嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)保證了飛機(jī)、火車、汽車以及工廠設(shè)備的實(shí)時(shí)運(yùn)行。一個(gè)嵌入式的核心就是確定性，它絕對(duì)保證了當(dāng)接受到時(shí)鐘間隔或一個(gè)中斷信號(hào)時(shí)，系統(tǒng)可以正確的做出響應(yīng)。

但是如今只有這些還不夠，還要有安全性，保密性以及通訊范圍等要求。鑒于工業(yè)控制供應(yīng)商喬治亞州Norcross 的西門(mén)子能源和自動(dòng)化公司（SEA）的經(jīng)驗(yàn)，公司希望在其客戶的工廠內(nèi)配置一臺(tái)電腦。SEA負(fù)責(zé)工程軟件產(chǎn)品的產(chǎn)品市場(chǎng)部經(jīng)理 Kaczor說(shuō)，工程師們很快發(fā)現(xiàn)一臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)的辦公室用電腦并不能起作用。為了避免電腦有被撞壞以及被凍住的危險(xiǎn)，他們決定使用。

然而，他們?cè)谶x擇 時(shí)，很重要的一點(diǎn)就是看它是否還保留了辦公室電腦軟件的功能?！爱?dāng)我們選擇實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的時(shí)候，我們希望可以很方便地應(yīng)用我們的辦公室軟件?！盞aczor說(shuō)。

比 具有更多的功能

如今RTOS必須可以與多種型號(hào)相連，并且滿足安全性和保密性的要求，實(shí)際上，它現(xiàn)在就像是一臺(tái)辦公室里的個(gè)人電腦。作為對(duì)這些需求的反應(yīng)，RTOS銷售商提供了更多的功能，這些要求對(duì)于內(nèi)存和的一些約束性施加了很大的壓力。幸運(yùn)的是，RTOS可以進(jìn)行“瘦身”，這樣就能保證功能的有足夠的地方。看一下現(xiàn)今的RTOS可以知道它在哪些地方進(jìn)行了改變以迎合工業(yè)，自動(dòng)化及控制領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用需求。

SEA 使用Ardence（一個(gè)在馬薩諸塞州Waltham的Citrix公司）公司RTX RTOS系統(tǒng)來(lái)一起制造其Simatic Microbox 420工業(yè)用電腦部件。RTOS 功能的拓展已經(jīng)超越了偶爾觀察RTOS 人的想象?！八麄兛粗@個(gè)東西，然后他們認(rèn)為它是一個(gè)...，他們沒(méi)有意識(shí)到它的實(shí)際功能遠(yuǎn)比 強(qiáng)大?！盞aczor 說(shuō)。

另外一個(gè)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 公司的VxWorks 生產(chǎn)線經(jīng)理，他注意到，對(duì)于最新型的嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，與外部世界相連是一個(gè)非常重要的功能需求。這包括一些用戶需要的技術(shù)如USB，工業(yè)以太網(wǎng)和無(wú)線通訊。最終用戶也希望有關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)能對(duì)其安全性作出規(guī)定，這些標(biāo)準(zhǔn)諸如下一代因特網(wǎng)（），關(guān)于無(wú)線通訊的802.x 體系，關(guān)于移動(dòng)通訊應(yīng)用的M 和M 以及 協(xié)議和 協(xié)議。

顧客引導(dǎo)著RTOS供應(yīng)商?！叭绻麑?shí)時(shí)操作系統(tǒng)軟件不能提供這些功能的話，我們的顧客可能自己編程來(lái)實(shí)現(xiàn)這些功能?！盋hen 說(shuō)。

高性能的閃存芯片的發(fā)展使得工業(yè)系統(tǒng)能夠放棄短壽命的硬盤(pán)并且用OPT來(lái)替代固態(tài)存儲(chǔ)器。來(lái)自西門(mén)子能源及自動(dòng)化公司

