Операционна система в реално време (RTOS): компоненти, типове, примери
Натаниел Брукс
Какво е реално време Operating система (RTOS)?
Операционна система в реално време (RTOS) е операционна система, предназначена да обслужва приложения в реално време, които обработват данни, когато постъпят, най-вече без забавяне на буфера. Пълната форма на RTOS е операционна система в реално време.
В RTOS изискването за време за обработка се изчислява в стъпки от време от десети от секундата. Това е ограничена във времето система, която може да се дефинира като фиксирани времеви ограничения. В този тип система обработката трябва да се извършва в рамките на посочените ограничения. В противен случай системата ще се провали.
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.
- ОС в реално време предоставя API функции, които позволяват по-чист и по-малък код на приложението.
- Абстрахирането на зависимостите от времето и дизайнът, базиран на задачи, води до по-малко взаимозависимости между модулите.
- RTOS предлага модулно базирано на задачи разработване, което позволява модулно базирано на задачи тестване.
- Базираният на задачи API насърчава модулната разработка като задача, която обикновено има ясно дефинирана роля. Позволява на дизайнерите/екипите да работят независимо върху своите части от проекта.
- RTOS се управлява от събития без загуба на време за обработка на събитието, което не е настъпило
Компоненти на RTOS
Тук са важни компоненти на RTOS
Планировчикът: Този компонент на RTOS казва в какъв ред могат да се изпълняват задачите, което обикновено се основава на приоритета.
Симетрична многопроцесорна обработка (SMP): Това е редица множество различни задачи, които могат да бъдат обработени от RTOS, така че да може да се извършва паралелна обработка.
Функция библиотека: Това е важен елемент от RTOS, който действа като интерфейс, който ви помага да свържете ядрото и кода на приложението. Това приложение ви позволява да изпращате заявките към ядрото с помощта на функционална библиотека, така че приложението да може да дава желаните резултати.
Управление на паметта: този елемент е необходим в системата за разпределяне на памет за всяка програма, което е най-важният елемент на RTOS.
Бързо забавяне при изпращане: Това е интервал между прекратяването на задачата, който може да бъде идентифициран от ОС, и действителното време, необходимо на нишката, която е в опашката за готовност, която е започнала обработка.
Обекти и класове от данни, дефинирани от потребителя: RTOS системата използва езици за програмиране като C или C++, които трябва да бъдат организирани според тяхното функциониране.
Видове RTOS
Три типа RTOS системи са:
Твърдо реално време
В Hard RTOS крайният срок се обработва много стриктно, което означава, че дадената задача трябва да започне да се изпълнява в определено планирано време и трябва да бъде завършена в рамките на зададеното времетраене.
Пример: Медицинска система за критични грижи, системи на самолети и др.
Фирма в реално време
Този тип RTOS също трябва да следват крайните срокове. Пропускането на краен срок обаче може да няма голямо въздействие, но може да причини нежелани ефекти, като огромно намаляване на качеството на даден продукт.
Пример: Различни видове мултимедийни приложения.
Меко реално време
Софт RTOS в реално време, приема някои закъснения от Operaтинг система. В този тип RTOS има краен срок, определен за конкретна работа, но забавяне за малък период от време е приемливо. Така че крайните срокове се обработват меко от този тип RTOS.
Пример: Система за онлайн транзакции и Система за котиране на цените на добитъка.
Термини, използвани в RTOS
Ето основните термини, използвани в RTOS:
- Задача – Набор от свързани задачи, които съвместно могат да осигурят някаква 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 работа – Това е време на работа, в което работата става готова за изпълнение.
- Време за изпълнение на заданието: Отнема време на работата, за да завърши нейното изпълнение.
- Срок за работа: Това е времето, до което една работа трябва да приключи изпълнението си.
- процесори: Те са известни също като активни ресурси. Те са важни за изпълнението на дадена работа.
- Максимум Това е допустимото време за реакция на дадена работа се нарича нейният относителен краен срок.
- Време за реакция на задание: Това е период от време от момента на освобождаване на задание, когато моментът приключи.
- Абсолютен срок: Това е относителният срок, който включва и времето на пускането му.
Характеристики на RTOS
Ето важни характеристики на RTOS:
- Заемат много по-малко памет
- Консумирайте по-малко ресурси
- Времената за реакция са силно предвидими
- Непредвидима среда
- Ядрото запазва състоянието на рекламата на прекъсната задача, след което определя коя задача трябва да изпълни следващата.
- Ядрото възстановява състоянието на задачата и предава контрола на процесора за тази задача.
Фактори за избор на RTOS
Ето основните фактори, които трябва да имате предвид, за да изберете RTOS:
- Производителност: Производителността е най-важният фактор, който трябва да се има предвид при избора на RTOS.
