計算機嵌入式實時操作系統設計及應用

文/周燚洋

1 嵌入式操作系統介紹

將專用的計算機系統嵌入到特定的對象體系中是嵌入式操作系統的核心概念。因此，它具有普遍計算機系統的數據緩存和指令執行功能。但是，嵌入式實時操作系統也有其自己獨特的方面，它是以軟件應用為中心，根據軟件和硬件的實際需求出發，可以人為的進行各種設計與操作，然后將其安裝在特定的宿主系統中，從而，保證在對象體系中可以穩定地運行計算機軟件程序，獲得相應的處理結果。同時在實際處理中，也可以具有針對性的優化一部分軟件的運行效率，從而提升宿主計算機系統的工作效率。微處理器是嵌入式系統的核心硬件。

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

2 嵌入式操作系統的設計與應用

2.1 硬件設備

計算機處理器：TI 公司TMS320C6701 型號芯片。工作主頻：150MHZ。存儲器：128K雙字數據存儲，Flash 存儲器。數據接口芯片：BU61580。

2.2 嵌入式系統組成設計

在設計嵌入式實時操作系統的時候，我們需要保護的是ROM（只讀存儲器）和Flash（閃存）存儲的數據不丟失，同時還可以使數據軟件能夠順利的運行。在此基礎上，我們需要提升程序命令的調取速度，進而快速地被執行。使ROM（只讀存儲器）和Flash（閃存）的運行速度加快，讓整個系統處理數據的能力加強。

圖1：功能設計劃分

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的性能。并且在實際應用當中，計算機軟件也會不斷的增多，這就會使嵌入式操作系統的負荷相應地增加。所以，嵌入式操作系統需要劃分應用程序，在任務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行等。如圖1所示。

通常處理事件非為兩大類：隨機性事件、周期性事件。

周期性事件是指嵌入式操作系統需要定期，循環完成的任務，例如數據的采集、輸入、輸出、以及處理等。嵌入式實時操作系統是通過慣性測量單元（IMU）來發布數據，然后觸發應用程序。所以，在剛開始創建任務的時候就必須先建立慣性測量單元（IMU）周期性任務，并且需要對慣性測量單元的信息進行分析處理。

隨機性事件主要是結合用戶的需求，對一些命令代碼進行接受和處理，其優先級并不是很高。

2.4 調度與控制

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

3 嵌入式操作系統的具體應用

想要嵌入式操作系統在實際應用當中取得好的結果，需要我們對其進行專門的設計，編碼，以及測試。通過對測試結果的不斷比對與研究，從而得出最優的設計方案。

3.1 系統初始化

系統初始化主要是系統的加電以及執行初始命令。包含CPU 初始化、系統硬件、內存管理、程序代碼加載等方面。

3.2 底層接口

計算機系統的底層接口需要驅動程序。嵌入式操作系統需要對驅動程序進行開關、讀取、控制與寫入等操作。

3.3 分析實驗數據

實驗結果如下：計算機中斷時間為77μs；Context switch 時間為112μs；系統文件Bin 數值為26KB；系統整個文件數值為50KB雙字；

根據實驗結果得出以下結論，通過嵌入式實時操作系統可以大幅度提高普通計算機的工作效率，滿足了設計初期的各項要求。

4 結語

隨著信息產業的快速發展，企業想要提高生產質量和生產效率，獲得更多用戶的認可，并且有針對性地解決用戶的實際需求，實現相對應的操作性能，就需要不斷開發，挖掘嵌入式實時操作系統的內在潛力，并且大量地應用到現實生活當中來。本文通過對嵌入式實時操作系統進行研究與分析，并且通過進行專門的仿真實驗，獲得真實可靠的數據信息，從而驗證了嵌入式實時操作系統對于整個計算機系統的運行效率有所提升。