而危險(xiǎn)在于，如果最終用戶或原始設(shè)備制造商（）自己附加軟件有可能產(chǎn)生危險(xiǎn)，如可能會(huì)對(duì)系統(tǒng)內(nèi)的行程安排軟件產(chǎn)生影響，而這個(gè)軟件是整個(gè)RTOS最重要的一部分用來(lái)確保整個(gè)系統(tǒng)的確定性。由于知道編碼，RTOS 的供應(yīng)商可以為他們的產(chǎn)品增加性能，而同時(shí)保留實(shí)時(shí)性。

這也同樣適用于安全與保密方面的功能。這項(xiàng)性能在機(jī)載系統(tǒng)，工業(yè)應(yīng)用以及醫(yī)用軟件中有需求，這些都寫(xiě)在下面的規(guī)定中（這些規(guī)定都是三個(gè)字母的縮寫(xiě)）：FAA DO-178B，IEC 61508, and FDA 510(k)。

增加的可連接性的功能使得嵌入式RTOS的功能更難實(shí)現(xiàn)，特別是它的安全性能。有種版本的安全性能原本是用于軍事方面的，以前這個(gè)版本對(duì)于不同的系統(tǒng)會(huì)有不同的安全性能等級(jí)。而如今人們需要試圖將所有等級(jí)的安全性能都放入一個(gè)硬件中，這就意味著硬件或軟件的集成信息將會(huì)變成最高機(jī)密。

安全性能的另外一個(gè)版本，雖然與任何一臺(tái)的辦公室電腦都很相似，然而程序可以錯(cuò)誤的進(jìn)入其他的存儲(chǔ)空間，然后外部的力量就可以攻擊它。

Chen 注意到了硬件的發(fā)展，在最先進(jìn)的嵌入式RTOS內(nèi)的第三大驅(qū)動(dòng)器可以幫助其避免類似問(wèn)題。就拿一件事來(lái)說(shuō)，半導(dǎo)體制造商正在往他們的芯片內(nèi)加入過(guò)程元素以便專用功能可以通過(guò)軟件來(lái)卸載。

其它的功能包括對(duì)安全性能的編碼和網(wǎng)絡(luò)病毒偵測(cè)的模式匹配?！皩Ｓ玫挠布ǔ１溶浖\(yùn)行的要快，因此RTOS軟件需要能夠支持協(xié)調(diào)不同的硬件引擎。”Chen 這樣說(shuō)道。

他補(bǔ)充到，多核處理器現(xiàn)在對(duì)于嵌入式系統(tǒng)來(lái)說(shuō)也變得可能了。由于將一個(gè)處理器變成多個(gè)相同的單元或內(nèi)核，微處理器制造商可以將升級(jí)周期大大加快，因此就能以低功耗完成高性能。因而，如果軟件支持多核處理器的話，嵌入式RTOS 可以從這些硬件中受益。

Robert Day(Lynuxworks公司在加州San 的市場(chǎng)部副經(jīng)理)，注意到先進(jìn)的微處理器內(nèi)核供應(yīng)商非常注重內(nèi)存部分，他們使用磚結(jié)構(gòu)的劃分方式以保證每一個(gè)部分都是相互隔離的。這一概念也同樣可以延伸到使用小型RTOS 來(lái)作為一個(gè)超級(jí)監(jiān)控器以允許一個(gè)RTOS 及其應(yīng)用軟件在同一個(gè)儲(chǔ)存區(qū)間內(nèi)運(yùn)行而同時(shí)非實(shí)時(shí)應(yīng)用軟件在其他區(qū)間運(yùn)行。

作為RTOS 供應(yīng)商的，Dan Mender（加州Santa Barbara 的 Hills 軟件公司RTOS商務(wù)開(kāi)發(fā)的主管）注意到如果使用相互隔離的內(nèi)核的話，對(duì)于他們來(lái)說(shuō)要支付額外的錢。他說(shuō)：“同樣的原理（互相隔離并且使得外來(lái)的攻擊只能影響到系統(tǒng)的一部分）也可以用來(lái)編寫(xiě)系統(tǒng)，以防該系統(tǒng)出現(xiàn)由于不經(jīng)意的編程錯(cuò)誤導(dǎo)致的安全性問(wèn)題。”

