计算机嵌入式实时操作系统设计及应用

文/周燚洋

1 嵌入式操作系统介绍

将专用的计算机系统嵌入到特定的对象体系中是嵌入式操作系统的核心概念。因此，它具有普遍计算机系统的数据缓存和指令执行功能。但是，嵌入式实时操作系统也有其自己独特的方面，它是以软件应用为中心，根据软件和硬件的实际需求出发，可以人为的进行各种设计与操作，然后将其安装在特定的宿主系统中，从而，保证在对象体系中可以稳定地运行计算机软件程序，获得相应的处理结果。同时在实际处理中，也可以具有针对性的优化一部分软件的运行效率，从而提升宿主计算机系统的工作效率。微处理器是嵌入式系统的核心硬件。

另外，嵌入式实时操作系统是一种专用的计算机系统，不可单纯的与嵌入式设备以及嵌入式处理器混为一谈。我们常见的嵌入式设备比如智能手机，IPAD 手持设备等。嵌入式处理器是嵌入式操作系统的核心，但并不能完全代替嵌入式系统，它仅仅是嵌入式操作系统的一个组成部分。

2 嵌入式操作系统的设计与应用

2.1 硬件设备

计算机处理器：TI 公司TMS320C6701 型号芯片。工作主频：150MHZ。存储器：128K双字数据存储，Flash 存储器。数据接口芯片：BU61580。

2.2 嵌入式系统组成设计

在设计嵌入式实时操作系统的时候，我们需要保护的是ROM（只读存储器）和Flash（闪存）存储的数据不丢失，同时还可以使数据软件能够顺利的运行。在此基础上，我们需要提升程序命令的调取速度，进而快速地被执行。使ROM（只读存储器）和Flash（闪存）的运行速度加快，让整个系统处理数据的能力加强。

图1：功能设计划分

2.3 软件功能划分

合理的划分软件功能会在很大程度上影响整个嵌入式操作系统的性能。并且在实际应用当中，计算机软件也会不断的增多，这就会使嵌入式操作系统的负荷相应地增加。所以，嵌入式操作系统需要划分应用程序，在任务划分上需要按照一些通用原则，比如，按照时间的紧迫程度、以及是否需要周期执行等。如图1所示。

通常处理事件非为两大类：随机性事件、周期性事件。

周期性事件是指嵌入式操作系统需要定期，循环完成的任务，例如数据的采集、输入、输出、以及处理等。嵌入式实时操作系统是通过惯性测量单元（IMU）来发布数据，然后触发应用程序。所以，在刚开始创建任务的时候就必须先建立惯性测量单元（IMU）周期性任务，并且需要对惯性测量单元的信息进行分析处理。

随机性事件主要是结合用户的需求，对一些命令代码进行接受和处理，其优先级并不是很高。

2.4 调度与控制

嵌入式实时操作系统主要是为了可以智能化对象系统。因此在实际应用当中，嵌入式系统更多发挥的是调度与控制的作用。实时性主要包括在软件和硬件两个方面。我们知道计算机在处理软件程序的时候，因软件开发人员的水平参差不平，导致开发出来的软件程序也会有优劣之分，从而在执行软件程序的过程中，时间消耗不可控。与此相反，硬件设备在出厂时就已经确定的。因此到了具体设计当中，需要综合考虑这两个方面，结合双方的优缺点进行完美搭配，从而最大限度的提高计算机的工作效率。

3 嵌入式操作系统的具体应用

想要嵌入式操作系统在实际应用当中取得好的结果，需要我们对其进行专门的设计，编码，以及测试。通过对测试结果的不断比对与研究，从而得出最优的设计方案。

3.1 系统初始化

系统初始化主要是系统的加电以及执行初始命令。包含CPU 初始化、系统硬件、内存管理、程序代码加载等方面。

3.2 底层接口

计算机系统的底层接口需要驱动程序。嵌入式操作系统需要对驱动程序进行开关、读取、控制与写入等操作。

3.3 分析实验数据

实验结果如下：计算机中断时间为77μs；Context switch 时间为112μs；系统文件Bin 数值为26KB；系统整个文件数值为50KB双字；

根据实验结果得出以下结论，通过嵌入式实时操作系统可以大幅度提高普通计算机的工作效率，满足了设计初期的各项要求。

4 结语

随着信息产业的快速发展，企业想要提高生产质量和生产效率，获得更多用户的认可，并且有针对性地解决用户的实际需求，实现相对应的操作性能，就需要不断开发，挖掘嵌入式实时操作系统的内在潜力，并且大量地应用到现实生活当中来。本文通过对嵌入式实时操作系统进行研究与分析，并且通过进行专门的仿真实验，获得真实可靠的数据信息，从而验证了嵌入式实时操作系统对于整个计算机系统的运行效率有所提升。