LabVIEW 什么是實(shí)時(shí)操作系統(tǒng) (RTOS)？LabVIEW 什么是實(shí)時(shí)操作系統(tǒng) (RTOS)？LabVIEW 什么是實(shí)時(shí)操作系統(tǒng) (RTOS)？

一般而言，操作系統(tǒng)的任務(wù)是管理計(jì)算機(jī)的硬件資源和應(yīng)用程序。 實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)會(huì)執(zhí)行這些任務(wù)，但是運(yùn)行時(shí)間精度和可靠度都*。 在實(shí)際應(yīng)用中，有的系統(tǒng)失常代價(jià)高昂，甚至?xí)鸢踩鹿省＿@時(shí)，操作系統(tǒng)的時(shí)間精度和可靠度都顯得格外重要。

顧名思義，實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)必須在已知的關(guān)鍵時(shí)間內(nèi)完成關(guān)鍵操作，至少要在大多數(shù)情況下在已知時(shí)間內(nèi)完成關(guān)鍵操作。 部分這類操作包括操作系統(tǒng)調(diào)用和中斷處理。 *在時(shí)間內(nèi)完成關(guān)鍵性操作的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，被稱為“硬實(shí)時(shí)”操作系統(tǒng)。大多數(shù)情況下能滿足在時(shí)間內(nèi)完成關(guān)鍵性操作的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，被稱為“軟實(shí)時(shí)”操作系統(tǒng)。 實(shí)際情況中，上述分類的指導(dǎo)意義有限。每個(gè)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)都有*的性能特征，用戶在決定使用某個(gè)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)之前需要仔細(xì)研究這些特征。

下面通過(guò)列子來(lái)幫助理解實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的概念。 假設(shè)您在為一款新車設(shè)計(jì)安全氣囊系統(tǒng)。 在該情況下，極小的時(shí)間誤差（太早或太遲）都會(huì)產(chǎn)生災(zāi)難性后果，甚至導(dǎo)致人員傷亡。 因此，需要一個(gè)硬實(shí)時(shí)系統(tǒng)；在系統(tǒng)設(shè)計(jì)上要確保沒有任何操作的優(yōu)先級(jí)可以*于時(shí)間限制之上。 另一方面，如要設(shè)計(jì)一個(gè)接收流媒體手機(jī)，在保持大致不丟失流媒體數(shù)據(jù)的前提下可以偶爾遺失少量數(shù)據(jù)。 在這種應(yīng)用中，一個(gè)軟實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)就可滿足要求。

如果編程合理，實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)可保證程序運(yùn)行在時(shí)間上的穩(wěn)定可靠性。 實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)向用戶提供任務(wù)優(yōu)先級(jí)排序的高度控制權(quán)，也通常會(huì)允許用戶檢查任務(wù)執(zhí)行是否符合時(shí)間上設(shè)定的要求。

與實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)相比，個(gè)人電腦上zui常見的操作系統(tǒng)稱為通用操作系統(tǒng)，例如，Windows。 下面將詳盡闡述實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)和通用操作系統(tǒng)的區(qū)別。在此之前，要先了解兩種操作系統(tǒng)的優(yōu)劣。 Windows等操作系統(tǒng)通過(guò)運(yùn)行多個(gè)程序和服務(wù)來(lái)維持對(duì)用戶操作的響應(yīng)，實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)通過(guò)精確和可靠度定時(shí)機(jī)制（關(guān)注編程人員設(shè)定的優(yōu)先級(jí)）來(lái)運(yùn)行關(guān)鍵性應(yīng)用程序。

重要的術(shù)語(yǔ)和概念

確定性：運(yùn)行在實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)上的應(yīng)用程序（或應(yīng)用程序的關(guān)鍵性片段），如能保證時(shí)間精度，就認(rèn)為是確定性的程序。

軟實(shí)時(shí)和硬實(shí)時(shí)：完*保證時(shí)間精度的操作系統(tǒng)，稱為硬實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。 多數(shù)情況下能保證時(shí)間精度的操作系統(tǒng)，稱為軟實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。

抖動(dòng)：程序開始時(shí)，*循環(huán)相對(duì)于后續(xù)循環(huán)在時(shí)間上的差異，稱為抖動(dòng)。 實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)可確保在編程合理的情況下，抖動(dòng)為zui小水平；任務(wù)*執(zhí)行與后續(xù)循環(huán)執(zhí)行所用的時(shí)間非常接近。

圖1：抖動(dòng)指一次任務(wù)執(zhí)行和后續(xù)任務(wù)執(zhí)行之間在時(shí)間上的差異。 實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)通過(guò)各種優(yōu)化方式使抖動(dòng)zui小化。

