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 实时操作系统针对多核系统开发让医疗设备设计更简便

资料大小:0.1 MB 下载次数: 上传人: 上传日期:2017-09-13

资料介绍

关键字: rtos 医疗设备 明智的 OS 策略为医疗设备的多核设计铺平道路
 
关键字:实时操作系统 RTOS 医疗设备
 
作者:JusTIn Moon
 
产品经理
 
QNX 软件系统公司
 
医疗设备制造商在将产品推向市场所面临的诸多挑战中,获得监管部门的批准是必过一关,只有获得相应核准,制造商才能出售其设备。为此,许多医疗设备制造商在采用多核系统设计时倍加小心,他们担心多核的复杂性会妨碍其产品顺利通过监管机构的审核。
 
的确,多核处理使软件系统更趋复杂。但是无论系统运行在一个、两个或 16 个处理器之上,当今的系统都已太过复杂,以致无法通过单独测试来进行验证。因此,设备制造商应该熟悉针对多核系统开发他们所需的验证技术。
 
本文讨论基于多核处理器的医疗设备系统的安全要求验证问题,并分析可助力医疗设备向多核设计转移的操作系统具有哪些特点。
 
医疗设备对日益复杂的用户界面和高清成像(两者都对计算能力有巨大需求)等特性的需求不断攀升,这使得对多核处理的需求水涨船高。即便医疗系统支持越来越丰富的先进功能,它们通常也还必须满足轻便、低功耗和低发热的要求。
 
单核难以满足上述这些要求,因为通过增加处理器时钟速率提升计算能力的方法存在三个局限性。首先,功耗和发热的增加速度快于时钟速率的提升速度。其次,存储器的速度跟不上处理器的速度。最后,资源、控制和数据间的依赖关系限制了单指令流所允许的并行程度。
 
关键的操作系统要求
 
对可靠性和可用性都是必要条件的医疗设备来说,可能会需要实时操作系统(RTOS),而这种 RTOS 需要支持对称多处理。推荐使用一款可将进程分配给多个内核处理的单一操作系统,因为这种方法会比支持异步处理、且在每个处理器上采用不同操作系统,甚至是在不同核上采用不同操作系统等情况更容易。
 
选定的 RTOS 必须能防范由系统引发的故障,而且必须在出现故障时能够重启相应组件。在大多数情况下,最优选择是一个微核架构。其中,应用、设备驱程、文件系统和网络协议栈都驻留在核外的独立地址空间,因而它们彼此之间,以及它们与核之间都是隔离的。
 
多核系统存在大量的进程和线程,因此具有软件看门狗至关重要。看门狗是一个用户空间的故障恢复过程,它可以检测出故障,并立即将系统恢复到安全状态,或在不牺牲安全性的前提下,重启失败的进程。
 
为确保系统的可靠性,RTOS 还应支持:1. 时间分割(最好自适应),以确保关键流程不会因 CPU 周期不够用而无法完成;2. 优先级继承,以防止优先级倒置;3. 处理器亲和性,它允许设计师将特定的父进程和子进程仅指派给特定内核。
 
设计者可以确切地决定他们要如何使用系统内可用的多个核。例如,他们可将非关键的、但计算密集的进程交由任何可用的内核处理,或是仅分配给一个有限的内核子集,同时将关键部分交由一个固定核处理,从而简化设计、调试和验证。
 
更多信息请访问ni.com/virtualbench/zhs/

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