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作者: 发布时间:2014-07-02 来源:中电网关键字:"嵌入式系统,操作系统,计算机" 繁体版
引 言随着后PC时代以及网络、通信技术时代的到来,大量的计算机专业人员进入了嵌入式应用领域;然而,有大量的嵌入式系统应用是以单片机的形式,应用在传统的电子技术领域中。因此,以计算机领域人员为主体的,远离对象系统的嵌

引 言Lix自动化在线网

随着后PC时代以及网络、通信技术时代的到来,大量的计算机专业人员进入了嵌入式应用领域;然而,有大量的嵌入式系统应用是以单片机的形式,应用在传统的电子技术领域中。因此,以计算机领域人员为主体的,远离对象系统的嵌入式系统的计算机工程应用模式,和以电子技术领域人员为主体,与对象系统紧耦合的电子技术应用模式产生了概念上的碰撞。许多电子技术应用模式熟视无睹、习以为常的概念,在计算机工程应用领域中作为一个新概念提出时,常常使电子技术应用领域中的人员感到莫明其妙。以前的“嵌入式系统”概念是其一,而今“嵌入式系统的实时性”又是一例。Lix自动化在线网

1 什么是电子系统的实时性Lix自动化在线网

任何一个电子系统都可看成是一个激励-响应系统。每个特定的电子系统都有一个从激励输入到响应输出的时间,即激励-响应周期T,它表现为系统的响应能力。如果系统的响应能力T能满足嵌入对象所规定的响应时间ta要求,即T≤ta,这个系统便是实时的电子系统。Lix自动化在线网

那末,什么是嵌入对象所要求的响应时间ta呢? 通常,不论哪一种电子系统,都要嵌入到一个对象体系中,成为一个电子应用系统,实现对象体系的控制管理要求,这些控制管理通常都会有一定的时间限制。例如,一个振动监测系统,对振动波形的检测周期必须满足采样定理要求;饮料生产线上的计量、包装控制系统,必须在一个工位的移动周期里完成秤量、封口的控制输出;对于超市中使用的电子秤,在秤量时,希望能立即显示出重量和计价金额;我们日常使用的计算机,在敲击键盘时,也要求在显示屏上快速地出现键盘输入结果。因此,几乎所有的电子系统都有一个客观的响应时间ta要求。这就是电子系统普遍存在的实时性问题,即要求T≤ta。Lix自动化在线网

2 三类电子应用系统的实时性Lix自动化在线网

ta是电子系统具体应用时,客观应用环境提出的具体响应时间要求;不同类型电子系统的激励-响应时间T的不同,形成了不同的实时性问题。我们可以按不同的激励-响应时间T的特点,将电子系统分为经典电子系统、通用计算机系统与嵌入式系统,来讨论不同类型的电子应用系统不同的实时性特点。Lix自动化在线网

① 经典电子系统:不含计算机的纯电子电路系统,例如,测量放大器、电子计数器、温度指示器(由ADC、译码器、 LED显示器构成)等,电路的动态特性决定了系统响应能力T的大小。经典电子系统是一个激励-响应系统,从激励到响应的时间完全取决于电子在电路中的运动过程,因而,它具有极短的、相对固定不变的,从激励到响应的时间周期T。在大多数经典电子应用系统中,由电路的动态特性决定了T值的大小。一般情况下,应用系统的T远小于嵌入对象系统的响应(ta)要求,因此,在经典电子应用领域中,应用工程师的头脑中没有“实时性”名词的概念,而对一些极快速响应要求的应用系统,如振动测量系统,它的实时性要求常常反映为电路系统的“频率响应”要求。Lix自动化在线网

② 通用计算机系统:是一个人机交互的激励-运行-响应系统。它的激励-响应时间T表现为电路系统的激励-响应时间tc与软件运行时间ts,而电路系统的激励 -响应时间与软件运行时间相比为高阶小量,因而软件运行时间形成了T的主要成份,T=tc+ts≈ts。由于通用计算机系统只使用在人机交互环境中,对象 (人)提出的响应时间ta要求,只是一个期望值(尽量快),而这种欲望一方面表现为永无止尽,另一方面又表现出现实的可容忍性。因此,通用计算机系统是一个非实时的电子系统,而快速性成为通用计算机系统发展的永恒主题。Lix自动化在线网

③ 嵌入式系统:由于计算机的嵌入,嵌入式系统也是一个激励-运行-响应的电子系统。但是,它与嵌入对象交互,与嵌入对象的事件过程相关,在与嵌入对象体系交互时,要满足事件交互过程的响应要求。一方面,由于计算机的嵌入,嵌入式应用系统有十分可观的激励-响应时间ts,导致系统实时能力的降低;另一方面,由于嵌入对象体系的多样性、复杂性,不同的对象体系会提出不同的响应时间ta要求。因此,在嵌入式应用系统的具体设计中,必须考虑系统中每一个任务运行时,能否满足ts≤ta的要求,这就是嵌入式系统的实时性问题。Lix自动化在线网

综上所述,经典电子系统应用中,没有凸显出实时性的概念,是因为电子系统的激励-响应时间T极短,绝大多数电子系统都能满足T≤ta要求;通用计算机系统应用中,没有实时性概念,是因为ta只有期望要求;而嵌入式系统应用中,必须考虑实时性问题,是因为软件运行的时间耗费ts,会使系统的激励-响应时间T巨额增加,而不能满足嵌入对象系统提出的响应时间ta要求,凸现了嵌入式系统的实时性问题。Lix自动化在线网

3 嵌入式系统的实时性分析Lix自动化在线网

3.1 嵌入式系统实时性的出发点Lix自动化在线网

嵌入式系统由于是嵌入到对象体系中的一个电子系统,与对象系统密切相关。而形形色色的对象系统会有不同的响应时间ta要求,如动态信号的采集系统、生产线的控制单元等,有严格的响应时间要求;超市的秤重、计量、收银机只要求有尽快的响应时间;在同样的动态信号采集系统中系统的响应时间与信号的动态特性有关。这些不同的嵌入式应用系统的不同响应要求,表现了嵌入对象响应要求(ta)的多样性。


嵌入式系统实时性的问题- "嵌入式系统,操作系统,计算机" -
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