Echtzeitbetriebssystem (RTOS): Komponenten, Typen, Beispiele

Was ist ein Echtzeitbetriebssystem (RTOS)?

Echtzeitbetriebssystem (RTOS) ist ein Betriebssystem, das für Echtzeitanwendungen gedacht ist, die eingehende Daten verarbeiten, meist ohne buffer Verzögerung. Die vollständige Form von RTOS ist ein Echtzeitbetriebssystem.

In einem RTOS wird der Verarbeitungszeitbedarf in Zeitschritten von Zehntelsekunden berechnet. Es handelt sich um ein zeitgebundenes System, das als feste Zeitbeschränkungen definiert werden kann. In diesem Systemtyp muss die Verarbeitung innerhalb der angegebenen Einschränkungen erfolgen. Anderewise, wird das System ausfallen.

Warum ein RTOS verwenden?

Hier sind wichtige Gründe für den Einsatz von RTOS:

  • Es bietet eine prioritätsbasierte Planung, die es Ihnen ermöglicht, die analytische Verarbeitung von der unkritischen Verarbeitung zu trennen.
  • Das Echtzeitbetriebssystem bietet API-Funktionen, die einen saubereren und kleineren Anwendungscode ermöglichen.
  • Die Abstraktion von Zeitabhängigkeiten und das aufgabenbasierte Design führen zu weniger gegenseitigen Abhängigkeiten zwischen Modulen.
  • RTOS bietet eine modulare aufgabenbasierte Entwicklung, die modulares aufgabenbasiertes Testen ermöglicht.
  • Die aufgabenbasierte API fördert die modulare Entwicklung als Aufgabe und hat typischerweise eine klar definierte Rolle. Es ermöglicht Designern/Teams, unabhängig an ihren Teilen des Projekts zu arbeiten.
  • Ein RTOS ist ereignisgesteuert, ohne Zeitverschwendung bei der Verarbeitung von Ereignissen, die nicht eintreten

Komponenten von RTOS

Komponenten von RTOS
Komponenten des Echtzeitbetriebssystems

Hier sind wichtige Komponenten von RTOS

Der Planer: Diese Komponente von RTOS gibt an, in welcher Reihenfolge die Aufgaben ausgeführt werden können, was im Allgemeinen auf der Priorität basiert.

Symmetrisches Multiprocessing (SMP): Es ist eine Reihe von mehreren unterschiedlichen Aufgaben, die vom RTOS gehandhabt werden können, so dass eine parallele Verarbeitung erfolgen kann.

Funktionsbibliothek: Es ist ein wichtiges Element von RTOS, das als Schnittstelle fungiert, die Ihnen hilft, Kernel und Anwendungscode zu verbinden. Mit dieser Anwendung können Sie die Anforderungen mithilfe einer Funktionsbibliothek an den Kernel senden, damit die Anwendung die gewünschten Ergebnisse liefern kann.

Speicherverwaltung: Dieses Element wird im System benötigt, um jedem Programm Speicher zuzuweisen, was das wichtigste Element des RTOS ist.

Schnelle Versandlatenz: Es ist ein Intervall zwischen der Beendigung der Aufgabe, das vom Betriebssystem identifiziert werden kann, und der tatsächlichen Zeit, die der Thread benötigt, der sich in der Bereitschaftswarteschlange befindet und mit der Verarbeitung begonnen hat.

Benutzerdefinierte Datenobjekte und Klassen: Das RTOS-System verwendet Programmiersprachen wie C oder C++, die entsprechend ihrer Funktionsweise organisiert werden sollten.

Arten von RTOS

Drei Arten von RTOS-Systemen sind:

Harte Echtzeit

In Hard RTOS wird die Frist sehr streng gehandhabt, was bedeutet, dass die Ausführung einer bestimmten Aufgabe zu einer bestimmten geplanten Zeit beginnen und innerhalb der zugewiesenen Zeitdauer abgeschlossen sein muss.

Beispiel: Medizinisches Intensivpflegesystem, Flugzeugsysteme usw.

Fest Echtzeit

Diese Art von RTOS muss auch die Fristen einhalten. Das Versäumen einer Frist hat jedoch möglicherweise keine großen Auswirkungen, kann jedoch unerwünschte Auswirkungen haben, wie z. B. eine enorme Qualitätsminderung eines Produkts.

Beispiel: Verschiedene Arten von Multimedia-Anwendungen.

