计算机网络中的嵌入式实时操作系统

摘要：传统的嵌入式实时操作系统中的缓存机制在执行时会出现许多报文块会过度消耗系统CPU使用寿命。为此，文中提出基于计算机网络技术的嵌入式实时操作系统设计。在硬件设计上，设计微内核体系结构，保留基本服务在系统内核中，将其他功能移出到用户空间，设计以太网控制器，使系统在不同的网络环境下实现各种功能。在软件设计上，优化嵌入式网络通信协议，针对不同的报文采取不同的处理方式，同时处理产生的实时信号，将信号与报文结合在一起，预测系统下一步操作，达到实时操作的目的。实验结果表明，设计的基于计算机网络技术的嵌入式实时操作系统在执行任务时内存空间占比小，数据开销小，系统CPU使用寿命得到增长。

关键词：实时操作系统;计算机网络技术;系统设计;以太网控制器;缓存机制;报文处理;信号处理

引言

嵌入式软件指的是支持嵌入式装置运行的软件层或是应用软件层，主要负责处理计算机发出的各项控制指令。嵌入式软件能够增值嵌入式设备，通过软件代码间的相互作用，实现软件的不同功能[1]。随着嵌入式软件应用面不断拓展，软件与局域网间的连接问题逐渐成为研究热点。国外对嵌入式软件研究起步较早，在软件与网络连接错误故障的检测上也起步较早，借助于解析模型手段，现已研究得到实时检测方法。国内在研究嵌入式软件上的时间并不久，但在我国研究人员不断地努力下，已经得到了多种检测方法和测试平台。文献[2]提出嵌入式通信系统远程高速数据准确识别检测，分析远程高速数据，获取数据增高预警值，建立远程数据通信传输模型，利用远程数据点均值处理系统中的无效数据，采用动态平均线处理方法对通信系统中的有效数据缺失进行数据补偿，获得有效数据交叉信息链，连接相对独立的多个远程数据点均值，计算出数据的包络特征值，用于识别通信系统中的有效数据，形成远程有效数据时域波形信息分量，实现数据的精确识别检测。文献[3]提出采用随机Petri网的嵌入式机载软件可靠性检测，针对典型缺陷，建立了嵌入式机载软件系统行为模型，给出了典型缺陷的检测策略和判断准则，通过对Petri网模型进行仿真验证，验证系统是否存在这种设计缺陷，并给出了软件设计运行过程的仿真验证算法，以完成可靠性检测。

1嵌入式实时操作系统特征

与传统计算机系统相比，嵌入式实时操作系统本身所具备的简便性特征，保证在控制程序中以嵌入式结构作为主体控制功能，深植于各个设备载体中，实现对整个运行体系的监控。此类嵌入式运作模式，在工业生产以及智能操控中具有较大的优势。例如物联网体系、自动化生产体系以及智能家居体系中，嵌入式结构的应用可将整个功能建设在系统运行诉求之上，进而达到高质量、高效率的运行基准。嵌入式实时操作系统的运行特征如下。（1）能耗低属性。嵌入式实时操作系统所搭载的设备具有小巧型與简便性，整个设备在运行过程中可以在短时间内完成高效率处理，降低能源损耗，提高整个系统的使用寿命。（2）在存储量方面。嵌入式实时操作系统主要是以闪存处理器为主，其所具备的存储量较小，这也使得在实际应用过程中可以更为优质的解决小型电子设备高效率传输的问题。但是其也存在一定的局限，无法支撑大容量存储设备的运行。（3）在可靠性方面。嵌入式实时操作系统，在运行过程中可以按照主体指令的下达，对整个操作模式进行可靠性、稳定性的支撑，保证每一类数据信息在核对过程中规避数据故障问题，提供更为优质的服务。从结构属性来讲，嵌入式实时操作系统本身所具备的模块功能，可以按照不同管理机制建设出针对性可行性的管控方案。在整个关联系统的影响，保证每一类机构实现的独立性，利用设备管理存储器管理，文件管理等，通过不同专业机构的设定，令系统结构应用过程中具有层次性与关联性，真正实现对数据信息以及相关质量的层次化处理，提高数据罗列质量。