- Middleware: ако няма поддръжка на междинен софтуер в операционната система в реално време, тогава възниква проблемът с интеграцията на процесите, отнемаща време.
- Без грешки: RTOS системите са без грешки. Следователно няма шанс да получите грешка при изпълнение на задачата.
- Използване на вградена система: Програмите на RTOS са с малък размер. Така че ние широко използваме RTOS за вградени системи.
- Максимална консумация: можем да постигнем максимална консумация с помощта на RTOS.
- Преместване на задачи: Shiftвремето за изпълнение на задачите е много по-малко.
- Уникални характеристики: Един добър RTS трябва да е способен и има някои допълнителни функции, като например как работи за изпълнение на команда, ефективна защита на паметта на системата и т.н.
- 24/7 изпълнение: RTOS е идеален за онези приложения, които изискват да работят 24/7.
Разлика между GPOS и RTOS
Ето важните разлики между GPOS и RTOS:
| С общо предназначение Operaтинг система (GPOS) | В реално време Operating система (RTOS) |
|---|---|
| Използва се за настолен компютър и лаптоп. | Прилага се само към вграденото приложение. |
| Процесно базирано планиране. | График, базиран на времето, използван като кръгов график. |
| Забавянето на прекъсването не се счита за толкова важно, колкото при RTOS. | Закъснението при прекъсване е минимално, което се измерва в няколко микросекунди. |
| В системата не присъства механизъм за инверсия на приоритета. | Механизмът за обръщане на приоритета е актуален. Така че не може да се променя от системата. |
| Операцията на ядрото може или не може да бъде изпреварена. | Операцията на ядрото може да бъде изпреварена. |
| Приоритетната инверсия остава незабелязана | Няма гаранции за предвидимост |
Приложения в реално време Operaтинг система
Системите в реално време се използват в:
- Резервационна система на авиокомпаниите.
- Система за контрол на въздушното движение.
- Системи, които осигуряват незабавна актуализация.
- Използва се във всяка система, която предоставя актуална и минутна информация за цените на акциите.
- Системи за отбранителни приложения като RADAR.
- Мрежови мултимедийни системи
- Системи за командно управление
- Интернет телефония
- Антиблокиращи спирачни системи
- Сърдечен пейсмейкър
Недостатъци на RTOS
Ето недостатъците/минусите на използването на RTOS система:
- RTOS системата може да изпълнява минимални задачи заедно и се концентрира само върху онези приложения, които съдържат грешка, за да може да ги избегне.
- RTOS е системата, която се концентрира върху няколко задачи. Следователно за тези системи е наистина трудно да извършват многозадачност.
- Необходими са специфични драйвери за RTOS, така че да може да предложи бързо време за реакция за прекъсване на сигнали, което помага да се поддържа скоростта му.
- Много ресурси се използват от RTOS, което прави тази система скъпа.
- Задачите с нисък приоритет трябва да чакат дълго време, тъй като RTOS поддържа точността на програмата, която е в процес на изпълнение.
- Минимално превключване на задачи се извършва в операционни системи в реално време.
- Той използва сложни алгоритми, които са трудни за разбиране.
- RTOS използва много ресурси, които понякога не са подходящи за системата.
Oбобщение
- RTOS е операционна система, предназначена да обслужва приложения в реално време, които обработват данни, когато постъпват, най-вече без забавяне на буфера.
- Той предлага базирано на приоритет планиране, което ви позволява да отделите аналитичната обработка от некритичната обработка.
- Важни компоненти на RTOS системата са: 1) Планировчикът, 2) Симетрична мултипроцесорна обработка, 3) Функционална библиотека, 4) Управление на паметта, 5) Бързо забавяне при изпращане и 6) Дефинирани от потребителя обекти и класове от данни
- Три вида RTOS са 1) Трудно време 2) Меко време и 3) Твърдо време
- RTOS системата заема много по-малко памет и консумира по-малко ресурси
- Производителността е най-важният фактор, който трябва да се вземе предвид при избора на RTOS.
- С общо предназначение Operating System (GPOS) се използва за настолен компютър и лаптоп в реално време Operating System (RTOS), приложен само към вграденото приложение.
- Системите в реално време се използват в системата за резервации на авиокомпаниите, системата за контрол на въздушното движение и др.
- Най-големият недостатък на RTOS е, че системата се концентрира само върху няколко задачи.
е колекция от корелирана информация, която се записва на вторично или енергонезависимо хранилище като магнитни дискове, оптични дискове и ленти. Това е метод за събиране на данни, който се използва като среда за въвеждане и получаване на изход от тази програма.
Като цяло файлът е поредица от битове, байтове или записи, чието значение се определя от създателя и потребителя на файла. Всеки файл има логично местоположение, където се намира за съхранение и извличане.
