实时操作和硬实时操作系统

电子测试和工业测控都依赖各种PC作为控制器，因为PC的硬件、软件资源丰富，价格实惠，采用开放式工业标准，完全满足作为测试系统的主控机，以及单机的嵌入式微控制器的各种要求。特别是PC基数据采集系统和虚拟仪器的问世，PC在系统、单台、手提、模块、板卡中同样起着核心作用，反过来，测试产品可从PC中获得最新的计算机和网络成果。PC基的数据采集广泛用来解决信号测控的各种问题，可用比传统仪器和控制器更低的投入，更快的上市时间开发功能强大的测控系统。

表1 RT系列数据采集卡

型号	模拟输入	分辨率	取样率	输入电压	模拟输出	数字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

当前，大部分PC采用奔腾芯片和Windows操作系统，芯片时钟不断升高，今年将超过1GHz，Windows版本也从95、98、NT升级至2000，PC不但是精巧的控制器，而且也是很好的服务器，性能直迫工作部。然而，由于Windows着重事务处理，虽然具有多任务、多线程、多媒体、网络和通信功能，仍然不适用于对过程时间有严格要求的实时测控系统。

“实时”是工业最广泛使用的术语，但意义不够明确，多数工程为员认为实时是指在可接受的延时内的时间，因为任何过程都不可能在瞬时产生。并且且硬实时间间表示一种对系统反应时间的约束，在限定时间内系统保证作业的无失效执行，并符合实时的要求。我们用一个控制回路来表达实时应用（见图1），传感器在某一时刻测得的物理量，经过过程收集后作出控制决定，再产生控制输出由执行机构去执行。显然，从传感器测量至执行器动作之间需要占有一定时间，这个时间间隔称为控制回路周期时间。如果回路周期时间得到保证，则系统是在确定情况下运行。亦即，如果回路周期时间不确定，则系统是在不稳定状态下运行。

测控系统一般是在PC的Windows下运行。虽然Windows是可靠的操作系统，但是并非可时操作系统，工程为员不敢依靠Windows去执行严格的硬实时应用，因为担心操作系统会“崩溃”。

LabVIEW RT和RT系列硬件

测控使用的PC基插卡中，以数据采集卡最普遍，数据采集卡充分利用计算技术的开放系统、图形用户接口、连续性、网络能力，构建适于快速实时控制的对时间有严格要求的应用。在编程工具中，美国国家仪器公司的LabVIEW已有20年的经验，在PC基仪器编程中，LabVIEW占有最大的份额。国家仪器公司生产的数据采集系统也是性能最好的产品之一。

然而，国家仪器公司的数据采集卡和LabVIEW都是在Windows平台上运行的，Windows并非确定性的实时操作系统，在它的控制算法中，回路周期时间是变动的，不能解决硬实时控制。对于Windows基PC来说，数据采集系统在