幾年前，為實(shí)時(shí)應(yīng)用構(gòu)建一個(gè)數(shù)字控制系統(tǒng)還是比較容易的。你可以先選定一款自己最熟悉的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)（RTOS）和一款微控制器。這款微控制器必須支持你采用的RTOS，此外在價(jià)格、性能、輸入/輸出特性和儲(chǔ)存能力方面也能夠滿足應(yīng)用要求。然后，你就可以編寫應(yīng)用軟件了。軟件要能夠利用到RTOS的特性，從而保證你的控制器可以在指定的時(shí)刻完成指定的工作。　　

    實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的基本使命是處理中斷。當(dāng)一個(gè)中斷出現(xiàn)，RTOS必須先把當(dāng)前程序的相關(guān)數(shù)據(jù)保存好，
然后切換到一個(gè)獨(dú)立的中斷服務(wù)流程來處理這個(gè)中斷事件。處理完中斷事件之后，RTOS
先恢復(fù)先前儲(chǔ)存的數(shù)據(jù)，再繼續(xù)運(yùn)行先前的程序。

　　如今，構(gòu)建這樣一個(gè)數(shù)字控制系統(tǒng)已經(jīng)不那么容易了。從某種意義上說，多核微控制器和軟件虛擬化技術(shù)的問世，使得嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)師與運(yùn)動(dòng)控制工程師的工作更加復(fù)雜了。然而在許多方面，這些技術(shù)又為他們的工作帶來了便利。要弄明白這個(gè)看似矛盾的說法，你需要掌握一些RTOS、多核和軟件虛擬化技術(shù)的基礎(chǔ)知識(shí)。下面，讓我們從RTOS基本技

　　讓實(shí)時(shí)性深入每一刻

　　維基百科中寫道： “實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)（RTOS；通常被讀作‘阿-陶思’）是一種專為實(shí)時(shí)應(yīng)用而設(shè)計(jì)的多任務(wù)操作系統(tǒng)。RTOS為實(shí)時(shí)系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供了便利，但它并不能夠保證最終的結(jié)果是實(shí)時(shí)的；要做到這一點(diǎn)還需要正確開發(fā)相應(yīng)的軟件。RTOS的價(jià)值并不體現(xiàn)在數(shù)據(jù)處理能力方面，而是主要在于對(duì)特定事件的響應(yīng)速度與預(yù)見性方面。因此最小中斷響應(yīng)延遲和最小線程切換延遲是衡量一款RTOS的重要參數(shù)。”

　　RTOS具備了在多任務(wù)環(huán)境下對(duì)任務(wù)關(guān)鍵性進(jìn)行編排的能力。在單任務(wù)系統(tǒng)中，由于不會(huì)出現(xiàn)多個(gè)任務(wù)同時(shí)競(jìng)爭(zhēng)計(jì)算資源的情況，每個(gè)任務(wù)都是實(shí)時(shí)運(yùn)行的。這種情況下，當(dāng)任何一個(gè)事件發(fā)生并對(duì)CPU發(fā)出請(qǐng)求時(shí)，CPU就會(huì)立刻對(duì)它作出響應(yīng)。這是因?yàn)镃PU在同一時(shí)刻不會(huì)執(zhí)行其他操作，也不會(huì)被其他事件所阻礙。

　　在多任務(wù)環(huán)境下，CPU需要在多個(gè)任務(wù)之間進(jìn)行切換，這時(shí)，實(shí)時(shí)性的價(jià)值才能得到體現(xiàn)。當(dāng)一個(gè)事件出現(xiàn)并對(duì)CPU發(fā)出請(qǐng)求時(shí)，CPU很可能正忙于處理其他事件，因而不能立即對(duì)該請(qǐng)求做出響應(yīng)。它必須以某種方式把正在處理的任務(wù)擱置起來，便于CPU在處理完中斷事件之后重新回到之前的任務(wù)上，然后，CPU才會(huì)響應(yīng)中斷事件。最后，它必須在處理完中斷事件后重新回到之前的任務(wù)線程上。

　　一款工業(yè)級(jí)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的使命就是處理中斷標(biāo)志事件。中斷是由外部電路發(fā)出的信號(hào)。外部電路把CPU的中斷管腳拉到高電平（對(duì)絕大多數(shù)CPU是這樣的）并長(zhǎng)期保持該信號(hào)，直到CPU識(shí)別出該中斷信號(hào)。CPU一般會(huì)在一段確定的時(shí)間內(nèi)對(duì)中斷信號(hào)做出響應(yīng)，這是強(qiáng)制規(guī)定的。

　　虛擬世界

　　操作系統(tǒng)（OS）作為一種軟件，最根本的任務(wù)是對(duì)位組合進(jìn)行操作。對(duì)于軟件而言，硬件只是一連串代表它們?cè)诘刂房臻g內(nèi)位置的位組合以及臨時(shí)與這些位置有關(guān)的數(shù)據(jù)字。

　　虛擬化技術(shù)正是依賴于這樣一個(gè)事實(shí)：軟件不知道也不必去關(guān)心這些位組合的來龍去脈，它只需要在位組合出現(xiàn)時(shí)對(duì)其進(jìn)行處理。

　　假設(shè)你擁有一臺(tái)運(yùn)行速度飛快的計(jì)算機(jī)，但是你需要的卻是兩臺(tái)對(duì)速度要求不高的計(jì)算機(jī)。也許你想在其中一臺(tái)上運(yùn)行Microsift的Vista操作系統(tǒng)（當(dāng)然你缺少這臺(tái)電腦），而在另一臺(tái)上運(yùn)行WindRiver的VxWorks RTOS。Vista 可以提供人機(jī)界面（HMI）并且能夠通過因特網(wǎng)自動(dòng)把數(shù)據(jù)上傳到位于巴基斯坦的服務(wù)器里，與此同時(shí)VxWorks會(huì)對(duì)流程進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。
　　
　　管理程序的地位介于硬件與操作系統(tǒng)實(shí)例之間。它對(duì)操作系統(tǒng)進(jìn)行劃分，
以虛擬形式把不同硬件分別呈現(xiàn)給不同的操作系統(tǒng)。

　　你可以應(yīng)用軟件虛擬化技術(shù)“克隆”你所擁有的這個(gè)高速處理器，并把它分身為兩個(gè)相同的虛擬處理器。當(dāng)然，這兩個(gè)虛擬處理器的運(yùn)行速度會(huì)減慢。其中一個(gè)處理器可以運(yùn)行Vista，另一個(gè)運(yùn)行VxWorks。

　　用來實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)的虛擬化軟件被稱為“管理程序”。管理程序在計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)中的位置介于硬件與各個(gè)操作系統(tǒng)實(shí)例之間。從硬件層面看，管理程序永遠(yuǎn)只是一個(gè)普通的操作系統(tǒng)。從操作系統(tǒng)層面看，管理程序就像是一種硬件。

　　管理程序有三大功能：

　　■  它為各種OS提供了訪問硬件的途徑。這些硬件包括處理器、內(nèi)存以及輸入/輸出接口。它能確保相互不兼容的操作系統(tǒng)在一起融洽地工作。管理程序在設(shè)計(jì)上滿足實(shí)時(shí)操作性要求。也就是說，為了維持RTOS的決策，管理軟件會(huì)對(duì)所有硬件資源進(jìn)行分配。

　　■  它提供了不同OS之間的隔離機(jī)制，包括數(shù)據(jù)和系統(tǒng)