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

文/周燚洋

1 嵌入式操作系統(tǒng)介紹

將專用的計算機(jī)系統(tǒng)嵌入到特定的對象體系中是嵌入式操作系統(tǒng)的核心概念。因此，它具有普遍計算機(jī)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)緩存和指令執(zhí)行功能。但是，嵌入式實時操作系統(tǒng)也有其自己獨(dú)特的方面，它是以軟件應(yīng)用為中心，根據(jù)軟件和硬件的實際需求出發(fā)，可以人為的進(jìn)行各種設(shè)計與操作，然后將其安裝在特定的宿主系統(tǒng)中，從而，保證在對象體系中可以穩(wěn)定地運(yùn)行計算機(jī)軟件程序，獲得相應(yīng)的處理結(jié)果。同時在實際處理中，也可以具有針對性的優(yōu)化一部分軟件的運(yùn)行效率，從而提升宿主計算機(jī)系統(tǒng)的工作效率。微處理器是嵌入式系統(tǒng)的核心硬件。

另外，嵌入式實時操作系統(tǒng)是一種專用的計算機(jī)系統(tǒng)，不可單純的與嵌入式設(shè)備以及嵌入式處理器混為一談。我們常見的嵌入式設(shè)備比如智能手機(jī)，IPAD 手持設(shè)備等。嵌入式處理器是嵌入式操作系統(tǒng)的核心，但并不能完全代替嵌入式系統(tǒng)，它僅僅是嵌入式操作系統(tǒng)的一個組成部分。

2 嵌入式操作系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用

2.1 硬件設(shè)備

計算機(jī)處理器：TI 公司TMS320C6701 型號芯片。工作主頻：150MHZ。存儲器：128K雙字?jǐn)?shù)據(jù)存儲，F(xiàn)lash 存儲器。數(shù)據(jù)接口芯片：BU61580。

2.2 嵌入式系統(tǒng)組成設(shè)計

在設(shè)計嵌入式實時操作系統(tǒng)的時候，我們需要保護(hù)的是ROM（只讀存儲器）和Flash（閃存）存儲的數(shù)據(jù)不丟失，同時還可以使數(shù)據(jù)軟件能夠順利的運(yùn)行。在此基礎(chǔ)上，我們需要提升程序命令的調(diào)取速度，進(jìn)而快速地被執(zhí)行。使ROM（只讀存儲器）和Flash（閃存）的運(yùn)行速度加快，讓整個系統(tǒng)處理數(shù)據(jù)的能力加強(qiáng)。

圖1：功能設(shè)計劃分

2.3 軟件功能劃分

合理的劃分軟件功能會在很大程度上影響整個嵌入式操作系統(tǒng)的性能。并且在實際應(yīng)用當(dāng)中，計算機(jī)軟件也會不斷的增多，這就會使嵌入式操作系統(tǒng)的負(fù)荷相應(yīng)地增加。所以，嵌入式操作系統(tǒng)需要劃分應(yīng)用程序，在任務(wù)劃分上需要按照一些通用原則，比如，按照時間的緊迫程度、以及是否需要周期執(zhí)行等。如圖1所示。

通常處理事件非為兩大類：隨機(jī)性事件、周期性事件。

周期性事件是指嵌入式操作系統(tǒng)需要定期，循環(huán)完成的任務(wù)，例如數(shù)據(jù)的采集、輸入、輸出、以及處理等。嵌入式實時操作系統(tǒng)是通過慣性測量單元（IMU）來發(fā)布數(shù)據(jù)，然后觸發(fā)應(yīng)用程序。所以，在剛開始創(chuàng)建任務(wù)的時候就必須先建立慣性測量單元（IMU）周期性任務(wù)，并且需要對慣性測量單元的信息進(jìn)行分析處理。

隨機(jī)性事件主要是結(jié)合用戶的需求，對一些命令代碼進(jìn)行接受和處理，其優(yōu)先級并不是很高。

2.4 調(diào)度與控制

嵌入式實時操作系統(tǒng)主要是為了可以智能化對象系統(tǒng)。因此在實際應(yīng)用當(dāng)中，嵌入式系統(tǒng)更多發(fā)揮的是調(diào)度與控制的作用。實時性主要包括在軟件和硬件兩個方面。我們知道計算機(jī)在處理軟件程序的時候，因軟件開發(fā)人員的水平參差不平，導(dǎo)致開發(fā)出來的軟件程序也會有優(yōu)劣之分，從而在執(zhí)行軟件程序的過程中，時間消耗不可控。與此相反，硬件設(shè)備在出廠時就已經(jīng)確定的。因此到了具體設(shè)計當(dāng)中，需要綜合考慮這兩個方面，結(jié)合雙方的優(yōu)缺點進(jìn)行完美搭配，從而最大限度的提高計算機(jī)的工作效率。

3 嵌入式操作系統(tǒng)的具體應(yīng)用

想要嵌入式操作系統(tǒng)在實際應(yīng)用當(dāng)中取得好的結(jié)果，需要我們對其進(jìn)行專門的設(shè)計，編碼，以及測試。通過對測試結(jié)果的不斷比對與研究，從而得出最優(yōu)的設(shè)計方案。

3.1 系統(tǒng)初始化

系統(tǒng)初始化主要是系統(tǒng)的加電以及執(zhí)行初始命令。包含CPU 初始化、系統(tǒng)硬件、內(nèi)存管理、程序代碼加載等方面。

3.2 底層接口

計算機(jī)系統(tǒng)的底層接口需要驅(qū)動程序。嵌入式操作系統(tǒng)需要對驅(qū)動程序進(jìn)行開關(guān)、讀取、控制與寫入等操作。

3.3 分析實驗數(shù)據(jù)

實驗結(jié)果如下：計算機(jī)中斷時間為77μs；Context switch 時間為112μs；系統(tǒng)文件Bin 數(shù)值為26KB；系統(tǒng)整個文件數(shù)值為50KB雙字；

根據(jù)實驗結(jié)果得出以下結(jié)論，通過嵌入式實時操作系統(tǒng)可以大幅度提高普通計算機(jī)的工作效率，滿足了設(shè)計初期的各項要求。

4 結(jié)語

隨著信息產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，企業(yè)想要提高生產(chǎn)質(zhì)量和生產(chǎn)效率，獲得更多用戶的認(rèn)可，并且有針對性地解決用戶的實際需求，實現(xiàn)相對應(yīng)的操作性能，就需要不斷開發(fā)，挖掘嵌入式實時操作系統(tǒng)的內(nèi)在潛力，并且大量地應(yīng)用到現(xiàn)實生活當(dāng)中來。本文通過對嵌入式實時操作系統(tǒng)進(jìn)行研究與分析，并且通過進(jìn)行專門的仿真實驗，獲得真實可靠的數(shù)據(jù)信息，從而驗證了嵌入式實時操作系統(tǒng)對于整個計算機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行效率有所提升。