隨著嵌入式實(shí)時(shí)系統(tǒng)的飛速發(fā)展，它已被廣泛應(yīng)用到軍事、通信、工業(yè)控制等領(lǐng)域。近年來(lái)，嵌入式操作系統(tǒng)、嵌入式芯片都日漸成熟，嵌入式軟件開發(fā)方式也發(fā)生了很大改變。嵌入式實(shí)時(shí)系統(tǒng)的發(fā)展方向之一是建立分布式系統(tǒng)。在通信和軍事領(lǐng)域，各種嵌入式設(shè)備之間需要進(jìn)行實(shí)時(shí)通信，而且各種設(shè)備往往建立在異構(gòu)的軟硬件平臺(tái)上。CORBA實(shí)現(xiàn)了在分布式系統(tǒng)上的面向?qū)ο?a target='_blank' class='arckwlink_none'>編程，比較適合建立分布式異構(gòu)系統(tǒng)。但是由于傳統(tǒng)的CORBA對(duì)存儲(chǔ)容量要求較大，且不能滿足實(shí)時(shí)要求，因而在分布式實(shí)時(shí)嵌入式系統(tǒng)中的應(yīng)用受到限制。軟件技術(shù)和硬件設(shè)備的發(fā)展為建立分布式嵌入式實(shí)時(shí)系統(tǒng)鋪平了道路。CORBA技術(shù)和嵌入式系統(tǒng)的結(jié)合成為當(dāng)前的研究熱門之一。本文首先分析了分布式嵌入式實(shí)時(shí)系統(tǒng)的特點(diǎn)和要求，然后對(duì)實(shí)時(shí)CORBA處理器、內(nèi)存和網(wǎng)絡(luò)資源管理的主要技術(shù)進(jìn)行總結(jié)，在此基礎(chǔ)上，提出了利用CORBA技術(shù)建立分布式嵌入式實(shí)時(shí)系統(tǒng)的三種方案。
　　1 分布式嵌入式實(shí)時(shí)系統(tǒng)的軟硬件要求
　　1.1 嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn)
　　嵌入式系統(tǒng)是指除了臺(tái)式機(jī)、筆記本電腦和主機(jī)的計(jì)算系統(tǒng)外的、嵌入到設(shè)備環(huán)境中、自治地執(zhí)行既定操作的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，一般由處理器、感應(yīng)器和反應(yīng)器組成。越來(lái)越多的消費(fèi)類電子產(chǎn)品、辦公自動(dòng)化設(shè)備、商務(wù)設(shè)備和汽車等應(yīng)用環(huán)境中都有嵌入式系統(tǒng)。
　　與普通臺(tái)式機(jī)相比，嵌入式系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：
　?。?）功能單一。嵌入式系統(tǒng)一般應(yīng)用在各種專業(yè)領(lǐng)域，其軟硬件都針對(duì)最終功能進(jìn)行裁剪，不具備通用性。
　?。?）資源限制。為了降低成本，嵌入式系統(tǒng)的資源都受到嚴(yán)格限制，主要為處理器資源、存儲(chǔ)器資源和網(wǎng)絡(luò)資源。
　　（3）反應(yīng)性與實(shí)時(shí)性。嵌入式系統(tǒng)一般采用實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，進(jìn)程調(diào)度采用搶占式調(diào)度策略。
　　1.2 分布式嵌入式實(shí)時(shí)系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)計(jì)因素
　　所謂分布式系統(tǒng)，是指各種嵌入式實(shí)時(shí)設(shè)備除了自治完成其特定功能之外，還必須通過(guò)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)實(shí)現(xiàn)相互之間的通信，以完成數(shù)據(jù)傳輸、遠(yuǎn)程控制等功能。分布式嵌入式實(shí)時(shí)系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)計(jì)因素包括：
　?。?）分布適應(yīng)性（Distribution Flexibility）。分布式系統(tǒng)的底層結(jié)構(gòu)必須支持位置透明性，應(yīng)用程序不必處理目標(biāo)對(duì)象的物理位置。遠(yuǎn)程通信時(shí)，程序員不必關(guān)心發(fā)現(xiàn)對(duì)象、使用網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信等細(xì)節(jié)。這樣既可以隔離網(wǎng)絡(luò)底層與應(yīng)用高層，支持異構(gòu)系統(tǒng)，也有利于對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)展和維護(hù)。
　?。?）異構(gòu)系統(tǒng)（Heterogeneous Systems）。分布式系統(tǒng)必須無(wú)縫集成各種不同層次的異構(gòu)系統(tǒng)，如網(wǎng)絡(luò)、操作系統(tǒng)、編程語(yǔ)言。要求用標(biāo)準(zhǔn)的分布式中間件來(lái)實(shí)現(xiàn)不同語(yǔ)言、數(shù)據(jù)格式和調(diào)用方法的對(duì)象之間的相互通信。
　?。?）分布實(shí)時(shí)限制（Distributed Real-Time Constrains）。在分布式嵌入式實(shí)時(shí)系統(tǒng)中，必須對(duì)遠(yuǎn)程過(guò)程調(diào)用的通信延遲進(jìn)行考慮，硬件和通信協(xié)議的選擇對(duì)延遲都有很大影響。
