計算機嵌入式實時操作系統(tǒng)設計及應用

陳宇雄

【摘要】在科技經(jīng)濟背景下，當今計算機技術已經(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)揮計算機操作系統(tǒng)的應用效率，就必須要加強對計算機嵌入式系統(tǒng)的研究。基于此，本文重點探究計算機嵌入式實時操作系統(tǒng)（下文簡稱“嵌入式系統(tǒng)”）的設計與應用。

【關鍵詞】計算機 嵌入式系統(tǒng) 設計 應用

引言

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

1、計算機嵌入式實時操作系統(tǒng)的主要特點

我們通常所說的計算機技術更多的是指計算機軟件技術，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終端系統(tǒng)可以正常、平穩(wěn)運行，保障軟件的處理效果，提高軟件在實際應用中的效能。在計算機軟件實際操作當中，必須要能夠?qū)ο鄳某绦蜻M行規(guī)范控制，這些內(nèi)容都需要應用嵌入式系統(tǒng)。從本質(zhì)上說，人們在研究計算機技術時需要計算機系統(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：二是按照規(guī)范程序控制的嵌入式系統(tǒng)，但是從實際需求層面上看，嵌入式系統(tǒng)更符合當下社會生產(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)進行處理，同時也能夠帶動計算機內(nèi)部設備，可以說微處理器就是嵌入式系統(tǒng)的大腦。

2、計算機嵌入式實時操作系統(tǒng)設計與應用

2.1基礎硬件設備。嵌入式系統(tǒng)作為一個軟件程序，想要實現(xiàn)嵌入式系統(tǒng)的相應作用，必須要有硬件設施的支持，硬件也是實現(xiàn)軟件功能的唯一載體。在嵌入式系統(tǒng)設計當中，需要有微處理器，并且盡可能保證有較高的主頻：存儲器選擇雙字數(shù)據(jù)存儲器以及flash存儲器。想要實現(xiàn)計算機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框架設計。在設計初期，需要重點掌握嵌入式系統(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)當中可以可靠、平穩(wěn)的運行。嵌入式系統(tǒng)設計和應用能夠?qū)τ嬎銠C內(nèi)部軟件進行優(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)的主要工作任務就是對用戶輸入命令進行調(diào)取和執(zhí)行，根據(jù)代碼要求作出相應的控制與動作，這樣能夠最大程度上利用ROM空間，也可以提高ROM的運行速度，提高相關數(shù)據(jù)的處理與應用效果。

2.3軟件功能劃分。在對嵌入式系統(tǒng)展開設計時，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。當今我國計算機軟件技術已經(jīng)相對成熟，計算機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)的運行負荷，這也是對系統(tǒng)進行功能劃分的重要原因，如當今很多八核、十核中央處理，雖然在參數(shù)上十分強悍，但是在實際運行過程中往往只有四核運行，這一方面是為了減少功耗，避免資源浪費，另一方面是避免滿負載運行，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軟件應用的便利性。同時，嵌入式系統(tǒng)作為一種針對性操作系統(tǒng)，在實際運行中可以分析應用程序，加強與其他運行軟件的協(xié)調(diào)性，保障系統(tǒng)軟件運行的可靠性。任務功能劃分要遵循一定的設計原則：（1）系統(tǒng)硬件初始化；（2）微內(nèi)核初始化將；（3）創(chuàng)建任務；（4）啟動多任務調(diào)度；（5）執(zhí)行相關任務。

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)相關應用程序，在構(gòu)建任務之前需要先構(gòu)建IMU周期任務，并在這個周期當中結(jié)合IMU傳遞信息展開解算。隨機事件主要是接受和處理命令代碼，通常是結(jié)合用戶需求進行操作。

2.4調(diào)度與控制功能

在實際應用當中，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時性中，無論多先進的計算機軟件，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：但是硬件實時處理時間就沒有彈性，這是因為硬件設備在出廠時功能就是固定的。在具體設計當中需要重點考慮軟硬件的實時性特點，特別是利用軟件的時間彈性，從而提高計算機的運行效率。如果是計算機處理任務非常繁重，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、讀取、控制、寫入、驅(qū)動程序等。為了能夠提高嵌入式系統(tǒng)的運行效率，微內(nèi)核通常需要進行封裝處理。

第三，運行標準。計算機判定實驗值要在80μs左右，任務上下切換時間數(shù)值為120μs，bin文件數(shù)值為26kB，系統(tǒng)軟件數(shù)值為50k雙字。在計算機中所應用的嵌入式系統(tǒng)可以大大提高計算機的運行效率，也能夠滿足各項操作指標要求。（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，在計算機終端系統(tǒng)中應用嵌入式系統(tǒng)能夠有效提高運行效率，所以要對嵌入式系統(tǒng)進行優(yōu)化設計，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運行效能，同時也能夠降低軟件開發(fā)復雜度。

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