嵌入式實時操作係統保證了飛機、火車、汽車以及工廠設備的實時運行。一個嵌入式RTOS的核心就是確定性,它絕對保證了當接受到時鍾間隔或一個中斷信號時,係統可以正確的做出響應。 但是如今隻有這些還不夠,還要有安全性,保密性以及通訊範圍等其他要求。鑒於工業控製供應商喬治亞州Norcross 的西門子能源和自動化公司(SEA)的經驗,公司希望在其客戶的工廠內配置一台電腦。SEA負責工程軟件產品的產品市場部經理Eric Kaczor說,工程師們很快發現一台標準的辦公室用電腦並不能起作用。為了避免電腦有被撞壞以及被凍住的危險,他們決定使用RTOS。 然而,他們在選擇RTOS 時,很重要的一點就是看它是否還保留了辦公室電腦軟件的功能。“當我們選擇實時操作係統的時候,我們希望可以很方便地應用我們的辦公室軟件。”Kaczor說。 比PLC 具有更多的功能 如今RTOS必bi須xu可ke以yi與yu多duo種zhong型xing號hao相xiang連lian,並bing且qie滿man足zu安an全quan性xing和he保bao密mi性xing的de要yao求qiu,實shi際ji上shang,它ta現xian在zai就jiu像xiang是shi一yi台tai辦ban公gong室shi裏li的de個ge人ren電dian腦nao。作zuo為wei對dui這zhe些xie需xu求qiu的de反fan應ying,RTOS銷售商提供了更多的功能,這些要求對於內存和其他的一些約束性配件施加了很大的壓力。幸運的是,RTOS可以進行“瘦身”,這樣就能保證其他功能的配件有足夠的地方。看一下現今的RTOS可以知道它在哪些地方進行了改變以迎合工業,自動化及控製領域內的應用需求。 SEA 使用Ardence(一個在馬薩諸塞州Waltham的Citrix公司)公司RTX RTOS係統來一起製造其Simatic Microbox 420工業用電腦部件。RTOS 功能的拓展已經超越了偶爾觀察RTOS 人的想象。“他們看著這個東西,然後他們認為它是一個PLC...,他們沒有意識到它的實際功能遠比PLC 強大。”Kaczor 說。 另外一個額外的功能就是可連接性。PaulChen 是在加利福尼亞州Alameda 的RTOS 銷售商Wind River Systems 公司的VxWorks 生(sheng)產(chan)線(xian)經(jing)理(li),他(ta)注(zhu)意(yi)到(dao),對(dui)於(yu)最(zui)新(xin)型(xing)的(de)嵌(qian)入(ru)式(shi)實(shi)時(shi)操(cao)作(zuo)係(xi)統(tong)來(lai)說(shuo),與(yu)外(wai)部(bu)世(shi)界(jie)相(xiang)連(lian)是(shi)一(yi)個(ge)非(fei)常(chang)重(zhong)要(yao)的(de)功(gong)能(neng)需(xu)求(qiu)。這(zhe)包(bao)括(kuo)一(yi)些(xie)用(yong)戶(hu)需(xu)要(yao)的(de)技(ji)術(shu)如(ru)USB,工業以太網和無線通訊。最終用戶也希望有關的標準能對其安全性作出規定,這些標準諸如下一代因特網(IPv6),關於無線通訊的802.x 體係,關於移動通訊應用的MIPv4 和MIPv6 以及IPsec 協議和HTTPS 協議。 顧客引導著RTOS供應商。“如果實時操作係統軟件不能提供這些功能的話,我們的顧客可能自己編程來實現這些功能。”Chen 說。
 高性能的閃存芯片的發展使得工業係統能夠放棄短壽命的硬盤並且用OPT來替代固態存儲器。 而危險在於,如果最終用戶或原始設備製造商(OEM)自己附加軟件有可能產生危險,如可能會對係統內的行程安排軟件產生影響,而這個軟件是整個RTOS最重要的一部分用來確保整個係統的確定性。由於知道編碼,RTOS 的供應商可以為他們的產品增加性能,而同時保留實時性。 這也同樣適用於安全與保密方麵的功能。這項性能在機載係統,工業應用以及醫用軟件中有需求,這些都寫在下麵的規定中(這些規定都是三個字母的縮寫):FAA DO-178B,IEC 61508, and FDA 510(k)。 增加的可連接性的功能使得嵌入式RTOSdegongnenggengnanshixian,tebieshitadeanquanxingneng。youzhongbanbendeanquanxingnengyuanbenshiyongyujunshifangmiande,yiqianzhegebanbenduiyubutongdexitonghuiyoubutongdeanquanxingnengdengji。