基于物聯(lián)網(wǎng)的計(jì)算機(jī)嵌入式操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)

陳環(huán)，孫春亮

(1.中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司第七一五研究所,浙江杭州,300120;2.大連船舶重工集團(tuán)有限公司,遼寧大連，116000)

1 嵌入式操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1 計(jì)算機(jī)嵌入式操作系統(tǒng)與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

專(zhuān)業(yè)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)不能與嵌入式處理器和嵌入式設(shè)備劃分到一起。像我們平時(shí)所使用的ipad和智能手機(jī)，它們都屬于是嵌入式設(shè)備。但對(duì)于嵌入式操作系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，它的核心必須是嵌入式處理器，那么作為嵌入式系統(tǒng)，它是不可能完全被嵌入式處理器代替的。但是嵌入式處理器它是嵌入式系統(tǒng)的重要組成部分，同時(shí)它的安裝必須要在指定的系統(tǒng)中，這樣做的話，可以有利于計(jì)算機(jī)軟件程序的順利運(yùn)行。

1.2 嵌入式系統(tǒng)的主要功能

當(dāng)在對(duì)這些計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行開(kāi)發(fā)的時(shí)候，對(duì)于嵌入式操作系統(tǒng)軟件的主要功能，如指令的執(zhí)行、穩(wěn)定的運(yùn)行以及數(shù)據(jù)的緩存，這些功能都對(duì)開(kāi)發(fā)提供了極大的便利。如果對(duì)這些功能進(jìn)行正常的使用便可以確保整體計(jì)算機(jī)的高效、穩(wěn)定運(yùn)行，也可提高軟件的處理效率以及處理質(zhì)量，進(jìn)而提升軟件的應(yīng)用性能。在實(shí)際控制計(jì)算機(jī)軟件使用的過(guò)程中，首先應(yīng)控制相應(yīng)的應(yīng)用程序，進(jìn)而將其作為基礎(chǔ)來(lái)合理、高效的控制應(yīng)用軟件。同時(shí)對(duì)于嵌入式實(shí)施操作系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，微處理器作為核心軟件，可對(duì)多項(xiàng)功能進(jìn)行處理，并對(duì)計(jì)算機(jī)中的內(nèi)部設(shè)備進(jìn)行保護(hù)。物聯(lián)網(wǎng)擁有感知層、傳輸層以及應(yīng)用層三個(gè)部分。感知層的主要功能便是感知識(shí)別，在整體物聯(lián)網(wǎng)中所具備的位置十分重要。物聯(lián)網(wǎng)感知層可通過(guò) 智能設(shè)備以及傳感設(shè)備對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行接受，同時(shí)，也可以將物聯(lián)網(wǎng)自身通過(guò)使用無(wú)線或者有線連接傳輸?shù)姆椒?，將其進(jìn)行傳輸并且輸送到傳輸層中。所謂物聯(lián)網(wǎng)傳輸，從面積主要的運(yùn)行工作，這是對(duì)來(lái)自物聯(lián)網(wǎng)所收集的各種各類(lèi)的信息進(jìn)行接納和融合，并且對(duì)物聯(lián)網(wǎng)所輸送的信息提供相應(yīng)的技術(shù)服務(wù)。嵌入式系統(tǒng)的傳輸承載進(jìn)行運(yùn)行和工作過(guò)程中需要緊密的與互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行聯(lián)系，因?yàn)閭鬏攲拥倪\(yùn)行和運(yùn)轉(zhuǎn)是依賴(lài)于互聯(lián)網(wǎng)中的相應(yīng)技術(shù)手段，才能正常進(jìn)行工作，它可以通過(guò)WiFi和有線連接網(wǎng)絡(luò)的方式進(jìn)行信息交互和傳輸，并且具有一定的特殊價(jià)值，且自身的信息寬容度較大，這些特殊的優(yōu)勢(shì)使其相較于一般的互聯(lián)網(wǎng)傳信息輸技術(shù)有著明顯的優(yōu)勢(shì)。鑲嵌式系統(tǒng)的傳輸承載進(jìn)行工作室，可以將物聯(lián)網(wǎng)所收集的海量數(shù)據(jù)和信息進(jìn)行綜合分析處理，并且做出相應(yīng)的應(yīng)答，互聯(lián)網(wǎng)的使用者可以直接通過(guò)信息的傳輸，對(duì)最終的信息目的進(jìn)行使用和應(yīng)用，其所對(duì)應(yīng)的嵌入式系統(tǒng)中的應(yīng)用層面，在這個(gè)層面中可以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，存儲(chǔ)或進(jìn)行其他相應(yīng)的信息答復(fù)，同時(shí)它也可以對(duì)系統(tǒng)使用者的決定提供適當(dāng)科學(xué)的依據(jù)。在鑲嵌式系統(tǒng)中主要運(yùn)用的相關(guān)技術(shù)包含三大類(lèi)儲(chǔ)存量龐大的云計(jì)算技術(shù)、海量信息數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)和整理的相關(guān)技術(shù)以及信息傳輸中間件的相關(guān)技術(shù)等等。并且應(yīng)用承載許多信息領(lǐng)域都有著極為重要的作用。比如在智能化的交通領(lǐng)域，快遞物流運(yùn)輸實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)行業(yè)，醫(yī)院儀器治療行業(yè)，土木建筑施工行業(yè)，鐵路建設(shè)建筑施工領(lǐng)域等等方面都涉及到了物聯(lián)網(wǎng)的使用，并且這也是嵌入式系統(tǒng)在物聯(lián)網(wǎng)中一種非常普遍且廣泛的使用。

