计算机控制系统实时性的提高策略

杨菲

摘 要

实时系统是能够在规定的时间内执行相应的计算或者处理事务，并同时对外部事件作出反应的计算机系统。很多的嵌入型的系统来说，一个设计优异的实时操作系统会使开发工程师掌握各类关键事件的时间，满足系统的实时性要求。因此，本文针对如何提高计算机控制系统的实时性给出一些建议和方法，希望对相关工作的人员有所帮助。

【关键词】计算机 控制系统 实时性 提高策略

1 计算机控制系统概述

计算机控制系统就是CCS。CCS就是应用的数字技术，又名为数字控制系统。所谓的数字控制系统有许多部分和结构组成，多数的目的都是实现工业控制。计算机的核心就是计算机控制系统，辅助的设备是与其相关的辅助部件和对象。大型的系统是以网络为一个核心的架构的控制网络，或者是嵌入式的工业控制设备。由于其系统覆盖的范围很广，所以大到巨型计算机小到微型控制器都能应用在这个系统中。其辅助的设备可以是检测装置或者是关于输出输入等的控制设备，亦或是具体产品的生产线。虽然这些应用的目的都不尽相同，但都对要求有较高的实时性。

1.1 实时控制系统概念

实时控制系统，对资源的分配很重视，尤其是动态分配，为了做到资源的最有效，最合理的使用，该类的系统优势是有较快的处理速度，以方便及时响应系统的要求。实时控制系统控制着整个系统的速度，对速度的提升具有很大的作用，能够改善工作环境和条件。

实时控制系统在有要求时间的时候会马上得到回馈，没有时间上的误差，即实时性相当于是优先任务。这一系统在工业控制中广泛的应用，实时控制系统的目的是为了及时的完成规定的任务。控制系统必须按要求完成任务，不能随意更改的叫硬实时，控制系统对于某些任务可以做一些改动，在某一时间段完成并没有严格完成次序的叫软实时。

1.2 计算机控制系统的应用分类

计算机控制系统的传感器装置一般都是用的模拟信号，模拟信号会被计算机处理则需要一系列的环节。当计算机控制系统发出指令时，这些信号在到达系统的终端时候需要转换成能够执行指令的模拟信号，这时候需要数模转换的环节。

1.2.1 数据采集应用

通过采集的的数据信息，这些信息会以最快的速度采集到控制系统中。

1.2.2 实时控制决策应用

如果分析出上述采集的数据的结果，就可以得出相关结论去对下一步的控制系统作出决定性的判断。

1.2.3 实时控制应用

上述的决策性判断信息传到下一个环节，中心处理单元根据这些传入数据作出及时反映，在合适的时候控制完成整个控制系统的任务。

2 计算机控制系统的实时性提高策略

对于计算机控制系统的要求之所以很严格，是为了相关的要求能够及时被完成，下面就说几条具体的策略。

2.1 将中断响应时间降到最短

计算机控制系统在外部事件触发时会马上做出反应，从相应到执行终端代码的程序的时间要求很短，这个响应时间间隔被定义为终端延迟，能够随时相应处理中断是优秀的计算机控制系统必备的。现实应用中某些情况在处理这些程序是会屏蔽中断。例如在数据库修改过程中可能会出现短暂的屏蔽中断处理，因为可以保障数据库的正常读写操作，因此这种屏蔽是必不可少的，而这个屏蔽时间的最大值是最大中断延迟。

2.2 将进程切换时间降到最低

如果控制系统突然面临新任务新情况，这个任务的级别会被悠闲到最高，尤其是不能协调的情况必须先处理新的任务，不然会拖慢整个系统实施控制，那么中心处理器需要迅速切换任务，并保持当前任务的所有参数和设置。比如可以保存寄存器的信息和内存当前状态和恢复任务需要的相关信息。这个过程相当的耗费时间，如果任务没有交叉，这种情况不难处理，直接切换即可，但如果两个或两个以上的交互信息的任务需要处理的信息较多，为了保持其实时性，想办法把切换消耗的时间降到最低。

2.3 优先级继承

抢占优先级并不适合任何突发事件，操作系统的机制并不能完全保证把资源抢占资源，也会出现低优先级牢牢“控制”资源不放手的情况，因此为了使其实时性得到保证，可以通过控制系统就支持网络架构的优先级继承方式，通过这种方式获取对资源的占用，不然会使局部网络瘫痪或系统停止的状态。

2.4 缩短进程资源分配等待时间

多进程的计算机控制系统的资源是共享的，所以如何调度资源是最重要的问题。对于某个进程当它急需资源时，资源被抢占，有两种方法：优先级继承和优先级极限。这两种方法都是通过提高该任务的优先级让其优先级和等待资源的优先级相同。

2.5 简化控制系统，突出实时性

为了突出较高的实时性，摒弃那些美观的界面，节省不必要的资源开支，见资源去满足系统的实时需要，主要突出实时任务，现在实时控制系统杂多，在设计之初抛掉多于的考虑并把实时需求作为满足的最优条件。

总结：计算机控制技术并不单单只是计算机这一领域的技术，而是多学科多领域交回的家火速，以计算机应用技术为核心，电子工业控制为过程，同时将自动化应用，无线电技术等等一些相关的网络技术融合在一起。是实现精密仪器生产制造，工业自动化的前提广泛的，也为国防科研等领域提供了广泛的应用前景

参考文献

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作者单位

西北工业大学 陕西省西安市 710072