嵌入式XP操作系統(tǒng)穩(wěn)定性的關(guān)鍵技術(shù)

耿志存

摘 要：本文首先闡述了嵌入式軟件發(fā)展趨勢， 分析了采用嵌入式操作系統(tǒng)的原因， 然后詳細(xì)研究了嵌入式操作系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)：實(shí)時(shí)性、可配置性、可靠性、可移植性等相關(guān)技術(shù)， 最后對嵌入式操作系統(tǒng)的特點(diǎn)進(jìn)行了總結(jié)并展望了它的發(fā)展前景。

關(guān)鍵詞：嵌入式；系統(tǒng)；技術(shù)

一、嵌入式XP操作系統(tǒng)發(fā)展趨勢

現(xiàn)如今，以計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)和軟件技術(shù)為核心的信息技術(shù)取得了迅猛的發(fā)展，各種裝備與設(shè)備上嵌入式計(jì)算和系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用大大地推動了行業(yè)的滲透性應(yīng)用，嵌入式XP操作系統(tǒng)已成為信息產(chǎn)業(yè)中最為耀眼的“明星”之一。

嵌入式系統(tǒng)被描述為：“以應(yīng)用為中心、軟件硬件可裁剪的、適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗等嚴(yán)格綜合性要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)”，由嵌入式硬件和嵌入式軟件兩部分組成。硬件是支撐，軟件是靈魂，幾乎所有的嵌入式產(chǎn)品中都需要嵌入式軟件來提供靈活多樣、并且應(yīng)用特制的功能。由于嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用廣泛，嵌入式軟件在整個軟件產(chǎn)業(yè)中占據(jù)了重要地位，并得到世界各國的廣泛關(guān)注。

二、嵌入式XP操作系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)

在一個完整的嵌入式系統(tǒng)中，嵌入式XP操作系統(tǒng)介于底層硬件和上層應(yīng)用程序之間，它是整個系統(tǒng)中不可缺少的重要組成部分。嵌入式XP操作系統(tǒng)與傳統(tǒng)操作系統(tǒng)的基本功能是一致的，即：首先嵌入式操作系統(tǒng)必須能正確、高效地訪問和管理底層的各種硬件資源，很好地處理資源管理中的沖突；其次嵌入式操作系統(tǒng)要能為應(yīng)用程序提供功能完備、使用方便、與底層硬件細(xì)節(jié)無關(guān)的系統(tǒng)調(diào)用接口。但嵌入式XP操作系統(tǒng)也有其獨(dú)特的需求和技術(shù)特點(diǎn)，主要區(qū)別是：1、許多嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用有實(shí)時(shí)性要求，因此多數(shù)嵌入式操作系統(tǒng)都具備實(shí)時(shí)性的技術(shù)指標(biāo)，能保障系統(tǒng)的實(shí)時(shí)響應(yīng)速度；2、為適應(yīng)嵌入式系統(tǒng)計(jì)算資源的限制，嵌入式操作系統(tǒng)核心部分的體積必須盡可能的小；3、為了適應(yīng)各種應(yīng)用需求的變化，嵌入式操作系統(tǒng)還應(yīng)該具有可裁減性、可移植性的特點(diǎn)，讓開發(fā)人員可以根據(jù)需要對嵌入式操作系統(tǒng)進(jìn)行剪裁和移植；4、嵌入式XP操作系統(tǒng)往往是長期連續(xù)運(yùn)行的，因此要求要有很高的可靠性，不能“死機(jī)”；5、針對特定的應(yīng)用需求，嵌入式操作系統(tǒng)往往還要對某些模塊做特別的性能優(yōu)化和功能增強(qiáng)。

