嵌入式實(shí)時(shí)系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)及其在通信系統(tǒng)中的應(yīng)用

嵌入式實(shí)時(shí)系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)及其在通信系統(tǒng)中的應(yīng)用在IT行業(yè)的眾多分支中，嵌入式是發(fā)展得最快的領(lǐng)域之一，因?yàn)樵絹?lái)越多的產(chǎn)品和服務(wù)需要嵌入式系統(tǒng)予以支撐，消費(fèi)類電子產(chǎn)品、生產(chǎn)制造業(yè)、辦公自動(dòng)化、工業(yè)控制等諸多行業(yè)都和嵌入式有密不可分的關(guān)系。作為嶄新的、面向應(yīng)用的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，嵌入式系統(tǒng)在集成了通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的共性以外，還包含了很多適合“嵌入式”應(yīng)用的新技術(shù);因?yàn)樵诩夹g(shù)上與通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)有很多不同，本文首先介紹嵌入式系統(tǒng)的基本概念及其關(guān)鍵技術(shù)，并結(jié)合在通信系統(tǒng)中的應(yīng)用說(shuō)明其技術(shù)特點(diǎn)及可應(yīng)用性。1嵌入式實(shí)時(shí)系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)內(nèi)容包含一個(gè)或多個(gè)控制用的CPU以及針對(duì)特定應(yīng)用環(huán)境而開發(fā)的高層軟件，通常含有操作系統(tǒng)。在使用過程中，系統(tǒng)內(nèi)部CPU和軟件的行為并不為外界所感知，因此叫做“嵌入式”系統(tǒng);通常把對(duì)外部事件響應(yīng)時(shí)間很短的嵌入式系統(tǒng)叫做“嵌入式實(shí)時(shí)系統(tǒng)”;應(yīng)用于嵌入式實(shí)時(shí)系統(tǒng)的操作系統(tǒng)叫做“嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)”。1.1嵌入式實(shí)時(shí)系統(tǒng)的構(gòu)成嵌入式實(shí)時(shí)系統(tǒng)包括硬件和軟件兩個(gè)方面，由硬件平臺(tái)、嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)及其他系統(tǒng)軟件模塊、實(shí)時(shí)應(yīng)用程序三個(gè)部分組成。1.1.1硬件平臺(tái)嵌入式實(shí)時(shí)系統(tǒng)的硬件平臺(tái)通常以為能緊湊、專用性強(qiáng)的CPU為核心同時(shí)結(jié)合少量的外轉(zhuǎn)圍設(shè)備，具有應(yīng)用相關(guān)性，即多樣性的特點(diǎn)。1.1.2嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)及其他系統(tǒng)軟件模塊操作系統(tǒng)和其他系統(tǒng)軟件介于硬件和應(yīng)用程序之間，負(fù)責(zé)調(diào)度并管理實(shí)時(shí)應(yīng)用程序，并完成對(duì)硬件的控制和操作。1.1.3實(shí)時(shí)應(yīng)用程序?qū)崟r(shí)應(yīng)用程序是基于嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)、利用操作系統(tǒng)提供的實(shí)時(shí)機(jī)制完成特定的嵌入式實(shí)時(shí)系統(tǒng)具體功能的應(yīng)用程序。1.2嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的特點(diǎn)除了具有操作系統(tǒng)的共性以外，為適應(yīng)“嵌入式實(shí)時(shí)”應(yīng)用，嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)還具有實(shí)時(shí)性、微內(nèi)核結(jié)合擴(kuò)展模塊實(shí)現(xiàn)通用性與可配置性、操作系統(tǒng)不對(duì)外設(shè)作假設(shè)等突出特點(diǎn)。1.2.1實(shí)時(shí)性實(shí)時(shí)表示“及時(shí)”，是一個(gè)相對(duì)概念;實(shí)時(shí)性表明操作系統(tǒng)在可預(yù)見的時(shí)間內(nèi)響應(yīng)和處理外部事件的能力，是嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)性能的關(guān)鍵指標(biāo)之一。嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)一般采用多任務(wù)機(jī)制，以并發(fā)方式執(zhí)行應(yīng)用程序。1.2.2微內(nèi)核結(jié)合擴(kuò)展模塊實(shí)現(xiàn)通用性與可配置性為了在結(jié)構(gòu)和功能上適應(yīng)不同的“嵌入式”應(yīng)用，嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)通常采用微內(nèi)核與可配置的功能模塊相結(jié)合的體系結(jié)構(gòu)，使操作同時(shí)具備了通用性和可配置性。1.2.3操作系統(tǒng)不對(duì)外設(shè)作假設(shè)操作系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)只與CPU有關(guān)，而不假設(shè)CPU以外的其他物理硬件。與硬件相關(guān)的功能依靠另外一個(gè)叫做板級(jí)支持包(BoardSupportPackage)的軟件層次來(lái)完成，從而實(shí)現(xiàn)了操作系統(tǒng)的“硬件無(wú)關(guān)性”，提高了系統(tǒng)的通用性和可移值性。1.3嵌入式實(shí)時(shí)系統(tǒng)與通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的對(duì)比通過對(duì)比表1可以看出：嵌入式系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心、以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，軟件硬件可裁剪，適應(yīng)于應(yīng)用系統(tǒng)，對(duì)功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。

表1嵌入式實(shí)時(shí)系統(tǒng)與通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的對(duì)比

2嵌入式實(shí)時(shí)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)2.1選擇適合的嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)嵌入式實(shí)時(shí)系統(tǒng)的核心。操作系統(tǒng)的性能在很大程度上直接影響著整個(gè)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性能。因此，選擇合適的嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)對(duì)于實(shí)現(xiàn)一個(gè)高性能的嵌入式時(shí)系統(tǒng)是至關(guān)重要的。2.2仔細(xì)劃分應(yīng)用程序內(nèi)部的若干任務(wù)作為另一個(gè)重要的軟件層次，應(yīng)用程序內(nèi)部任務(wù)的劃分也影響嵌入式時(shí)系統(tǒng)的整體性能。為兼顧嵌入式實(shí)時(shí)系統(tǒng)的并發(fā)性整體吞吐量，任務(wù)的劃分應(yīng)當(dāng)遵循以下原理：·功能獨(dú)立的操作應(yīng)當(dāng)一個(gè)單一的任務(wù);·功能聯(lián)系密切(耦合關(guān)系密切)的操作應(yīng)當(dāng)劃歸同一個(gè)任務(wù);·