嵌入式系统的测试_嵌入式系统的实时性问题

1、嵌入式系统的测试_嵌入式系统的实时性问题随着后 PC 时代以及网络、通信技术时代的到来，大量的计算机专业人员进入了嵌入式应用领域； 然而， 有大量的嵌入式系统应用是以单片机的形式， 应用在传统的电子技术领域中。 因此，以计算机领域人员为主体的， 远离对象系统的嵌入式系统的计算机工程应用模式， 和以电子技术领域人员为主体， 与对象系统紧耦合的电子技术应用模式产生了概念上的碰撞。 许多电子技术应用模式熟视无睹、 习以为常的概念， 在计算机工程应用领域中作为一个新概念提出时， 常常使电子技术应用领域中的人员感到莫明其妙。 以前的 “嵌入式系统”概念是其一， 而今 “嵌入式系统的实时性 ”又是一例。什

2、么是电子系统的实时性任何一个电子系统都可看成是一个激励- 响应系统。每个特定的电子系统都有一个从激励输入到响应输出的时间，即激励-响应周期T,它表现为系统的响应能力。如果系统的响应能力T能满足嵌入对象所规定的响应时间ta要求，即Tw ta,这个系统便是实时的电子系统。那末，什么是嵌入对象所要求的响应时间 ta 呢？通常，不论哪一种电子系统， 实现对象体系的控制管理要求， 这些控制管理通常都会有一定的时间限制。例如，一个振动监测系统，对振动波形的检测周期必须满足采样定理要求； 饮料生产线上的计量、馐控制系统， 必须在一个工位的移动周期里完成秤量、 封口的控制输出；对于超市中使用的电子秤，在秤量时

3、，希望能立即显示出重量和计价金额；我们日常使用的计算机，在敲击键盘时，也要求在显示屏上快速地出现键盘输入结果。 因此， 几乎所有的电子系统都有一个客观的响应时间 ta 要求。这就电子系统普遍存在的实时性问题，即要求 Tw ta。三类电子应用系统的实时性ta 是电子系统具体应用时， 客观应用环境提出的具体响应时间要求；不同类型电子系统的激励 - 响应时间 T 的不同，形成不同的实时性问题。我们可以按不同的激励- 响应时间 T 的特点，将电子系统分为经典电子系统、通用计算机系统与嵌入式系统，来讨论不同类型的电子应用系统不同的实时性特点。经典电子系统：不含计算机的纯电子电路系统，例如，测量放大器、电

4、子计数器、温度指示器（由 ADC、译码器、LED显示器构成）等，电路的动态特性决定了系统响应能力 T 的大小。经典电子系统是一个激励- 响应系统，从激励到响应的时间完全取决于电子在电路中的运动过程，因而，它具有极短的、相对固定不变的，从激励到响应的时间周期To在大多数经典电子应用系统中，由电路的动态特性决定了T值的大小。一般情况下，应用系统的T远小于嵌入对象系统的响应（ta）要求，因此，在经 典电子应用领域中，应用工程师的头脑中没有 “实时性 ”名词的概 念，而对一些极快速响应要求的应用系统，如振动测量系统，它的实时性要求常常反映为电路系统的 “频率响应 ”要求。通用计算机系统：是一个人机交互

5、的激励- 运行 - 响应系统。它的激励 - 响应时间 T 表现为电路系统的激励- 响应时间 tc 与软件运行时间 ts ，而电路系统的激励- 响应时间与软件运行时间相比为高阶小量，因而软件运行时间形成了 T 的主要成份，T=tc+ts tso由于通用计算机系统只使用在人机交互环境中，对象（人）提出的响应时间 ta 要求，只是一个期望值（尽量快） ， 而这种欲望一方面表现为永无止尽， 另一方面又表现出现实的可 容忍性。因此，通用计算机系统是一个非实时的电子系统，而快 速性成为通用计算机系统发展的永恒主题。嵌入式系统：由于计算机的嵌入， 嵌入式系统也是一个激励-运行 - 响应的电子系统。但是，它与嵌入对象体系交互时，要满足事件交互过程的响应要求。一方面，由于计算机的嵌入，嵌入式应用系统有十分可观的激励 - 响应时间 ts ，导致系统实时能力的降低；另一方面，由于嵌入对象体系的多样性、复杂性，不同的对象体系会提出不同的响应时间 ta 要求。因此，在嵌入式3/ 4应用系统的具体设计中， 必须考虑系统中每一个任务运行时， 能否满足tswta的要求，这就是嵌入式系统的实时性问题。综上所述，经典电子系统应用中，没有显出实时性的概念，是因为电子系统的激励- 响应时间 T 极短，绝大多数电子系统都能满足Tw ts要求；通用计算机系统应用中，没有实时性概念，是因为 ta 只有期望要求；