計算機嵌入式實時操作系統(tǒng)的研究

摘 要：在社會經(jīng)濟高速發(fā)展的當(dāng)今社會，信息技術(shù)也得到了快速的發(fā)展，計算機信息技術(shù)已經(jīng)在當(dāng)今社會中成為了一種主導(dǎo)技術(shù)，而以此為基礎(chǔ)壯大起來的信息產(chǎn)業(yè)也已經(jīng)成為了主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)，并且成為了當(dāng)今社會的一種新式的經(jīng)濟增長點。在計算機信息中，嵌入式實時操作系統(tǒng)的基礎(chǔ)與開發(fā)平臺是嵌入式應(yīng)用軟件，其中需要涉及到硬件與軟件兩大方面的問題。對計算機嵌入式實時操作系統(tǒng)進行分析與研究已經(jīng)成為了信息時代必須解決的一大重要課題，使其可以與當(dāng)今社會高速發(fā)展的速度相適應(yīng)。本文對計算機嵌入式實時操作系統(tǒng)展開了分析與研究，旨在提供出一些可以借鑒的經(jīng)驗，從而更好地解決好這一重大課題。

關(guān)鍵詞：計算機信息技術(shù)；嵌入式實時操作系統(tǒng)；應(yīng)用軟件

中圖分類號：TP368.1

當(dāng)今社會，生產(chǎn)與科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展與壯大，尤其是微電子技術(shù)，發(fā)展速度非常迅猛，設(shè)計技術(shù)與原型技術(shù)不斷趨于成熟，計算機技術(shù)向非計算機領(lǐng)域滲透的技術(shù)也得到了迅速地發(fā)展。在這一社會大背景下，計算機嵌入式實時操作系統(tǒng)的應(yīng)用越來越普遍，同時，也將其商用的巨大市場回報顯示得越來越清楚。無論是作為交通工具的波音飛機還是作為通訊工具的移動電話，都大量地運用到了嵌入式實時操作系統(tǒng)。對計算機嵌入式實時操作系統(tǒng)進行開發(fā)與運用，在處理器升級、應(yīng)用程序以及對處理器類型進行更換的時候，現(xiàn)存的軟件絕大部分都是可以不用通過修改就直接移植過來使用，非常方便實用。但是，在操作計算機嵌入式實時操作系統(tǒng)的過程中需要涉及到硬件與軟件兩大方面的問題，將這問題解決好已經(jīng)成為了當(dāng)今信息時代必須解決的一大重要課題，因此，對計算機嵌入式實時操作系統(tǒng)進行分析與研究具有非常重大的意義。

1 嵌入式實時操作系統(tǒng)概述

隨著社會經(jīng)濟與信息技術(shù)的不斷發(fā)展，在我們的生活中，嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)得到了較為廣泛的應(yīng)用，并在軍事領(lǐng)域、學(xué)術(shù)界以及人們的日常生活中所發(fā)揮出來的作用越來越巨大。嵌入式系統(tǒng)，指的是為了將某種制定的功能實現(xiàn)出來，就將軟件與硬件有機地結(jié)合在一起構(gòu)成計算機系統(tǒng)[1]?，F(xiàn)階段，對嵌入式系統(tǒng)進行開發(fā)與應(yīng)用已經(jīng)成為了技術(shù)開發(fā)的一大熱點，因此，其對數(shù)據(jù)庫的要求以及硬件的處理能力要求越來越高。

在嵌入式操作系統(tǒng)中，嵌入式實時操作系統(tǒng)是其其中的一種，開發(fā)與運用嵌入式實時操作系統(tǒng)，可以及時地對外部事件予以響應(yīng)。在響應(yīng)外部事件方面，實時嵌入式操作系統(tǒng)可以進行識別、處理以及結(jié)果輸出三大步驟[2]。硬實時系統(tǒng)與軟實時系統(tǒng)是實時系統(tǒng)的兩大系統(tǒng)類型。硬實時系統(tǒng)應(yīng)該要做到準(zhǔn)時與無誤，如果其任務(wù)不能在規(guī)定的時間內(nèi)完成的話，那么就可能會產(chǎn)生較為嚴(yán)重的后果；而軟實時系統(tǒng)的目的就是要讓任務(wù)運行的速度達(dá)到非?？斓乃俣龋沂窃絹碓胶?，所以其對響應(yīng)時間因素進行界定的時候要求其一定要具有適當(dāng)?shù)撵`活性。

