對計算機嵌入式實時操作系統的研究及分析

王騰飛

摘? 要：隨著信息技術的發展與進步，人類社會已經進入了數字化時代，人們的生產生活方式也極大的發生了改變。嵌入式實時操作系統是信息技術的一種，其廣泛應用于我們的生產生活中，并且隨著現代信息技術的發展，嵌入式實時操作系統也不斷改進與發展。文章對嵌入式實時操作系統進行介紹，從其結構與特點方面進行論述，并對其在現階段的主要應用場景進行介紹，最后對嵌入式實時操作系統未來的發展趨勢進行判斷和論述，以促進嵌入式實時操作系統未來的應用和發展。

關鍵詞：嵌入式實時操作系統;現狀;發展趨勢

中圖分類號：TP316.2 文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2020）36-0066-02

Abstract： With the development and progress of information technology， human society has entered the digital age， and people's work and life styles have also changed greatly. Embedded real-time operating system is a kind of information technology， which is widely used in our production and life. With the development of modern information technology， embedded real-time operating system is also constantly improved and developed. This paper introduces the embedded real-time operating system， discusses its structure and characteristics， introduces its main application scenarios at this stage， and finally judges and discusses the future development trend of embedded real-time operating system， so as to promote the future application and development of embedded real-time operating system.

Keywords： embedded real-time operating system; status quo; development trend

引言

信息產業隨著經濟的增長而發展，已經成為了先進領域，對計算機嵌入式實時操作系統的研究及分析已經成為了一項重要研究。嵌入式實時操作系統最早出現于上世紀70年代，經過多年的發展，其技術已經越來越完善，系統也越來越穩定，并且應用也越來越廣泛。近年來隨著物聯網技術、5G信息技術以及人工智能技術的應用，嵌入式實時操作系統以其獨特的優勢融入其中，在各個層面獲得了極大的發展。其不僅可以有效降低成本，而且結構簡單，使用方便，非常適合各種應用場景。嵌入式實時操作系統最大的特點是專業性強，即每一個芯片都是一個獨立的系統，系統相互之間可以存在聯系，但是獨立性更強。

1 嵌入式實時操作系統概述和特點

1.1 嵌入式實時操作系統的概述

嵌入式實時操作系統與通用計算機系統是現代計算機的兩大種類，相比于通用計算機系統，嵌入式實時操作系統更為小巧和簡單。其主要是在一個ROM中寫入一個控制程序作為一個嵌入式的處理其控制板。該控制板可以放入各種設備中，實現對設備的控制和監視，比如工廠的自動化機械生產設備、智能家用電器等設備中。嵌入式實時操作系統在我們的生產生活中應用廣泛，是很多智能家電與自動化機械設備的核心控制部件，因為他相對獨立，因此可以單獨進行批量生產，然后與其他部件進行組裝即可應用。嵌入式實時操作系統是以應用為中心，以現代計算機技術為基礎，能夠根據用戶需求，比如：功能、可靠性、成本、體積、功耗以及環境等不同的要求，靈活裁剪的軟硬件模塊專用計算機系統。硬實時系統對時間及質量的要求嚴格，而軟實時系統更注重完成任務的效率，以高效率為標準，同時要求時間能有一定的靈活性。嵌入式實時操作系統是嵌入式操作系統的重要部分，類似于公關部門，能及時關注外部情況并且給予相應的回應。

1.2 嵌入式實時操作系統的特點

由于不同的應用與設備的功能不同，其對于嵌入式實時操作系統的要求也不同，因此嵌入式實時操作系統需要獨立進行設計，相比于通用計算機系統，并不受到國外的限制，因此在我國發展較為具有優勢。總體來說，嵌入式實時操作系統主要有以下的特點：

（1）專業性：嵌入式實時操作系統是需要根據用戶需求與硬件功能獨立進行軟件設計的，因此其具有專業性強的特點，不同的系統與設備不存在通用性，非常具有獨立性和專業性。

（2）可裁剪性：嵌入式實時操作系統需要適應各種硬件設備的使用需求，在有限的芯片面積上實現更多可能性，因此要具有可裁減性，以便根據用戶的需求對其功能進行縮減或增加，適應更多的需求。

（3）可靠性：嵌入式實時操作系統應用廣泛，很多設備應用在無人值守的場合，因此需要較高的可靠性，以保證其可以持續穩定的提供服務，避免出現故障與問題，造成較為嚴重的損失，以保證設備的質量和更廣泛的應用。

（4）能耗低：嵌入式實時操作系統廣泛應用在小型可移動設備中，為了保證設備的應用時間和使用效率，因此嵌入式實時操作系統應盡量降低能耗，提高設備的續航能力。

（5）存儲量小：嵌入式實時操作系統在小型電子設備中應用廣泛，無法配備質量較大的大容量存儲器，主要使用閃存等小容量存儲器，因此其存儲量較小。

（6）實時靈活：隨著物聯網的應用，智能家具等廣泛采用了嵌入式實時操作系統，這要求嵌入式實時操作系統可以及時對指令做出反饋，并且準確執行控制指令。

（7）開發不便：嵌入式實時操作系統無法自我完善和升級，需要使用通用計算機輔助完成，且需要專門的開發工具和環境。

1.3 嵌入式實時系統的性能指標

嵌入式實時系統的穩定性、安全性、實時性、可靠性、成熟度等均為其性能評價指標。實時系統的穩定性，顧名思義，就是看系統在運行時間長時是否會出現異常，能否維持穩定。安全性說的是這個系統能否保障自身安全，在外部侵擾時做出及時防御。嵌入式實時系統的重要特點就是它的實時性，體現的是系統對外部事件回應的及時性，為了確定其能力是否到位，有多方面的因素可以提供。確定一個系統是否可靠，就是看其在遇到一些不確定因素時還能否保持正常運行，若其運行能力強，則具有可靠性。

