Co to jest system operacyjny czasu rzeczywistego (RTOS) i jak działa?

Wypróbuj Nasz Instrument Do Eliminowania Problemów





Kiedy słyszymy słowo system operacyjny, najpierw przychodzi nam na myśl system operacyjny używany w laptopach i komputerach. Generalnie używamy różnych typów systemów operacyjnych, takich jak Windows XP, Linux, Ubuntu, Windows 7, 8.8.1 i 10. W smartfonach systemy operacyjne to KitKat, Jellybean, Marshmallow i Nougat. W cyfrowym urządzeniu elektronicznym istnieje jakiś system operacyjny opracowany przez program mikrokontrolera . Tam są różne typy systemów operacyjnych opracować dla mikrokontrolera, ale tutaj omówiliśmy system operacyjny czasu rzeczywistego.

Co to jest system operacyjny czasu rzeczywistego?

RTOS to system operacyjny, to mózg systemu czasu rzeczywistego i jego natychmiastowa reakcja na dane wejściowe. W RTOS zadanie zostanie zakończone w określonym czasie i jego reakcje w przewidywalny sposób na nieprzewidziane zdarzenia. Strukturę RTOS przedstawiono poniżej.




Struktura RTOS

Struktura RTOS

Rodzaje RTOS

Istnieją trzy różne typy RTOS, które są następujące



  • Miękki system operacyjny czasu rzeczywistego
  • Twardy system operacyjny czasu rzeczywistego
  • Firmowy system operacyjny czasu rzeczywistego
Rodzaje RTOS

Rodzaje RTOS

Miękki system operacyjny czasu rzeczywistego

Miękki system operacyjny czasu rzeczywistego ma określone terminy, może zostać przeoczony i podejmie działanie w czasie t = 0 +. Miękki system operacyjny czasu rzeczywistego jest rodzajem systemu operacyjnego i nie zawiera ograniczonych do ekstremalnych reguł. Czas krytyczny tego systemu operacyjnego jest do pewnego stopnia opóźniony. Przykładami tego systemu operacyjnego są aparat cyfrowy, telefony komórkowe, dane online itp.

Miękki system operacyjny czasu rzeczywistego

Miękki system operacyjny czasu rzeczywistego

Twardy system operacyjny czasu rzeczywistego

Jest to również rodzaj systemu operacyjnego i przewiduje się termin. Przewidywane terminy będą reagować w chwili t = 0. Niektóre przykłady tego systemu operacyjnego to sterowanie poduszkami powietrznymi w samochodach, układ przeciwblokujący, układ sterowania silnikiem itp.

Firmowy system operacyjny czasu rzeczywistego

W firmie w czasie rzeczywistym system operacyjny ma pewne ograniczenia czasowe, nie są one rygorystyczne i może powodować niepożądane skutki. Przykładami takiego systemu operacyjnego są oględziny w automatyce przemysłowej.


Praca z systemem operacyjnym czasu rzeczywistego

Istnieją różne typy podstawowych funkcji systemu RTOS

  • Planista oparty na priorytetach
  • Procedura przerwania zegara systemowego
  • Zachowanie deterministyczne
  • Synchronizacja i wiadomości
  • Usługa RTOS

Harmonogram oparty na priorytetach

W harmonogramie opartym na priorytetach większość RTOS ma od 32 do 256 możliwych priorytetów dla poszczególnych zadań lub procesów. Ten program planujący uruchomi proces z najwyższym priorytetem. Jeśli zadanie jest uruchomione na CPU, następne zadanie o najwyższym priorytecie jest uruchamiane i kontynuuje procesy.

W systemie proces o najwyższym priorytecie będzie miał procesor

  • To się zamyka
  • Jeśli pierwotne zadanie zostało uprzedzone przez nowe, gotowy jest proces o wysokim priorytecie.

Istnieją trzy stany zadań lub procesów, które są gotowe do uruchomienia, a drugi jest zablokowany, a opis każdego stanu znajduje się poniżej.

Gotowy do biegu

O gotowości do uruchomienia mówi się, że proces ma wszystkie zasoby do uruchomienia, ale nie powinien być uruchomiony. Następnie nazywa się go gotowym do uruchomienia.

Bieganie

Jeśli zadanie jest wykonywane, mówi się, że jest uruchomione.

Zablokowany

W tym stanie, jeśli nie ma wystarczających zasobów do uruchomienia, jest wysyłany do stanu zablokowanego.

Modyfikowane są trzy techniki planowania zadania, a następnie ich opis.