2计算机嵌入实时系统的展望

从现有的系统运行角度来讲，整个系统处理功能的实现是建立在网络需求之上，同时受到软件与硬件方面的制约，操控系统在运行过程中所产生的荷载量也在逐渐增大。这就需要系统在未来发展过程中，按照系统本身所具备定向性功能，进行逐步分解与更新，在保证系统关联运行功能前提下，实现独立化操作，真正将整个功能建设于系统组织之上。

（1）系统化。嵌入式实时操作系统具备的应用特征，随着多类型需求而逐渐扩大，这就需要在综合化、复杂化的处理工艺下，嵌入式开发设计质量也应随之提升，真正实现以自我核心为基准的优化与改进，保证每一项开发功能，在具体实现过程中，将系统化作为核心，建立在数据信号高效率处理诉求之上。

（2）生活化。随着嵌入式实时操作系统的逐步应用，其已经在工业产业、交通管理产业以及智能控制方面得到了更为广泛的应用。为进一步提高嵌入式系统与社会技术需求之间的对接，则必须向生活化方向所转变，保证简便式的操作，可以扶持各类操控机构的精准运行。例如，目前智能设备所具备的语音实时录入与转换功能，改变传统手工录入的形式，通过系统多功能录入与识别，保证数据信息传输的精准性。

（3）网络化。随着大数据技术、5G技术的到来，互联网与物联网组成的万物互联体系，真正与人们日常生活与工作相结合，这也认证了以网络数据为核心的各类发展体系，正在逐步渗透在行业发展规律之中，甚至可能形成以科学技术为驱动的客观发展体系。对于此，嵌入式实时操作系统必须跟随着计算机网络发展，实现数据远程操控，保证每一位功能在对接过程中可以依据数字信息、数字化信号等实现网络链接，提高整体操控质量。

（4）优化嵌入式网络通信协议

嵌入式实时操作系统中，数据的发送与接收通过简单的函数调用即可实现，但是因为报文的不可预知性，会导致系统额外的开销增加。因此，本文利用嵌入式网络通信协议优化方法解决上述中的难题。对于短小的报文，不需要在系统中实现过多的函数功能，所以利用层次旁路确定协议层次的协议规范。根据系统功能需求，决定必要的协议层次功能，将待使用的协议实现函数组合成小型模块，同时去除掉无用的协议层次，避免协议层次产生的多余开销[13]。对于长报文，利用系统内部的任务调度方法，创建接收数据缓存，提供缓存映射指针，调用OS服务，使用相关的协议处理模块将其分组，通过内存映射直接从缓存中接收数据，减少处理长报文过程中的数据拷贝，达到节省开销的目的。

总结

计算机网络技术持续性更新发展下，对相关设备载体的运行提出更高诉求，这就需要从多个方面分析出技术的可优化特征，打造出更为完整的技术框架，提高系统应用性能。从嵌入式实时操作系统的开发设计可以满足实时操控需求，且系统本身不再局限于逻辑性预算体系内，通过预测与分析功能，更好地在整个数据体系下完成自主优化时的操作，确保每一类系统功能的开放性与兼容性，实现对固有计算机行业的有效促进。为此，针对嵌入式实时操作系统进行设计优化时，需要从多个角度界定出系统框架的应用特征，结合外部应用环境，创建更为完整的技术框架，满足系统运行的需求。

参考文献

[1]张帝，董飞，高彬，等.基于嵌入式实时操作系统的智能矿灯设计[J].工矿自动化，2018，44（2）：23-27.

[2]李宝平，朱娴.基于嵌入式实时操作系统的舰船继电保护装置设计[J].舰船科学技术，2018，40（20）：82-84.

[3]欧阳湘臻，朱怡安，李联，等.一种安全关键的嵌入式实时操作系统内核设计[J].计算機工程，2019，45（7）：78-85.

个人简介：杨飞飞，男，汉，出生于1978.1.11，陕西咸阳人，学历：本科，毕业院校：西北工业大学，职称：中级，研究方向：嵌入式计算机应用，邮箱：1578194904@qq.com