2 在進(jìn)行計(jì)算機(jī)嵌入操作系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

2.1 嵌入式系統(tǒng)構(gòu)建過(guò)程中對(duì)系統(tǒng)硬件設(shè)施的要求

在進(jìn)行計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)嵌入式系統(tǒng)構(gòu)建時(shí)，需要對(duì)所使用的硬件系統(tǒng)進(jìn)行嚴(yán)格的要求。通常市面上所使用的常見(jiàn)硬件設(shè)備是由T1公司所出產(chǎn)的計(jì)算機(jī)核心處理器，并且這是一個(gè)非常特殊的計(jì)算機(jī)處理器型號(hào)這種處理器在進(jìn)行工作運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)至深的頻率達(dá)到150兆赫茲，并且這種處理器自身已經(jīng)具備了存儲(chǔ)器格式達(dá)到128KB的。雙重?cái)?shù)字?jǐn)?shù)據(jù)存儲(chǔ)其和另一種flash存儲(chǔ)設(shè)備。并且在進(jìn)行計(jì)算機(jī)香氣系統(tǒng)的工作運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，需要同時(shí)結(jié)合交叉異步全雙工來(lái)完成計(jì)算機(jī)在進(jìn)行信息交互時(shí)所具備的基本功能。其次，進(jìn)行最終數(shù)據(jù)匯總和傳輸?shù)男酒且环N新型的芯片，名字為為bu61580。

2.2 計(jì)算機(jī)鑲嵌操作系統(tǒng)的布局設(shè)計(jì)

從計(jì)算機(jī)嵌入式布局設(shè)計(jì)的分布作業(yè)來(lái)講，需要使用FLASH以及ROM中所存儲(chǔ)的大量相關(guān)混合數(shù)據(jù)，進(jìn)而對(duì)嵌入式系統(tǒng)的布局和設(shè)計(jì)提供合理性和科學(xué)性的基本保障。這對(duì)于整個(gè)計(jì)算機(jī)嵌入系統(tǒng)的有效操作和平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)來(lái)講，能夠得到最大限度的保證。在計(jì)算機(jī)嵌入式操作系統(tǒng)軟件相關(guān)部分的設(shè)計(jì)和創(chuàng)建時(shí)，可以對(duì)計(jì)算機(jī)內(nèi)部原先存有的相關(guān)軟件進(jìn)行提升和改善，進(jìn)而運(yùn)用在嵌入式軟件的設(shè)計(jì)當(dāng)中。這樣可以有效的提升設(shè)計(jì)的效率，同時(shí)所設(shè)計(jì)出的嵌入式軟件的質(zhì)量，也可以得到一定的保障。但是進(jìn)行計(jì)算機(jī)遷入式操作系統(tǒng)搭建時(shí)的整體頁(yè)面設(shè)計(jì)和布局的主要目的就是可以在進(jìn)行系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，能夠以最快的速度對(duì)相關(guān)的程序命令進(jìn)行調(diào)動(dòng)和執(zhí)行，并將其轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的命令進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。并且通過(guò)對(duì)嵌入式系統(tǒng)中所輸代碼進(jìn)行命令運(yùn)行，這樣可以更加快速的提升ROM的運(yùn)轉(zhuǎn)工作效率，進(jìn)而可以更加迅速的達(dá)成提升數(shù)據(jù)高效快速處理的最終目標(biāo)。

