Windows CE 5.0实时系统

目前，Windows CE已从一款基本操作系统升级到体积小巧、组件化的硬实时嵌入式操作系统。尽管Windows CE具有与Win32相同的应用编程接口（API），而且微软台式机和服务器操作系统也配备了此类接口，但Windows CE的底层操作系统架构和台式机的操作系统完全不同。Windows CE既支持包括Win32、MFC、ATL等在内的台式机应用开发结构，也支持使用.NET Compact Framework的管理应用开发，还支持当前实时嵌入式系统设计，提供操作系统必要之需的实时内核。本文中，我们主要讨论用于验证Windows CE 5.0实时功效的操作系统工具。

众所周知，实时系统并不通过单一分析进行测试，即使单一分析可以证明实时系统的正确性。实时系统的测试是详尽讨论此问题的依据。您的工作就是建立起用户对解决方案的信任感。下文介绍的工具可以完整、实时地解释应用程序和操作系统之间的交互作用，它们有助于您加深对实时系统的了解。

尽管关于实时的定义还存在诸多争议，我们还是来了解一下对它的定义。这里，我引用comp.realtime FAQ的定义。实时系统的权威定义（Donald Gillies）如下：

“实时系统是这样一种系统，即其计算正确与否，不仅取决于计算逻辑是否正确，还取决于计算结果所花费的时间。如果不能满足系统的时间限制，就会出现系统失败的情况。”

因为集高速I/O、机器人技术和机械控制于一身的工业自动化应用对时间的要求最为苛刻。微软开始了解实时嵌入式操作系统的特殊社会要求。自1986年以来，通用汽车动力公司（GMPTG）在制造应用中实施OMAC技术方面一直处于领先地位，并且在后来促成了OMAC用户群的形成。他们一起对数百种应用进行评估后发现，大多数系统（95%）需要一毫秒或稍长的周期。一毫秒周期允许的变化幅度为10%，或是100微秒（μs）。这是基于200 MHz X86系统的Windows CE的设计目标，其在该平台上的平均响应时间为50 μs。Windows CE达到或超过了95%的被评估的硬实时应用OMAC的要求。

大部分满足要求的工业自动化应用是由从一台机器发出的外部信号驱动的。此信号以中断形式发送给硬实时应用。微软鼓励Windows CE的开发人员，尽可能在中断服务线程（IST）中置入更多的应用代码。这使OMAC抖动定义变为针对不超过100 μs的IST延迟的时间限制。其余被评估的应用使用计时器创建其周期。这就需要一台延迟或抖动不超过100 μs的1毫秒计时器。总之，OMAC定义提出以下设计和测试要求：

·Interrupt Service Thread (IST) latencies of no more than 100 μs latency.

·1 millisecond timers with maximum of 100 μs latency.

·中断服务线程（IST）延迟不超过100 μs。

·1毫秒计时器的延迟最长为100 μs。

在了解了OMAC的设计和测试要求后，接下来让我们看看Windows CE中安装的工具。这些工具的用途是确定中断定时、应用执行动作、操作系统功能定时和时序安排定时。

区分实时系统和实时操作系统也很重要。实时系统包含硬件、操作系统和应用等所有元素。实时操作系统仅仅是构成实时系统的其中一个元素。如需了解更多信息，请参阅微软Windows CE实时性能设计和优化。

我们将介绍诸多工具和用途：

·ILTiming。该工具用于确定平台的中断服务例程（ISR）和中断服务线程（IST）延迟。ISR延迟是指从硬件中断到第一次中断服务例程指令之间的时间间隔。而IST延迟是指从现有ISR到中断服务线程开始之间的时间间隔。

内核实时性能最重要的特性之一，就是可以在指定的时间内实施中断。中断延迟主要指软件中断处理延迟，即从外部中断到达处理器直到中断处理开始之间的时间间隔。

如果不发生分页操作，Windows CE中断延迟时间被限制于内存中锁定的线程。这样就可以计算最糟糕情况下的延迟时间 — 到ISR的启动和到IST的启动的总用时。通过计算ISR和IST所需时间，可以确定中断处理以前的总用时。

ISR延迟

ISR延迟是指从IRQ在CUP中被设置到ISR开始运行时的时间。以下三个与时间相关的变量会影响ISR的启动：

A = 中断在内核中关闭的最长时间。内核很少关闭中断，但如果将它们关闭，则关闭的时间长度会受到限制。

B = 在内核调度中断和ISR被实际调用之间的时间。内核使用该时间确定要运行什么ISR，并保存在继续之前必须保存的任何寄存器。

C = 在 ISR 返回到内核和内核实际停止处理中断之间的时间。这是内核通过还原在ISR被调用之前被保存的任何状态（例如寄存器）来完成ISR操作的时间。

正在测量的ISR的启动时间可以基于系统中其他中断的当前状态进行计算。如果中断正在进行，则计算要测量的新