24、嵌入式系统设计：实时性、设计方法与状态图应用

嵌入式系统设计：实时性、设计方法与状态图应用

1. 实时系统概述

1.1 实时系统的重要性

大多数嵌入式系统同时也是实时系统，因为计算结果的有效性取决于其产生的时间。实时性通过实时截止时间来保证，确保按时完成任务至关重要，因为延迟的结果可能与错误的计算一样糟糕。对于大多数系统而言，仅仅尽可能快地进行计算是不够的。即使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。

1.2 确保实时操作的正确性

实时分析和调度的目的是确保系统满足其截止时间。这可以通过首先了解系统必须执行的各种任务，然后安排任务以保证所有截止时间都能得到满足的顺序来实现。实时问题通常难以理解和处理，因此使用一些已知有效的标准方法是个不错的选择。

测试虽然可以判断系统通常是否能满足实时截止时间，但无法确定是否总能满足，因为创建测试场景的最坏情况非常困难。因此，正确实现实时性的关键在于要么设计一个易于测试最坏情况的系统（通过静态调度），要么设计一个可以通过数学方法理解最坏情况行为的系统（通过速率单调调度），而无需实际创建和测试最坏情况。

1.3 实时调度可能存在的症状

如果出现以下情况，你应该仔细考虑实时调度：
- 没有书面的实时调度计划。
- 使用混合或临时的调度技术，而不是单一、一致的方法（例如，大多数任务使用静态调度，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。
- 各种任务的最坏情况执行时间未知且未记录。
- 使用没有特定实时支持的桌面操作系统。

1.4 实时设计不足的风险