errujinrenmenxuyaoshitujiangsuoyoudengjideanquanxingnengdoufangruyigeyingjianzhong,zhejiuyiweizheyingjianhuoruanjiandejichengxinxijianghuibianchengzuigaojimi。 anquanxingnengdelingwaiyigebanben,suiranyurenheyitaidebangongshidiannaodouhenxiangsi,ranerchengxukeyicuowudejinruqitadecunchukongjian,ranhouwaibudeliliangjiukeyigongjita。 Chen 注意到了硬件的發展,在最先進的嵌入式RTOS內(nei)的(de)第(di)三(san)大(da)驅(qu)動(dong)器(qi)可(ke)以(yi)幫(bang)助(zhu)其(qi)避(bi)免(mian)類(lei)似(si)問(wen)題(ti)。就(jiu)拿(na)一(yi)件(jian)事(shi)來(lai)說(shuo),半(ban)導(dao)體(ti)製(zhi)造(zao)商(shang)正(zheng)在(zai)往(wang)他(ta)們(men)的(de)芯(xin)片(pian)內(nei)加(jia)入(ru)過(guo)程(cheng)元(yuan)素(su)以(yi)便(bian)專(zhuan)用(yong)功(gong)能(neng)可(ke)以(yi)通(tong)過(guo)軟(ruan)件(jian)來(lai)卸(xie)載(zai)。 其它的功能包括對安全性能的編碼和網絡病毒偵測的模式匹配。“專用的硬件通常比軟件運行的要快,因此RTOS軟件需要能夠支持協調不同的硬件引擎。”Chen 這樣說道。 他ta補bu充chong到dao,多duo核he處chu理li器qi現xian在zai對dui於yu嵌qian入ru式shi係xi統tong來lai說shuo也ye變bian得de可ke能neng了le。由you於yu將jiang一yi個ge處chu理li器qi變bian成cheng多duo個ge相xiang同tong的de單dan元yuan或huo內nei核he,微wei處chu理li器qi製zhi造zao商shang可ke以yi將jiang升sheng級ji周zhou期qi大da大da加jia快kuai,因yin此ci就jiu能neng以yi低di功gong耗hao完wan成cheng高gao性xing能neng。因yin而er,如ru果guo軟ruan件jian支zhi持chi多duo核he處chu理li器qi的de話hua,嵌qian入ru式shiRTOS 可以從這些硬件中受益。 Robert Day(Lynuxworks公司在加州San Jose的市場部副經理),zhuyidaoxianjindeweichuliqineihegongyingshangfeichangzhuzhongneicunbufen,tamenshiyongzhuanjiegoudehuafenfangshiyibaozhengmeiyigebufendoushixianghugelide。zheyigainianyetongyangkeyiyanshendaoshiyongxiaoxingRTOS 來作為一個超級監控器以允許一個RTOS 及其應用軟件在同一個儲存區間內運行而同時非實時應用軟件在其他區間運行。 作為RTOS 供應商的,Dan Mender(加州Santa Barbara 的Green Hills 軟件公司RTOS商務開發的主管)注意到如果使用相互隔離的內核的話,對於他們來說要支付額外的錢。他說:“同樣的原理(互相隔離並且使得外來的攻擊隻能影響到係統的一部分)也可以用來編寫係統,以防該係統出現由於不經意的編程錯誤導致的安全性問題。” 必需品 除了需要支持並利用這些硬件的更新,一個RTOS 必須能夠滿足可連接性,保密性及安全性能的需求。然而,Day 很(hen)快(kuai)指(zhi)出(chu)軟(ruan)件(jian)的(de)一(yi)些(xie)其(qi)他(ta)功(gong)能(neng)也(ye)絕(jue)對(dui)是(shi)必(bi)須(xu)的(de)。