對計算機(jī)嵌入式實時操作系統(tǒng)的研究及分析

王騰飛

摘? 要：隨著信息技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)步，人類社會已經(jīng)進(jìn)入了數(shù)字化時代，人們的生產(chǎn)生活方式也極大的發(fā)生了改變。嵌入式實時操作系統(tǒng)是信息技術(shù)的一種，其廣泛應(yīng)用于我們的生產(chǎn)生活中，并且隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的發(fā)展，嵌入式實時操作系統(tǒng)也不斷改進(jìn)與發(fā)展。文章對嵌入式實時操作系統(tǒng)進(jìn)行介紹，從其結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)方面進(jìn)行論述，并對其在現(xiàn)階段的主要應(yīng)用場景進(jìn)行介紹，最后對嵌入式實時操作系統(tǒng)未來的發(fā)展趨勢進(jìn)行判斷和論述，以促進(jìn)嵌入式實時操作系統(tǒng)未來的應(yīng)用和發(fā)展。

關(guān)鍵詞：嵌入式實時操作系統(tǒng);現(xiàn)狀;發(fā)展趨勢

中圖分類號：TP316.2 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2020）36-0066-02

Abstract： With the development and progress of information technology， human society has entered the digital age， and people's work and life styles have also changed greatly. Embedded real-time operating system is a kind of information technology， which is widely used in our production and life. With the development of modern information technology， embedded real-time operating system is also constantly improved and developed. This paper introduces the embedded real-time operating system， discusses its structure and characteristics， introduces its main application scenarios at this stage， and finally judges and discusses the future development trend of embedded real-time operating system， so as to promote the future application and development of embedded real-time operating system.

Keywords： embedded real-time operating system; status quo; development trend

引言

信息產(chǎn)業(yè)隨著經(jīng)濟(jì)的增長而發(fā)展，已經(jīng)成為了先進(jìn)領(lǐng)域，對計算機(jī)嵌入式實時操作系統(tǒng)的研究及分析已經(jīng)成為了一項重要研究。嵌入式實時操作系統(tǒng)最早出現(xiàn)于上世紀(jì)70年代，經(jīng)過多年的發(fā)展，其技術(shù)已經(jīng)越來越完善，系統(tǒng)也越來越穩(wěn)定，并且應(yīng)用也越來越廣泛。近年來隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、5G信息技術(shù)以及人工智能技術(shù)的應(yīng)用，嵌入式實時操作系統(tǒng)以其獨(dú)特的優(yōu)勢融入其中，在各個層面獲得了極大的發(fā)展。其不僅可以有效降低成本，而且結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，非常適合各種應(yīng)用場景。嵌入式實時操作系統(tǒng)最大的特點(diǎn)是專業(yè)性強(qiáng)，即每一個芯片都是一個獨(dú)立的系統(tǒng)，系統(tǒng)相互之間可以存在聯(lián)系，但是獨(dú)立性更強(qiáng)。

1 嵌入式實時操作系統(tǒng)概述和特點(diǎn)

1.1 嵌入式實時操作系統(tǒng)的概述

嵌入式實時操作系統(tǒng)與通用計算機(jī)系統(tǒng)是現(xiàn)代計算機(jī)的兩大種類，相比于通用計算機(jī)系統(tǒng)，嵌入式實時操作系統(tǒng)更為小巧和簡單。其主要是在一個ROM中寫入一個控制程序作為一個嵌入式的處理其控制板。該控制板可以放入各種設(shè)備中，實現(xiàn)對設(shè)備的控制和監(jiān)視，比如工廠的自動化機(jī)械生產(chǎn)設(shè)備、智能家用電器等設(shè)備中。嵌入式實時操作系統(tǒng)在我們的生產(chǎn)生活中應(yīng)用廣泛，是很多智能家電與自動化機(jī)械設(shè)備的核心控制部件，因為他相對獨(dú)立，因此可以單獨(dú)進(jìn)行批量生產(chǎn)，然后與其他部件進(jìn)行組裝即可應(yīng)用。嵌入式實時操作系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心，以現(xiàn)代計算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，能夠根據(jù)用戶需求，比如：功能、可靠性、成本、體積、功耗以及環(huán)境等不同的要求，靈活裁剪的軟硬件模塊專用計算機(jī)系統(tǒng)。硬實時系統(tǒng)對時間及質(zhì)量的要求嚴(yán)格，而軟實時系統(tǒng)更注重完成任務(wù)的效率，以高效率為標(biāo)準(zhǔn)，同時要求時間能有一定的靈活性。嵌入式實時操作系統(tǒng)是嵌入式操作系統(tǒng)的重要部分，類似于公關(guān)部門，能及時關(guān)注外部情況并且給予相應(yīng)的回應(yīng)。

1.2 嵌入式實時操作系統(tǒng)的特點(diǎn)

由于不同的應(yīng)用與設(shè)備的功能不同，其對于嵌入式實時操作系統(tǒng)的要求也不同，因此嵌入式實時操作系統(tǒng)需要獨(dú)立進(jìn)行設(shè)計，相比于通用計算機(jī)系統(tǒng)，并不受到國外的限制，因此在我國發(fā)展較為具有優(yōu)勢。總體來說，嵌入式實時操作系統(tǒng)主要有以下的特點(diǎn)：

