摘 要：當今社會，信息技術發(fā)展迅速，嵌入式系統(tǒng)也得到了廣泛的運用，而嵌入式實時操作系統(tǒng)決定著嵌入式系統(tǒng)的正常、穩(wěn)定運行。因此，嵌入式實時操作系統(tǒng)的研究工作尤為關鍵。本文首先簡單概述嵌入式實時操作系統(tǒng)，其次通過分析嵌入式實時操作系統(tǒng)的結構以及嵌入式系統(tǒng)中圖形圖像的顯示方式，進而提出有效的加強嵌入式實時操作系統(tǒng)可靠性的對策。

關鍵詞：計算機；嵌入式實時操作系統(tǒng)；嵌入式圖形圖像技術

中圖分類號：TP316.2

目前，保障社會經(jīng)濟增長的一項核心產(chǎn)業(yè)便是信息產(chǎn)業(yè)。信息產(chǎn)業(yè)通過充分結合計算機技術與通信產(chǎn)業(yè)，已經(jīng)逐步發(fā)展成為了一項先進的學科領域。其中，最為重要的研究課題之一便是對計算機嵌入式實時操作系統(tǒng)的研究及分析。嵌入式實時操作系統(tǒng)是一項基礎運行平臺，其應用領域包含工業(yè)、人們?nèi)粘Ｉ罴巴ㄐ畔到y(tǒng)等多個方面，已成為操作系統(tǒng)的發(fā)展方向。

1 嵌入式實時操作系統(tǒng)的概述

嵌入式系統(tǒng)隨著科學技術和信息技術的發(fā)展，已被廣泛運用在軍事領域以及人民日常生活中，并發(fā)揮著極其重要的作用。結合軟件和硬件，實現(xiàn)制定功能的計算機系統(tǒng)即為嵌入式系統(tǒng)，當前我國的技術開放項目中，就包含了對嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)和研究。

在嵌入式操作系統(tǒng)中，起著對外部事件進行及時回應作用的便是嵌入式實時操作系統(tǒng)。其中，識別、處理以及輸出結果為嵌入式實時操作系統(tǒng)響應外部事件的三個步驟。硬實時系統(tǒng)和軟實時系統(tǒng)為實時系統(tǒng)的兩大組成部分。硬實時系統(tǒng)要求準時、無誤地完成任務，倘若不能滿足這一條件的話，將會造成非常嚴重的后果。對于軟實時系統(tǒng)而言，高速完成任務為其遵守的原則，對時間的界定較為靈活[1]。

2 嵌入式實時操作系統(tǒng)的結構

在嵌入式實時操作系統(tǒng)的體系結構中，模塊結構與層次結構為其最基本的兩種結構，其中，最常見、簡單的結構化設計為模塊結構。模塊結構分為處理器管理、存儲器管理、設備管理及文件管理等幾大管理模塊，且分別對應計算機的CPU、內(nèi)存及各種存儲設備和管理硬件。由于建立在存儲器設備上的只有文件管理模塊，因此嵌入式實時操作系統(tǒng)通過軟件的方式將計算機硬件組合模型表達出來，且直接邏輯映射出計算機的硬件。此外，層次結構中，層的結構由模塊的集合構成，是建立在整個系統(tǒng)的模塊分類上的[2]。嵌入式實時操作系統(tǒng)根據(jù)模塊之間的調(diào)用方式，還可分成單內(nèi)核及微核兩類。

3 嵌入式實時操作系統(tǒng)中圖形圖像的顯示方式

在嵌入式系統(tǒng)中，圖形圖像的顯示方式為以下兩種：

（1）采用專用的圖像顯示芯片，這種芯片通常屬于先進高端技術產(chǎn)品，雖然運行速度較快，但是價格比較昂貴，極大程度上增加嵌入式系統(tǒng)的投資成本。此外，這種芯片的使用通常需要使用專業(yè)的接口，轉(zhuǎn)換接口也為實際操作帶來了不必要的麻煩。

（2）圖形圖像的另一種顯示方式便是采用MCU集成LCD控制器。該控制器為一個接口部件，嵌入式微處理器通過它可以將圖像顯示在LCD顯示屏上。然而，該控制器只能實現(xiàn)簡單的向顯示屏填充圖案，其他顯示工作還要依靠MCU通過軟件來完成。這種圖形圖像的顯示方式不但造成了極大的資源浪費，而且對嵌入式系統(tǒng)也造成了極為嚴重的影響。

在嵌入式實時操作系統(tǒng)中，隨著圖形圖像處理的不斷應用，人們對嵌入式圖形的加速技術也不斷重視起來。在整個嵌入式實時操作系統(tǒng)中，圖形加速技術對其運行效率起著關鍵作用。目前，為提高處理圖形的速度，許多工程師已加大了研究力度，并考慮通過硬件來完成微處理器完成的工作[3]。當前，為實現(xiàn)嵌入式實時操作系統(tǒng)中圖形圖像能進行加速顯示，眾多嵌入式工程師已致力于研究可編程邏輯器。在圖形圖像顯示中，由于數(shù)據(jù)的顯示以及緩存中像素信息的顯示等均需MCU的配合，因此，應加大MCU運用技術的研究。