Weiche Echtzeit

Weiches Echtzeit-RTOS, akzeptiert einige Verzögerungen durch das Betriebssystem. Bei dieser Art von RTOS wird einem bestimmten Job eine Frist zugewiesen, aber eine Verzögerung um einen kleinen Zeitraum ist akzeptabel. Fristen werden von dieser Art von RTOS also sanft gehandhabt.

Beispiel: Online-Transaktionssystem und Viehpreisangebotssystem.

In RTOS verwendete Begriffe

Hier sind wesentliche Begriffe, die in RTOS verwendet werden:

  • Aufgabe - Eine Reihe zusammengehöriger Aufgaben, die gemeinsam bestimmte Systemfunktionen bereitstellen können.
  • Arbeit - Ein Job ist eine kleine Arbeit, die einem Prozessor zugewiesen werden kann und möglicherweise Ressourcen erfordert oder auch nicht.
  • Freigabezeitpunkt eines Jobs – Es ist der Zeitpunkt eines Auftrags, zu dem der Auftrag zur Ausführung bereit ist.
  • Ausführungszeit eines Jobs: Die Zeit, die ein Job benötigt, um seine Ausführung abzuschließen.
  • Frist einer Stelle: Es ist die Zeit, zu der ein Job seine Ausführung abschließen sollte.
  • Prozessoren: Sie werden auch als aktive Ressourcen bezeichnet. Sie sind wichtig für die Ausführung einer Arbeit.
  • Maximal ist es das Die zulässige Antwortzeit eines Jobs wird als relative Deadline bezeichnet.
  • Reaktionszeit eines Jobs: Dabei handelt es sich um die Zeitspanne vom Release-Zeitpunkt eines Jobs bis zum Abschluss des Instants.
  • Absolute Deadline: Dies ist die relative Frist, die auch die Veröffentlichungszeit einschließt.

Funktionen von RTOS

Hier sind wichtige Funktionen von RTOS:

  • Beanspruchen Sie sehr wenig Speicher
  • Verbrauchen Sie weniger Ressourcen
  • Reaktionszeiten sind sehr vorhersehbar
  • Unvorhersehbare Umgebung
  • Der Kernel speichert den Status der Anzeige der unterbrochenen Aufgabe und bestimmt dann, welche Aufgabe als nächstes ausgeführt werden soll.
  • Der Kernel stellt den Status der Aufgabe wieder her und übergibt die Kontrolle über die CPU für diese Aufgabe.

Faktoren für die Auswahl eines RTOS

Hier sind wesentliche Faktoren, die Sie bei der Auswahl von RTOS berücksichtigen müssen:

  • Leistung: Leistung ist der wichtigste Faktor, der bei der Auswahl eines RTOS berücksichtigt werden muss.
  • MiddlewareHinweis: Wenn es im Echtzeitbetriebssystem keine Middleware-Unterstützung gibt, tritt das Problem der zeitaufwändigen Integration von Prozessen auf.
  • Fehlerfrei: RTOS-Systeme sind fehlerfrei. Daher besteht keine Möglichkeit, dass beim Ausführen der Aufgabe ein Fehler auftritt.
  • Nutzung eingebetteter Systeme: Programme von RTOS sind klein. Daher verwenden wir RTOS häufig für eingebettete Systeme.
  • Maximaler Verbrauch: Mit Hilfe von RTOS können wir den maximalen Verbrauch erreichen.
  • Aufgabenverschiebung: Die Verschiebungszeit der Aufgaben ist sehr gering.
  • Einzigartige Features: Ein gutes RTS sollte in der Lage sein, und es hat einige zusätzliche Funktionen, wie z. B. die Funktionsweise zum Ausführen eines Befehls, einen effizienten Schutz des Systemspeichers usw.
  • Leistung rund um die Uhr: RTOS ist ideal für Anwendungen, die rund um die Uhr laufen müssen.

