計算機(jī)嵌入式實(shí)時操作系統(tǒng)設(shè)計及應(yīng)用

陳宇雄

【摘要】在科技經(jīng)濟(jì)背景下，當(dāng)今計算機(jī)技術(shù)已經(jīng)融入到了人們生活的各個角落，嵌入式系統(tǒng)作為當(dāng)今工業(yè)生產(chǎn)中的重要操作系統(tǒng)，為了能夠充分發(fā)揮計算機(jī)操作系統(tǒng)的應(yīng)用效率，就必須要加強(qiáng)對計算機(jī)嵌入式系統(tǒng)的研究?；诖?，本文重點(diǎn)探究計算機(jī)嵌入式實(shí)時操作系統(tǒng)（下文簡稱“嵌入式系統(tǒng)”）的設(shè)計與應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】計算機(jī) 嵌入式系統(tǒng) 設(shè)計 應(yīng)用

引言

在新時期下，信息產(chǎn)業(yè)作為推動我國經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展的重要產(chǎn)業(yè)之一，企業(yè)想要得到長足發(fā)展，就必須要實(shí)現(xiàn)技術(shù)上的創(chuàng)新，融入先進(jìn)的計算機(jī)技術(shù)，提高生產(chǎn)質(zhì)量和生產(chǎn)效率。嵌入式系統(tǒng)作為計算機(jī)技術(shù)的衍生品，是計算機(jī)技術(shù)的重要組成部分。通過將通信產(chǎn)業(yè)與計算機(jī)技術(shù)有機(jī)結(jié)合起來所構(gòu)成的嵌入式系統(tǒng)，能夠針對用戶實(shí)際需求，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的操作性能。近些年，嵌入式系統(tǒng)在各行各業(yè)的應(yīng)用十分廣泛，各大企業(yè)與科研機(jī)構(gòu)也加強(qiáng)了對嵌入式系統(tǒng)的研究，并在實(shí)踐應(yīng)用當(dāng)中取得了巨大成果。

1、計算機(jī)嵌入式實(shí)時操作系統(tǒng)的主要特點(diǎn)

我們通常所說的計算機(jī)技術(shù)更多的是指計算機(jī)軟件技術(shù)，在開發(fā)軟件過程中，嵌入式系統(tǒng)主要發(fā)揮著緩存、指令執(zhí)行等工作，這樣即可保證計算機(jī)終端系統(tǒng)可以正常、平穩(wěn)運(yùn)行，保障軟件的處理效果，提高軟件在實(shí)際應(yīng)用中的效能。在計算機(jī)軟件實(shí)際操作當(dāng)中，必須要能夠?qū)ο鄳?yīng)的程序進(jìn)行規(guī)范控制，這些內(nèi)容都需要應(yīng)用嵌入式系統(tǒng)。從本質(zhì)上說，人們在研究計算機(jī)技術(shù)時需要計算機(jī)系統(tǒng)像人腦一樣能夠思考、自主變化，但人們同時也希望計算機(jī)按照指定程序工作，這就形成一種矛盾，也形成了兩種理念，一是自主思考的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)：二是按照規(guī)范程序控制的嵌入式系統(tǒng)，但是從實(shí)際需求層面上看，嵌入式系統(tǒng)更符合當(dāng)下社會生產(chǎn)要求。嵌入式系統(tǒng)系統(tǒng)中的核心軟件是微處理器，可以對各項信息數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，同時也能夠帶動計算機(jī)內(nèi)部設(shè)備，可以說微處理器就是嵌入式系統(tǒng)的大腦。

2、計算機(jī)嵌入式實(shí)時操作系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用

2.1基礎(chǔ)硬件設(shè)備。嵌入式系統(tǒng)作為一個軟件程序，想要實(shí)現(xiàn)嵌入式系統(tǒng)的相應(yīng)作用，必須要有硬件設(shè)施的支持，硬件也是實(shí)現(xiàn)軟件功能的唯一載體。在嵌入式系統(tǒng)設(shè)計當(dāng)中，需要有微處理器，并且盡可能保證有較高的主頻：存儲器選擇雙字?jǐn)?shù)據(jù)存儲器以及flash存儲器。想要實(shí)現(xiàn)計算機(jī)的交互功能需要采用串行異步全雙工，以及總數(shù)據(jù)將接口芯片等。

2.2框架設(shè)計。在設(shè)計初期，需要重點(diǎn)掌握嵌入式系統(tǒng)的布局與組織，采用ROM和flash中的存儲數(shù)據(jù)進(jìn)行后續(xù)操作，這就需要保障二者數(shù)據(jù)的安全，以及在整個嵌入式系統(tǒng)當(dāng)中可以可靠、平穩(wěn)的運(yùn)行。嵌入式系統(tǒng)設(shè)計和應(yīng)用能夠?qū)τ嬎銠C(jī)內(nèi)部軟件進(jìn)行優(yōu)化處理，提高各個軟件或程序之間的契合度。從本質(zhì)上來說，嵌入式系統(tǒng)的主要工作任務(wù)就是對用戶輸入命令進(jìn)行調(diào)取和執(zhí)行，根據(jù)代碼要求作出相應(yīng)的控制與動作，這樣能夠最大程度上利用ROM空間，也可以提高ROM的運(yùn)行速度，提高相關(guān)數(shù)據(jù)的處理與應(yīng)用效果。

