嵌入式系统中,如何确保实时性和可靠性?

嵌入式系统常见的软件架构类型主要包括控制循环和中断处理机制。在控制循环设计中，软件通过一个简单的循环结构，调用管理硬件或软件特定部分的子程序。中断机制被用来设置标记或更新软件中的暂存器，通常通过简单的API来控制中断的允许和禁止。

在控制循环中，周期性实时中断用于控制软件定时器，当定时器达到设定时间，相应的子程序会被执行或设置标志。对于现代硬件而言，即使每年可能发生一次硬件错误，遗漏软件定时器的处理可能对大规模生产的设备造成灾难性影响。此外，安全定时器用于测试软件，它们会在软件错过事件时捕捉到并触发看门狗硬件的复位。

状态机设计通常使用函数指针，通过变化的状态指向不同的函数实现，每个循环执行时会调用相应的函数。设计者建议定期读取输入输出设备，以确保逻辑一致性。状态机设计通常关注硬件事件和软件定时器的检查。

复杂功能如内部燃烧控制，通过多维表格处理，使用查表代替复杂的计算。在资源受限的环境中，如8051单片机，控制循环允许使用静态分配的数据覆盖局部变量，通过状态机实现。然而，这可能导致响应特定硬件事件时间不可控的缺点。

控制环的另一个挑战在于增加新功能时的复杂性，需要仔细分解算法以避免主循环过载。简单控制环的优势在于其易于理解和快速运行，但缺乏对特定事件响应的保证和扩展性。

非抢占式任务系统与控制环类似，隐藏在API背后，通过任务栈管理任务执行。而抢占式定时器则提供了在预定时间运行子程序的能力，增强了系统的灵活性。然而，这可能引入数据竞争问题，需要同步策略来保护共享数据。

实时操作系统在缺乏专门人才或需跨多个产品使用的场景中可能被选择，但这会增加开发周期。微内核和外内核旨在提高可配置性，但它们各自在任务切换和通信效率上有所侧重。虚拟机技术通过模拟提高可靠性，而办公用操作系统在嵌入式系统中往往效率低下，需要重新编写硬件驱动。

尽管如此，嵌入式Linux凭借其移植性、设备驱动重用和可裁剪特性在无线路由器和GPS等应用中受到青睐。定制操作系统对于特定需求的系统，如安全、高效或实时性要求高的场景，需要采用专门的策略，如雇佣系统程序员、RMA分析和任务设计优化。

嵌入式系统是一种专用的计算机系统，作为装置或设备的一部分。通常，嵌入式系统是一个控制程序存储在ROM中的嵌入式处理器控制板。事实上，所有带有数字接口的设备，如手表、微波炉、录像机、汽车等，都使用嵌入式系统，有些嵌入式系统还包含操作系统，但大多数嵌入式系统都是是由单个程序实现整个控制逻辑。

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