特(te)別(bie)是(shi)必(bi)須(xu)有(you)幾(ji)種(zhong)形(xing)式(shi)的(de)通(tong)訊(xun)方(fang)式(shi),以(yi)便(bian)在(zai)多(duo)任(ren)務(wu)情(qing)況(kuang)下(xia)可(ke)以(yi)立(li)即(ji)運(yun)行(xing)一(yi)個(ge)應(ying)用(yong)軟(ruan)件(jian),並(bing)且(qie)不(bu)影(ying)響(xiang)到(dao)其(qi)他(ta)程(cheng)序(xu)。 “大多數有多任務需要的應用軟件都有幾種任務間通信的方法,如隊列法,信號量及Mutexs,後者對於應用軟件來說尤為重要,因為它可以阻止優先權倒置(即允許低優先權的任務阻礙係統重要功能的運行)”Day 說道。 對於在工業自動化方麵的應用,Day 補充道,RTOS 應(ying)該(gai)允(yun)許(xu)單(dan)調(tiao)速(su)率(lv)調(tiao)度(du)及(ji)時(shi)間(jian)和(he)空(kong)間(jian)的(de)分(fen)區(qu)。前(qian)者(zhe)提(ti)供(gong)了(le)一(yi)個(ge)報(bao)時(shi)鍾(zhong)以(yi)便(bian)平(ping)均(jun)分(fen)配(pei)在(zai)每(mei)個(ge)窗(chuang)口(kou)上(shang)的(de)用(yong)時(shi),而(er)後(hou)者(zhe)是(shi)保(bao)證(zheng)重(zhong)要(yao)任(ren)務(wu)可(ke)以(yi)得(de)到(dao)一(yi)個(ge)時(shi)間(jian)常(chang)數(shu)窗(chuang)口(kou)。 對於自動化應用方麵及設備,有一些通訊協議及特殊要求。由於其它的標準,如IPv4 和IPv6 可能就已經足夠了,所以這些協議及特殊要求有可能並不需要。然而,如果用上這些協議的話會很有幫助。這些協議包括:控製器區域網絡(CAN),OPC,分布式通用對象模型(DCOM),無線通訊的工業無線局域網,Profinet或其他的工業以太網協議及基於XML和SOAP協議(該協議組成了Web services 堆棧的基本層,為其提供一個基本的通訊框架以便可以創建更多的抽象層)的Web services。另外其他一些新的技術及標準,如無線通訊領域的ZigBee,已經成為了RTOS的一部分。 Mark Hamilton(加州Santa Clara的中間件供應商Real-Time Innovations 公司(RTI)的現場應用工程師),geiqingbaojijunshigongsisheji,kaifajipeizhishishixitongdeyouzhexiangdangfengfudejingyan。yigeguangfandekeyongxieyifanweijiqitadeyixiegongnengshihenhaodeyoushiyeshibixude,danshitatixingdaoduiyujiazaiyigeRTOS 上的這些協議及功能的數量必須有個限製。 由於多功能已經成為係統的一部分,因此現在需要注意的一點是哪個調度程序不可以簡單地運行軟件線程。在這種情況下,RTOS 的決定能力就會受到影響。那麼係統的功能及操作與一台台式機就沒有什麼兩樣了。 不出意料,他指出中間件可以通過應用軟件間的通訊管理來避免這樣的問題。RTOS的de這zhe一yi功gong能neng可ke以yi使shi其qi通tong過guo其qi可ke連lian接jie性xing而er不bu用yong通tong過guo提ti高gao調tiao度du程cheng序xu的de要yao求qiu來lai卸xie載zai掉diao一yi些xie負fu載zai。中zhong間jian件jian甚shen至zhi可ke以yi對dui一yi些xie常chang見jian的de問wen題ti提ti供gong現xian成cheng的de解jie決jue方fang法fa。 “中間件可以使得你係統中CPU 之間的數據移動變得可能,並且你不必擔心會需要寫很多的網絡代碼”Hamilton 說道。 這樣的卸載及分區功能除了調度程序的限製要求外還有個必須的理由。一個嵌入式RTOS tongchangshishiyongzaineicunjichucunqidoushishoudaoxianzhideqingkuangxiade。