Λειτουργικό σύστημα σε πραγματικό χρόνο (RTOS): Στοιχεία, Τύποι, Παραδείγματα

Τι είναι σε πραγματικό χρόνο OperaΣύστημα ting (RTOS);

Λειτουργικό σύστημα σε πραγματικό χρόνο (RTOS) είναι ένα λειτουργικό σύστημα που προορίζεται να εξυπηρετεί εφαρμογές σε πραγματικό χρόνο που επεξεργάζονται δεδομένα όπως εισέρχονται, κυρίως χωρίς καθυστέρηση buffer. Η πλήρης μορφή του RTOS είναι λειτουργικό σύστημα σε πραγματικό χρόνο.

Σε ένα RTOS, η απαίτηση χρόνου επεξεργασίας υπολογίζεται σε προσαυξήσεις του χρόνου στα δέκατα των δευτερολέπτων. Είναι ένα χρονικά δεσμευμένο σύστημα που μπορεί να οριστεί ως σταθεροί χρονικοί περιορισμοί. Σε αυτόν τον τύπο συστήματος, η επεξεργασία πρέπει να γίνεται εντός των καθορισμένων περιορισμών. Διαφορετικά, το σύστημα θα αποτύχει.

Γιατί να χρησιμοποιήσετε ένα RTOS;

Ακολουθούν σημαντικοί λόγοι για τη χρήση του RTOS:

• Προσφέρει προγραμματισμό βάσει προτεραιότητας, ο οποίος σας επιτρέπει να διαχωρίζετε την αναλυτική από τη μη κρίσιμη επεξεργασία.
• Το Real time OS παρέχει λειτουργίες API που επιτρέπουν καθαρότερο και μικρότερο κώδικα εφαρμογής.
• Η αφαίρεση των εξαρτήσεων χρονισμού και η σχεδίαση βάσει εργασιών έχει ως αποτέλεσμα λιγότερες αλληλεξαρτήσεις μεταξύ των μονάδων.
• Το RTOS προσφέρει αρθρωτή ανάπτυξη βασισμένη σε εργασίες, η οποία επιτρέπει δοκιμές βάσει εργασιών.
• Το API που βασίζεται σε εργασίες ενθαρρύνει την αρθρωτή ανάπτυξη ως εργασία, που συνήθως θα έχει έναν σαφώς καθορισμένο ρόλο. Επιτρέπει στους σχεδιαστές/ομάδες να εργαστούν ανεξάρτητα στα μέρη του έργου τους.
• Ένα RTOS βασίζεται σε συμβάντα χωρίς απώλεια χρόνου σε χρόνο επεξεργασίας για το συμβάν που δεν συμβαίνει

Εξαρτήματα του RTOS

Εδώ, είναι σημαντικό στοιχείο του RTOS

Ο Προγραμματιστής: Αυτό το στοιχείο του RTOS λέει ότι με ποια σειρά μπορούν να εκτελεστούν οι εργασίες, η οποία βασίζεται γενικά στην προτεραιότητα.

Συμμετρική Πολυεπεξεργασία (SMP): Είναι ένας αριθμός πολλαπλών διαφορετικών εργασιών που μπορεί να χειριστεί το RTOS έτσι ώστε να μπορεί να γίνει παράλληλη επεξεργασία.

Βιβλιοθήκη λειτουργιών: Είναι ένα σημαντικό στοιχείο του RTOS που λειτουργεί ως διεπαφή που σας βοηθά να συνδέσετε τον πυρήνα και τον κώδικα εφαρμογής. Αυτή η εφαρμογή σάς επιτρέπει να στέλνετε τα αιτήματα στον πυρήνα χρησιμοποιώντας μια βιβλιοθήκη συναρτήσεων, ώστε η εφαρμογή να μπορεί να δώσει τα επιθυμητά αποτελέσματα.

Διαχείριση μνήμης: αυτό το στοιχείο χρειάζεται στο σύστημα για την κατανομή μνήμης σε κάθε πρόγραμμα, που είναι το πιο σημαντικό στοιχείο του RTOS.

Γρήγορη καθυστέρηση αποστολής: Είναι ένα διάστημα μεταξύ του τερματισμού της εργασίας που μπορεί να αναγνωριστεί από το λειτουργικό σύστημα και του πραγματικού χρόνου που χρειάζεται το νήμα, το οποίο βρίσκεται στην ουρά ετοιμότητας, που έχει ξεκινήσει η επεξεργασία.

