阅读以下关于嵌入式系统技术的说明,根据要求回答问题1至问题3。
[说明]
某水电站根据安全监控的需要决定采用嵌入式工控微机进行实时多任务安全监测。该系统有32路模拟量输入、96路开关量、16路脉冲量输入和水位落差量输入,产生显示信息、报警信号、监测报表和水位传感器控制信号等输出。该水电站安全监测系统具有以下几个特点:
(1)对各种模拟量、开关量、脉冲量、水位落差量等数据量的监测,事实上只是周期性地重复执行相应的各个任务模块。
(2)监视的对象比较固定,系统硬件的规模相对固定不变。
(3)尽可能允许把所有软件都固化在EPROM中。
(4)人机交互作用的内容固定,即由操作人员通过键盘去调用此系统中所存入的相应应用程序,不会去修改应用程序。
基于以上安全监测系统的特点,该水电站技术研发部门准备选用现有的工业控制机系统及现成的各种模板等硬件,由本部门的开发人员自行开发软件。所开发的软件主要包括:
(1)应用程序,即按各类输入/输出量的采集、处理、显示、报警和制表等功能分别作为若干任务块,由这些任务组成应用程序。
(2)多任务嵌入式实时操作系统,用来协调各任务的资源分配与管理,管理任务之间的联系与多任务操作。
[问题1] 根据以上安全监测系统的特点,技术研发人员郭工程师提出了一个自行编制简化“多任务嵌入式实时操作系统”的方案,以适应于协调管理硬件资源和监测对象的实际需求,其中只保留了标准的多任务实时操作系统的核心功能,例如CPU管理、中断管理和外设管理等。请在200字以内简要说明郭工程师提出的简化的“多任务嵌入式实时操作系统”可能具有哪些优点。 |
参考答案:
解析:①可加快该操作系统的开发周期,并使其更易于维护,
②减少操作系统占有内存的容量,便于固化,
③减少操作系统的运行开销(例如CPU占用时间),
④可提高系统的实时性能和快速响应能力;
⑤可提高系统的资源利用率和性价比等
这是一道要求读者根据实际应用环境分析多任务嵌入式实时操作系统的特点的综合理解题。本题的解答思路如下:
(1)嵌入式实时系统(RTOS)是指能够在指定的时间内完成系统功能和对内部或外部、同步或异步时间做出响应的系统,它还具有在事先定义的时间范围内识别和处理离散事件的能力,系统能够处理和存储控制系统所需要的大量数据。实时操作系统的主要功能是多任务、可抢占的任务调度、中断管理、存储管理、时钟管理、外部设备管理以及文件系统等。
(2)嵌入式实时操作系统的主要特点如表6-16所示。
表6-16 实时操作系统的主要特点
主要特点 | 描 述 | |
多任务 | 不但包括周期任务、非周期任务、偶发任务,还包括非实时任务。实时任务要求满足其时限,而非实时任务要求其响应时间尽可能地短 | |
约束的复杂性 | 时间约束 | 根据截止期限,又可分为硬实时和软实时。硬实时是指应用的时间需求应能够得到完全满足,否则将造成重大安全事故,软实时是指偶尔出现违反某些应用的时间需求而不会对系统运行造成严重影响 |
资源约束 | 是指多个实时任务共享有限的资源时,必须按照一定的资源访问控制协议进行同步,以避免死锁等现象 | |
执行顺序约束 | 是指各任务的启动和执行必须满足一定的时间和顺序约束 | |
性能约束 | 是指必须满足可靠性、可预测性、服务质量QoS等性能指标 | |
具有短暂超载能力 | 是指能应对系统元件出现老化,环境的动态变化、应用规模的扩大等短暂超载现象 | |
可预测性 | 是指系统能对实时任务的执柠时间进行判断,确定是否能够满足任务的时限要求 | |
可靠性 | 是指采用静态分析、保留资源、冗余配置等方法,使系统在最坏情况下都能正常工作或避免损失 | |
与外部环境的 交互作用性 | 是指实时系统必须在规定的时间内对外部环境的请求做出反应,以及时任何异常行为采取预防措施 |
(4)由题干关键信息“对各种模拟量、开关量、脉冲量、水位落差量等数据量的监测,事实上只是周期性地重复执行相应的各个任务模块”可知,系统中有着相对较多的简单输入量,另外由于“监视的对象比较固定,系统硬件的规模相对固定不变”,因此,采用简化多任务实时操作系统是可行的。
(5)采用简化的实时操作系统比标准多用户实时操作系统(MROS)所需占用的主存空间容量小,更符合题干中“尽可能允许把所有软件都固化在EPROM中”的要求。
(6)另外,采用简化的实时操作系统具有可提高系统的实时性能和快速响应能力,可减少操作系统的运行开销(例如CPU可更快运行任务,更快响应中断),提高系统的资源利用率和性价比等。