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2. 實(shí)時(shí)應(yīng)用程序范例

實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)用于兩類應(yīng)用：事件響應(yīng)和閉環(huán)控制。 事件響應(yīng)類應(yīng)用需要在的時(shí)間內(nèi)對(duì)外界觸發(fā)條件作出響應(yīng)。例如，生產(chǎn)線上自動(dòng)視覺模式識(shí)別。 在視覺識(shí)別系統(tǒng)中，必須在生產(chǎn)線移動(dòng)之前對(duì)待測(cè)部分進(jìn)行拍照和分析。

對(duì)運(yùn)行在硬實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)上的程序進(jìn)行嚴(yán)格的設(shè)計(jì)和調(diào)試之后，在事件響應(yīng)上工作的設(shè)計(jì)人員可保證響應(yīng)的確定性（在時(shí)間內(nèi)發(fā)生）。 在視覺識(shí)別案例中，使用通用操作系統(tǒng)可能會(huì)導(dǎo)致無(wú)法及時(shí)檢測(cè)待測(cè)部分，從而降低生產(chǎn)線速度、強(qiáng)制報(bào)廢待測(cè)品，甚至交付潛在的次品。

在閉環(huán)控制系統(tǒng)中，例如，汽車巡航控制系統(tǒng)會(huì)連續(xù)處理反饋數(shù)據(jù)，調(diào)整輸出。 因?yàn)檩敵鰯?shù)據(jù)取決于是否能在時(shí)間內(nèi)處理完輸入數(shù)據(jù)。在時(shí)間內(nèi)完成任務(wù)至為重要，只有這樣才能有正確的輸出。 如果巡航系統(tǒng)無(wú)法在給定時(shí)間點(diǎn)上判斷合適的油門設(shè)置，會(huì)發(fā)生什么情況？ 硬實(shí)時(shí)系統(tǒng)可保證在時(shí)間內(nèi)及時(shí)處理控制系統(tǒng)的輸入數(shù)據(jù)。

還必須指出，很多程序必須運(yùn)行多個(gè)周期后才能充分體現(xiàn)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的可靠性。 與通用操作系統(tǒng)同時(shí)處理多個(gè)程序和進(jìn)程不同，實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)上只有少量程序運(yùn)行。實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)適用于宕機(jī)代價(jià)高昂的全天候系統(tǒng)。

如要在項(xiàng)目中使用實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，請(qǐng)查看我是否需要實(shí)時(shí)系統(tǒng)？

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3. 探究事實(shí)：實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)與通用操作系統(tǒng)有哪些不同之處

Windows、Mac OS等操作系統(tǒng)是開發(fā)和運(yùn)行非實(shí)時(shí)測(cè)量和控制應(yīng)用程序的優(yōu)秀平臺(tái)。 這些操作系統(tǒng)使用于實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)之外的使用場(chǎng)合。對(duì)于要求精確定時(shí)和長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行的系統(tǒng)而言，通用操作系統(tǒng)不是理想的平臺(tái)。 下面將闡述兩種操作系統(tǒng)之間的區(qū)別，以及編寫實(shí)時(shí)應(yīng)用程序時(shí)的注意事項(xiàng)。

設(shè)置優(yōu)先級(jí)

編寫應(yīng)用程序時(shí)，大多數(shù)操作系統(tǒng)都允許程序員應(yīng)用程序的總體優(yōu)先級(jí)，以及應(yīng)用程序中不同任務(wù)（線程）的優(yōu)先級(jí)。 這些優(yōu)先級(jí)設(shè)置將程序和任務(wù)的重要性告知操作系統(tǒng)。 如兩個(gè)任務(wù)同時(shí)運(yùn)行，操作系統(tǒng)將優(yōu)先運(yùn)行優(yōu)先級(jí)設(shè)置較高的任務(wù)。

在實(shí)際應(yīng)用中，通用操作系統(tǒng)不會(huì)始終嚴(yán)格按照程序設(shè)置的優(yōu)先級(jí)執(zhí)行。 因?yàn)橥ㄓ貌僮飨到y(tǒng)可同時(shí)運(yùn)行多個(gè)應(yīng)用程序和進(jìn)程，所有任務(wù)都會(huì)被分配到一些處理時(shí)間。 在某些情況下，低優(yōu)先級(jí)任務(wù)的臨時(shí)優(yōu)先級(jí)可能會(huì)比高優(yōu)先級(jí)任務(wù)更高。 這樣，每個(gè)任務(wù)都會(huì)分配到一定的運(yùn)行時(shí)間。這會(huì)違背程序設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)初衷。

