Realtidsoperativsystem (RTOS): Komponenter, typer, eksempler
Redaktionelle team
⚡ Smart opsummering
Realtidsoperativsystemer (RTOS) betjener applikationer, der skal behandle data og reagere på hændelser inden for strenge, forudsigelige tidsfrister ved hjælp af prioritetsbaseret planlægning og hurtig, deterministisk opgaveskift, så kritiske deadlines aldrig overses.
Hvad er en realtid Operating System (RTOS)?
A real-time operativsystem (RTOS) er en operativsystem beregnet til at betjene realtidsapplikationer, der behandler data, når de kommer ind, for det meste uden bufferforsinkelse. Den fulde form for RTOS er et realtidsoperativsystem.
I et RTOS beregnes behandlingstidskravene i intervaller på tiendedele af et sekund. Det er et tidsbundet system med faste tidsbegrænsninger. I denne type system skal behandlingen udføres inden for de specificerede begrænsninger. Ellers vil systemet fejle.
Hvorfor bruge en RTOS?
Her er vigtige grunde til at bruge en RTOS:
- Det tilbyder prioritetsbaseret planlægning, som giver dig mulighed for at adskille analytisk behandling fra ikke-kritisk behandling.
- Realtids-OS'et leverer API-funktioner, der muliggør renere og mindre applikationskode.
- AbstracTimingafhængigheder og det opgavebaserede design resulterer i færre indbyrdes afhængigheder mellem moduler.
- En RTOS tilbyder modulær opgavebaseret udvikling, hvilket muliggør modulær opgavebaseret testning.
- Den opgavebaserede API fremmer modulær udvikling, da en opgave typisk har en klart defineret rolle. Det giver designere og teams mulighed for at arbejde uafhængigt på deres dele af projektet.
- En RTOS er event-drevet og spilder ingen behandlingstid på hændelser, der ikke indtræffer.
Komponenter af RTOS
Komponenter af realtid Operating System
Her er de vigtige komponenter i en RTOS:
Planlæggeren: Denne komponent i et RTOS bestemmer rækkefølgen, hvori opgaver udføres, generelt baseret på deres prioritet.
Symmetrisk multiprocessering (SMP): Det er en række forskellige opgaver, der kan håndteres af RTOS'en, så parallel behandling kan udføres.
Funktionsbibliotek: Det er et vigtigt element i et RTOS, der fungerer som en grænseflade til at forbinde kernen og applikationskoden. Applikationen sender sine anmodninger til kernen ved hjælp af et funktionsbibliotek, så den kan producere de ønskede resultater.
Hukommelseshåndtering: Dette element er nødvendigt i systemet for at allokere hukommelse til hvert program, og det er det vigtigste element i RTOS.
Hurtig forsendelseslatenstid: Det er intervallet mellem afslutningen af en opgave, som operativsystemet kan identificere, og den faktiske tid, det tager for tråden, som er i klarkøen, at starte behandlingen.
Brugerdefinerede dataobjekter og klasser: Et RTOS bruger programmeringssprog som C eller C++, som bør organiseres efter deres drift.
Typer af RTOS
Tre typer RTOS er:
Hård realtid
I en hård RTOS håndteres deadline meget strengt, hvilket betyder, at en given opgave skal begynde at udføres på det angivne planlagte tidspunkt og skal afsluttes inden for den tildelte tidsperiode.
Eksempel: Medicinske intensivplejesystemer, flysystemer osv.
Fast realtid
Denne type RTOS skal også overholde deadlines. Det kan dog ikke have den store indflydelse at misse en deadline, men det kan forårsage uønskede effekter, såsom en enorm reduktion i produktets kvalitet.
Eksempel: Forskellige typer multimedieapplikationer.
Blød realtid
En blød realtids-RTOS accepterer visse forsinkelser fra operativsystemet. I denne type RTOS er der tildelt en deadline for et specifikt job, men en forsinkelse i en kort periode er acceptabel. Så deadlines håndteres blødt af denne type RTOS.
Eksempel: Online transaktionssystemer og prisopgørelsessystemer til husdyr.
Begreber brugt i RTOS
Her er de vigtigste termer, der bruges i RTOS:
- Opgave: En gruppe af relaterede opgaver, der tilsammen leverer en vis systemfunktionalitet.
- Job: Et job er et lille stykke arbejde, der kan tildeles en processor, og som måske kræver ressourcer.
- Udgivelsestidspunkt for et job: Det er det tidspunkt, hvor et job bliver klar til udførelse.
- Udførelsestid for et job: Det er den tid, det tager et job at afslutte sin udførelse.
