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實時控制系統(tǒng)要求在有需求時馬上得到滿足，沒有時間上的滯后，即實時性是第一要求。在工業(yè)控制中應用廣泛，實時控制系統(tǒng)的使用目的是按時完成規(guī)定的任務。控制系統(tǒng)中對于任務必須按要求完成的稱為硬實時，不能做任意更改；控制系統(tǒng)中對于任務可以做某些時間上的變更，在某一時間段完成即可的沒有嚴格的完成次序的稱為軟實時。一個計算機控制系統(tǒng)可以在某段應用時間內實時，沒有必要時刻實時。硬實時和軟實時相比，硬實時容易因局部錯誤而導致控制失效，軟實時則容錯率較高，或許會出現(xiàn)短時間失效但系統(tǒng)能很快恢復。計算機控制系統(tǒng)是為應用而生，按照需求來設計實現(xiàn)的。通用的計算機控制系統(tǒng)從設計之初就考慮其為實時系統(tǒng)，例如WindowsNT、OS390，多數(shù)操作系統(tǒng)是分時操作系統(tǒng)，是多任務多線程的。目前人們在分時操作系統(tǒng)中也常常涉及到實時應用，這種應用的實時沒有要求精確到一定級別，如利用WindowsXP平臺設計某個工業(yè)控制程序完全可以滿足某些實時應用的需求。

1計算機控制系統(tǒng)的應用分類

計算機控制系統(tǒng)傳感器裝置采集的一般是模擬信號，模擬信號要被計算機處理則需要模數(shù)變換的環(huán)節(jié)。當計算機控制系統(tǒng)發(fā)出數(shù)字信號指令時，這些信號到達控制系統(tǒng)的終端時需要轉換為執(zhí)行部件使用的模擬信號，這種過程需要數(shù)模轉換的環(huán)節(jié)。（1）數(shù)據(jù)采集應用：通過控制系統(tǒng)的傳感器采集數(shù)據(jù)信息，要求對傳感器裝置獲取的瞬時數(shù)據(jù)信息以最快的速度采集到控制系統(tǒng)中。（2）實時控制決策應用：對上述采集的數(shù)據(jù)能夠及時處理，如立即分析這些數(shù)據(jù)的結果馬上得出結論，可以對下一步的控制系統(tǒng)做出決策性判斷。（3）實時控制應用：上述做出的決策性判斷信息傳入下一個環(huán)節(jié)，中心處理單元根據(jù)這些傳入數(shù)據(jù)信息做出迅速響應，在適當時機控制完成整個控制系統(tǒng)的任務。

2Windows系統(tǒng)實時性應用研究

計算機控制系統(tǒng)的實時性要求系統(tǒng)能及時響應，在嵌入式設備中使用普遍，該類系統(tǒng)由于其外設相對簡單，系統(tǒng)響應迅速，很容易滿足實時性要求。現(xiàn)在計算機平臺使用Windows操作系統(tǒng)的占絕大多數(shù)，Windows系列操作系統(tǒng)功能很強，系統(tǒng)提供的API非常豐富，操作系統(tǒng)本身是多線程多任務的機制，工業(yè)控制多采用現(xiàn)在流行的Windowsxp作為軟件平臺。基于Windwosxp軟件平臺，利用軟件開發(fā)工具設計工控軟件，利用這些控制軟件實現(xiàn)對硬件接口和外部設備的控制操作。

2.1多線程技術多線程是Windows系列操作系統(tǒng)的一個優(yōu)勢，利用該項技術CPU可以分時地處理不同的任務，用戶感覺就是多個任務在同時進行，利用Windows系列平臺開發(fā)的計算機控制系統(tǒng)，多線程技術是必須采用的，實現(xiàn)實時操作的界面程序作為主線程執(zhí)行，利用輔助線程對輔助任務進行后臺處理，多個線程協(xié)調工作，滿足用戶對實時性的要求，當然這種實時性不是要求很高的。

2.2定時器Windows的定時器在控制程序中非常有用，操作系統(tǒng)執(zhí)行的任務如果耗時，將占用CPU很多時間，其他的任務等待某個大任務完成后再去做顯然是不合理的，Windows操作系統(tǒng)有能力把這個大任務分解，在分解的時候如何統(tǒng)籌執(zhí)行就依靠Win－dows的定時器來實現(xiàn)，在Windows的消息隊列中有個WM_TIMER的消息，分解的任務要等到該消息來臨時刻去執(zhí)行，就可以達到任務分時統(tǒng)籌的目的。不過盡管Windows的機制可以進行分時，但是由于任務有優(yōu)先級的設定，并不能特別準確地保證這種控制的實時性，適用于要求低的控制系統(tǒng)。

3計算機控制系統(tǒng)的實時性提高策略

對于計算機控制系統(tǒng)的實時性要求很嚴格，這是與其具體需求密切相關的。例如：在整個移動信息網(wǎng)絡中，如果網(wǎng)絡核心設備出問題，要求必須在50ms時間內切到核心備機設備，否則整個公共移動電話服務將中斷，這種情況絕對禁止發(fā)生，程控交換網(wǎng)也是如此，諸如此類計算機控制系統(tǒng)實時性要求精確到一定程度。下面分析提高控制系統(tǒng)的實時性的具體策略。