Planowanie współpracy

W przypadku tego typu planowania zadanie będzie działać do zakończenia wykonywania

Planowanie okrężne

W tym harmonogramowaniu każdemu procesowi przypisywany jest stały przedział czasowy, a proces musi zakończyć swoje wykonanie, w przeciwnym razie zadanie straci przepływ i generowanie danych.

Planowanie prewencyjne

Planowanie prewencyjne obejmuje priorytetową alokację czasu zależną od czasu. Zwykle używa się 256 poziomów priorytetów, a każde zadanie ma inny poziom priorytetu. Istnieją systemy obsługujące wyższy poziom priorytetu, a wiele zadań ma określone priorytety.

Procedura przerwania zegara systemowego

Aby wykonać operację zależną od czasu, system RTOS zapewni pewnego rodzaju zegary systemowe. Jeśli jest zegar systemowy 1 ms, musisz wykonać zadanie w 50 ms. Zazwyczaj pojawia się API, które podąża za Tobą i mówi „Obudź mnie za 50 ms”. Stąd zadanie polegałoby na spaniu, dopóki RTOS się nie obudzi. Mamy dwa powiadomienia, że ​​wybudzony nie zapewni, że będzie działał dokładnie w tym czasie, zależy to od priorytetu i jeśli aktualnie działa wyższy priorytet, zostanie to opóźnione.

Zachowanie deterministyczne

RTOS przesuwa się na dużą odległość, aby chronić, że niezależnie od tego, czy wykonałeś 100 zadań, czy 10 zadań, nie robi żadnej różnicy w odległości do przełączenia kontekstu i określa następne zadanie o najwyższym priorytecie. W deterministycznym obszarze głównym RTOS jest obsługą przerwań, kiedy linia przerwania jest im zasygnalizowana, RTOS natychmiast podejmuje działanie właściwej procedury obsługi przerwania i przerwanie jest obsługiwane bez żadnego opóźnienia.

Musimy hałasować, że programiści projektu napiszą ISR specyficzne dla sprzętu. Wcześniej RTOS zapewniał ISR dla portów szeregowych, zegary systemowe i może to być sprzęt sieciowy, ale jeśli istnieje coś wyspecjalizowanego, jak sygnały rozrusznika, siłowniki itp., Nie należy go częścią RTOS.

Chodzi o grube uogólnienia, aw RTOS jest wiele różnych implementacji. Niektóre z RTOS działają inaczej, a powyższy opis jest odpowiedni dla dużej części istniejących RTOS.

Synchronizacja i wiadomości

Synchronizacja i przesyłanie wiadomości zapewnia komunikację między zadaniami jednego systemu a innym systemem i usługami przesyłania wiadomości. Do synchronizacji działań wewnętrznych wykorzystywana jest flaga zdarzenia, a do wysyłania wiadomości tekstowych możemy używać w skrzynce pocztowej, potokach i kolejkach wiadomości. We wspólnych obszarach danych używane są semafory.

  • Semafory
  • Flagi zdarzeń
  • Skrzynki pocztowe
  • Rury
  • Kolejki wiadomości

Usługa RTOS

Najważniejszą częścią systemu operacyjnego jest jądro. Aby monitorować sprzęt, należy zwolnić zadanie, a jądro zarządzać i przydzielać zasoby. Jeśli zadanie nie może za każdym razem zwrócić uwagi procesora, oznacza to, że jądro udostępnia inne usługi. Oto są

  • Usługi czasu
  • Usługi obsługi przerwań
  • Usługi zarządzania urządzeniami
  • Usługi zarządzania pamięcią
  • Usługi wejścia-wyjścia

Zalety RTOS

  • Gdy wszystkie zasoby i urządzenia są nieaktywne, RTOS zapewnia maksymalne zużycie systemu i większą wydajność.
  • Gdy zadanie jest wykonywane, nie ma szans na wystąpienie błędu, ponieważ RTOS jest wolny od błędów.
  • Alokacja pamięci jest najlepszym sposobem zarządzania w tego typu systemie.
  • W tego typu systemie czas przesuwania jest bardzo krótszy.
  • Ze względu na mały rozmiar programu RTOS jest używany w Wbudowany system jak transport i inne.

W tym artykule omówiliśmy, jak będzie działać system operacyjny czasu rzeczywistego. Mam nadzieję, że czytając to, uzyskałeś podstawowe informacje. Jeśli masz jakieś pytania dotyczące tego artykułu lub do realizacji projektów elektrycznych , prosimy o komentarz w poniższej sekcji. Oto pytanie do ciebie, jakie są funkcje RTOS?