談論嵌入式實時系統的關鍵特征

本文將描述嵌入式實時系統的關鍵特征，然后討論如何在所選擇或所開發的硬件和軟件構件的基礎上開發一個高效的嵌入式系統方案，并介紹開發這些系統所需的獨特關鍵處理技術。

許多系統設計師將執行軟/硬件協同設計周期，即同時開發硬件和軟件。理解硬件與軟件功能之間的關系以及對兩者進行劃分有助于確保完全和正確地實現系統需求。

在定義和分析需求的初期階段，系統開發者需要與設計工程師緊密合作，將要求實現的功能分配給硬件或軟件。這是根據早期系統仿真、建立原型和行為建模的結果，再加上對前面提及的多種因素的折衷以及過去的設計經驗來進行分配的。一旦完成這種分配，就將開始詳細的設計和實現。當同時進行硬件和軟件設計時，各種不同的分析技術將被應用到實時系統的開發過程中，它們包括：硬件和軟件仿真、硬件/軟件協同仿真、可規劃性建模(如速率單調性分析)、建立原型和增量開發。

能夠用于各種不同抽象級的仿真技術可以對性能做出早期評估。低抽象級的仿真能夠用于對總線帶寬和數據流建模，而且它們對評估性能也非常有用。高抽象級的仿真能解決功能交互問題，并研究硬件/軟件的折衷方案和驗證設計的有效性。運用仿真方法，復雜的系統能夠被抽象為基礎的元件和行為。仿真能幫助解決功能方面的問題(數據和算法)、行為方面的問題(處理的先后順序)或性能方面的問題(資源利用率、吞吐量和時序)。

嵌入式實時系統的優化十分重要。因為這些系統設計用于解決相對較窄范圍的問題，所以硬件和軟件經優化后只要能執行好單個應用就行。目標是在硬件與軟件達到最佳平衡的條件下來設計系統。這個階段的主要影響因素包括處理器的選擇、如何在硬件與軟件之間分割應用以及整個系統的集成。

在為嵌入式實時系統選擇處理器時，應考慮以下因素：

1．性能：處理器必須具備足夠的性能來處理任務，并能支持產品的生命周期。

2．實現：根據具體的應用，需要的處理器可能是高度集成的產品，甚至于符合軍用規范。對于一個DSP應用，它可以在幾種方案中進行選擇。一種選擇是ASIC。這種器件能被用作DSP協處理器，但對許多通用信號處理應用而言，它不是非常靈活。另一種選擇是RISC處理器。這種器件具有極快的時鐘速度，但可能不具備可伸縮性，而且可能還存在其它實時問題。FPGA是一種快速器件，能非常迅速和高效地執行某些DSP功能，但與DSP相比，它們仍很難開發。

在DSP中，一個簡單的程序就能完成這些相同的功能。如果應用是宿主信號處理應用，那么選擇一款功能更強大、功耗更高的通用處理器可能沒有問題。如果信號處理應用要求能快速升級，那么像DSP這樣的可編程器件將比定制的硬件解決方案更有吸引力。

3．工具支持：支持軟件創建、調試、系統集成、代碼調整和優化的工具對于整個項目的成功非常重要。

4．操作系統支持：嵌入式系統應用的復雜性要求采用有益的抽象來降低復雜度。針對所選處理器優化的商用操作系統能夠縮短應用開發周期和產品上市時間。

5．過去的經驗：以前使用所選處理器或處理器系列的經驗可以減少學習新處理器、工具和技巧所需的時間。