　　（4）內(nèi)存限制（Memory Limitation）。在每個(gè)嵌入式芯片上安裝的系統(tǒng)軟件、通信軟件和應(yīng)用軟件都受到嚴(yán)格的內(nèi)存限制。必須選擇合適的軟件并可以進(jìn)行特殊的裁剪以降低存儲(chǔ)容量的消耗和提高內(nèi)存使用和訪問(wèn)效率。
　　2 CORBA在分布式系統(tǒng)上應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)
　　CORBA（Common Object Request Broker Architecture，公共對(duì)象請(qǐng)求代理體系結(jié)構(gòu)）是由OMG組織發(fā)布的開放的軟件標(biāo)準(zhǔn)，是目前最流行的中間件平臺(tái)。CORBA 僅定義接口，不定義具體實(shí)現(xiàn)方式，各廠商或研究機(jī)構(gòu)都可以根據(jù)規(guī)范進(jìn)行具體實(shí)現(xiàn)。目前很多主流的軟件供應(yīng)商都提供對(duì)CORBA的支持。
　　分布式系統(tǒng)有多種實(shí)現(xiàn)方案，如：多計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)、基于中間件的操作系統(tǒng)。其不同點(diǎn)主要是透明度、異構(gòu)性和可擴(kuò)展性?；谥虚g件的操作系統(tǒng)透明度比較高，例如CORBA可以提供訪問(wèn)透明性、位置透明性、復(fù)制透明性、安全透明性等。CORBA通過(guò)中間件的形式提供多種通用服務(wù)，大大降低了開發(fā)分布式應(yīng)用程序的生命周期和成本，降低了程序出錯(cuò)的可能性。
　　如圖1所示，客戶程序通過(guò)名稱服務(wù)等方法獲得遠(yuǎn)程對(duì)象的引用后就可以調(diào)用遠(yuǎn)程對(duì)象的方法。在客戶機(jī)上的樁（stub）模擬服務(wù)器上的實(shí)際對(duì)象，程序員只需要調(diào)用對(duì)象的方法而不必關(guān)心對(duì)象是在本地還是遠(yuǎn)程。方法調(diào)用通過(guò)底層的ORB（對(duì)象請(qǐng)求代理）進(jìn)行參數(shù)和返回值的包裝與解包，ORB可以屏蔽不同的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。同時(shí)ORB以中間件的形式提供多種通用服務(wù)，可以大大降低程序員的編程代價(jià)。
　　
　　CORBA支持各種面向?qū)ο蟮木幊陶Z(yǔ)言，如C++和JAVA。特別需要強(qiáng)調(diào)的是：CORBA將遠(yuǎn)程調(diào)用也封裝在對(duì)象中，對(duì)程序員隱藏了底層的通信細(xì)節(jié)。程序員對(duì)分布式對(duì)象的引用與集中式環(huán)境下的引用基本相同，因此可以大大提高軟件的生產(chǎn)效率。
　　3 實(shí)時(shí)CORBA的資源管理
　　通用的CORBA并不提供對(duì)實(shí)時(shí)系統(tǒng)的支持，這阻礙了CORBA在實(shí)時(shí)嵌入式系統(tǒng)中的應(yīng)用。為此，OMG對(duì)CORBA進(jìn)行了擴(kuò)展，于2002年提出了Real-time CORBA規(guī)范1.0版，但它僅支持靜態(tài)調(diào)度；2003年11月OMG推出了Real-time CORBA規(guī)范2.0版，以支持動(dòng)態(tài)調(diào)度。Real-time CORBA的目標(biāo)是通過(guò)實(shí)施系統(tǒng)行為的端到端的可預(yù)測(cè)性（End-to-End Predictability）和提供對(duì)資源管理的支持來(lái)滿足實(shí)時(shí)要求。實(shí)時(shí)CORBA犧牲了CORBA的部分通用特性來(lái)支持實(shí)時(shí)系統(tǒng)的開發(fā)。應(yīng)用程序開發(fā)過(guò)程中，必須進(jìn)行顯式的資源請(qǐng)求，資源的分配可以靜態(tài)處理。
　　在優(yōu)先級(jí)固定的CORBA系統(tǒng)中，所謂“端到端的可預(yù)測(cè)性”是指：（1）在處理CORBA調(diào)用而發(fā)生資源競(jìng)爭(zhēng)時(shí)遵守客戶機(jī)與服務(wù)器之間的線程優(yōu)先級(jí)；（2）端到端進(jìn)行處理時(shí)限定發(fā)生優(yōu)先級(jí)反轉(zhuǎn)的時(shí)間長(zhǎng)度；（3）限定操作調(diào)用的延遲。
　　實(shí)時(shí)CORBA的接口和機(jī)制可以保證ORB和應(yīng)用程序成為可預(yù)測(cè)的組合。應(yīng)用程序通過(guò)使用實(shí)時(shí)CORBA的接口來(lái)管理資源；ORB機(jī)制協(xié)調(diào)組成應(yīng)用程序的行為；實(shí)時(shí)CORBA則通過(guò)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)來(lái)調(diào)度線程和處理資源競(jìng)爭(zhēng)。
　　Real-time CORBA規(guī)范中抽象的“活動(dòng)”被具體化為三種處于不同階段的實(shí)體，即傳輸協(xié)議中的消息、內(nèi)存中的請(qǐng)求以及被調(diào)度到處理器上運(yùn)行的線程。這三個(gè)階段分別被稱為“傳輸中”、“靜態(tài)的”和“活動(dòng)的”。實(shí)時(shí)CORBA可以對(duì)這三種狀態(tài)中的活動(dòng)進(jìn)行作用。應(yīng)用程序開發(fā)人員必須通過(guò)實(shí)時(shí)CORBA提供的界面對(duì)“活動(dòng)”的狀態(tài)進(jìn)行界定。