（1）專業(yè)性：嵌入式實時操作系統(tǒng)是需要根據(jù)用戶需求與硬件功能獨(dú)立進(jìn)行軟件設(shè)計的，因此其具有專業(yè)性強(qiáng)的特點(diǎn)，不同的系統(tǒng)與設(shè)備不存在通用性，非常具有獨(dú)立性和專業(yè)性。

（2）可裁剪性：嵌入式實時操作系統(tǒng)需要適應(yīng)各種硬件設(shè)備的使用需求，在有限的芯片面積上實現(xiàn)更多可能性，因此要具有可裁減性，以便根據(jù)用戶的需求對其功能進(jìn)行縮減或增加，適應(yīng)更多的需求。

（3）可靠性：嵌入式實時操作系統(tǒng)應(yīng)用廣泛，很多設(shè)備應(yīng)用在無人值守的場合，因此需要較高的可靠性，以保證其可以持續(xù)穩(wěn)定的提供服務(wù)，避免出現(xiàn)故障與問題，造成較為嚴(yán)重的損失，以保證設(shè)備的質(zhì)量和更廣泛的應(yīng)用。

（4）能耗低：嵌入式實時操作系統(tǒng)廣泛應(yīng)用在小型可移動設(shè)備中，為了保證設(shè)備的應(yīng)用時間和使用效率，因此嵌入式實時操作系統(tǒng)應(yīng)盡量降低能耗，提高設(shè)備的續(xù)航能力。

（5）存儲量?。呵度胧綄崟r操作系統(tǒng)在小型電子設(shè)備中應(yīng)用廣泛，無法配備質(zhì)量較大的大容量存儲器，主要使用閃存等小容量存儲器，因此其存儲量較小。

（6）實時靈活：隨著物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用，智能家具等廣泛采用了嵌入式實時操作系統(tǒng)，這要求嵌入式實時操作系統(tǒng)可以及時對指令做出反饋，并且準(zhǔn)確執(zhí)行控制指令。

（7）開發(fā)不便：嵌入式實時操作系統(tǒng)無法自我完善和升級，需要使用通用計算機(jī)輔助完成，且需要專門的開發(fā)工具和環(huán)境。

1.3 嵌入式實時系統(tǒng)的性能指標(biāo)

嵌入式實時系統(tǒng)的穩(wěn)定性、安全性、實時性、可靠性、成熟度等均為其性能評價指標(biāo)。實時系統(tǒng)的穩(wěn)定性，顧名思義，就是看系統(tǒng)在運(yùn)行時間長時是否會出現(xiàn)異常，能否維持穩(wěn)定。安全性說的是這個系統(tǒng)能否保障自身安全，在外部侵?jǐn)_時做出及時防御。嵌入式實時系統(tǒng)的重要特點(diǎn)就是它的實時性，體現(xiàn)的是系統(tǒng)對外部事件回應(yīng)的及時性，為了確定其能力是否到位，有多方面的因素可以提供。確定一個系統(tǒng)是否可靠，就是看其在遇到一些不確定因素時還能否保持正常運(yùn)行，若其運(yùn)行能力強(qiáng)，則具有可靠性。

1.4 嵌入式實時操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

模塊結(jié)構(gòu)，是最簡單的結(jié)構(gòu)化設(shè)計，可分成幾大管理板塊：設(shè)備管理板塊、存儲器管理板塊、文件管理板塊、處理器管理板塊。文件管理模塊建立在存儲器設(shè)備上，嵌入式實時操作系統(tǒng)可以用軟件的形式表明且能徑直看出計算機(jī)的硬件組合。

層次結(jié)構(gòu)，是由模塊的集合組成的，整個系統(tǒng)模塊分類的基礎(chǔ)上有層次結(jié)構(gòu)。

嵌入式實時系統(tǒng)不僅可以分為如此兩個結(jié)構(gòu)，還可以根據(jù)模塊之間的調(diào)用方式進(jìn)行分類，單內(nèi)核、微核即為兩種不同的調(diào)用方式。

2 嵌入式實時操作系統(tǒng)應(yīng)用現(xiàn)狀

隨著信息技術(shù)與人工智能技術(shù)的發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)的完善以及應(yīng)用，嵌入式實時操作系統(tǒng)也又一次迎來了較大的發(fā)展機(jī)遇。目前嵌入式實時操作系統(tǒng)主要應(yīng)用于以下方面：

2.1 嵌入式實時操作系統(tǒng)在交通管理和汽車中的應(yīng)用

隨著我國經(jīng)濟(jì)持續(xù)的高速增長，近年來我國的汽車保有量逐年上升，城市交通擁堵問題越來越嚴(yán)重，對城市生活的影響也越來越大。將嵌入式實時操作系統(tǒng)應(yīng)用在汽車與交通管理之中，與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行有效的融合，可以實現(xiàn)真正的智慧交通。對城市交通流量進(jìn)行實時分析，及時將信息傳遞給車主，合理規(guī)劃行程，緩解城市交通的緊張情況。不僅可以有效的降低人工的勞動成本，而且信息的傳遞與管理也更為高效。此外，嵌入式實時操作系統(tǒng)應(yīng)用在汽車之中，可以實現(xiàn)對車輛的綜合管理，尤其是對車輛電源的管理更為科學(xué)合理，不僅可以節(jié)約汽車的能耗，而且可以延長電池的使用壽命。

