的“频率响应”要求。
② 通用计算机系统:是一个人机交互的激励-运行-响应系统。它的激励-响应时间T表现为电路系统的激励-响应时间tc与软件运行时间ts,而电路系统的激励-响应时间与软件运行时间相比为高阶小量,因而软件运行时间形成了T的主要成份,T=tc+ts≈ts。由于通用计算机系统只使用在人机交互环境中,对象(人)提出的响应时间ta要求,只是一个期望值(尽量快),而这种欲望一方面表现为永无止尽,另一方面又表现出现实的可容忍性。因此,通用计算机系统是一个非实时的电子系统,而快速性成为通用计算机系统发展的永恒主题。
③ 嵌入式系统:由于计算机的嵌入,嵌入式系统也是一个激励-运行-响应的电子系统。但是,它与嵌入对象交互,与嵌入对象的事件过程相关,在与嵌入对象体系交互时,要满足事件交互过程的响应要求。一方面,由于计算机的嵌入,嵌入式应用系统有十分可观的激励-响应时间ts,导致系统实时能力的降低;另一方面,由于嵌入对象体系的多样性、复杂性,不同的对象体系会提出不同的响应时间ta要求。因此,在嵌入式应用系统的具体设计中,必须考虑系统中每一个任务运行时,能否满足ts≤ta的要求,这就是嵌入式系统的实时性问题。
综上所述,经典电子系统应用中,没有凸显出实时性的概念,是因为电子系统的激励-响应时间T极短,绝大多数电子系统都能满足T≤ta要求;通用计算机系统应用中,没有实时性概念,是因为ta只有期望要求;而嵌入式系统应用中,必须考虑实时性问题,是因为软件运行的时间耗费ts,会使系统的激励-响应时间T巨额增加,而不能满足嵌入对象系统提出的响应时间ta要求,凸现了嵌入式系统的实时性问题。 3 嵌入式系统的实时性分析
3.1 嵌入式系统实时性的出发点
嵌入式系统由于是嵌入到对象体系中的一个电子系统,与对象系统密切相关。而形形色色的对象系统会有不同的响应时间ta要求,如动态信号的采集系统、生产线的控制单元等,有严格的响应时间要求;超市的秤重、计量、收银机只要求有尽快的响应时间;在同样的动态信号采集系统中系统的响应时间与信号的动态特性有关。这些不同的嵌入式应用系统的不同响应要求,表现了嵌入对象响应要求(ta)的多样性。