2 計算機嵌入式實時操作系統(tǒng)性能的重要指標(biāo)

對計算機嵌入式實時操作系統(tǒng)的性能進行評價時，其評價指標(biāo)主要有系統(tǒng)的穩(wěn)定性、成熟度、安全性、可靠性、實時性以及開放性等。

系統(tǒng)的穩(wěn)定性是指實時嵌入式操作系統(tǒng)在長時間運行之后是否還能保持住穩(wěn)定，有沒有性能異常的狀況出現(xiàn)，從而對系統(tǒng)穩(wěn)定工作的重要指標(biāo)進行保障[3]。系統(tǒng)的成熟度是對整個操作系統(tǒng)的穩(wěn)定性以及可靠性等性能做出一個綜合評價的重要指標(biāo)，這個操作系統(tǒng)從最初的開發(fā)到后面運行過程中的穩(wěn)定與可靠，需要一個比較長的開發(fā)、評測以及升級維護的過程，當(dāng)其通過了較為廣泛的實際應(yīng)用，其才有可能慢慢地走向成熟。安全性是指嵌入式實時操作系統(tǒng)的軟件自身權(quán)限以及對外部攻擊的抵御能力[4]?？煽啃允菍η度胧綄崟r操作系統(tǒng)在受到外界影響的情況下能夠?qū)ζ湔＿\行能力進行保障的反映。實時性是對系統(tǒng)對外部事件響應(yīng)能力的集中反映，在其衡量因素中主要有終端與延遲的時間、系統(tǒng)的調(diào)用時間、數(shù)據(jù)包的吞吐率以及任務(wù)切換的時間等。開放性是操作系統(tǒng)與國際的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)相符合，是否可以得到各種驅(qū)動程序、功能軟件以及開發(fā)工具等第三方軟件的支持的一種能力。

3 計算機嵌入式實時操作系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)

模塊結(jié)構(gòu)與層次結(jié)構(gòu)在計算機嵌入式實時操作系統(tǒng)中是最為基本的結(jié)構(gòu)，其中最簡單且最常見的結(jié)構(gòu)化設(shè)計是模塊結(jié)構(gòu)。嵌入式實時操作系統(tǒng)的模塊結(jié)構(gòu)主要可以分為存儲器管理模塊、處理器管理模塊、文件管理模塊以及設(shè)備管理模塊等，分別與計算機硬件系統(tǒng)中的內(nèi)存、CPU以及計算機中各種需要驅(qū)動程序來進行進一步管理的硬件與不同容器的存儲設(shè)備相對應(yīng)著[5]。其中，建立在存儲器設(shè)備上面的模塊只有文件管理模塊。所以，從某種程度上來說，計算機嵌入式實時操作系統(tǒng)實質(zhì)上就是直接邏輯映射出計算機硬件，是通過軟件的形式將計算機硬件組合的模型表達(dá)出來。在體系結(jié)構(gòu)中，層次結(jié)構(gòu)時建立在以模塊的集合作為層的結(jié)構(gòu)，并位于系統(tǒng)的模塊分類上面。此外，根據(jù)各模塊之間不同的調(diào)用方式，還可以將操作系統(tǒng)分為單內(nèi)核與微核兩大類。

4 常用的嵌入式實時操作系統(tǒng)

4.1 eCOS。eCOS是一種可以進行配置、能夠進行移植并且面向深度的嵌入式應(yīng)用的，對源代碼進行開放的實時操作系統(tǒng)。這一操作系統(tǒng)主要特點為可以運用模塊化的設(shè)計，其內(nèi)核則是由核心部件、具有非常靈活的配置、C語言庫以及底層運行包等小組件組合而成的。同時，eCOS中的每一個組件都是可以將大量配置的選項提供出來的，所以在使用eCOS本身提供出來的配置工具是可以非常方便地對系統(tǒng)進行有效配置，而且如果運用配置的方案不同，還可以對eCOS各種不同的應(yīng)用要求予以滿足[6]。

