計算機控制系統實時性的提高策略

楊菲

摘 要

實時系統是能夠在規定的時間內執行相應的計算或者處理事務，并同時對外部事件作出反應的計算機系統。很多的嵌入型的系統來說，一個設計優異的實時操作系統會使開發工程師掌握各類關鍵事件的時間，滿足系統的實時性要求。因此，本文針對如何提高計算機控制系統的實時性給出一些建議和方法，希望對相關工作的人員有所幫助。

【關鍵詞】計算機 控制系統 實時性 提高策略

1 計算機控制系統概述

計算機控制系統就是CCS。CCS就是應用的數字技術，又名為數字控制系統。所謂的數字控制系統有許多部分和結構組成，多數的目的都是實現工業控制。計算機的核心就是計算機控制系統，輔助的設備是與其相關的輔助部件和對象。大型的系統是以網絡為一個核心的架構的控制網絡，或者是嵌入式的工業控制設備。由于其系統覆蓋的范圍很廣，所以大到巨型計算機小到微型控制器都能應用在這個系統中。其輔助的設備可以是檢測裝置或者是關于輸出輸入等的控制設備，亦或是具體產品的生產線。雖然這些應用的目的都不盡相同，但都對要求有較高的實時性。

1.1 實時控制系統概念

實時控制系統，對資源的分配很重視，尤其是動態分配，為了做到資源的最有效，最合理的使用，該類的系統優勢是有較快的處理速度，以方便及時響應系統的要求。實時控制系統控制著整個系統的速度，對速度的提升具有很大的作用，能夠改善工作環境和條件。

實時控制系統在有要求時間的時候會馬上得到回饋，沒有時間上的誤差，即實時性相當于是優先任務。這一系統在工業控制中廣泛的應用，實時控制系統的目的是為了及時的完成規定的任務。控制系統必須按要求完成任務，不能隨意更改的叫硬實時，控制系統對于某些任務可以做一些改動，在某一時間段完成并沒有嚴格完成次序的叫軟實時。

1.2 計算機控制系統的應用分類

計算機控制系統的傳感器裝置一般都是用的模擬信號，模擬信號會被計算機處理則需要一系列的環節。當計算機控制系統發出指令時，這些信號在到達系統的終端時候需要轉換成能夠執行指令的模擬信號，這時候需要數模轉換的環節。

1.2.1 數據采集應用

通過采集的的數據信息，這些信息會以最快的速度采集到控制系統中。

1.2.2 實時控制決策應用

如果分析出上述采集的數據的結果，就可以得出相關結論去對下一步的控制系統作出決定性的判斷。

1.2.3 實時控制應用

上述的決策性判斷信息傳到下一個環節，中心處理單元根據這些傳入數據作出及時反映，在合適的時候控制完成整個控制系統的任務。

2 計算機控制系統的實時性提高策略

對于計算機控制系統的要求之所以很嚴格，是為了相關的要求能夠及時被完成，下面就說幾條具體的策略。

2.1 將中斷響應時間降到最短

計算機控制系統在外部事件觸發時會馬上做出反應，從相應到執行終端代碼的程序的時間要求很短，這個響應時間間隔被定義為終端延遲，能夠隨時相應處理中斷是優秀的計算機控制系統必備的。現實應用中某些情況在處理這些程序是會屏蔽中斷。例如在數據庫修改過程中可能會出現短暫的屏蔽中斷處理，因為可以保障數據庫的正常讀寫操作，因此這種屏蔽是必不可少的，而這個屏蔽時間的最大值是最大中斷延遲。

2.2 將進程切換時間降到最低

如果控制系統突然面臨新任務新情況，這個任務的級別會被悠閑到最高，尤其是不能協調的情況必須先處理新的任務，不然會拖慢整個系統實施控制，那么中心處理器需要迅速切換任務，并保持當前任務的所有參數和設置。比如可以保存寄存器的信息和內存當前狀態和恢復任務需要的相關信息。這個過程相當的耗費時間，如果任務沒有交叉，這種情況不難處理，直接切換即可，但如果兩個或兩個以上的交互信息的任務需要處理的信息較多，為了保持其實時性，想辦法把切換消耗的時間降到最低。

2.3 優先級繼承

搶占優先級并不適合任何突發事件，操作系統的機制并不能完全保證把資源搶占資源，也會出現低優先級牢牢“控制”資源不放手的情況，因此為了使其實時性得到保證，可以通過控制系統就支持網絡架構的優先級繼承方式，通過這種方式獲取對資源的占用，不然會使局部網絡癱瘓或系統停止的狀態。

2.4 縮短進程資源分配等待時間

多進程的計算機控制系統的資源是共享的，所以如何調度資源是最重要的問題。對于某個進程當它急需資源時，資源被搶占，有兩種方法：優先級繼承和優先級極限。這兩種方法都是通過提高該任務的優先級讓其優先級和等待資源的優先級相同。

2.5 簡化控制系統，突出實時性

為了突出較高的實時性，摒棄那些美觀的界面，節省不必要的資源開支，見資源去滿足系統的實時需要，主要突出實時任務，現在實時控制系統雜多，在設計之初拋掉多于的考慮并把實時需求作為滿足的最優條件。

總結：計算機控制技術并不單單只是計算機這一領域的技術，而是多學科多領域交回的家火速，以計算機應用技術為核心，電子工業控制為過程，同時將自動化應用，無線電技術等等一些相關的網絡技術融合在一起。是實現精密儀器生產制造，工業自動化的前提廣泛的，也為國防科研等領域提供了廣泛的應用前景

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作者單位

西北工業大學 陜西省西安市 710072