Операционна система в реално време (RTOS): компоненти, типове, примери

Какво е реално време Operating система (RTOS)?

A операционна система в реално време (RTOS) е операционната система предназначена да обслужва приложения в реално време, които обработват данни веднага щом постъпват, най-вече без буферно забавяне. Пълната форма на RTOS е операционна система в реално време.

В RTOS, изискванията за време за обработка се изчисляват на стъпки от десети от секундата. Това е система с фиксирани времеви ограничения. В този тип система обработката трябва да се извършва в рамките на определените ограничения. В противен случай системата ще се повреди.

Защо да използвате RTOS?

Ето важни причини за използването на RTOS:

• Той предлага базирано на приоритет планиране, което ви позволява да отделите аналитичната обработка от некритичната обработка.
• Операционната система в реално време предоставя API функции, които позволяват по-чист и по-малък код на приложението.
• Коремни мускулиtracОпределянето на времевите зависимости и дизайнът, базиран на задачи, води до по-малко взаимозависимости между модулите.
• RTOS предлага модулна разработка, базирана на задачи, което позволява модулно тестване, базирано на задачи.
• API, базиран на задачи, насърчава модулното разработване, тъй като задачата обикновено има ясно дефинирана роля. Това позволява на дизайнерите и екипите да работят независимо по своите части от проекта.
• RTOS е управлявана от събития, като не губи време за обработка на събития, които не се случват.

Компоненти на RTOS

Компоненти на реално време Operaтинг система

Ето важните компоненти на RTOS:

Планировчикът: Този компонент на RTOS определя реда, в който се изпълняват задачите, обикновено въз основа на техния приоритет.

Симетрична многопроцесорна обработка (SMP): Това е набор от множество различни задачи, които могат да бъдат обработени от RTOS, така че да може да се извършва паралелна обработка.

Библиотека с функции: Това е важен елемент на RTOS, който действа като интерфейс за свързване на ядрото и кода на приложението. Приложението изпраща заявките си към ядрото, използвайки библиотека с функции, така че да може да произведе желаните резултати.

Управление на паметта: Този елемент е необходим в системата, за да разпредели памет за всяка програма и е най-важният елемент на RTOS.

Бърза латентност на изпращането: Това е интервалът между прекратяването на задача, който операционната система може да идентифицира, и действителното време, необходимо на нишката, която е в опашката за готовност, да започне обработката.

Потребителски дефинирани обекти и класове данни: RTOS използва езици за програмиране като C или C++, които трябва да бъдат организирани според тяхното функциониране.

Видове RTOS

Три вида RTOS са:

Твърдо реално време

В твърда RTOS, крайният срок се обработва много стриктно, което означава, че дадена задача трябва да започне да се изпълнява в определения планиран час и трябва да бъде завършена в рамките на зададения период от време.

Пример: Системи за интензивно медицинско лечение, системи за самолети и др.

Фирма в реално време

Този тип RTOS също трябва да спазва крайните срокове. Пропускането на краен срок обаче може да няма голямо влияние, но може да причини нежелани ефекти, като например огромно намаляване на качеството на продукта.

Пример: Различни видове мултимедийни приложения.

Меко реално време

Меката RTOS в реално време приема някои забавяния от операционната система. В този тип RTOS има определен краен срок за конкретна задача, но забавяне за малък период от време е приемливо. Така че крайните срокове се обработват меко от този тип RTOS.

Пример: Системи за онлайн транзакции и системи за котиране на цени на добитък.

Термини, използвани в RTOS

Ето са основните термини, използвани в RTOS:

• Задача: Група от свързани задачи, които заедно осигуряват известна системна функционалност.
• работа: Заданието е малка част от работата, която може да бъде възложена на процесор и която може или не може да изисква ресурси.
• Време за освобождаване на заданието: Това е моментът, в който дадена задача става готова за изпълнение.
• Време за изпълнение на заданието: Това е времето, необходимо на дадена задача, за да завърши изпълнението си.
• Срок за работа: Това е времето, до което изпълнението на дадена задача трябва да приключи.
• процесори: Те са известни също като активни ресурси. Те са важни за изпълнението на дадена работа.
• Относителен краен срок: Максимално допустимото време за отговор на дадена задача се нарича неин относителен краен срок.
• Време за реакция на задание: Това е времето от момента на освобождаване на задачата до момента на нейното завършване.
• Абсолютен срок: Това е относителният краен срок, който включва и времето за издаване.

Характеристики на RTOS

Ето важни характеристики на RTOS:

• Заема много малко памет
• Консумира по-малко ресурси
• Времената за реакция са силно предвидими
• Работи надеждно дори в непредсказуема среда
• Ядрото запазва състоянието на прекъснатата задача и след това определя коя задача трябва да изпълни следващата.
• Ядрото възстановява състоянието на задачата и предава контрола над процесора на тази задача.

Фактори за избор на RTOS

Ето са основните фактори, които трябва да вземете предвид при избора на RTOS:

• Изпълнение: Производителността е най-важният фактор, който трябва да се вземе предвид при избора на RTOS.
• Среден софтуер: Ако в операционна система в реално време няма поддръжка на междинен софтуер, тогава възниква проблемът с отнемащата време интеграция на процесите.
• Без грешки: RTOS системите са проектирани да бъдат без грешки, така че има минимален шанс за получаване на грешка при изпълнение на задача.
• Използване на вградена система: Програмите на RTOS са малки по размер, така че RTOS се използва широко за вградени системи.
• Максимално използване: RTOS ви помага да постигнете максимално използване на системните ресурси.
• Пренасочване на задачи: Времето за прехвърляне на задачите е много кратко.
• Уникални черти: Една добра RTOS трябва да е способна и да предлага допълнителни функции, като например как изпълнява команда и колко ефективно защитава паметта на системата.
• 24/7 производителност: RTOS е идеална за приложения, които трябва да работят 24/7.

Разлика между GPOS и RTOS

Приложения в реално време Operaтинг система

Системите в реално време се използват в:

• Системи за резервации на авиокомпании.
• Системи за контрол на въздушното движение.
• Системи, които осигуряват незабавна актуализация.
• Всяка система, която предоставя актуална и подробна информация за цените на акциите.
• Системи за отбранителни приложения като RADAR.
• Мрежови мултимедийни системи.
• Системи за командно управление.
• Интернет телефония.
• Антиблокиращи спирачни системи.
• Сърдечни пейсмейкъри.

Недостатъци на RTOS

Ето недостатъците на използването на RTOS:

• RTOS изпълнява минимален брой задачи едновременно и се концентрира само върху онези приложения, които съдържат грешка, за да може да ги избегне.
• RTOS се концентрира върху няколко задачи. Следователно за тези системи е наистина трудно да изпълняват многозадачност.
• За RTOS са необходими специфични драйвери, за да може тя да предложи бързо време за реакция на прекъсващи сигнали, което помага да се поддържа скоростта ѝ.
• RTOS използва много ресурси, което прави тази система скъпа.
• Задачите с нисък приоритет може да се нуждаят от дълго време за изчакване, тъй като RTOS дава приоритет на точността на изпълняваните програми.
• В операционните системи в реално време се извършва минимално превключване на задачи.
• Използва сложни алгоритми, които са трудни за разбиране.
• RTOS използва много ресурси, което понякога не е подходящо за системата.

Въпроси и Отговори