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实时嵌入式系统简介

       嵌入式系统设计中最早的决策点之一是系统是否需要实时计算功能。实时计算描述了在有限的时间范围内对输入做出反应并提供规定的输出的能力。使用实时计算的设备部署在应用程序中,在这些应用程序中,它们的正确功能可以改变生与死。

例如,考虑传统家庭轿车中的安全气囊。当车辆在发生碰撞时突然停止时,安全气囊必须在一瞬间展开以对乘客有效。这意味着控制安全气囊的嵌入式微控制器必须检测到发生碰撞,并以电子方式触发车辆安全气囊的释放,而这一切都只需要不到一秒钟的时间。实时计算技术使此功能成为可能。

在对实时嵌入式系统的介绍中,我们将概述这些独特的嵌入式系统是什么,它们是如何设计和分类的,以及为什么它们的功能在现实应用中如此重要。我们还将提供一些实时嵌入式系统示例。

什么是实时嵌入式系统?

实时嵌入式系统结合了嵌入式系统和实时计算的技术。为了获得最完整,最准确的描述,我们将从更深入地了解这些技术的定义功能入手。

嵌入式系统

嵌入式系统是在较大的系统或设备上执行专用功能的硬件和软件计算机系统。嵌入式系统通常由微控制器组成,也称为单芯片计算机。微控制器配备有CPU,内存(RAMROM),I / O端口,通信总线,计时器/计数器和DAC / ADC转换器。

嵌入式系统具有嵌入式系统工程师应了解的三个定义特征:

嵌入式系统是特定于应用程序的。通用计算机可以运行用户选择的任何兼容应用程序,而嵌入式设备经过编程和优化可以运行一个满足其实际功能的特定应用程序。

嵌入式系统并不总是具有用户界面。通用计算机包含用户界面,用户可以在其中输入指令或以其他方式与系统交互。嵌入式系统通常隐藏在设备内部,以使用户不会直接与嵌入式系统本身进行交互。嵌入式系统通常从传感器或连接的数据源接收输入,而不是直接从用户接收。

嵌入式系统是硬件和软件。嵌入式设备包括一个提供特定功能或服务的软件应用程序,以及在实时环境中运行该应用程序所需的硬件。嵌入式系统设计的核心挑战是创造一种能够在满足产品尺寸,功耗和单位成本的战略和业务要求的同时解决问题的产品。

实时计算

实时计算描述了计算系统在严格限制的时间范围内响应给定输入的能力。在嵌入式系统的环境中,工程师通过 在嵌入式设备上安装特殊类型的操作系统来实现实时计算。操作系统可以概念化为嵌入式硬件和软件之间的桥梁。嵌入式工程师有两种基本类型可供选择:

1通用操作系统(GPOS-GPOS是位于嵌入式系统中的硬件和应用程序之间的软件层。GPOS由内核,内存管理,网络和提供给应用程序的其他服务组成。GPOS用于任务对时间不敏感且计算能力比快速响应时间更高价值的情况。

2实时操作系统(RTOS-RTOS用于对时间敏感或对时间要求严格的嵌入式系统应用程序。时间紧迫的任务定义为必须在指定的时间限制内执行任务以避免对用户造成负面影响的任务。在时间紧迫的系统中,完成任务的价值与其及时性相关,并且在截止日期之后完成的任务可能具有负值。RTOS包含一个任务计划程序组件,其目的是确保关键任务能够按时完成,即使这意味着牺牲其他性能领域。

实时嵌入式系统是那些集成了实时操作系统的系统,可确保设备在嵌入式软件指定的时间限制内能够响应感官输入。实时嵌入式系统根据其提供的实时响应的类型进一步分类。




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