必需品

除了需要支持并利用這些硬件的更新，一個(gè)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 很快指出軟件的一些其他功能也絕對(duì)是必須的。特別是必須有幾種形式的通訊方式，以便在多任務(wù)情況下可以立即運(yùn)行一個(gè)應(yīng)用軟件，并且不影響到其他程序。

“大多數(shù)有多任務(wù)需要的應(yīng)用軟件都有幾種任務(wù)間通信的方法，如隊(duì)列法，信號(hào)量及Mutexs，后者對(duì)于應(yīng)用軟件來(lái)說(shuō)尤為重要，因?yàn)樗梢宰柚箖?yōu)先權(quán)倒置（即允許低優(yōu)先權(quán)的任務(wù)阻礙系統(tǒng)重要功能的運(yùn)行）”Day 說(shuō)道。

對(duì)于在工業(yè)自動(dòng)化方面的應(yīng)用，Day 補(bǔ)充道，RTOS 應(yīng)該允許單調(diào)速率調(diào)度及時(shí)間和空間的分區(qū)。前者提供了一個(gè)報(bào)時(shí)鐘以便平均分配在每個(gè)窗口上的用時(shí)，而后者是保證重要任務(wù)可以得到一個(gè)時(shí)間常數(shù)窗口。

對(duì)于自動(dòng)化應(yīng)用方面及設(shè)備，有一些通訊協(xié)議及特殊要求。由于其它的標(biāo)準(zhǔn)，如 和 可能就已經(jīng)足夠了，所以這些協(xié)議及特殊要求有可能并不需要。然而，如果用上這些協(xié)議的話會(huì)很有幫助。這些協(xié)議包括：控制器區(qū)域網(wǎng)絡(luò)（CAN），OPC，分布式通用對(duì)象模型（），無(wú)線通訊的工業(yè)無(wú)線局域網(wǎng)，Profinet或其他的工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議及基于XML和協(xié)議（該協(xié)議組成了Web services 堆棧的基本層，為其提供一個(gè)基本的通訊框架以便可以創(chuàng)建更多的抽象層）的Web services。另外其他一些新的技術(shù)及標(biāo)準(zhǔn)，如無(wú)線通訊領(lǐng)域的ZigBee，已經(jīng)成為了RTOS的一部分。

Mark Hamilton（加州Santa 的中間件供應(yīng)商Real-Time Innovations 公司（RTI）的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用工程師），給情報(bào)及軍事公司設(shè)計(jì)，開(kāi)發(fā)及配置實(shí)時(shí)系統(tǒng)的有著相當(dāng)豐富的經(jīng)驗(yàn)。一個(gè)廣泛的可用協(xié)議范圍及其他的一些功能是很好的有時(shí)也是必須的，但是他提醒道對(duì)于加載一個(gè)RTOS 上的這些協(xié)議及功能的數(shù)量必須有個(gè)限制。

由于多功能已經(jīng)成為系統(tǒng)的一部分，因此現(xiàn)在需要注意的一點(diǎn)是哪個(gè)調(diào)度程序不可以簡(jiǎn)單地運(yùn)行軟件線程。在這種情況下，RTOS 的決定能力就會(huì)受到影響。那么系統(tǒng)的功能及操作與一臺(tái)臺(tái)式機(jī)就沒(méi)有什么兩樣了。

不出意料，他指出中間件可以通過(guò)應(yīng)用軟件間的通訊管理來(lái)避免這樣的問(wèn)題。RTOS的這一功能可以使其通過(guò)其可連接性而不用通過(guò)提高調(diào)度程序的要求來(lái)卸載掉一些負(fù)載。中間件甚至可以對(duì)一些常見(jiàn)的問(wèn)題提供現(xiàn)成的解決方法。

“中間件可以使得你系統(tǒng)中CPU 之間的數(shù)據(jù)移動(dòng)變得可能，并且你不必?fù)?dān)心會(huì)需要寫(xiě)很多的網(wǎng)絡(luò)代碼”Hamilton 說(shuō)道。

