计算机软件设计中嵌入式实时软件的应用

李润昊

关键词 计算机软件 嵌入式 实时软件

嵌入式实时软件是指在某些条件限制下优化开发服务过程，借助计算机资源、软件异步和多程序等特性，通过发挥其优化作用，从而达到优化计算机软件性能的目的。分析嵌入式实时软件的突出优势以及其性能提升方案，不断优化软件结构和运行速度等，对于进一步提升嵌入式实时软件在实际应用中的表现而言有着重要作用。在设计嵌入式实时软件时，需要关注缓存、命令执行等，通过优化、升级结构实现集成式操作控制，最大化发挥嵌入式实时软件的综合价值。

1应用原理

嵌入式实时软件即指集成多种相互联系的硬件并同时运作的运行平台，目前在各大领域有着极为广泛的应用[1] 。例如，在日常生活中使用的电视、电话、数码相机等，其中均含有嵌入式实时软件结构。计算机软硬件是嵌入式实时软件控制的重要组成部分，其重要作用在于确保在软件设计过程中可以应用嵌入式软件展开实际操作，保证开发出的软件产品具备丰富的功能，以及可以在规定时间之内保质保量地完成软件功能设计，确保计算机系统不会因软件开发而受损。嵌入式实时软件系统在设计过程中通过采用专业技术模型，提高软硬件系统的集成度，从而进一步提高计算机系统与嵌入式实时软件的结合程度，实现对二者功能的高度融合，提高计算机系统的处理能力，实现远程计算机软件设计，同时还能够为采用计算机技术设计软件提供必要的服务支持。

2特征及优点

2.1实用性强

简单来说，嵌入式实时软件就是对应用于嵌入式系统中的软件的统称。同时，也只有将嵌入式实时软件应用于嵌入式系统，才能充分发挥其价值。在设计嵌入式实时软件的过程中，需要充分结合市场变化和客户特点，最大化地满足其个性化和共性化需求。

2.2灵活度高

嵌入式实时软件的应用形式为直接嵌入硬件内部，因此为了确保提高軟硬件的结合度，在设计过程中必须保证其体积控制在一定范围之内，只有这样才能大量节省设计资源。基于此，所设计出的软件才符合设计需求的同时完成不同硬件的结合，也不会影响硬件的性能。

2.3能耗低、启动速度快

嵌入式实时软件的主要载体为硬件设施，对于系统性能的要求并不高，相对而言空间与资源占用更小，有着更快的启动速度，使用更为灵活、方便，能够充分满足用户对于提升软件运行速度的需求。

2.4系统稳定性高

由于非嵌入式实时软件一般安装在系统硬盘之上，在运行过程中一旦出现故障，则很可能影响整个系统的正常运作。而采用嵌入式实时软件则可以有效避免这一问题，能够保证系统在更为安全的环境中运行。

3意义

作为信息技术发展的产物，计算机已经被广泛应用在日常生活的各个方面，尤其是随着集成电路、微处理器的高速发展，各种高性能的计算机层出不穷。而嵌入式系统以其体积小、功耗低等特点在工业领域得到了广泛应用。要提高嵌入式实时软件的完整性，就要设计出稳定可靠的电路系统和合理的软件结构。

软件设计的核心在于确保硬件电路正常运行、数据收集与处理不受影响，这也是其价值所在。嵌入式实时软件适合安装于系统运行环境较为严苛、有着较高功耗与丰富功能的专用型计算机中，应用嵌入式实时软件的关键则在于研究信息化的计算机技术，需要在确保实时性、可裁剪性的特质下实现对内部信号的处理和对用户需求的响应。例如，电视、计算机、智能手机等设备的应用系统实际上都是基于嵌入式实时软件而设计的。嵌入式实时软件所具有的重要价值表现在维持系统平稳运行，确保外接设备、MCU 等能够正常工作。

动态分配、缓存等也是嵌入式实时软件的重要功能。在嵌入式系统设计流程中，关键在于对微处理器的应用，处理器的型号不同，其性能、功能、兼容的操作系统等也有着很大的差异，因此在设计过程中就需要结合用户需求确定芯片型号。在设计过程中，还需要加入监控模块，用于时刻监控系统运行是否稳定，识别出影响系统正常运行的因子，如采用看门狗完成对系统的复位等。在软件设计过程中，还要关注对安全隐患的识别和分析，确保软件设计能够有效规避各类运行风险。

4应用方法

将嵌入式实时软件应用于软件系统时，设计者必须按照软件设计程序完成各个流程的操作，应当尽可能控制各类人工差错。例如，在设计软件结构时，设计者需要重视对软硬件系统的区分，尽可能避免软件过分依赖硬件的问题，从而提高系统的实时性与稳定性。另外，计算机软件中嵌入式实时软件的应用，对于完成数据初始化、结构格式化而言也有重要作用，在设计过程中，通过设计人员的努力从而丰富软件结构与功能。嵌入式实时软件在软件系统中的应用也能够为系统设计提供便利。

4.1划分任务

在任务划分阶段，首要流程为数据分析和数据分类，划分为有应用价值和无应用价值两种类型，并结合转换与执行的具体需求，充分发挥转换与分类的作用。一般而言，可从五个角度切入，即应用程序方面、用户接口方面、循环周期方面、异步方面、同步方面，通过强化配合与协调实现资源整合，发挥出软件系统应有的价值，尤其要突出程序轮询、中断系统的应用价值，实现对I/ O 事件的统计和验证，从而逐步靠近长期目标。在这种处理模式下，当计算机系统处于运行状态时，部分程序将占用CPU 资源。而通过发挥出应用程序的轮询和终端模块的作用时，则能够统计和验证数据，并完成数据采集，进而保证系统数据的准确性，进一步提高系统的时效性、稳定性[2] 。