4.2 VxWorks。現(xiàn)階段，在市場上應(yīng)用范圍最為廣泛、占有率最高的嵌入式實時操作系統(tǒng)為VxWorks。VxWorks系統(tǒng)的組成模塊為四百多個非常短小而且是相對獨立的目標(biāo)模塊組合而成的，用戶在使用的過程中可以按照自己的實際需求選擇與搭配好各個模塊，從而將適合自己需要的系統(tǒng)配置出來。VxWorks系統(tǒng)還可以將優(yōu)先級的任務(wù)調(diào)度、任務(wù)間的同步與通信、中斷處理、定時器以及內(nèi)存管理等多種功能的服務(wù)提供出來，而且其內(nèi)部還建立了很多與POSIX相符合的內(nèi)存管理程序與處理器控制程序，此外，其用戶接頭還具有極其簡明且易懂的特征。

除此之外，基于u C-OS系統(tǒng)發(fā)展起來的u C/OS-Ⅱ也是較為常見的一種嵌入式實時操作系統(tǒng)，其可以對64個任務(wù)同時進行管理，并且可以將任務(wù)的內(nèi)存管理、管理調(diào)度、任務(wù)間通信與同步、時間管理以及中斷服務(wù)等提供出來。

5 結(jié)束語

綜上所述，隨著時代社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展，計算機嵌入式實時操作系統(tǒng)的應(yīng)用范圍將會越來越廣泛，所以將來對操作系統(tǒng)進行開發(fā)的主要發(fā)展方向，很大可能將會是對嵌入式實時操作系統(tǒng)的開發(fā)。因為嵌入式實時操作系統(tǒng)具有非常大的進步意義，可以為整個社會經(jīng)濟帶來非常大的效益，而且其在加強信息交流以及促進社會進步方面起著非常重大的作用。此外，嵌入式實時操作系統(tǒng)對人們的生活影響是潛移默化的。因此，對嵌入式實時操作系統(tǒng)進行開發(fā)與運用將會成為操作系統(tǒng)發(fā)展的主流，對計算機嵌入式實時操作系統(tǒng)進行開發(fā)與應(yīng)用具有非常重大的意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]汪小燕，連曉平，董燕，楊大鵬.基于TFTP協(xié)議的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)方法設(shè)計與實現(xiàn)[J].華中科技大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2006（12）：184-185.

[2]劉曉芬，王軼凡，涂時亮.RT-Hypervisor：用于實時嵌入式系統(tǒng)的虛擬機監(jiān)視器[J].計算機工程與設(shè)計，2008（22）：106-108.

[3]盧新元，高沛然，周茜.基于粗糙集分類一致性的規(guī)則挖掘算法研究---以 IT 外包中知識轉(zhuǎn)移風(fēng)險為例[J].計算機工程與應(yīng)用，2013（11）：148-149.

[4]蔡長安，萬小霞.4種嵌入式實時操作系統(tǒng)的兩種主要技術(shù)分析和選擇[J].重慶工商大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2007（02）：133-135.

[5]李少階，莊圣賢.uC/OS-Ⅱ在TMS320F2812上移植的實現(xiàn)[J].云南民族大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2013（06）：224-226.

[6]黃鵬.基于OSEK/VDX的嵌入式車用操作系統(tǒng)研究[J].武漢理工大學(xué)學(xué)報（信息與管理工程版），2005（05）：217-218.

作者簡介：李國貞（1977.05-），女，本科，講師，研究方向：計算機科學(xué)；徐晨莉（1980.03-），女，本科，研究方向：計算機應(yīng)用。

作者單位：漯河職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南漯河 462000；漯河職業(yè)技術(shù)學(xué)院 信息工程系，河南漯河 462000