實(shí)時(shí)操作和硬實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)

電子測試和工業(yè)測控都依賴各種PC作為控制器，因?yàn)镻C的硬件、軟件資源豐富，價(jià)格實(shí)惠，采用開放式工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，完全滿足作為測試系統(tǒng)的主控機(jī)，以及單機(jī)的嵌入式微控制器的各種要求。特別是PC基數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和虛擬儀器的問世，PC在系統(tǒng)、單臺、手提、模塊、板卡中同樣起著核心作用，反過來，測試產(chǎn)品可從PC中獲得最新的計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)成果。PC基的數(shù)據(jù)采集廣泛用來解決信號測控的各種問題，可用比傳統(tǒng)儀器和控制器更低的投入，更快的上市時(shí)間開發(fā)功能強(qiáng)大的測控系統(tǒng)。

表1 RT系列數(shù)據(jù)采集卡

型號	模擬輸入	分辨率	取樣率	輸入電壓	模擬輸出	數(shù)字I/O
6040E	16SE/8DI	12位	250ks/s	±0.05～±10V	2	8
6303	E16SE/8DI	16位	100ks/s	±0.1～±10V	2	8

當(dāng)前，大部分PC采用奔騰芯片和Windows操作系統(tǒng)，芯片時(shí)鐘不斷升高，今年將超過1GHz，Windows版本也從95、98、NT升級至2000，PC不但是精巧的控制器，而且也是很好的服務(wù)器，性能直迫工作部。然而，由于Windows著重事務(wù)處理，雖然具有多任務(wù)、多線程、多媒體、網(wǎng)絡(luò)和通信功能，仍然不適用于對過程時(shí)間有嚴(yán)格要求的實(shí)時(shí)測控系統(tǒng)。

“實(shí)時(shí)”是工業(yè)最廣泛使用的術(shù)語，但意義不夠明確，多數(shù)工程為員認(rèn)為實(shí)時(shí)是指在可接受的延時(shí)內(nèi)的時(shí)間，因?yàn)槿魏芜^程都不可能在瞬時(shí)產(chǎn)生。并且且硬實(shí)時(shí)間間表示一種對系統(tǒng)反應(yīng)時(shí)間的約束，在限定時(shí)間內(nèi)系統(tǒng)保證作業(yè)的無失效執(zhí)行，并符合實(shí)時(shí)的要求。我們用一個(gè)控制回路來表達(dá)實(shí)時(shí)應(yīng)用（見圖1），傳感器在某一時(shí)刻測得的物理量，經(jīng)過過程收集后作出控制決定，再產(chǎn)生控制輸出由執(zhí)行機(jī)構(gòu)去執(zhí)行。顯然，從傳感器測量至執(zhí)行器動作之間需要占有一定時(shí)間，這個(gè)時(shí)間間隔稱為控制回路周期時(shí)間。如果回路周期時(shí)間得到保證，則系統(tǒng)是在確定情況下運(yùn)行。亦即，如果回路周期時(shí)間不確定，則系統(tǒng)是在不穩(wěn)定狀態(tài)下運(yùn)行。

測控系統(tǒng)一般是在PC的Windows下運(yùn)行。雖然Windows是可靠的操作系統(tǒng)，但是并非可時(shí)操作系統(tǒng)，工程為員不敢依靠Windows去執(zhí)行嚴(yán)格的硬實(shí)時(shí)應(yīng)用，因?yàn)閾?dān)心操作系統(tǒng)會“崩潰”。

LabVIEW RT和RT系列硬件

測控使用的PC基插卡中，以數(shù)據(jù)采集卡最普遍，數(shù)據(jù)采集卡充分利用計(jì)算技術(shù)的開放系統(tǒng)、圖形用戶接口、連續(xù)性、網(wǎng)絡(luò)能力，構(gòu)建適于快速實(shí)時(shí)控制的對時(shí)間有嚴(yán)格要求的應(yīng)用。在編程工具中，美國國家儀器公司的LabVIEW已有20年的經(jīng)驗(yàn)，在PC基儀器編程中，LabVIEW占有最大的份額。國家儀器公司生產(chǎn)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)也是性能最好的產(chǎn)品之一。

然而，國家儀器公司的數(shù)據(jù)采集卡和LabVIEW都是在Windows平臺上運(yùn)行的，Windows并非確定性的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，在它的控制算法中，回路周期時(shí)間是變動的，不能解決硬實(shí)時(shí)控制。對于Windows基PC來說，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)在