一篇关于嵌入式系统及其实时应用的文章。关注不同的主题，如什么是嵌入式系统，什么是嵌入式系统的实时应用，什么是嵌入式系统的未来等。
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这个世界充满了嵌入式系统。微控制器的发展为嵌入式系统的应用铺平了道路，它们在我们的现代生活中以这样或那样的方式扮演着重要的角色(并将继续扮演)。
从数码相机、DVD播放机等消费电子产品到飞行控制器、导弹制导系统等高端先进系统，嵌入式系统无处不在，已成为我们生活的重要组成部分。
随着嵌入式系统的使用，我们的生活方式得到了显著的改善，甚至在明天，它们仍将是我们生活中不可或缺的一部分。
最近我们听到的另一个重要概念是实时系统。在实时系统中，进行实时计算，其中计算机(嵌入式系统)必须在一定的时间限制内对事件产生响应。
在深入了解嵌入式系统实时应用的细节之前，我们首先要了解什么是嵌入式系统，什么是实时系统，什么是实时操作系统。
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大纲
什么是嵌入式系统?
嵌入式系统是硬件和软件的结合。我的台式电脑也有硬件和软件。这是否意味着台式电脑也是嵌入式系统?不。台式计算机被认为是一种通用系统，因为它可以同时执行许多不同的任务。一些常见的任务是播放视频，使用办公套件，编辑图像(或视频)，浏览网页，等等。
嵌入式系统更像是一个面向应用程序的系统，即它专门用于执行单一任务(或有限数量的任务，但所有任务都为一个主要目标而工作)。
我们日常使用的嵌入式系统的一个例子是无线路由器。为了在我们的手机和笔记本电脑上获得无线互联网连接，我们经常使用路由器。无线路由器的任务就是从电缆上获取信号并将其无线传输。从设备(如移动设备)获取无线数据并通过电缆发送。
尽管这个任务看起来很简单，但在这个过程中涉及到许多单独的子任务。其中一些任务包括为客户端(设备)分配动态IP地址、管理来自每个设备的数据、安全性和加密、传输和接收数据等。
这里有一个清单学生嵌入式系统项目．
嵌入式系统组成
一个嵌入式系统由四个主要部分组成。它们是处理器(微处理器或微控制器)、存储器(RAM和ROM)、外设(输入和输出)和软件(主程序)。
处理器:嵌入式系统的核心是处理器。基于系统的功能，处理器可以是通用处理器、单一用途处理器、应用特定处理器、微控制器或FPGA。
记忆:内存是嵌入式系统的另一个重要组成部分。它分为RAM和ROM。嵌入式系统中的内存(具体地说，ROM)存储主程序，RAM存储程序变量和临时数据。
外围设备:为了与外界通信或控制外部设备，嵌入式系统必须有输入和输出外设。这些外设包括输入/输出端口、通信接口、计时器和计数器等。
软件:所有硬件工作都是根据软件(主程序)编写的。嵌入式系统的软件部分包括系统的初始化、输入输出控制、错误处理等。
注意:许多嵌入式系统，通常是中小型规模的系统，通常由一个微控制器作为主处理器组成。在微控制器的帮助下，处理器、内存和少量外设将集成到一个设备中。
什么是实时嵌入式系统?