2.3 計(jì)算機(jī)嵌入式操作系統(tǒng)軟件任務(wù)相關(guān)功能的分化

在進(jìn)行計(jì)算機(jī)相關(guān)嵌入式操作系統(tǒng)的搭建和構(gòu)造設(shè)計(jì)工作中，需要工作人員提升對(duì)軟件操作性能進(jìn)行劃分的重視程度。伴隨著近些年來(lái)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的飛速發(fā)展和互聯(lián)網(wǎng)移動(dòng)終端的高速發(fā)展，使得應(yīng)用類(lèi)的軟件得到更加廣泛的推廣和使用，但這對(duì)于計(jì)算機(jī)嵌入式操作系統(tǒng)的運(yùn)行增加了更多的負(fù)擔(dān)。因此在進(jìn)行現(xiàn)實(shí)工作開(kāi)展時(shí)需要對(duì)嵌入式操作系統(tǒng)內(nèi)部進(jìn)行明確的相關(guān)職責(zé)規(guī)劃，這樣才可以進(jìn)一步的提升計(jì)算機(jī)嵌入式操作系統(tǒng)在進(jìn)行工作運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)所帶來(lái)的便利性。就是這樣，在對(duì)計(jì)算機(jī)嵌入式操作系統(tǒng)的應(yīng)用軟件進(jìn)行具體程序化的使用過(guò)程中，需要進(jìn)行嚴(yán)謹(jǐn)科學(xué)合理的分析，并且對(duì)其他嵌入式操作系統(tǒng)相關(guān)軟件進(jìn)行配合，這樣才能夠跟計(jì)算機(jī)嵌入操作系統(tǒng)整體的運(yùn)行功能進(jìn)行保障。同時(shí)在對(duì)計(jì)算機(jī)嵌入式操作軟件進(jìn)行適當(dāng)合理劃分的工作中需要遵循嚴(yán)格的相應(yīng)準(zhǔn)則進(jìn)行規(guī)劃，例如在進(jìn)行劃分時(shí)需要遵循應(yīng)用軟件所具有的內(nèi)聚性，周期性和時(shí)間壓迫性等等。計(jì)算機(jī)嵌入式操作系統(tǒng)，我手機(jī)的多元化處理事件進(jìn)行詳細(xì)解析和違背后，會(huì)將發(fā)生的一致事件類(lèi)型歸為兩大類(lèi)，其中一類(lèi)是周期性事件，一類(lèi)就是隨機(jī)時(shí)間。所謂的周期事件就是在這一發(fā)生的事件中所包含結(jié)束數(shù)據(jù)的效率數(shù)據(jù)的傳輸以及數(shù)據(jù)交換采集等等。在對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行啟動(dòng)時(shí)，需要通過(guò) IMU的方法將數(shù)據(jù)進(jìn)行更新發(fā)布，然后在有發(fā)布的信息對(duì)相關(guān)的嵌入式軟件程序進(jìn)行觸發(fā)。因此需要在進(jìn)行系統(tǒng)運(yùn)行任務(wù)構(gòu)建設(shè)計(jì)之前，首先要將IMU的周期任務(wù)進(jìn)行提前搭建和設(shè)計(jì)，同時(shí)也需要對(duì)IMU周期內(nèi)所解算的數(shù)據(jù)進(jìn)行傳遞和儲(chǔ)存。隨機(jī)事件則是擁有和周期性時(shí)間不同的自主處理指令和接受命令等相關(guān)內(nèi)容，他可以把優(yōu)先設(shè)置裝改為最低級(jí)優(yōu)先級(jí)。

