计算机嵌入式实时操作系统设计及应用

陈宇雄

【摘要】在科技经济背景下，当今计算机技术已经融入到了人们生活的各个角落，嵌入式系统作为当今工业生产中的重要操作系统，为了能够充分发挥计算机操作系统的应用效率，就必须要加强对计算机嵌入式系统的研究。基于此，本文重点探究计算机嵌入式实时操作系统（下文简称“嵌入式系统”）的设计与应用。

【关键词】计算机 嵌入式系统 设计 应用

引言

在新时期下，信息产业作为推动我国经济不断发展的重要产业之一，企业想要得到长足发展，就必须要实现技术上的创新，融入先进的计算机技术，提高生产质量和生产效率。嵌入式系统作为计算机技术的衍生品，是计算机技术的重要组成部分。通过将通信产业与计算机技术有机结合起来所构成的嵌入式系统，能够针对用户实际需求，实现相应的操作性能。近些年，嵌入式系统在各行各业的应用十分广泛，各大企业与科研机构也加强了对嵌入式系统的研究，并在实践应用当中取得了巨大成果。

1、计算机嵌入式实时操作系统的主要特点

我们通常所说的计算机技术更多的是指计算机软件技术，在开发软件过程中，嵌入式系统主要发挥着缓存、指令执行等工作，这样即可保证计算机终端系统可以正常、平稳运行，保障软件的处理效果，提高软件在实际应用中的效能。在计算机软件实际操作当中，必须要能够对相应的程序进行规范控制，这些内容都需要应用嵌入式系统。从本质上说，人们在研究计算机技术时需要计算机系统像人脑一样能够思考、自主变化，但人们同时也希望计算机按照指定程序工作，这就形成一种矛盾，也形成了两种理念，一是自主思考的神经网络：二是按照规范程序控制的嵌入式系统，但是从实际需求层面上看，嵌入式系统更符合当下社会生产要求。嵌入式系统系统中的核心软件是微处理器，可以对各项信息数据进行处理，同时也能够带动计算机内部设备，可以说微处理器就是嵌入式系统的大脑。

2、计算机嵌入式实时操作系统设计与应用

2.1基础硬件设备。嵌入式系统作为一个软件程序，想要实现嵌入式系统的相应作用，必须要有硬件设施的支持，硬件也是实现软件功能的唯一载体。在嵌入式系统设计当中，需要有微处理器，并且尽可能保证有较高的主频：存储器选择双字数据存储器以及flash存储器。想要实现计算机的交互功能需要采用串行异步全双工，以及总数据将接口芯片等。

2.2框架设计。在设计初期，需要重点掌握嵌入式系統的布局与组织，采用ROM和flash中的存储数据进行后续操作，这就需要保障二者数据的安全，以及在整个嵌入式系统当中可以可靠、平稳的运行。嵌入式系统设计和应用能够对计算机内部软件进行优化处理，提高各个软件或程序之间的契合度。从本质上来说，嵌入式系统的主要工作任务就是对用户输入命令进行调取和执行，根据代码要求作出相应的控制与动作，这样能够最大程度上利用ROM空间，也可以提高ROM的运行速度，提高相关数据的处理与应用效果。

2.3软件功能划分。在对嵌入式系统展开设计时，软件功能划分功能极为重要，划分效果好坏会直接影响最终的系统功能。当今我国计算机软件技术已经相对成熟，计算机使用的软件也不断增多，这就在很大程度上提高了嵌入式系统的运行负荷，这也是对系统进行功能划分的重要原因，如当今很多八核、十核中央处理，虽然在参数上十分强悍，但是在实际运行过程中往往只有四核运行，这一方面是为了减少功耗，避免资源浪费，另一方面是避免满负载运行，降低硬件使用寿命。所以需要通过软件功能划分提高计算机软件应用的便利性。同时，嵌入式系统作为一种针对性操作系统，在实际运行中可以分析应用程序，加强与其他运行软件的协调性，保障系统软件运行的可靠性。任务功能划分要遵循一定的设计原则：（1）系统硬件初始化；（2）微内核初始化将；（3）创建任务；（4）启动多任务调度；（5）执行相关任务。

根据嵌入式系统不同的处理事件，从整体上可以将事件划分成周期事件和随机事件。其中，周期事件主要是用于信息的采集、输入、输出，也包括数据处理等。由于启动嵌入式系统需要通过IMU来发布数据，这样即可触发相关应用程序，在构建任务之前需要先构建IMU周期任务，并在这个周期当中结合IMU传递信息展开解算。随机事件主要是接受和处理命令代码，通常是结合用户需求进行操作。

2.4调度与控制功能

在实际应用当中，嵌入式系统更多是发挥调度和控制作用，表现出的实时性主要体现在两个层面上，即硬件和软件，二者最大的不同是软件实时性中，无论多先进的计算机软件，在处理信息过程中都会产生一定的延迟，所以命令处理时间具有一定的弹性：但是硬件实时处理时间就没有弹性，这是因为硬件设备在出厂时功能就是固定的。在具体设计当中需要重点考虑软硬件的实时性特点，特别是利用软件的时间弹性，从而提高计算机的运行效率。如果是计算机处理任务非常繁重，通常要选择最优的调度方案，提高整个嵌入式系统的处理效率。

2.5具体应用流程

第一，系统初始化。也就是系统初始化、执行用户传递命令阶段。主要包含的内容有加载程序代码、初始化CPU、微内核、系统硬件、用户人口程序、内存管理等。

第二，驱动程序。主要包括地层接口，嵌入式操作系统中还包括开关、读取、控制、写入、驱动程序等。为了能够提高嵌入式系统的运行效率，微内核通常需要进行封装处理。

第三，运行标准。计算机判定实验值要在80μs左右，任务上下切换时间数值为120μs，bin文件数值为26kB，系统软件数值为50k双字。在计算机中所应用的嵌入式系统可以大大提高计算机的运行效率，也能够满足各项操作指标要求。（上述所提到数据是理论数据，不代表最终的测量结果）

结束语

综上所述，在计算机终端系统中应用嵌入式系统能够有效提高运行效率，所以要对嵌入式系统进行优化设计，通过微处理器提高数据信息的处理性能、减少时间弹性。根据日常使用结果表明，嵌入式系统可以大大提高计算机运行效能，同时也能够降低软件开发复杂度。

参考文献：

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