幾年前，為實時應(yīng)用構(gòu)建一個數(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時操作系統(tǒng)（RTOS）和一款微控制器。這款微控制器必須支持你采用的RTOS，此外在價格、性能、輸入/輸出特性和儲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刻完成指定的工作?！　?/p>

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

　　如今，構(gòu)建這樣一個數(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)計師與運動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。下面，讓我們從RTOS基本技

　　讓實時性深入每一刻

　　維基百科中寫道： “實時操作系統(tǒng)（RTOS；通常被讀作‘阿-陶思’）是一種專為實時應(yīng)用而設(shè)計的多任務(wù)操作系統(tǒng)。RTOS為實時系統(tǒng)設(shè)計提供了便利，但它并不能夠保證最終的結(jié)果是實時的；要做到這一點還需要正確開發(fā)相應(yīng)的軟件。RTOS的價值并不體現(xiàn)在數(shù)據(jù)處理能力方面，而是主要在于對特定事件的響應(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)境下對任務(wù)關(guān)鍵性進行編排的能力。在單任務(wù)系統(tǒng)中，由于不會出現(xiàn)多個任務(wù)同時競爭計算資源的情況，每個任務(wù)都是實時運行的。這種情況下，當(dāng)任何一個事件發(fā)生并對CPU發(fā)出請求時，CPU就會立刻對它作出響應(yīng)。這是因為CPU在同一時刻不會執(zhí)行其他操作，也不會被其他事件所阻礙。

　　在多任務(wù)環(huán)境下，CPU需要在多個任務(wù)之間進行切換，這時，實時性的價值才能得到體現(xiàn)。當(dāng)一個事件出現(xiàn)并對CPU發(fā)出請求時，CPU很可能正忙于處理其他事件，因而不能立即對該請求做出響應(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)級實時操作系統(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。外部電路把CPU的中斷管腳拉到高電平（對絕大多數(shù)CPU是這樣的）并長期保持該信號，直到CPU識別出該中斷信號。CPU一般會在一段確定的時間內(nèi)對中斷信號做出響應(yīng)，這是強制規(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)是對位組合進行操作。對于軟件而言，硬件只是一連串代表它們在地址空間內(nèi)位置的位組合以及臨時與這些位置有關(guān)的數(shù)據(jù)字。

　　虛擬化技術(shù)正是依賴于這樣一個事實：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)時對其進行處理。

　　假設(shè)你擁有一臺運行速度飛快的計算機，但是你需要的卻是兩臺對速度要求不高的計算機。也許你想在其中一臺上運行Microsift的Vista操作系統(tǒng)（當(dāng)然你缺少這臺電腦），而在另一臺上運行WindRiver的VxWorks RTOS。Vista 可以提供人機界面（HMI）并且能夠通過因特網(wǎng)自動把數(shù)據(jù)上傳到位于巴基斯坦的服務(wù)器里，與此同時VxWorks會對流程進行實時控制。
　　
　　管理程序的地位介于硬件與操作系統(tǒng)實例之間。它對操作系統(tǒng)進行劃分，
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”你所擁有的這個高速處理器，并把它分身為兩個相同的虛擬處理器。當(dāng)然，這兩個虛擬處理器的運行速度會減慢。其中一個處理器可以運行Vista，另一個運行VxWorks。

　　用來實現(xiàn)上述技術(shù)的虛擬化軟件被稱為“管理程序”。管理程序在計算機結(jié)構(gòu)中的位置介于硬件與各個操作系統(tǒng)實例之間。從硬件層面看，管理程序永遠只是一個普通的操作系統(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)計上滿足實時操作性要求。也就是說，為了維持RTOS的決策，管理軟件會對所有硬件資源進行分配。

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