4 加強嵌入式實時操作系統(tǒng)可靠性的對策

在嵌入式實時操作系統(tǒng)中，架構為其提高可靠性的關鍵性技術。然而，在對模塊架構進行實時執(zhí)行的操作過程中，軟件通常獨立運行在內(nèi)存地址的空間內(nèi)。雖然此種架構方式具有非常高的運行效率，但同樣存在著極為明顯的缺陷：如果任何組件的指針指向發(fā)生錯誤，都會嚴重破壞到嵌入式實時操作系統(tǒng)中的內(nèi)核與其它組組件，從而致使整個操作系統(tǒng)崩潰及其它嚴重問題的出現(xiàn)。當這類問題出現(xiàn)時，由于無法進行動態(tài)修復，也無法替換出現(xiàn)故障的組件，因此，我們采取的主要解決方案便是復位系統(tǒng)。

對于這類問題，我們通常采取的解決方法為實時操作系統(tǒng)的常用辦法。用戶在這樣的架構中，其應用程序一般都是存在于受保護的內(nèi)存地址或是隔離的空間里面，倘若任何一個程序?qū)κ鼙Ｗo的地址、空間之外的數(shù)據(jù)進行了訪問，那么內(nèi)存系統(tǒng)便會及時收到內(nèi)存管理單元發(fā)出的信號。這樣系統(tǒng)便會采取立刻終止出錯程序等保護措施[4]。一般情況下，此項操作系統(tǒng)需在綁定其他程序下方可實現(xiàn)保護功能，這也就造成一旦組件之間出現(xiàn)錯誤，便會引發(fā)極為嚴重的后果。因此，在運用微內(nèi)核架構過程中，必須對可能發(fā)生的故障進行非常準確的隔離，其具體的特點表現(xiàn)在以下兩個方面：

（1）在嵌入式實時操作系統(tǒng)中，只有一個涵蓋了諸如OS服務、人物調(diào)度等基本服務的小內(nèi)核，這個小內(nèi)核能有效保護包含用戶應用程序在內(nèi)的驅(qū)動程序與文件系統(tǒng)，并有效分離內(nèi)外核。這種情況下，孤立了故障點，系統(tǒng)服務也不再作為故障點處理，而是在嵌入式實時操作系統(tǒng)的其他服務及內(nèi)核遭到破壞前被及時終止，并進行重啟。

（2）在操作系統(tǒng)中，其所有組件之間的通訊工作均由消息傳遞的方式進行。通信機制若處于良好的定義中，數(shù)據(jù)的交換則在程序被安全隔離的情況下進行?？梢詫⑾⒌膫鬟f當成虛擬的軟件總線，對于任何軟件組件及設備驅(qū)動程序的被動加入或替換，允許此項操作的進行。這項技術在必須提供連續(xù)服務的系統(tǒng)中，起著非常關鍵的作用。通常情況下， 嵌入式實時操作系統(tǒng)可為起傳遞消息作用的內(nèi)核提供非常優(yōu)質(zhì)的容錯性，而且能夠提供更為強大的升級能力。此外，倘若進行正確的實際應用操作，嵌入式實時操作系統(tǒng)傳遞消息的性能幾乎可以實現(xiàn)接近底層硬件寬帶的性能。

5 結束語

綜上可知，計算機和網(wǎng)絡技術隨著社會的進步和發(fā)展已被應用到工業(yè)生產(chǎn)及日常生活的各個方面，嵌入式系統(tǒng)也成為了人們研究的重要課題之一。而作為嵌入系統(tǒng)的重要支柱，嵌入式實時操作系統(tǒng)也逐步成為操作系統(tǒng)的主要發(fā)展方向，其不但能帶來巨大的社會效益，更能促進信息交流，為社會的進步起著重要的推進作用。因此，相關嵌入式工程師應加大對嵌入式實時操作系統(tǒng)的研究，充分保障其可靠性。

參考文獻：

[1]黃文漢.基于嵌入式實時操作系統(tǒng)的實時性與可靠性研究[J].電腦知識與技術，2012（20）.

[2]胡曙輝，陳健.幾種嵌入式實時操作系統(tǒng)的分析與比較[J].單片機與嵌入式系統(tǒng)應用，2011（05）：58-61.

[3]馮先成，李寒，段文瀟，陳穎.嵌入式系統(tǒng)實驗與教學應用研究[J].安徽電子信息職業(yè)技術學院學報，2011（04）：87-90.

[4]王新政，程小輝，周華茂.實時操作系統(tǒng)任務調(diào)度策略的研究與設計[J].微計算機信息，2012（11）：35-36.

作者簡介：董延軍（1984-），研究方向：嵌入式實時操作系統(tǒng)技術，嵌入式圖形圖像技術。

作者單位：中航工業(yè)西安航空計算技術研究所，西安 710068