實時嵌入式系統(tǒng)簡介

       嵌入式系統(tǒng)設(shè)計中最早的決策點之一是系統(tǒng)是否需要實時計算功能。實時計算描述了在有限的時間范圍內(nèi)對輸入做出反應(yīng)并提供規(guī)定的輸出的能力。使用實時計算的設(shè)備部署在應(yīng)用程序中，在這些應(yīng)用程序中，它們的正確功能可以改變生與死。

例如，考慮傳統(tǒng)家庭轎車中的安全氣囊。當(dāng)車輛在發(fā)生碰撞時突然停止時，安全氣囊必須在一瞬間展開以對乘客有效。這意味著控制安全氣囊的嵌入式微控制器必須檢測到發(fā)生碰撞，并以電子方式觸發(fā)車輛安全氣囊的釋放，而這一切都只需要不到一秒鐘的時間。實時計算技術(shù)使此功能成為可能。

在對實時嵌入式系統(tǒng)的介紹中，我們將概述這些獨特的嵌入式系統(tǒng)是什么，它們是如何設(shè)計和分類的，以及為什么它們的功能在現(xiàn)實應(yīng)用中如此重要。我們還將提供一些實時嵌入式系統(tǒng)示例。

什么是實時嵌入式系統(tǒng)？

實時嵌入式系統(tǒng)結(jié)合了嵌入式系統(tǒng)和實時計算的技術(shù)。為了獲得最完整，最準(zhǔn)確的描述，我們將從更深入地了解這些技術(shù)的定義功能入手。

嵌入式系統(tǒng)

嵌入式系統(tǒng)是在較大的系統(tǒng)或設(shè)備上執(zhí)行專用功能的硬件和軟件計算機(jī)系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)通常由微控制器組成，也稱為單芯片計算機(jī)。微控制器配備有CPU，內(nèi)存（RAM和ROM），I / O端口，通信總線，計時器/計數(shù)器和DAC / ADC轉(zhuǎn)換器。

嵌入式系統(tǒng)具有嵌入式系統(tǒng)工程師應(yīng)了解的三個定義特征：

嵌入式系統(tǒng)是特定于應(yīng)用程序的。通用計算機(jī)可以運行用戶選擇的任何兼容應(yīng)用程序，而嵌入式設(shè)備經(jīng)過編程和優(yōu)化可以運行一個滿足其實際功能的特定應(yīng)用程序。

嵌入式系統(tǒng)并不總是具有用戶界面。通用計算機(jī)包含用戶界面，用戶可以在其中輸入指令或以其他方式與系統(tǒng)交互。嵌入式系統(tǒng)通常隱藏在設(shè)備內(nèi)部，以使用戶不會直接與嵌入式系統(tǒng)本身進(jìn)行交互。嵌入式系統(tǒng)通常從傳感器或連接的數(shù)據(jù)源接收輸入，而不是直接從用戶接收。

嵌入式系統(tǒng)是硬件和軟件。嵌入式設(shè)備包括一個提供特定功能或服務(wù)的軟件應(yīng)用程序，以及在實時環(huán)境中運行該應(yīng)用程序所需的硬件。嵌入式系統(tǒng)設(shè)計的核心挑戰(zhàn)是創(chuàng)造一種能夠在滿足產(chǎn)品尺寸，功耗和單位成本的戰(zhàn)略和業(yè)務(wù)要求的同時解決問題的產(chǎn)品。

實時計算

實時計算描述了計算系統(tǒng)在嚴(yán)格限制的時間范圍內(nèi)響應(yīng)給定輸入的能力。在嵌入式系統(tǒng)的環(huán)境中，工程師通過 在嵌入式設(shè)備上安裝特殊類型的操作系統(tǒng)來實現(xiàn)實時計算。操作系統(tǒng)可以概念化為嵌入式硬件和軟件之間的橋梁。嵌入式工程師有兩種基本類型可供選擇：

1、通用操作系統(tǒng)（GPOS）-GPOS是位于嵌入式系統(tǒng)中的硬件和應(yīng)用程序之間的軟件層。GPOS由內(nèi)核，內(nèi)存管理，網(wǎng)絡(luò)和提供給應(yīng)用程序的其他服務(wù)組成。GPOS用于任務(wù)對時間不敏感且計算能力比快速響應(yīng)時間更高價值的情況。

2、實時操作系統(tǒng)（RTOS）-RTOS用于對時間敏感或?qū)r間要求嚴(yán)格的嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用程序。時間緊迫的任務(wù)定義為必須在指定的時間限制內(nèi)執(zhí)行任務(wù)以避免對用戶造成負(fù)面影響的任務(wù)。在時間緊迫的系統(tǒng)中，完成任務(wù)的價值與其及時性相關(guān)，并且在截止日期之后完成的任務(wù)可能具有負(fù)值。RTOS包含一個任務(wù)計劃程序組件，其目的是確保關(guān)鍵任務(wù)能夠按時完成，即使這意味著犧牲其他性能領(lǐng)域。

實時嵌入式系統(tǒng)是那些集成了實時操作系統(tǒng)的系統(tǒng)，可確保設(shè)備在嵌入式軟件指定的時間限制內(nèi)能夠響應(yīng)感官輸入。實時嵌入式系統(tǒng)根據(jù)其提供的實時響應(yīng)的類型進(jìn)一步分類。