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摘要：闡述了嵌入式實時系統(tǒng)的原理及特點，分析并論述嵌入式實時系統(tǒng)實現(xiàn)過程中的關(guān)鍵問題，討論了嵌入式實時系統(tǒng)在通信領(lǐng)域中的應(yīng)用。
近年來，以PC機(jī)為代表的通用計算機(jī)系統(tǒng)在硬件和軟件方面都取得了飛速的發(fā)燕尾服，處理器的運(yùn)算速度已經(jīng)達(dá)到了每秒10億次的數(shù)量級。作為計算機(jī)系統(tǒng)核心的操作系統(tǒng)也從字符界面的單任務(wù)、單用戶的DOS，發(fā)展到擁有圖形界面的多用戶、多任務(wù)的Windows 98、Windows NT。計算機(jī)的應(yīng)用已經(jīng)擴(kuò)展到通信、交通、家電及醫(yī)療諸多領(lǐng)域。
然而，在經(jīng)過了很長一段時間的快速發(fā)展，尤其是作為過去十年IT發(fā)展的推動力以后，以PC為代表的通用計算機(jī)系統(tǒng)出現(xiàn)了發(fā)展減緩的趨勢；與此同時，新興IT產(chǎn)生的發(fā)展要求越來越多的設(shè)備具有小型化、智能化的特點。為適應(yīng)這一發(fā)展趨勢，在計算機(jī)系統(tǒng)的應(yīng)用過程中發(fā)展了一類特殊的系統(tǒng)——嵌入式計算機(jī)系統(tǒng)，即嵌入式系統(tǒng)。
由于具備簡潔、高效等特點，在最近幾年，嵌入式系統(tǒng)表現(xiàn)出了強(qiáng)勁的發(fā)展勢頭；隨著二十一世紀(jì)的到來，IT業(yè)迎來了一個嶄新的、以嵌入式系統(tǒng)為核心的“后PC時代（Post-PC Era）”。作為嶄新的、面向應(yīng)用的計算機(jī)系統(tǒng)，嵌入式系統(tǒng)在集成了通用計算機(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)；因此，嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展越來越多地受到人們的普遍重視，其強(qiáng)大而靈活的可應(yīng)用性得到了計算機(jī)、通信和信息等產(chǎn)業(yè)的廣泛認(rèn)可，其就任已經(jīng)擴(kuò)展到前所未有的廣泛領(lǐng)域。嵌入式系統(tǒng)的出現(xiàn)與發(fā)展將真正實現(xiàn)計算機(jī)的“無處不在”。
因為在技術(shù)上與通用計算機(jī)系統(tǒng)有很多不同，因此，本文首先介紹了嵌入式系統(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)用說明其技術(shù)特點及可應(yīng)用性。
1 嵌入式實時系統(tǒng)
嵌入式系統(tǒng)內(nèi)容包含一個或多個控制用的CPU以及針對特定應(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)；通常把對外部事件響應(yīng)時間很短的嵌入式系統(tǒng)叫做“嵌入式實時系統(tǒng)”；應(yīng)用于嵌入式實時系統(tǒng)的操作系統(tǒng)叫做“嵌入式實時操作系統(tǒng)”；相應(yīng)的應(yīng)用程序叫做“嵌入式時應(yīng)用程序”。
1.1 嵌入式實時系統(tǒng)的構(gòu)成
嵌入式實時系統(tǒng)包括硬件和軟件兩個方面，由硬件平臺、嵌入式實時操作系統(tǒng)及其他系統(tǒng)軟件模塊、實時應(yīng)用程序三個部分組成。如圖1所示。
1.1.1 硬件平臺
嵌入式實時系統(tǒng)的硬件平臺通常以為能緊湊、專用性強(qiáng)的CPU為核心同時結(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。
1.1.2 嵌入式實時操作系統(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)度并管理實時應(yīng)用程序，并完成對硬件的控制和操作。
1.1.3 實時應(yīng)用程序
實時應(yīng)用程序是基于嵌入式實時操作系統(tǒng)、利用操作系統(tǒng)提供的實時機(jī)制完成特定的嵌入式實時系統(tǒng)具體功能的應(yīng)用程序。
在以上三個部分中，嵌入式實時操作系統(tǒng)是嵌入式實時系統(tǒng)的核心，是應(yīng)用程序開發(fā)和運(yùn)行的平臺，是嵌入式實時系統(tǒng)區(qū)別于其他通用計算機(jī)系統(tǒng)的集中體現(xiàn)，也是推動嵌入式實時系統(tǒng)廣泛應(yīng)用的關(guān)鍵因素。
1.2 嵌入式實時操作系統(tǒng)的特點
除了具有操作系統(tǒng)的共性以外，為適應(yīng)“嵌入式實時”應(yīng)用，嵌入式實時操作系統(tǒng)還具有實時性、微內(nèi)核結(jié)合擴(kuò)展模塊實現(xiàn)通用性與可配置性、操作系統(tǒng)不對外設(shè)作假設(shè)等突出特點。
1.2.1 實時性
實時表示“及時”，是一個相對概念；實時性表明操作系統(tǒng)在可預(yù)見的時間內(nèi)響應(yīng)和處理外部事件的能力，是嵌入式實時操作系統(tǒng)性能的關(guān)鍵指標(biāo)之一。為保證良好的實時性，嵌入式實時操作系統(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，嵌入式實時操作系統(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)，使操作同時具備了通用性和可配置性。嵌入式實時操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖2所示。
1.2.3 操作系統(tǒng)不對外設(shè)作假設(shè)
操作系統(tǒng)的實現(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叫做板級支持包（Board Support Package）的軟件層次來完成，從而實現(xiàn)了操作系統(tǒng)的“硬件無關(guān)性”，提高了系統(tǒng)的通用性和可移值性。
其中2和3作為嵌入式實時操作系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)，有力地推動了嵌入式系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用。
1.3 嵌入式實時系統(tǒng)與通用計算機(jī)系統(tǒng)的對比
嵌入式實時系統(tǒng)與通用計算機(jī)對比見表1。通過對比可以看出：嵌入式系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心、以計算機(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)，對功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴(yán)格要求的專用計算機(jī)系統(tǒng)。
表1 嵌入式實時系統(tǒng)與通用計算機(jī)系統(tǒng)的對比
來源：電子元器件應(yīng)用
