選擇正確的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)：生死抉擇

為嵌入式應(yīng)用程序選擇實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)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，那么這個(gè)決定就變得更加復(fù)雜，因?yàn)樵O(shè)備的操作具有生死攸關(guān)的影響。因此，軟件開發(fā)人員有責(zé)任在選擇過(guò)程中格外小心。

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？是否容易出現(xiàn)用戶錯(cuò)誤？

性能：RTOS能否促進(jìn)應(yīng)用程序代碼的開發(fā)？代碼是否在必需的參數(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是否具有完成工作所需的設(shè)施？

安全

毫無(wú)疑問(wèn)，安全對(duì)于醫(yī)療設(shè)備至關(guān)重要，必須抓住每一個(gè)機(jī)會(huì)進(jìn)行設(shè)計(jì)。對(duì)于一些設(shè)計(jì)人員來(lái)說(shuō)，RTOS如何為設(shè)備的整體安全性做出貢獻(xiàn)并不完全明顯，而不僅僅是可靠性。然而，在RTOS安全性方面，有兩個(gè)方面特別令人感興趣：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)人員為避免操作員錯(cuò)誤所能做出的最佳貢獻(xiàn)。如果設(shè)備只有按鈕、指示燈和聲音，則最好包含清晰的標(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。通過(guò)謹(jǐn)慎使用，這樣的界面是理想的;用戶可以通過(guò)精心設(shè)計(jì)的分層菜單和信息對(duì)話框來(lái)避免錯(cuò)誤。這樣做需要艱苦的工作，因此建議從隨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/地區(qū)，醫(yī)療設(shè)備安全是通過(guò)要求遵循監(jiān)管程序來(lái)確保的。認(rèn)證過(guò)程非常嚴(yán)格，耗時(shí)且昂貴，該程序著眼于設(shè)備的各個(gè)方面，認(rèn)證涵蓋整個(gè)設(shè)備。由于操作系統(tǒng)是一個(gè)組件，因此無(wú)法自行認(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。源代碼必須可用，可讀性和文檔越好，效果越好?？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密切相關(guān)，因此較小的操作系統(tǒng)內(nèi)存占用量提供了明確的成本優(yōu)勢(shì)。

性能

RTOS的明顯性能衡量標(biāo)準(zhǔn)是速度。對(duì)于實(shí)時(shí)應(yīng)用程序（如醫(yī)療設(shè)備），RTOS 必須及時(shí)響應(yīng)，以使應(yīng)用程序正常運(yùn)行。

但速度并不是故事的全部。RTOS必須能夠在正確的時(shí)間響應(yīng)需求 - 不要太晚或太早。實(shí)時(shí)意味著操作系統(tǒng)在定義的時(shí)間范圍內(nèi)做出響應(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。使用較少的內(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，這意味著最終內(nèi)存占用中僅包含特定功能所需的代碼。在操作系統(tǒng)中尋找粒度的可擴(kuò)展性是一項(xiàng)值得的努力，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)的組件和施工技術(shù)。雖然這在硬件設(shè)計(jì)中是顯而易見(jiàn)的，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，并選擇經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的軟件組件，這些組件已部署在眾多嵌入式系統(tǒng)中，并具有成功的記錄。

此外，在選定的 RTOS 中提供高質(zhì)量的工具（如操作系統(tǒng)感知調(diào)試器和性能探查器）可以幫助生成可靠的代碼。

功能性

選擇合適的RTOS的最后一個(gè)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)處理模型，并具有合適的調(diào)度替代方案。操作系統(tǒng)的其余部分是一組選項(xiàng)，提供廣泛的功能。雖然這是一個(gè)值得長(zhǎng)時(shí)間討論的主題，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

省去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)防具有重要意義，這是世界各地醫(yī)療機(jī)構(gòu)真正關(guān)注的問(wèn)題。

大多數(shù)無(wú)線技術(shù)都利用無(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，但也要求正確實(shí)現(xiàn)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。

斷續(xù)器

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)必須格外小心。這更加復(fù)雜，因?yàn)閁SB設(shè)備可以充當(dāng)主機(jī)或功能。USB 主機(jī)堆棧與 USB 功能堆棧有很大不同。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)單的連接和互操作性，因此USB是一種常見(jiàn)的選擇。為此類設(shè)備選擇 RTOS 需要對(duì)所有可用的 USB 堆棧進(jìn)行完全認(rèn)證和驗(yàn)證。

可移植性

便攜性的關(guān)鍵是使用電池電源。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起著重要作用。

如果操作系統(tǒng)很小，則可以最大限度地減少內(nèi)存使用。安裝的內(nèi)存越少，消耗的功率就越少。如果操作系統(tǒng)快速高效，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。高效的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)可以使較低規(guī)格的CPU可行，并進(jìn)一步降低功耗。

最后，如果CPU或硬件設(shè)計(jì)具有電源管理設(shè)施，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，則通過(guò)RTOS進(jìn)行邏輯控制?？梢怨?jié)省的電量越大，電池充電將持續(xù)更長(zhǎng)時(shí)間，從而確保在迫切需要時(shí)可能獲得重要儀器。

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)復(fù)雜的決定，具有生死攸關(guān)的影響。仔細(xì)關(guān)注RTOS產(chǎn)品的技術(shù)特性及其在生命關(guān)鍵型設(shè)備實(shí)現(xiàn)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)考慮到了這些因素，并使用了諸如Mentor圖形的Nucleus實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)之類的產(chǎn)品，它以非常低的物料清單提供高水平的確定性實(shí)時(shí)性能。由于Nucleus經(jīng)過(guò)市場(chǎng)驗(yàn)證，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)其RTOS決策充滿信心。

審核編輯：郭婷