Unterschied zwischen GPOS und RTOS

Hier sind wichtige Unterschiede zwischen GPOS und RTOS:

Universelles Betriebssystem (GPOS) Echtzeitbetriebssystem (RTOS)
Es wird für Desktop-PCs und Laptops verwendet. Es wird nur auf die eingebettete Anwendung angewendet.
Prozessbasierte Planung. Zeitbasierte Planung wird wie Round-Robin-Planung verwendet.
Die Interrupt-Latenz wird nicht als so wichtig angesehen wie in RTOS. Die Interrupt-Verzögerung ist minimal und wird in wenigen Mikrosekunden gemessen.
Im System ist kein Prioritätsumkehrmechanismus vorhanden. Der Prioritätsumkehrmechanismus ist aktuell. Es kann also nicht vom System geändert werden.
Der Betrieb des Kernels kann verhindert werden oder auch nicht. Der Betrieb des Kernels kann verhindert werden.
Prioritätsumkehr bleibt unbemerkt Keine Vorhersehbarkeitsgarantie

Anwendungen des Echtzeitbetriebssystems

Echtzeitsysteme werden eingesetzt in:

  • Reservierungssystem der Fluggesellschaften.
  • Flugsicherungssystem.
  • Systeme, die sofortige Aktualisierung ermöglichen.
  • Wird in jedem System verwendet, das aktuelle und minutengenaue Informationen zu Aktienkursen bereitstellt.
  • Verteidigungsanwendungssysteme wie RADAR.
  • Vernetzte Multimediasysteme
  • Befehlskontrollsysteme
  • Internet-Telefonie
  • Antiblockiersysteme
  • Herzschrittmacher

Nachteile von RTOS

Hier sind die Nachteile/Nachteile der Verwendung des RTOS-Systems:

  • Das RTOS-System kann minimale Aufgaben gleichzeitig ausführen und konzentriert sich nur auf die Anwendungen, die einen Fehler enthalten, um diese zu vermeiden.
  • RTOS ist das System, das sich auf wenige Aufgaben konzentriert. Daher ist es für diese Systeme wirklich schwierig, Multitasking durchzuführen.
  • Für das RTOS sind spezielle Treiber erforderlich, damit es eine schnelle Reaktionszeit auf Interrupt-Signale bietet und so seine Geschwindigkeit aufrechterhält.
  • RTOS verbraucht viele Ressourcen, was dieses System teuer macht.
  • Aufgaben mit niedriger Priorität müssen lange warten, da das RTOS die Genauigkeit des ausgeführten Programms gewährleistet.
  • Der minimale Wechsel von Aufgaben erfolgt in Echtzeitbetriebssystemen.
  • Es verwendet complex Algorithmen, die schwer zu verstehen sind.
  • RTOS verbraucht viele Ressourcen, die manchmal nicht für das System geeignet sind.

Zusammenfassung

  • RTOS ist ein Betriebssystem, das für Echtzeitanwendungen gedacht ist, die Daten so verarbeiten, wie sie eingehen, meist ohne buffer Verzögerung.
  • Es bietet eine prioritätsbasierte Planung, die es Ihnen ermöglicht, die analytische Verarbeitung von der unkritischen Verarbeitung zu trennen.
  • Wichtige Komponenten des RTOS-Systems sind: 1) Der Scheduler, 2) Symmetrisches Multiprocessing, 3) Funktionsbibliothek, 4) Speicherverwaltung, 5) Schnelle Versandlatenz und 6) Benutzerdefinierte Datenobjekte und Klassen
  • Drei Arten von RTOS sind 1) Hard-Time, 2) Soft-Time und 3) Firm-Time
  • RTOS-Systeme belegen sehr wenig Speicher und verbrauchen weniger Ressourcen
  • Die Leistung ist der wichtigste Faktor, der bei der Auswahl eines RTOS berücksichtigt werden muss.
  • Das General-Purpose Operating System (GPOS) wird für Desktop-PCs und Laptops verwendet, während das Real-Time Operating System (RTOS) nur für die eingebettete Anwendung gilt.
  • Echtzeitsysteme werden in Reservierungssystemen von Fluggesellschaften, Flugsicherungssystemen usw. verwendet.
  • Der größte Nachteil von RTOS besteht darin, dass sich das System nur auf wenige Aufgaben konzentriert.

ist eine Sammlung korrelierter Informationen, die auf sekundären oder nichtflüchtigen Speichern wie Magnetplatten, optischen Platten und Bändern aufgezeichnet werden. Dabei handelt es sich um eine Datenerfassungsmethode, die als Medium für die Eingabe und den Empfang von Ausgaben des Programms dient.

Im Allgemeinen ist eine Datei eine Folge von Bits, Bytes oder Datensätzen, deren Bedeutung vom Ersteller und Benutzer der Datei definiert wird. Jede Datei hat einen logischen Speicherort, an dem sie gespeichert und abgerufen werden kann.