嵌入式系统的一个子类是实时嵌入式系统。实时嵌入式系统是一种具有时间限制的计算机系统，即能够及时(在有限和指定的时间内)响应外部事件或输入刺激的系统。
在这里，时间约束包括响应时间、开始时间和结束时间，即响应事件所花的时间、对偶数的响应开始的时间和给出响应的时间。让我们举一个实时系统的真实例子。
考虑一个武器防御系统，它的工作是击落来袭的导弹并保护海军驱逐舰。该武器防御系统由三个子系统组成:雷达系统、控制系统和武器发射系统。
控制系统充当指挥与决策系统，指挥与决策系统是控制系统，雷达系统和武器发射系统是被控制系统。现在我们将看到这个实时系统在现实世界的场景中是如何工作的。
首先，雷达系统持续监测潜在威胁，如来袭导弹和测量目标的坐标。然后将这些坐标发送到控制系统，控制系统根据来自雷达系统的信息确定目标所拥有的威胁级别。
指挥和决策系统然后计算目标的不同参数，如导弹的速度，飞行路径和可能的撞击点。
根据上述参数，控制系统启动武器发射系统，连续射击，直到摧毁目标。
在这个例子中，指挥和决策系统和雷达系统之间的通信是实时发生的，即潜在威胁可能在任何时间发生，而且是不可预测的。第二个实时计算是射击坐标。最初，它们由目标的飞行路径确定，但根据目标的实际位置实时更新。
实时嵌入式系统的特点
任何实时嵌入式系统都有两个重要特征。它们是:
- 实时嵌入式系统必须对事件(功能约束)和产生正确的计算响应
- 响应或结果必须在预定义的时间内产生(时间限制)。
实时系统的类型
在特性一节中，我们已经说过实时系统必须遵守时间约束。根据实时系统在时间约束中的容忍程度，将实时系统分为两类。它们是:
- 硬实时系统
- 软实时系统
在硬实时系统中，时间限制没有灵活性，即它们必须满足所有的截止日期，否则将导致灾难性的后果。
硬实时系统必须在规定的时间内对事件做出准确的响应。如果其中任何一个没有实现，即如果响应不准确或响应没有在正确的时间传递，结果将是极其灾难性的，如生命的损失。
硬实时系统的例子有飞行控制系统、导弹制导系统、武器防御系统等。
另一方面，软实时系统在满足截止日期方面有一些放松，即公差的程度是非零的。软实时系统必须在截止日期内对事件做出响应，但在满足截止日期方面具有一定的灵活性。
即使在最后期限内没有传递响应(但在可接受的限度内传递)，结果也不会是灾难性的或系统中的故障，但会导致传播延迟。
软实时系统的例子有机顶盒、DVD播放机、天气监测系统等。
为什么实时系统需要操作系统?
操作系统是一种软件，它控制系统中不同的硬件，如处理器、内存和其他设备，并为用户和系统之间的交互提供用户界面。
在实时系统中，需要实时计算，并且必须按时交付准确的结果，操作系统起着重要的作用。随着嵌入式系统中硬件的日益复杂，它们所提供的功能和所能运行的应用程序都需要一个操作系统代码，以满足系统需求，并且不会错过任何截止日期。
像微波炉这样的小型嵌入式系统可能不需要操作系统，但一些先进的系统，如机顶盒，可以播放超过1000个频道，可以录制高清视频，支持USB等外部设备的媒体，肯定需要一个操作系统。
在实时系统中使用的操作系统被称为实时操作系统或RTOS
实时操作系统(RTOS)
实时操作系统(RTOS)管理实时嵌入式系统的资源，以便任何进程所花费的时间与之前的时间相同。RTOS应该对不可预测的事件有可预测的响应。
在RTOS的帮助下，可以轻松地设计实时应用程序并添加附加功能(不需要额外的软件)。
嵌入式系统实例及其实时应用
我们将通过看一个嵌入式系统的例子和它的实时应用来进一步讨论:汽车上的防抱死制动。
几乎所有的现代汽车(以及摩托车)都配备了一种名为ABS(防抱死制动系统)的安全装置。我们不知道的是，这是一种实时应用的嵌入式系统:允许车轮与路面产生牵引力，防止刹车时车轮卡死或打滑。
在这个例子中，实时概念在哪里?让我们再深入挖掘一下。一般来说，当我们在汽车上刹车时，刹车压力会施加在所有的车轮上，而不管车轮的方向和汽车的速度如何，导致车轮锁死。这将导致车辆打滑和失去牵引力(有单独的牵引力控制系统)。
ABS(防锁定吠叫系统)在这种情况下起着重要的作用。ABS系统通常包括三个部分:传感器，控制单元和液压阀。
每个车轮都有自己的传感器，这有助于连续监测车轮的旋转速度。来自传感器的数据由电子控制单元(ECU)持续监测。
如果一个轮子的转速小于其他轮子的转速，当刹车时，这个轮子很容易被锁死。
ECU将根据车轮的转速来激活液压阀，即，转速较慢的车轮所承受的液压压力较小。制动器液压压力的减少将减少特定车轮上的制动力，因此所有车轮将同步。
另一种情况是，如果一个轮子的转速比其他的高，那么ABS也会出现在图中。
嵌入式系统的其他实时应用
- 最新的智能电视
- GPS导航系统
- 几乎所有的现代智能手机
- 导弹制导系统
- 太空探索(探测器)
- 汽车(ABS、安全气囊)
- 行业(装配机器人)
- 道路安全系统(交通监察及碰撞警报系统)
- 和许多其他。
