如何選擇正確的RTOS

　　為嵌入式應(yīng)用程序選擇 RTOS 可能是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程。如果嵌入式系統(tǒng)是醫(yī)療設(shè)備，則該決定會(huì)變得更加復(fù)雜，因?yàn)樵O(shè)備的操作具有生死攸關(guān)的意義。因此，軟件開發(fā)人員有責(zé)任在選擇過(guò)程中格外小心。

　　需要考慮的四個(gè)關(guān)鍵領(lǐng)域是：

　　安全性：RTOS 是否有助于設(shè)備的安全性或損害設(shè)備的安全性？容易出現(xiàn)用戶錯(cuò)誤嗎？

　　性能：RTOS 能否促進(jìn)應(yīng)用程序代碼的開發(fā)？代碼是否在所需參數(shù)內(nèi)執(zhí)行？

　　可靠性：RTOS 是否會(huì)影響設(shè)備的可靠性？

　　功能：RTOS 是否具備完成這項(xiàng)工作所需的設(shè)施？

　　安全

　　毫無(wú)疑問(wèn)，安全性對(duì)于醫(yī)療設(shè)備來(lái)說(shuō)至關(guān)重要，并且必須在每一個(gè)機(jī)會(huì)中進(jìn)行設(shè)計(jì)。對(duì)于一些設(shè)計(jì)人員來(lái)說(shuō)，除了可靠性之外，RTOS 如何對(duì)設(shè)備的整體安全做出貢獻(xiàn)并不完全清楚。然而，就 RTOS 安全而言，有兩個(gè)領(lǐng)域特別受關(guān)注：避免操作員錯(cuò)誤和設(shè)備認(rèn)證。

　　避免操作員錯(cuò)誤

　　設(shè)計(jì)合理的用戶界面是設(shè)計(jì)人員可以避免操作員錯(cuò)誤的最佳貢獻(xiàn)。如果設(shè)備只有按鈕、指示燈和聲音，最好包含清晰的標(biāo)簽，以確保確認(rèn)和錯(cuò)誤指示之間有明顯的區(qū)別。

　　許多現(xiàn)代設(shè)備都配備了高分辨率圖形顯示器，如觸摸屏。仔細(xì)使用，這樣的界面是理想的；通過(guò)精心設(shè)計(jì)的分層菜單和信息對(duì)話框，可以引導(dǎo)用戶完成操作步驟，避免錯(cuò)誤。這樣做需要艱苦的工作，因此建議從 RTOS 提供的一組用戶界面服務(wù)開始。

　　認(rèn)證

　　在大多數(shù)國(guó)家，醫(yī)療設(shè)備的安全是通過(guò)遵守監(jiān)管程序的要求來(lái)確保的。認(rèn)證過(guò)程非常嚴(yán)格、耗時(shí)且昂貴，該過(guò)程會(huì)查看設(shè)備的各個(gè)方面，并且認(rèn)證涵蓋整個(gè)設(shè)備。因?yàn)?a target="_blank">操作系統(tǒng)是一個(gè)組件，所以不能自行認(rèn)證；它是整個(gè)設(shè)備軟件的一部分。

　　但是，仔細(xì)選擇 RTOS 可以簡(jiǎn)化認(rèn)證過(guò)程并降低成本。源代碼必須是可用的，而且它的可讀性和文檔越詳細(xì)越好?？捎眯砸馕吨绻枰薷?，可以輕松更改代碼。讓代碼隨時(shí)可用會(huì)直接影響成本。由于認(rèn)證的總成本與代碼的大小顯著相關(guān)，因此較小的操作系統(tǒng)內(nèi)存占用提供了明確的成本優(yōu)勢(shì)。

　　表現(xiàn)

　　RTOS 的明顯性能指標(biāo)是速度。對(duì)于醫(yī)療設(shè)備等實(shí)時(shí)應(yīng)用程序，RTOS 必須及時(shí)響應(yīng)，以使應(yīng)用程序正常運(yùn)行。

　　但速度并不是全部。RTOS 必須能夠在正確的時(shí)間響應(yīng)需求——不能太晚或太早。實(shí)時(shí)意味著操作系統(tǒng)在定義的時(shí)間范圍內(nèi)響應(yīng)。為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，RTOS 必須是真正確定性的（即具有完全可預(yù)測(cè)的行為）。

　　大小或內(nèi)存占用是 RTOS 性能的另一個(gè)方面。使用更少的內(nèi)存有明顯的好處，但像速度一樣，大小的測(cè)量并不完全明顯。大多數(shù)操作系統(tǒng)產(chǎn)品都是可擴(kuò)展的，這意味著只有特定功能所需的代碼才會(huì)包含在最終的內(nèi)存占用中。在操作系統(tǒng)中尋找細(xì)粒度的可擴(kuò)展性是值得的，因?yàn)樗梢宰畲笙薅鹊販p少內(nèi)存使用。