- Deadline for et job: Det er det tidspunkt, hvor et job skal være færdigt.
- processorer: De er også kendt som aktive ressourcer. De er vigtige for udførelsen af et job.
- Relativ deadline: Den maksimalt tilladte svartid for et job kaldes dets relative deadline.
- Svartid på et job: Det er den tid, der går fra et job frigives, til det øjeblik, det er færdigt.
- Absolut deadline: Dette er den relative deadline, som også inkluderer udgivelsestidspunktet.
Funktioner i RTOS
Her er vigtige funktioner i RTOS:
- Optager meget lidt hukommelse
- Forbruger færre ressourcer
- Svartider er meget forudsigelige
- Fungerer pålideligt selv i et uforudsigeligt miljø
- Kernen gemmer tilstanden af den afbrudte opgave og bestemmer derefter, hvilken opgave den skal køre næste gang.
- Kernen gendanner opgavens tilstand og overfører kontrollen over CPU'en til den opgave.
Faktorer for at vælge en RTOS
Her er vigtige faktorer, du skal overveje, når du vælger en RTOS:
- Ydelse: Ydeevne er den vigtigste faktor at overveje, når man vælger en RTOS.
- Mellemvare: Hvis der ikke er middleware-understøttelse i et realtidsoperativsystem, opstår problemet med tidskrævende integration af processer.
- Fejlfri: RTOS-systemer er designet til at være fejlfri, så der er minimal risiko for at få en fejl under udførelse af en opgave.
- Brug af indlejret system: Programmer i et RTOS er små i størrelse, så RTOS bruges i vid udstrækning til indlejrede systemer.
- Maksimal udnyttelse: En RTOS hjælper dig med at opnå maksimal udnyttelse af systemressourcerne.
- Opgaveskift: Opgaveskiftetiden er meget kort.
- Unikke funktioner: En god RTOS bør være kapabel og tilbyde ekstra funktioner, såsom hvordan den udfører en kommando, og hvor effektivt den beskytter systemets hukommelse.
- 24/7 ydeevne: En RTOS er ideel til applikationer, der skal køre 24/7.
Forskellen mellem GPOS og RTOS
| Generelle formål Operatingsystem (GPOS) | Real-Time Operatingsystem (RTOS) |
| Den bruges til stationære pc'er og bærbare computere. | Den anvendes kun på den indlejrede applikation. |
| Procesbaseret planlægning. | Tidsbaseret planlægning bruges, ligesom round-robin-planlægning. |
| Afbrydelseslatens anses ikke for at være lige så vigtig som i en RTOS. | Interrupt lag er minimal, hvilket måles på få mikrosekunder. |
| Der er ingen prioritetsinversionsmekanisme til stede i systemet. | Prioritetsinversionsmekanismen er til stede, så den kan ikke ændres af systemet. |
| Kernens drift kan være præempted eller ej. | Kernens drift kan forebygges. |
| Prioritetsinversion forbliver ubemærket. | Ingen forudsigelighedsgarantier. |
Anvendelser af realtid Operating System
Realtidssystemer bruges i:
- Flyselskabers reservationssystemer.
- Flytrafikkontrolsystemer.
- Systemer, der giver øjeblikkelig opdatering.
- Ethvert system, der leverer opdaterede, minutiøse oplysninger om aktiekurser.
- Forsvarsapplikationssystemer som RADAR.
- Netværksforbundne multimediesystemer.
- Kommandostyringssystemer.
- Internettelefoni.
- ABS-bremsesystemer.
- Hjertepacemakere.
Ulemper ved RTOS
Her er ulemperne ved at bruge en RTOS:
- Et RTOS kører et minimalt antal opgaver sammen og koncentrerer sig kun om de applikationer, der indeholder en fejl, så det kan undgå dem.
- Et RTOS fokuserer på få opgaver. Derfor er det virkelig svært for disse systemer at udføre multitasking.
- Specifikke drivere er nødvendige for en RTOS, så den kan tilbyde en hurtig responstid på afbrydelsessignaler, hvilket hjælper med at opretholde dens hastighed.
- Et RTOS bruger mange ressourcer, hvilket gør dette system dyrt.
- Lavprioriterede opgaver kan være nødt til at vente længe, fordi RTOS prioriterer nøjagtigheden af de programmer, der udføres.
- Minimal skift af opgaver udføres i realtidsoperativsystemer.
- Den bruger komplekse algoritmer, som er svære at forstå.
- En RTOS bruger mange ressourcer, hvilket nogle gange ikke er egnet til systemet.