2.3軟件功能劃分。在對嵌入式系統(tǒng)展開設(shè)計時，軟件功能劃分功能極為重要，劃分效果好壞會直接影響最終的系統(tǒng)功能。當(dāng)今我國計算機(jī)軟件技術(shù)已經(jīng)相對成熟，計算機(jī)使用的軟件也不斷增多，這就在很大程度上提高了嵌入式系統(tǒng)的運(yùn)行負(fù)荷，這也是對系統(tǒng)進(jìn)行功能劃分的重要原因，如當(dāng)今很多八核、十核中央處理，雖然在參數(shù)上十分強(qiáng)悍，但是在實(shí)際運(yùn)行過程中往往只有四核運(yùn)行，這一方面是為了減少功耗，避免資源浪費(fèi)，另一方面是避免滿負(fù)載運(yùn)行，降低硬件使用壽命。所以需要通過軟件功能劃分提高計算機(jī)軟件應(yīng)用的便利性。同時，嵌入式系統(tǒng)作為一種針對性操作系統(tǒng)，在實(shí)際運(yùn)行中可以分析應(yīng)用程序，加強(qiáng)與其他運(yùn)行軟件的協(xié)調(diào)性，保障系統(tǒng)軟件運(yùn)行的可靠性。任務(wù)功能劃分要遵循一定的設(shè)計原則：（1）系統(tǒng)硬件初始化；（2）微內(nèi)核初始化將；（3）創(chuàng)建任務(wù)；（4）啟動多任務(wù)調(diào)度；（5）執(zhí)行相關(guān)任務(wù)。

根據(jù)嵌入式系統(tǒng)不同的處理事件，從整體上可以將事件劃分成周期事件和隨機(jī)事件。其中，周期事件主要是用于信息的采集、輸入、輸出，也包括數(shù)據(jù)處理等。由于啟動嵌入式系統(tǒng)需要通過IMU來發(fā)布數(shù)據(jù)，這樣即可觸發(fā)相關(guān)應(yīng)用程序，在構(gòu)建任務(wù)之前需要先構(gòu)建IMU周期任務(wù)，并在這個周期當(dāng)中結(jié)合IMU傳遞信息展開解算。隨機(jī)事件主要是接受和處理命令代碼，通常是結(jié)合用戶需求進(jìn)行操作。

2.4調(diào)度與控制功能

在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中，嵌入式系統(tǒng)更多是發(fā)揮調(diào)度和控制作用，表現(xiàn)出的實(shí)時性主要體現(xiàn)在兩個層面上，即硬件和軟件，二者最大的不同是軟件實(shí)時性中，無論多先進(jìn)的計算機(jī)軟件，在處理信息過程中都會產(chǎn)生一定的延遲，所以命令處理時間具有一定的彈性：但是硬件實(shí)時處理時間就沒有彈性，這是因?yàn)橛布O(shè)備在出廠時功能就是固定的。在具體設(shè)計當(dāng)中需要重點(diǎn)考慮軟硬件的實(shí)時性特點(diǎn)，特別是利用軟件的時間彈性，從而提高計算機(jī)的運(yùn)行效率。如果是計算機(jī)處理任務(wù)非常繁重，通常要選擇最優(yōu)的調(diào)度方案，提高整個嵌入式系統(tǒng)的處理效率。

2.5具體應(yīng)用流程

第一，系統(tǒng)初始化。也就是系統(tǒng)初始化、執(zhí)行用戶傳遞命令階段。主要包含的內(nèi)容有加載程序代碼、初始化CPU、微內(nèi)核、系統(tǒng)硬件、用戶人口程序、內(nèi)存管理等。

第二，驅(qū)動程序。主要包括地層接口，嵌入式操作系統(tǒng)中還包括開關(guān)、讀取、控制、寫入、驅(qū)動程序等。為了能夠提高嵌入式系統(tǒng)的運(yùn)行效率，微內(nèi)核通常需要進(jìn)行封裝處理。

第三，運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)。計算機(jī)判定實(shí)驗(yàn)值要在80μs左右，任務(wù)上下切換時間數(shù)值為120μs，bin文件數(shù)值為26kB，系統(tǒng)軟件數(shù)值為50k雙字。在計算機(jī)中所應(yīng)用的嵌入式系統(tǒng)可以大大提高計算機(jī)的運(yùn)行效率，也能夠滿足各項操作指標(biāo)要求。（上述所提到數(shù)據(jù)是理論數(shù)據(jù)，不代表最終的測量結(jié)果）

結(jié)束語

綜上所述，在計算機(jī)終端系統(tǒng)中應(yīng)用嵌入式系統(tǒng)能夠有效提高運(yùn)行效率，所以要對嵌入式系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，通過微處理器提高數(shù)據(jù)信息的處理性能、減少時間彈性。根據(jù)日常使用結(jié)果表明，嵌入式系統(tǒng)可以大大提高計算機(jī)運(yùn)行效能，同時也能夠降低軟件開發(fā)復(fù)雜度。

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