　　可靠性

　　構(gòu)建可靠的產(chǎn)品涉及使用最優(yōu)質(zhì)的組件和構(gòu)造技術(shù)。雖然這對(duì)于硬件設(shè)計(jì)很明顯，但同樣的想法也適用于軟件開發(fā)。編寫可靠的軟件需要遵循良好的設(shè)計(jì)實(shí)踐，并選擇已在眾多嵌入式系統(tǒng)中部署并具有成功記錄的成熟軟件組件。

　　此外，在選定的 RTOS 中使用諸如操作系統(tǒng)感知調(diào)試器和性能分析器等高質(zhì)量工具有助于生成可靠的代碼。

　　功能性

　　選擇合適的 RTOS 的最后考慮因素是它是否具有必要的功能。內(nèi)核必須支持所需的多任務(wù)模型和合適的調(diào)度方案。操作系統(tǒng)的其余部分是一組提供廣泛功能的選項(xiàng)。雖然這是一個(gè)值得長(zhǎng)期討論的主題，但在關(guān)注醫(yī)療設(shè)備的 RTOS 選擇時(shí)，有幾個(gè)領(lǐng)域是特別有趣的因素。

　　無(wú)線連接

　　無(wú)需電纜是一種極大的便利，可以簡(jiǎn)化操作。在醫(yī)療環(huán)境中，整理電纜對(duì)衛(wèi)生和事故預(yù)防有影響，這是世界各地醫(yī)療機(jī)構(gòu)真正關(guān)心的問(wèn)題。

　　大多數(shù)無(wú)線技術(shù)使用無(wú)線電頻率。確保傳輸和接收正確的數(shù)據(jù)部分是應(yīng)用程序問(wèn)題，但也需要正確實(shí)施無(wú)線連接堆棧。數(shù)據(jù)安全（維護(hù)患者機(jī)密性）要求設(shè)計(jì)人員使用最新的協(xié)議組件。

　　USB

　　與無(wú)線網(wǎng)絡(luò)一樣，USB 連接的便利性使其普遍流行。為了按照 USB 標(biāo)準(zhǔn)正確運(yùn)行，在實(shí)現(xiàn) USB 堆棧時(shí)必須非常小心。這更加復(fù)雜，因?yàn)?USB 設(shè)備既可以充當(dāng)主機(jī)，也可以充當(dāng)功能。USB 主機(jī)堆棧與 USB 函數(shù)堆棧有很大不同。某些設(shè)備必須能夠在這兩種模式下工作。

　　由于醫(yī)療儀器通常需要簡(jiǎn)單的連接性和互操作性，因此 USB 是一種常見的選擇。為此類設(shè)備選擇 RTOS 要求所有可用的 USB 堆棧都經(jīng)過(guò)全面認(rèn)證和驗(yàn)證。

　　可移植性

　　便攜性的關(guān)鍵是使用電池供電。對(duì)于嵌入式設(shè)備，硬件設(shè)計(jì)和 RTOS 在確保降低功耗方面發(fā)揮著重要作用。

　　如果操作系統(tǒng)很小，內(nèi)存使用可以最小化。安裝的內(nèi)存越少，消耗的電量就越少。如果操作系統(tǒng)快速且高效，那么 CPU 的時(shí)鐘速度也可以最小化，因?yàn)?a target="_blank">處理器時(shí)鐘的頻率對(duì)功耗有直接而深遠(yuǎn)的影響。高效的 RTOS 可以使低規(guī)格 CPU 變得可行，并進(jìn)一步降低功耗。

　　最后，如果 CPU 或硬件設(shè)計(jì)具有電源管理功能，可以關(guān)閉系統(tǒng)的某些部分和/或根據(jù)需要調(diào)整 CPU 時(shí)鐘，則它們通過(guò) RTOS 進(jìn)行邏輯控制?？梢怨?jié)省的電量越多，電池充電的持續(xù)時(shí)間就越長(zhǎng)，從而確保在緊急需要時(shí)可以使用重要儀器。

　　做出安全的選擇

　　在開發(fā)醫(yī)療設(shè)備時(shí)，選擇 RTOS 是一個(gè)涉及生死攸關(guān)的復(fù)雜決定。仔細(xì)關(guān)注 RTOS 產(chǎn)品的技術(shù)特性及其在生命關(guān)鍵設(shè)備實(shí)施中的跟蹤記錄是唯一安全的方法。

　　許多醫(yī)療設(shè)備開發(fā)人員已經(jīng)考慮到這些因素，并使用了 Mentor Graphics 的 Nucleus Real Time OS 等產(chǎn)品，它以極低的材料清單提供高水平的確定性實(shí)時(shí)性能。由于 Nucleus 已經(jīng)過(guò)市場(chǎng)驗(yàn)證，因此軟件工程師在開發(fā)下一個(gè)醫(yī)療設(shè)備或應(yīng)用程序時(shí)可以對(duì)他們的 RTOS 決策充滿信心。

　　審核編輯：郭婷