2.4 計(jì)算機(jī)嵌入式操作系統(tǒng)的調(diào)度和控制功能

在進(jìn)行計(jì)算機(jī)嵌入式操作過(guò)程中，可嵌入的操作軟件其主要功能就是起到控制和調(diào)度的作用，并且具有實(shí)施性軟件方面和硬件方面。將教育軟件的實(shí)時(shí)性來(lái)講嵌入式軟件有著明顯的不同之處，就是計(jì)算機(jī)在對(duì)相應(yīng)的輸入命令進(jìn)行數(shù)理執(zhí)行的過(guò)程中，通常會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)運(yùn)行延遲的問(wèn)題，因此進(jìn)行相關(guān)命令處理的時(shí)間會(huì)出現(xiàn)偏差和波動(dòng)。然而對(duì)于軟件所具備的硬實(shí)時(shí)性來(lái)講在進(jìn)行數(shù)據(jù)指令處理時(shí)，時(shí)間不存在互動(dòng)和變長(zhǎng)。所以在現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作中需要對(duì)嵌入式軟件所具備的軟實(shí)時(shí)性和硬施時(shí)性施行的特性進(jìn)行全面的解析和考慮。這樣對(duì)于提升計(jì)算機(jī)運(yùn)行工作的效率和成效也就有了極大的幫助。在計(jì)算機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，若是碰到負(fù)載任務(wù)較為嚴(yán)重的狀況下，計(jì)算機(jī)嵌入式系統(tǒng)經(jīng)常會(huì)自動(dòng)選擇最合適的調(diào)度方案來(lái)及時(shí)解決相應(yīng)的質(zhì)量和問(wèn)題，這些工作的執(zhí)行都可以提升計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和調(diào)度的效率。

2.5 計(jì)算機(jī)嵌入式操作系統(tǒng)在計(jì)算機(jī)中的使用

將計(jì)算機(jī)嵌入式操作系統(tǒng)投入到計(jì)算機(jī)的現(xiàn)實(shí)運(yùn)行的過(guò)程當(dāng)中需要對(duì)加入的嵌入式操作系統(tǒng)進(jìn)行綜合試驗(yàn)測(cè)評(píng)，以及完善設(shè)計(jì)和具有極高專(zhuān)業(yè)性的代碼編程等相關(guān)任務(wù)，并且對(duì)空間及時(shí)間兩大坐標(biāo)質(zhì)量進(jìn)行綜合測(cè)評(píng)和定位。

2.5.1 對(duì)計(jì)算機(jī)嵌入式系統(tǒng)進(jìn)行初始化

將計(jì)算機(jī)的嵌入式系統(tǒng)進(jìn)行初始化的工作是將嵌入式操作系統(tǒng)接收使用者所傳達(dá)的指令，并且做出相應(yīng)的信息處理行為。在進(jìn)行初始化的過(guò)程中還可以將內(nèi)存管理、程序代碼的運(yùn)載以及使用者端口程序系統(tǒng)、 CPU、計(jì)算機(jī)嵌入式操作系統(tǒng)和配備的軟件等方面都進(jìn)行初始化的工作。

2.5.2 對(duì)嵌入式操作系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)環(huán)節(jié)進(jìn)行設(shè)計(jì)

計(jì)算機(jī)嵌入式操作系統(tǒng)中的驅(qū)動(dòng)原程序主要作用就是和計(jì)算機(jī)下層的信息接口進(jìn)行交付和對(duì)于信息所傳出的指令進(jìn)行相應(yīng)的回應(yīng)。并且在該系統(tǒng)運(yùn)行工作中，計(jì)算機(jī)嵌入式操作系統(tǒng)自身需要已經(jīng)具備了對(duì)自身驅(qū)動(dòng)程序開(kāi)關(guān)的工作，還有信息讀入以及控制軟件和進(jìn)行信息讀取等信息驅(qū)動(dòng)程序的功能。

2.5.3 結(jié)合系統(tǒng)運(yùn)行的實(shí)際環(huán)境進(jìn)行最終效果分析

在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行工作運(yùn)行過(guò)程中，嵌入式的操作系統(tǒng)的設(shè)計(jì)能夠最大限度地降低計(jì)算機(jī)本身的運(yùn)行速度。

3 嵌入式計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)的類(lèi)別

3.1 用于商業(yè)工作中的嵌入式操作系統(tǒng)

