24、嵌入式系统设计与实时调度：原理、方法与实践

嵌入式系统设计与实时调度：原理、方法与实践

1. 实时系统概述

在嵌入式系统领域，大部分嵌入式系统同时也是实时系统。这是因为计算结果的有效性与结果产生的时间密切相关，而及时性是通过实时截止时间来保证的。确保系统能按时完成任务至关重要，因为延迟的结果可能和错误的计算一样糟糕。对于大多数非简单系统而言，单纯追求最快的计算速度并不足以满足需求。即便系统在典型情况下的计算速度远超要求，但事件的到来方式仍可能导致错过截止时间，即便系统通常运行良好。

1.1 正确实现实时操作的重要性

实时分析和调度的核心目标是确保系统能够按时完成所有任务。要达成这一目标，首先需要清晰了解系统必须执行的各项任务，然后合理安排任务的执行顺序，以保证所有截止时间都能得到满足。然而，实时问题向来复杂，难以理解和正确处理。因此，采用经过验证的标准方法是明智之选。

在实时操作中，常见的问题是试图通过测试来判断是否能满足实时要求。测试系统操作只能表明通常情况下是否能满足实时截止时间，但无法保证在所有情况下都能满足，因为创建测试场景中的最坏情况极为困难。所以，正确实现实时操作的关键在于，要么设计系统以便于测试最坏情况（通过静态调度），要么设计系统使最坏情况的行为能够通过数学方法理解（通过速率单调调度），而无需实际创建和测试最坏情况。

1.2 可能出现的症状

如果项目存在以下情况，就需要仔细审视实时调度：
- 没有书面的实时调度计划。
- 使用混合或临时的调度技术，而非单一、一致的方法。例如，大多数任务采用静态调度，但在负载较重时动态跳过某些任务。
- 使用最早截止时间优先调度或最小松弛度调度。
- 未了解和记录各种任