（一）實(shí)時(shí)性

許多應(yīng)用場合對嵌入式系統(tǒng)有實(shí)時(shí)性的要求，比如汽車的安全氣囊要求能在一個極短的時(shí)間內(nèi)偵測到汽車碰撞事件的發(fā)生并控制打開安全氣囊。為了實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，一方面硬件的傳感器和安全氣嚢要有足夠快的響應(yīng)速度，另一方面就是微處理器、嵌入式操作系統(tǒng)和相應(yīng)的事件響應(yīng)程序要能處理得足夠快。嵌入式操作系統(tǒng)為了提高實(shí)時(shí)性能，就必須盡量縮短操作系統(tǒng)代碼中的關(guān)閉中斷過程，并通過精心的設(shè)計(jì)確定關(guān)中斷的時(shí)間長短。這些設(shè)計(jì)包括：1、操作系統(tǒng)中的進(jìn)程須是具有嚴(yán)格優(yōu)先級差異的，而且應(yīng)該是搶占式的操作系統(tǒng)內(nèi)核，即最高優(yōu)先級的進(jìn)程即使是最后出現(xiàn)，也應(yīng)該最先獲得運(yùn)行，而且是無條件立即停止當(dāng)前進(jìn)程的運(yùn)行來切換到具有最高優(yōu)先級的進(jìn)程。2、與實(shí)時(shí)處理相關(guān)的函數(shù)應(yīng)盡量都是可重入的，即函數(shù)中均使用局部變量。如果使用全局變量，為保證程序的正確性必須對全局變量的訪問加鎖，而這樣的保護(hù)措施有可能導(dǎo)致進(jìn)程堵塞，從而影響操作系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。3、高效的克服優(yōu)先級反轉(zhuǎn)問題，防止高優(yōu)先級的進(jìn)程由于等待某些被低優(yōu)先級進(jìn)程已占用的資源，從而被其他低優(yōu)先級的進(jìn)程搶先運(yùn)行，影響系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性能。4、其他實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)內(nèi)核的設(shè)計(jì)，如解決周期性任務(wù)的調(diào)度和時(shí)間抖動問題等。

（二）可靠性、可配置性、可移植性

任何軟件都有可能存在錯誤，嵌入式操作系統(tǒng)也不例外。運(yùn)行在桌面上的操作系統(tǒng)有時(shí)會“死機(jī)”，使用者還可以通過重啟計(jì)算機(jī)來予以容忍，但是嵌入式XP系統(tǒng)往往要長期在無人值守的環(huán)境下運(yùn)行，甚至是常年運(yùn)行，因此對可靠性的要求就成為嵌入式操作系統(tǒng)的一個重要特點(diǎn)。

可配置性是嵌入式操作系統(tǒng)的又一個重要特征，也是區(qū)別于通用操作系統(tǒng)的一個重要特點(diǎn)。在嵌入式領(lǐng)域，底層硬件和應(yīng)用需求往往變化多端，有的系統(tǒng)需要存儲管理單元來在虛擬地址空間上運(yùn)行程序；有的嵌入式系統(tǒng)希望具有優(yōu)先級搶先調(diào)度機(jī)制；有的嵌入式系統(tǒng)希望實(shí)時(shí)時(shí)鐘的周期為20ms，有的希望是1ms；有的嵌入式系統(tǒng)的底層硬件有多級中斷，有的只有一級中斷等等。所有這些變化使一個嵌入式操作系統(tǒng)要想占據(jù)更大的市場份額，就必須自身具備可配置性，并且配置功能方便易用，使得同一個嵌入式操作系統(tǒng)的代碼在經(jīng)過較為方便的配置后，可以在特定的硬件平臺和應(yīng)用需求下獲得最佳的性能。

可移植性是指同一個嵌入式操作系統(tǒng)在進(jìn)行適當(dāng)修改后可以在不同的硬件平臺上成功運(yùn)行。由于移植的目的是希望在不同的底層硬件平臺（或者說是不同的嵌入式處理器）上運(yùn)行，因此嵌入式操作系統(tǒng)為了獲得良好的可移植性，一般都將移植時(shí)需要修改的代碼集中在少數(shù)幾個與硬件操作相關(guān)的C程序或匯編程序中，或者將相關(guān)代碼獨(dú)立成外設(shè)驅(qū)動程序，以方便系統(tǒng)開發(fā)人員的移植工作。

三、結(jié)語

本文介紹了嵌入式操作系統(tǒng)所具備的特點(diǎn)，各行業(yè)巨大的智能化裝備需求拉動了嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展。同傳統(tǒng)的通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)不同，嵌入式系統(tǒng)面向特定應(yīng)用領(lǐng)域，根據(jù)應(yīng)用需求定制開發(fā)，并隨著智能化產(chǎn)品的普遍需求滲透到各行各業(yè)。未來隨著嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用需求越來越多樣化、越來越復(fù)雜，嵌入式操作系統(tǒng)的特點(diǎn)越來越具有特色，來適用于不同的嵌入式應(yīng)用需求，不斷加快嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)周期，同時(shí)又能降低嵌入式系統(tǒng)的研發(fā)和生產(chǎn)成本。

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