2.2 嵌入式實時操作系統(tǒng)在工業(yè)控制方面的應(yīng)用

工業(yè)化發(fā)展是人類最偉大的進(jìn)步之一，其極大的提高了人類的生產(chǎn)力，隨著第三次工業(yè)革命進(jìn)入尾聲，第四次工業(yè)革命呼之欲來，人們對第四次工業(yè)革命充滿了憧憬。而中國智造是我國對于第四次工業(yè)革命的目標(biāo)與努力方向。在中國智造的實現(xiàn)過程中，嵌入式實時操作系統(tǒng)必不可少，目前已經(jīng)出現(xiàn)了多種智能工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用，其有賴于嵌入式實時操作系統(tǒng)的高效應(yīng)用。在工業(yè)控制中，嵌入式實時操作系統(tǒng)有其獨(dú)特的優(yōu)勢，與人工智能相結(jié)合也是未來中國智造實現(xiàn)的重要基礎(chǔ)之一。

3 嵌入式實時操作系統(tǒng)發(fā)展趨勢

（1）系統(tǒng)化：隨著嵌入式實時操作系統(tǒng)的應(yīng)用越來越廣

泛，其功能類型與需求種類也越來越多樣化，其結(jié)構(gòu)形式與開發(fā)也越來越復(fù)雜，隨著實際需求的提高，對嵌入式的開發(fā)也提出了更高的要求，但是嵌入式實時操作系統(tǒng)不能自我完善和改進(jìn)。因此嵌入式實時操作系統(tǒng)的開發(fā)工具將向著系統(tǒng)化的方向不斷發(fā)展，以更適應(yīng)嵌入式實時操作系統(tǒng)的開發(fā)需求。比如WindowCE配備的開發(fā)工具為EmbeddedVC++，我國中科院開發(fā)的Hopen嵌入式操作系統(tǒng)等。

（2）生活化：如今，應(yīng)用嵌入式實時操作系統(tǒng)的設(shè)備、家電與工具已經(jīng)進(jìn)入了千家萬戶的生活之中，為了提高其可操作性與實用性，對嵌入式實時操作系統(tǒng)的操作越來越傻瓜化、生活化。比如語音輸入、手寫輸入等操作方式的應(yīng)用。隨著社會的進(jìn)一步發(fā)展，嵌入式實時操作系統(tǒng)的設(shè)計將會越來越靠近生活，為人們的生活提供極大的便利。

（3）網(wǎng)絡(luò)化：當(dāng)今社會是網(wǎng)絡(luò)社會，尤其是隨著5G通訊技術(shù)的成熟以及物聯(lián)網(wǎng)的逐步實施，萬物互聯(lián)已經(jīng)開始逐漸實現(xiàn)，嵌入式實時操作系統(tǒng)作為我們生活中常用的設(shè)備與工具，與網(wǎng)絡(luò)化進(jìn)行結(jié)合成為勢在必行的發(fā)展趨勢。現(xiàn)階段，新型的嵌入式實時操作系統(tǒng)已經(jīng)開始支持網(wǎng)絡(luò)連接，網(wǎng)絡(luò)化是未來的發(fā)展趨勢之一。

（4）精簡化：隨著信息技術(shù)與制造技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展，嵌入式實時操作系統(tǒng)將以越來越精簡的結(jié)構(gòu)在更小的芯片體積上實現(xiàn)越來越多功能的集合，降低生產(chǎn)成本的同時提高其功能性。

4 結(jié)束語

隨著信息技術(shù)的深化發(fā)展，科學(xué)技術(shù)水平的不斷提高，人工智能技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、設(shè)計技術(shù)與原型技術(shù)以及5G通信技術(shù)的成熟和應(yīng)用，計算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用范圍越來越廣泛，嵌入式技術(shù)也將獲得更為廣闊的發(fā)展和應(yīng)用前景，擁有極高的市場地位成為可能。嵌入式實時操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡單，功能豐富，在人類的生產(chǎn)生活中發(fā)揮了極大的作用，有利于促進(jìn)社會的發(fā)展進(jìn)步，未來也必創(chuàng)造更大的價值，做出更大的貢獻(xiàn)。當(dāng)然，不僅要展望其前景，還要不斷加深對它的研究，充分發(fā)揮它的優(yōu)勢，確保其先進(jìn)性。

參考文獻(xiàn)：

[1]傅籬.嵌入式實時操作系統(tǒng)在我國的應(yīng)用現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J].管理觀察，2013（31）：164-166.

[2]譚振贇.嵌入式實時操作系統(tǒng)應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢概述[J].數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用，2015（6）：16-16.

[3]馮介一，宋文.嵌入式數(shù)控技術(shù)研發(fā)[J].新科技新工藝，2010（3）：41-42.