文/周燚洋

1 嵌入式操作系統(tǒng)介紹

將專(zhuān)用的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)嵌入到特定的對(duì)象體系中是嵌入式操作系統(tǒng)的核心概念。因此，它具有普遍計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)緩存和指令執(zhí)行功能。但是，嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)也有其自己獨(dú)特的方面，它是以軟件應(yīng)用為中心，根據(jù)軟件和硬件的實(shí)際需求出發(fā)，可以人為的進(jìn)行各種設(shè)計(jì)與操作，然后將其安裝在特定的宿主系統(tǒng)中，從而，保證在對(duì)象體系中可以穩(wěn)定地運(yùn)行計(jì)算機(jī)軟件程序，獲得相應(yīng)的處理結(jié)果。同時(shí)在實(shí)際處理中，也可以具有針對(duì)性的優(yōu)化一部分軟件的運(yùn)行效率，從而提升宿主計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的工作效率。微處理器是嵌入式系統(tǒng)的核心硬件。

另外，嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)是一種專(zhuān)用的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，不可單純的與嵌入式設(shè)備以及嵌入式處理器混為一談。我們常見(jiàn)的嵌入式設(shè)備比如智能手機(jī)，IPAD 手持設(shè)備等。嵌入式處理器是嵌入式操作系統(tǒng)的核心，但并不能完全代替嵌入式系統(tǒng)，它僅僅是嵌入式操作系統(tǒng)的一個(gè)組成部分。

2 嵌入式操作系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

2.1 硬件設(shè)備

計(jì)算機(jī)處理器：TI 公司TMS320C6701 型號(hào)芯片。工作主頻：150MHZ。存儲(chǔ)器：128K雙字?jǐn)?shù)據(jù)存儲(chǔ)，F(xiàn)lash 存儲(chǔ)器。數(shù)據(jù)接口芯片：BU61580。

2.2 嵌入式系統(tǒng)組成設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的時(shí)候，我們需要保護(hù)的是ROM（只讀存儲(chǔ)器）和Flash（閃存）存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)不丟失，同時(shí)還可以使數(shù)據(jù)軟件能夠順利的運(yùn)行。在此基礎(chǔ)上，我們需要提升程序命令的調(diào)取速度，進(jìn)而快速地被執(zhí)行。使ROM（只讀存儲(chǔ)器）和Flash（閃存）的運(yùn)行速度加快，讓整個(gè)系統(tǒng)處理數(shù)據(jù)的能力加強(qiáng)。

圖1：功能設(shè)計(jì)劃分

2.3 軟件功能劃分

合理的劃分軟件功能會(huì)在很大程度上影響整個(gè)嵌入式操作系統(tǒng)的性能。并且在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中，計(jì)算機(jī)軟件也會(huì)不斷的增多，這就會(huì)使嵌入式操作系統(tǒng)的負(fù)荷相應(yīng)地增加。所以，嵌入式操作系統(tǒng)需要?jiǎng)澐謶?yīng)用程序，在任務(wù)劃分上需要按照一些通用原則，比如，按照時(shí)間的緊迫程度、以及是否需要周期執(zhí)行等。如圖1所示。

通常處理事件非為兩大類(lèi)：隨機(jī)性事件、周期性事件。

周期性事件是指嵌入式操作系統(tǒng)需要定期，循環(huán)完成的任務(wù)，例如數(shù)據(jù)的采集、輸入、輸出、以及處理等。嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)是通過(guò)慣性測(cè)量單元（IMU）來(lái)發(fā)布數(shù)據(jù)，然后觸發(fā)應(yīng)用程序。所以，在剛開(kāi)始創(chuàng)建任務(wù)的時(shí)候就必須先建立慣性測(cè)量單元（IMU）周期性任務(wù)，并且需要對(duì)慣性測(cè)量單元的信息進(jìn)行分析處理。

隨機(jī)性事件主要是結(jié)合用戶(hù)的需求，對(duì)一些命令代碼進(jìn)行接受和處理，其優(yōu)先級(jí)并不是很高。

2.4 調(diào)度與控制

嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)主要是為了可以智能化對(duì)象系統(tǒng)。因此在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中，嵌入式系統(tǒng)更多發(fā)揮的是調(diào)度與控制的作用。實(shí)時(shí)性主要包括在軟件和硬件兩個(gè)方面。我們知道計(jì)算機(jī)在處理軟件程序的時(shí)候，因軟件開(kāi)發(fā)人員的水平參差不平，導(dǎo)致開(kāi)發(fā)出來(lái)的軟件程序也會(huì)有優(yōu)劣之分，從而在執(zhí)行軟件程序的過(guò)程中，時(shí)間消耗不可控。與此相反，硬件設(shè)備在出廠時(shí)就已經(jīng)確定的。因此到了具體設(shè)計(jì)當(dāng)中，需要綜合考慮這兩個(gè)方面，結(jié)合雙方的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行完美搭配，從而最大限度的提高計(jì)算機(jī)的工作效率。

3 嵌入式操作系統(tǒng)的具體應(yīng)用

想要嵌入式操作系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中取得好的結(jié)果，需要我們對(duì)其進(jìn)行專(zhuān)門(mén)的設(shè)計(jì)，編碼，以及測(cè)試。通過(guò)對(duì)測(cè)試結(jié)果的不斷比對(duì)與研究，從而得出最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案。

3.1 系統(tǒng)初始化

系統(tǒng)初始化主要是系統(tǒng)的加電以及執(zhí)行初始命令。包含CPU 初始化、系統(tǒng)硬件、內(nèi)存管理、程序代碼加載等方面。

3.2 底層接口

計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的底層接口需要驅(qū)動(dòng)程序。嵌入式操作系統(tǒng)需要對(duì)驅(qū)動(dòng)程序進(jìn)行開(kāi)關(guān)、讀取、控制與寫(xiě)入等操作。

3.3 分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下：計(jì)算機(jī)中斷時(shí)間為77μs；Context switch 時(shí)間為112μs；系統(tǒng)文件Bin 數(shù)值為26KB；系統(tǒng)整個(gè)文件數(shù)值為50KB雙字；

根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果得出以下結(jié)論，通過(guò)嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)可以大幅度提高普通計(jì)算機(jī)的工作效率，滿(mǎn)足了設(shè)計(jì)初期的各項(xiàng)要求。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著信息產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，企業(yè)想要提高生產(chǎn)質(zhì)量和生產(chǎn)效率，獲得更多用戶(hù)的認(rèn)可，并且有針對(duì)性地解決用戶(hù)的實(shí)際需求，實(shí)現(xiàn)相對(duì)應(yīng)的操作性能，就需要不斷開(kāi)發(fā)，挖掘嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的內(nèi)在潛力，并且大量地應(yīng)用到現(xiàn)實(shí)生活當(dāng)中來(lái)。本文通過(guò)對(duì)嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)進(jìn)行研究與分析，并且通過(guò)進(jìn)行專(zhuān)門(mén)的仿真實(shí)驗(yàn)，獲得真實(shí)可靠的數(shù)據(jù)信息，從而驗(yàn)證了嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)對(duì)于整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行效率有所提升。