tongshi,youyushebeidouzengjialexindegongneng,bingqieyingyongdequshishigongnengdegengduoyanghua。zheyangdejieguoshiRTOS 的存儲器的占用量在支持日益增長的設備功能的同時必須還維持在很小的占用量。 RTOS供應商必須使用多種方法來滿足這兩個矛盾的要求。一個方法就是將最後的決定權放在開發者和最終用戶手上。RTOS dezuizhongpeizhishizaidajiandeshihouzengjiayixiehuochuquyixiemokuailaijuedingde,zheyangjiuyunxuduigongnengyuzhanyongliangzhijiandepinghengjinxingxizhidekongzhi。zhezhongfangfajiukeyijiangqianzaidejieshengbianweixianshi。 比(bi)如(ru),在(zai)開(kai)發(fa)及(ji)測(ce)試(shi)階(jie)段(duan),用(yong)戶(hu)可(ke)能(neng)會(hui)選(xuan)擇(ze)需(xu)要(yao)編(bian)程(cheng)來(lai)顯(xian)示(shi)診(zhen)斷(duan)信(xin)息(xi)。當(dang)開(kai)發(fa)完(wan)成(cheng),這(zhe)些(xie)診(zhen)斷(duan)信(xin)息(xi)可(ke)以(yi)刪(shan)除(chu),這(zhe)個(ge)有(you)時(shi)候(hou)可(ke)能(neng)節(jie)省(sheng)了(le)占(zhan)用(yong)量(liang)的(de)百(bai)分(fen)比(bi)的(de)兩(liang)位(wei)數(shu)。 一個必然的結論是模塊自身必須很小。這樣就能保證最終的搭建及RTOS本ben身shen可ke以yi集ji成cheng。然ran而er,通tong過guo仔zai細xi選xuan擇ze適shi合he的de編bian程cheng語yu言yan及ji編bian譯yi器qi也ye是shi為wei應ying用yong軟ruan件jian減jian肥fei的de一yi種zhong方fang法fa。這zhe有you可ke能neng使shi得de應ying用yong軟ruan件jian的de體ti積ji大da幅fu度du的de減jian小xiao。如ru美mei國guo國guo家jia儀yi器qi公gong司si的deLabView 的軟件,對於開發,集成及再使用都有現成的代碼可選,然後將RTOS 的設計麵向翻譯:高海洋不同的目標。 由於RTOS 及應用軟件占用空間的指示之間的相互作用,無論什麼方法去讓其適應這些限製到最後都將是在RTOS,應用軟件,軟件工具及硬件的功能之間整合。Wilsonville 的電子自動化設計供應商,Mentor Graphics集團公司,的Nucleus Kernals 生產線的產品市場部經理,Todd Brian,注意到沒有一個RTOS的供應商是絕對獨立的。所有的的工作都在一個生態係統下進行,這個係統對於嵌入式RTOS 能否得到最佳的運行性能來說是至關重要的。“一個供應商需要合作夥伴一起集成在供應商的操作係統內。這樣的話,他們就不會被集成過程給束縛了。”Brian 說道。 這樣的整合對於RTOS供應商及最終用戶來說是有利的,同樣也期待一個嵌入式RTOS和它的供應商之間也有這樣的整合。“設she備bei設she計ji的de複fu雜za性xing的de增zeng長chang是shi如ru此ci之zhi快kuai,以yi至zhi於yu軟ruan件jian的de開kai發fa遠yuan遠yuan跟gen不bu上shang其qi步bu伐fa。這zhe樣yang軟ruan件jian必bi須xu與yu其qi集ji成cheng在zai一yi起qi這zhe樣yang客ke戶hu可ke以yi不bu用yong由you於yu軟ruan件jian的de原yuan因yin而er受shou到dao束shu縛fu”Brian 說道。 微軟在嵌入式係統中的應用 對於普通版本的微軟Windows操作係統來說不太可能滿足製造業自動化及過程控製中固有的優先權的要求。微軟已經發現了這一問題並且已經開發出了新的Windows版本來為了滿足嵌入式係統應用中對於不同層麵的尺寸,可測量性及功能性的各種要求。這些包括微軟Windows 嵌入式CE,嵌入式Windows XP 及Window Embedded for Point of Service。 |