1.4 嵌入式實時操作系統的結構

模塊結構，是最簡單的結構化設計，可分成幾大管理板塊：設備管理板塊、存儲器管理板塊、文件管理板塊、處理器管理板塊。文件管理模塊建立在存儲器設備上，嵌入式實時操作系統可以用軟件的形式表明且能徑直看出計算機的硬件組合。

層次結構，是由模塊的集合組成的，整個系統模塊分類的基礎上有層次結構。

嵌入式實時系統不僅可以分為如此兩個結構，還可以根據模塊之間的調用方式進行分類，單內核、微核即為兩種不同的調用方式。

2 嵌入式實時操作系統應用現狀

隨著信息技術與人工智能技術的發展，物聯網的完善以及應用，嵌入式實時操作系統也又一次迎來了較大的發展機遇。目前嵌入式實時操作系統主要應用于以下方面：

2.1 嵌入式實時操作系統在交通管理和汽車中的應用

隨著我國經濟持續的高速增長，近年來我國的汽車保有量逐年上升，城市交通擁堵問題越來越嚴重，對城市生活的影響也越來越大。將嵌入式實時操作系統應用在汽車與交通管理之中，與物聯網技術進行有效的融合，可以實現真正的智慧交通。對城市交通流量進行實時分析，及時將信息傳遞給車主，合理規劃行程，緩解城市交通的緊張情況。不僅可以有效的降低人工的勞動成本，而且信息的傳遞與管理也更為高效。此外，嵌入式實時操作系統應用在汽車之中，可以實現對車輛的綜合管理，尤其是對車輛電源的管理更為科學合理，不僅可以節約汽車的能耗，而且可以延長電池的使用壽命。

2.2 嵌入式實時操作系統在工業控制方面的應用

工業化發展是人類最偉大的進步之一，其極大的提高了人類的生產力，隨著第三次工業革命進入尾聲，第四次工業革命呼之欲來，人們對第四次工業革命充滿了憧憬。而中國智造是我國對于第四次工業革命的目標與努力方向。在中國智造的實現過程中，嵌入式實時操作系統必不可少，目前已經出現了多種智能工業機器人的應用，其有賴于嵌入式實時操作系統的高效應用。在工業控制中，嵌入式實時操作系統有其獨特的優勢，與人工智能相結合也是未來中國智造實現的重要基礎之一。

3 嵌入式實時操作系統發展趨勢

（1）系統化：隨著嵌入式實時操作系統的應用越來越廣

泛，其功能類型與需求種類也越來越多樣化，其結構形式與開發也越來越復雜，隨著實際需求的提高，對嵌入式的開發也提出了更高的要求，但是嵌入式實時操作系統不能自我完善和改進。因此嵌入式實時操作系統的開發工具將向著系統化的方向不斷發展，以更適應嵌入式實時操作系統的開發需求。比如WindowCE配備的開發工具為EmbeddedVC++，我國中科院開發的Hopen嵌入式操作系統等。

（2）生活化：如今，應用嵌入式實時操作系統的設備、家電與工具已經進入了千家萬戶的生活之中，為了提高其可操作性與實用性，對嵌入式實時操作系統的操作越來越傻瓜化、生活化。比如語音輸入、手寫輸入等操作方式的應用。隨著社會的進一步發展，嵌入式實時操作系統的設計將會越來越靠近生活，為人們的生活提供極大的便利。

（3）網絡化：當今社會是網絡社會，尤其是隨著5G通訊技術的成熟以及物聯網的逐步實施，萬物互聯已經開始逐漸實現，嵌入式實時操作系統作為我們生活中常用的設備與工具，與網絡化進行結合成為勢在必行的發展趨勢。現階段，新型的嵌入式實時操作系統已經開始支持網絡連接，網絡化是未來的發展趨勢之一。

（4）精簡化：隨著信息技術與制造技術的進步與發展，嵌入式實時操作系統將以越來越精簡的結構在更小的芯片體積上實現越來越多功能的集合，降低生產成本的同時提高其功能性。

4 結束語

隨著信息技術的深化發展，科學技術水平的不斷提高，人工智能技術、物聯網技術、設計技術與原型技術以及5G通信技術的成熟和應用，計算機技術的應用范圍越來越廣泛，嵌入式技術也將獲得更為廣闊的發展和應用前景，擁有極高的市場地位成為可能。嵌入式實時操作系統的結構簡單，功能豐富，在人類的生產生活中發揮了極大的作用，有利于促進社會的發展進步，未來也必創造更大的價值，做出更大的貢獻。當然，不僅要展望其前景，還要不斷加深對它的研究，充分發揮它的優勢，確保其先進性。

參考文獻：

[1]傅籬.嵌入式實時操作系統在我國的應用現狀與發展趨勢[J].管理觀察，2013（31）：164-166.

[2]譚振贇.嵌入式實時操作系統應用現狀及發展趨勢概述[J].數字技術與應用，2015（6）：16-16.

[3]馮介一，宋文.嵌入式數控技術研發[J].新科技新工藝，2010（3）：41-42.