這樣的卸載及分區(qū)功能除了調(diào)度程序的限制要求外還有個(gè)必須的理由。一個(gè)嵌入式RTOS 通常是使用在內(nèi)存及儲(chǔ)存器都是受到限制的情況下的。同時(shí)，由于設(shè)備都增加了新的功能，并且應(yīng)用的趨勢(shì)是功能的更多樣化。這樣的結(jié)果是RTOS 的存儲(chǔ)器的占用量在支持日益增長(zhǎng)的設(shè)備功能的同時(shí)必須還維持在很小的占用量。

RTOS供應(yīng)商必須使用多種方法來(lái)滿足這兩個(gè)矛盾的要求。一個(gè)方法就是將最后的決定權(quán)放在開(kāi)發(fā)者和最終用戶手上。RTOS 的最終配置是在搭建的時(shí)候增加一些或出去一些模塊來(lái)決定的，這樣就允許對(duì)功能與占用量之間的平衡進(jìn)行細(xì)致的控制。這種方法就可以將潛在的節(jié)省變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。

比如，在開(kāi)發(fā)及測(cè)試階段，用戶可能會(huì)選擇需要編程來(lái)顯示診斷信息。當(dāng)開(kāi)發(fā)完成，這些診斷信息可以刪除，這個(gè)有時(shí)候可能節(jié)省了占用量的百分比的兩位數(shù)。

一個(gè)必然的結(jié)論是模塊自身必須很小。這樣就能保證最終的搭建及RTOS本身可以集成。然而，通過(guò)仔細(xì)選擇適合的編程語(yǔ)言及編譯器也是為應(yīng)用軟件減肥的一種方法。這有可能使得應(yīng)用軟件的體積大幅度的減小。如美國(guó)國(guó)家儀器公司的LabView 的軟件，對(duì)于開(kāi)發(fā)，集成及再使用都有現(xiàn)成的代碼可選，然后將RTOS 的設(shè)計(jì)面向翻譯：高海洋不同的目標(biāo)。

由于RTOS 及應(yīng)用軟件占用空間的指示之間的相互作用，無(wú)論什么方法去讓其適應(yīng)這些限制到最后都將是在RTOS，應(yīng)用軟件，軟件工具及硬件的功能之間整合。Wilsonville 的電子自動(dòng)化設(shè)計(jì)供應(yīng)商，Mentor 集團(tuán)公司，的Nucleus Kernals 生產(chǎn)線的產(chǎn)品市場(chǎng)部經(jīng)理，Todd Brian，注意到?jīng)]有一個(gè)RTOS的供應(yīng)商是絕對(duì)獨(dú)立的。所有的的工作都在一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)下進(jìn)行，這個(gè)系統(tǒng)對(duì)于嵌入式RTOS 能否得到最佳的運(yùn)行性能來(lái)說(shuō)是至關(guān)重要的。“一個(gè)供應(yīng)商需要合作伙伴一起集成在供應(yīng)商的操作系統(tǒng)內(nèi)。這樣的話，他們就不會(huì)被集成過(guò)程給束縛了。”Brian 說(shuō)道。

這樣的整合對(duì)于RTOS供應(yīng)商及最終用戶來(lái)說(shuō)是有利的，同樣也期待一個(gè)嵌入式RTOS和它的供應(yīng)商之間也有這樣的整合?！霸O(shè)備設(shè)計(jì)的復(fù)雜性的增長(zhǎng)是如此之快，以至于軟件的開(kāi)發(fā)遠(yuǎn)遠(yuǎn)跟不上其步伐。這樣軟件必須與其集成在一起這樣客戶可以不用由于軟件的原因而受到束縛”Brian 說(shuō)道。

微軟在嵌入式系統(tǒng)中的應(yīng)用

對(duì)于普通版本的微軟Windows操作系統(tǒng)來(lái)說(shuō)不太可能滿足制造業(yè)自動(dòng)化及過(guò)程控制中固有的優(yōu)先權(quán)的要求。微軟已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了這一問(wèn)題并且已經(jīng)開(kāi)發(fā)出了新的Windows版本來(lái)為了滿足嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用中對(duì)于不同層面的尺寸，可測(cè)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 。