經(jīng)過(guò)綜合分析證明在商業(yè)領(lǐng)域中所使用的嵌入式操作系統(tǒng)在整個(gè)計(jì)算機(jī)技術(shù)信息領(lǐng)域中都有著十分重要的意義，并且商用嵌入式操作系統(tǒng)自身具有極大的優(yōu)勢(shì)。比如說(shuō)操作簡(jiǎn)單且功能豐富具有較強(qiáng)的實(shí)用性，這些都是嵌入式計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)在商業(yè)領(lǐng)域中所展示出的明顯優(yōu)勢(shì)和特征。并且由于嵌入式計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)自身可以加入更多的操作軟件和應(yīng)用程序。所以這也使得企業(yè)在一些實(shí)際操作運(yùn)用中得到更加廣泛的推動(dòng)和使用，因此在整個(gè)商業(yè)行業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域中，對(duì)嵌入式操作系統(tǒng)的使用或多或少都會(huì)有所涉及。

3.2 開(kāi)源性計(jì)算機(jī)嵌入式操作系統(tǒng)

所謂開(kāi)源性就是在嵌入式操作系統(tǒng)中非常普遍的一種能夠?qū)Σ僮飨到y(tǒng)進(jìn)行混合使用的模式。它將原先的嵌入式傳統(tǒng)模塊限制進(jìn)行突破，使其能夠?qū)Ω鱾€(gè)板塊分散的信息進(jìn)行綜合處理。在開(kāi)源性嵌入式操作系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，所使用的CPU處理器能夠?qū)π畔⒌慕换ニ俣冗M(jìn)行大幅度的提升，并且對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)里面的大數(shù)據(jù)運(yùn)算能力進(jìn)行增幅和加強(qiáng)。在這個(gè)開(kāi)放性的計(jì)算機(jī)嵌入式操作系統(tǒng)中，MPA與CUDA雙方是相互依存且獨(dú)立工作，MPA對(duì)信息的通訊進(jìn)行掌控，是整個(gè)運(yùn)行嵌入式操作系統(tǒng)的最上層。而CUDA則對(duì)整個(gè)嵌入式操作系統(tǒng)所收納采集的信息進(jìn)行綜合計(jì)算和處理，是在整個(gè)嵌入式上述系統(tǒng)中作為底層的地位。

4 計(jì)算機(jī)的嵌入式操作系統(tǒng)所具備的特性

4.1 計(jì)算機(jī)嵌入式操作系統(tǒng)所具有的實(shí)用性

嵌入式操作系統(tǒng)在運(yùn)行工作時(shí)需要嚴(yán)格注意在限度的時(shí)間內(nèi)完成相關(guān)信息的指令，并且在進(jìn)行運(yùn)行工作過(guò)程中還需要確保發(fā)布信息指令的準(zhǔn)確性和時(shí)間的準(zhǔn)時(shí)性。因此計(jì)算機(jī)嵌入式操作系統(tǒng)也就具備了極強(qiáng)的工作實(shí)用性，并且這種工作運(yùn)行所具備的實(shí)用性相較于其它操作系統(tǒng)而言是嵌入式操作系統(tǒng)所特有的優(yōu)點(diǎn)。計(jì)算機(jī)嵌入式操作系統(tǒng)的實(shí)用性換句話說(shuō)就是在規(guī)定范圍的時(shí)間內(nèi)完成自己的工作任務(wù)，而且這也是對(duì)實(shí)用性的集中體現(xiàn)。

4.2 嵌入式操作系統(tǒng)具備的可靠性

在計(jì)算機(jī)嵌入式操作系統(tǒng)運(yùn)行工作時(shí)，自身具備了極高的可靠性。在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)開(kāi)機(jī)運(yùn)行后，系統(tǒng)便可自主運(yùn)行和工作，這在一定程度上減少了人力資源的投入，大幅度提升了企業(yè)等系統(tǒng)自身工作的運(yùn)行效率。在系統(tǒng)進(jìn)行自主運(yùn)轉(zhuǎn)工作時(shí)計(jì)算機(jī)設(shè)備會(huì)將使用者所傳輸?shù)男畔⒅噶钸M(jìn)行儲(chǔ)存，進(jìn)而利用計(jì)算機(jī)所具備的數(shù)據(jù)計(jì)算能力對(duì)計(jì)算機(jī)所儲(chǔ)存的數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算。并且由于不同的運(yùn)行操作系統(tǒng)在工作中可以相互交互運(yùn)轉(zhuǎn)，所以這也在一定程度上為系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行提供了保障。