4.2提高组织任务、存储映像布局的合理性

在任务划分和设计阶段完成之后，其功能性将得以充分展现。在实际操作过程中，既需要关注数据的转换，也需要确保软件的逻辑性，为避免受到负面因素的影响，应当同时在FLASH 和ROM 上进行储存。在数据信息调取的过程中，为了确保软件能够充分发挥出信息调取和储存的作用，按照设计标准开发出其应有的功能，就需要对软件系统进一步优化，最大化地为嵌入式实时软件的应用创造有利条件。

4.3应用流程及应用重点

在软件设计过程中，必须关注每一流程的设计重点。原因在于当软件设计中出现任何一个微小的误差，均可能带来巨大的经济损失，或是因计算机软件系统无法正常运行而影响设计单位的口碑[3] 。所以，在软件设计过程中，必须确保每一位软件设计者都具有充足的理论知识和丰富的实践经验，快速找到嵌入式实时软件的设计重点，确保最大程度达到嵌入式实时软件的应用成效，有效避免计算机软件设计出现程序错乱和误差。在嵌入式实时软件系统的设计过程中，必须确保计算机软硬件始终处于高度结合的状态。原因在于若设计过程中软硬件系统各自独立，则必然会影响软件设计流程，而保证软硬件始终处于结合状态的目的正在于提高计算机软件系统的稳定性。与此同时，嵌入式实时软件在运行过程中可能会出现数据丢失的问题，为此必须提前做好数据备份，确保满足客户的数据恢复需求。

4.4实时应用与调度任务

在应用嵌入式实时软件过程中可以从两个方面对其应用情况进行分析和理解，即硬实时性和软实时性[4] 。在实际操作过程中，软件可以直接体现出应用的实时性，能够在不同阶段表现出不同程度的滞后性，要求操作者提高关注度，坚持优选原则，在计算机任务调度过程中选择优先级更高的调度方式。考虑到软件系统在使用过程中可以通过多种渠道完成优化和升级，要求在具体优化过程中结合任务的实际要求和任务目标来调整等级，并适当加入新的等级，实现对任务的分解，尽可能提高对关键任务的响应速度，全面提升系统响应速度，从而提升工作效率。

4.5任务和时钟间通信

嵌入式实时软件具有多种功能，通常包括软实时和硬实时。两种功能的区别在于任务完成时间上，即软实时允许将任务滞后完成，硬实时则相反。如果某一优先级的任务较多，微内核依据任务的紧急情况，自行增强优先程度，按照优先级对任务进行划分和排序，此举的目的在于减少系统完成重要任务所需时间。在嵌入式实时软件的设计过程中，应当加入系统时钟模块，对模块进行控制。嵌入式实时软件中包括信号传递、排序等程序，能够实现对系统任务与软件资源的协调同步，同时具有信息传递功能[5] 。

4.6分布式嵌入系统评价体系

分布式嵌入系统是指通过分解对计算能力要求较高的分析任务，将其划分为不同的小目标，同时通过传递信息的方式将其发配至网络计算机中进行处理，接着将所得到的处理结果进行汇总并再次处理，如此得出的便是最终处理结构。主要通过资源分配与调度算法展开针对嵌入式系统的评价。其中，资源分配即指数据储存器、处理器、网络等自我填补设备;调度算法即指通过判断任务的优先级，从而确保等级更高的任务能够得到优先处理。分布式嵌入系统的可靠性即指通过提高系统整体运行的安全程度和完整程度，从而提高分布式嵌入系统的可靠程度。

在衡量系统可靠性时，可以从设计、验证、分析和评估等角度切入。分布式嵌入系统器件的可靠性主要体现在规定的时间段和运行环境下，分布式嵌入系统服务表现的持续性，通过分析系统的这一指标，能够对其他硬件指标的服务能力做出判断。为了充分且准确地展示出嵌入式计算机系统的综合性能，在确定系统性能评价指标时，应当遵循的原则包括：一是代表原则，即指标能够展现出系统在某一方面所具有的特質;二是可信原则，即能够提供准确、足量的信息数据;三是使用原则，即能够满足使用需求;四是独立原则，即应当选择与性能关联度更小的指标。

5发展趋势

嵌入式实时软件的作用表现在能够实现远程操控、应用程序设计，从而满足远程、实时控制的需求。为了满足广大用户对嵌入式实时软件的使用需求，在软件设计过程中，还需要进一步完善信号量和信号队列机制等，应当确保系统任务与资源分配能够同步进行。在软件信息处理能力不断提升的背景下，进一步提高操作效率、软件性能，有助于全面扩大和提升嵌入式实时软件的应用范围和应用水平。

嵌入式实时软件中既包括软件模块，也包括硬件模块，通过提高软硬件的集成度，则同样有助于提高其应用水平。尽管信息时代的到来给嵌入式实时软件带来了很好的发展契机，但“打铁还需自身硬”，在嵌入式技术层面需要不断突破。首先，嵌入式实时软件和硬件设施是无法剥离的整体，硬件设施是发挥嵌入式实时软件优势的载体，只有摆脱硬件设施的束缚和限制，嵌入式实时软件才能够获得长远发展。其次，嵌入式实时软件系统作为嵌入式实时软件运行的基础保障设施，也应当不断进行优化升级，以满足用户需求。再次，要努力跳出镜像内存的框架，或是找到更好的定制途径，完善嵌入式实时软件的功能，满足多样化和个性化需求，从而开辟更大的市场。最后，嵌入式实时软件的开发需要资源和人才的支撑，作为数字时代发展的客观要求，我们应当高度重视专业人才的培养，加大软件开发的投入力度，为嵌入式实时软件的优化升级提供坚实的资源和人才保障。