3.1將中斷響應時間降到最短當有外部事件觸發(fā)時計算機控制系統(tǒng)要馬上做出響應，從響應該外部觸發(fā)事件到執(zhí)行中斷代碼程序的時間要求很短。這個響應時間間隔定義為中斷延遲，對于優(yōu)秀的計算機控制系統(tǒng)要做到隨時能響應并處理中斷，現(xiàn)實應用中處理程序的某些情況有屏蔽中斷的要求，比如在數(shù)據(jù)庫修改過程要求短暫屏蔽中斷處理，這種屏蔽是必要的，保障正常數(shù)據(jù)庫讀寫操作。屏蔽時間的最大值叫做最大中斷延遲。在嵌入式應用系統(tǒng)中硬件中斷的次數(shù)不確定，與系統(tǒng)的實際情況關系很大，有可能出現(xiàn)若干次的硬件中斷，舉例：病人監(jiān)護系統(tǒng)也是一種計算機控制系統(tǒng)，在監(jiān)控一個病人心臟的實時情況時，假如病人心跳發(fā)生多次變化，這種傳感信息通過網(wǎng)卡傳入網(wǎng)絡信息系統(tǒng)引起護士注意，護士響應該信息按下相應功能按鍵，即中斷得到迅速處理，這是刻不容緩的，否則情況不容預測。計算機控制系統(tǒng)能夠在處理上采取最優(yōu)先處理，支持最優(yōu)先響應。

3.2將進程切換時間降到最低在控制系統(tǒng)中經常面臨新任務新情況，如果中心處理器在處理某個任務時，有突然的任務加入，該任務的優(yōu)先級高，處于不能協(xié)調的情況必須先處理新任務，否則會影響這個系統(tǒng)控制的實施，那么中心處理器需要馬上切換任務，保存當前正在處理任務的一切設置及參數(shù)，例如需要保存寄存器信息和內存當前狀態(tài)以及當恢復該任務需要的一切信息等。這個過程也需要消耗處理器時間，對于任務沒有交叉的情況很容易處理，直接切換即可，可是對于2個有交互信息的任務需要處理的信息較多，需要耗費一定時間。為了保持實時性，必須盡量將進程切換的時間降到最低。

3.3優(yōu)先級繼承搶占優(yōu)先級不是在任何時候都能奏效，由于操作系統(tǒng)的機制并不能完全保證高優(yōu)先級都能搶占低優(yōu)先級的資源，也會出現(xiàn)低優(yōu)先級占用資源不放的狀態(tài)，這種狀態(tài)的解決方法是通過優(yōu)先級繼承的方式獲得資源，使計算機控制系統(tǒng)的實時性得到保證。計算機控制系統(tǒng)有網(wǎng)絡分布架構的，如果一個計算機控制系統(tǒng)擁有網(wǎng)絡分布的多個終端，該控制系統(tǒng)就支持網(wǎng)絡架構的優(yōu)先級繼承方式，通過優(yōu)先級繼承方式獲取到對資源的占用，假如對于這種情況沒有解決方法，那么這種多終端的網(wǎng)絡式計算機控制系統(tǒng)很容易陷入局部網(wǎng)絡癱瘓或系統(tǒng)停滯的狀態(tài)。

3.4縮短進程資源分配等待時間多進程計算機控制系統(tǒng)資源是共享的，那么對于資源的合理調度就是首要問題。對于某個進程當它急需資源的時候能夠解決所需這是實時系統(tǒng)的要求，當某個資源被低優(yōu)先級的進程占用不能釋放的時候，所需資源被搶占，以至于低優(yōu)先級進程在停滯狀態(tài)，整個計算機控制系統(tǒng)的資源不能協(xié)調，這種等待是系統(tǒng)不允許的。解決這種實時性的方法是2種：優(yōu)先級繼承和優(yōu)先級極限。2者的實現(xiàn)都是通過提高占有資源的低優(yōu)先級進程的優(yōu)先級，讓其優(yōu)先級和等待資源的進程優(yōu)先級相同。

3.5簡化控制系統(tǒng)，突出實時性計算機控制系統(tǒng)對實時性要求較高，在控制系統(tǒng)中減少不必要的資源開支，不需要關注美觀的界面，盡量滿足控制系統(tǒng)的實時需要，主要將實時任務突出。現(xiàn)在實時控制系統(tǒng)較多，計算機控制系統(tǒng)在設計之初要拋掉不必要的考慮，將滿足實時需求作為首要條件。

4結語

計算機控制技術是多學科多領域交融的技術，以計算機應用技術為核心，以電子工業(yè)控制為過程，同時將自動化應用、無線電技術、軟件編程技術、網(wǎng)絡通信技術融入其中，為實現(xiàn)精密儀器設備生產制造、工業(yè)自動化的生產過程、國防科研應用等領域提供廣泛的應用前景。

作者：國海東左永文單位：吉林工業(yè)職業(yè)技術學院