實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)可嚴(yán)格按照程序員設(shè)置的優(yōu)先級(jí)執(zhí)行程序。 在多數(shù)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)上，如果一個(gè)高優(yōu)先級(jí)任務(wù)占用率*的處理器資源，低優(yōu)先級(jí)任務(wù)將一直等待直到高優(yōu)先級(jí)任務(wù)完成。 因此，設(shè)計(jì)實(shí)時(shí)應(yīng)用程序時(shí)，必須謹(jǐn)慎、合理設(shè)置優(yōu)先級(jí)。 在一個(gè)典型的實(shí)時(shí)應(yīng)用程序中，設(shè)計(jì)者應(yīng)該將實(shí)時(shí)代碼放置在高優(yōu)先級(jí)的部分。 寫入磁盤、網(wǎng)絡(luò)通信等較低優(yōu)先級(jí)的代碼應(yīng)該放在較低優(yōu)先級(jí)的部分。

中斷延遲

設(shè)備生成一個(gè)中斷和設(shè)備中斷發(fā)生之間的時(shí)間，稱為中斷延遲。 通用操作系統(tǒng)響應(yīng)中斷需要的時(shí)間不固定，實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)必須確保在一個(gè)固定的時(shí)間內(nèi)響應(yīng)中斷。 也就是說(shuō)，實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的延遲必須是已知的固定的值。

性能

一個(gè)常見的誤解是實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的性能高于通用操作系統(tǒng)。 在某些情況下，因?yàn)椴恍枰诙鄠€(gè)應(yīng)用程序和服務(wù)之間進(jìn)行多任務(wù)操作，實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的性能更好。這并不是的規(guī)律。 實(shí)際應(yīng)用程序的性能取決于CPU主頻、內(nèi)存架構(gòu)、程序特征，等等。

即使實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)對(duì)執(zhí)行速度沒有直接影響，但是它與通用操作系統(tǒng)相比具有更精確和更可靠的時(shí)間特性。

    我們開業(yè)語(yǔ)言以LabVIEW為主，在硬件選型方面也積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)我們也具備獨(dú)立的硬件開發(fā)及機(jī)械設(shè)計(jì)與加工能力，可以制作、加工非標(biāo)設(shè)備，滿足個(gè)性化的需求。"術(shù)業(yè)有專攻"，每個(gè)人都有自己zui擅長(zhǎng)的領(lǐng)域。把這些工作交給我們，使您有精力做科研，這應(yīng)該是一個(gè)雙贏的局面。

服務(wù)領(lǐng)域涵蓋：

   LabVIEW 編程 開發(fā)

     LabVIEW作為圖形化編程語(yǔ)言，近幾年發(fā)展迅速，它具備開發(fā)快、可靠性高等特點(diǎn)，非常適合測(cè)控領(lǐng)域的應(yīng)用。在該領(lǐng)域我們已經(jīng)有十年的開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，合作用戶涉及科研、國(guó)防、外企、大中小型各類企業(yè)。服務(wù)領(lǐng)域遍布自動(dòng)測(cè)控系統(tǒng)眾多領(lǐng)域，包括航空航天、汽車產(chǎn)品測(cè)試、工業(yè)自動(dòng)化、故障診斷、圖像處理等。

   非標(biāo)設(shè)備研制

    在系統(tǒng)開發(fā)過(guò)程中，購(gòu)買不到的配件、電路板等產(chǎn)品，我們也可以進(jìn)行研制開發(fā)，為您提供一站式的服務(wù)。

   系統(tǒng)集成

為自動(dòng)化測(cè)試提供完整的解決方案。我們從設(shè)備選擇、采購(gòu)、安裝、調(diào)試、控制、到配套產(chǎn)品的研制，涵蓋您科研生產(chǎn)的全過(guò)程。讓您全身心的投入到核心工作中來(lái)，減輕您的工作壓力，提升工作效率。

   產(chǎn)品合作開發(fā)

    如果您那有具有市場(chǎng)潛力的好產(chǎn)品、好創(chuàng)意，我們也愿意與您一起合作開發(fā)。在這方面我們也具備了一定的基礎(chǔ)，例如工業(yè)*/呼吸模擬器/人工肺，勞保測(cè)試產(chǎn)品"防塵測(cè)試儀"已經(jīng)成功推向了市場(chǎng)。成熟的技術(shù)+有潛力的市場(chǎng)，一直是我們追求的目標(biāo)。如果您有好的創(chuàng)意，或者現(xiàn)有的產(chǎn)品需要升級(jí)推廣，也歡迎與我們。

      王