Αντικείμενα και κλάσεις δεδομένων που ορίζονται από τον χρήστη: Το σύστημα RTOS χρησιμοποιεί γλώσσες προγραμματισμού όπως C ή C++, τα οποία θα πρέπει να οργανωθούν ανάλογα με τη λειτουργία τους.

Τύποι RTOS

Τρεις τύποι συστημάτων RTOS είναι:

Σκληρός πραγματικός χρόνος

Στο Hard RTOS, η προθεσμία αντιμετωπίζεται πολύ αυστηρά, πράγμα που σημαίνει ότι η συγκεκριμένη εργασία πρέπει να ξεκινήσει να εκτελείται σε καθορισμένο προγραμματισμένο χρόνο και πρέπει να ολοκληρωθεί εντός της καθορισμένης χρονικής διάρκειας.

Παράδειγμα: Σύστημα εντατικής ιατρικής φροντίδας, συστήματα αεροσκαφών κ.λπ.

Στερεό σε πραγματικό χρόνο

Αυτοί οι τύποι RTOS πρέπει επίσης να τηρούν τις προθεσμίες. Ωστόσο, η απώλεια μιας προθεσμίας μπορεί να μην έχει μεγάλο αντίκτυπο, αλλά θα μπορούσε να προκαλέσει ανεπιθύμητα αποτελέσματα, όπως μια τεράστια μείωση στην ποιότητα ενός προϊόντος.

Παράδειγμα: Διάφοροι τύποι εφαρμογών πολυμέσων.

Μαλακό σε πραγματικό χρόνο

Soft Real time RTOS, δέχεται κάποιες καθυστερήσεις από το Operaσύστημα ting. Σε αυτόν τον τύπο RTOS, υπάρχει μια προθεσμία για μια συγκεκριμένη εργασία, αλλά μια καθυστέρηση για μικρό χρονικό διάστημα είναι αποδεκτή. Έτσι, οι προθεσμίες αντιμετωπίζονται με ήπιο τρόπο από αυτόν τον τύπο RTOS.

Παράδειγμα: Σύστημα Διαδικτυακών Συναλλαγών και Σύστημα Προσφορών Τιμών Ζώων.

Όροι που χρησιμοποιούνται στο RTOS

Ακολουθούν βασικοί όροι που χρησιμοποιούνται στο RTOS:

• Εργασία - Ένα σύνολο σχετικών εργασιών που είναι από κοινού σε θέση να παρέχουν κάποια λειτουργικότητα του συστήματος.
• Εργασία - Μια εργασία είναι ένα μικρό κομμάτι εργασίας που μπορεί να ανατεθεί σε έναν επεξεργαστή και που μπορεί να απαιτεί ή να μην απαιτεί πόρους.
• Χρόνος αποδέσμευσης μιας εργασίας – Είναι μια περίοδος εργασίας κατά την οποία η εργασία γίνεται έτοιμη για εκτέλεση.
• Χρόνος εκτέλεσης μιας εργασίας: Είναι χρόνος που χρειάζεται η εργασία για να ολοκληρώσει την εκτέλεσή της.
• Προθεσμία εργασίας: Ήρθε η ώρα που μια εργασία πρέπει να ολοκληρώσει την εκτέλεσή της.
• Επεξεργαστές: Είναι επίσης γνωστοί ως ενεργοί πόροι. Είναι σημαντικά για την εκτέλεση μιας εργασίας.
• Μέγιστο Είναι το Ο επιτρεπόμενος χρόνος απόκρισης μιας εργασίας ονομάζεται σχετική προθεσμία.
• Χρόνος απόκρισης μιας εργασίας: Είναι ένα χρονικό διάστημα από το χρόνο κυκλοφορίας μιας εργασίας όταν τελειώνει η στιγμή.
• Απόλυτη προθεσμία: Αυτή είναι η σχετική προθεσμία, η οποία περιλαμβάνει και τον χρόνο κυκλοφορίας του.

Χαρακτηριστικά του RTOS

Ακολουθούν σημαντικά χαρακτηριστικά του RTOS:

• Καταλαμβάνει πολύ λιγότερη μνήμη
• Καταναλώστε λιγότερους πόρους
• Οι χρόνοι απόκρισης είναι εξαιρετικά προβλέψιμοι
• Απρόβλεπτο περιβάλλον
• Ο πυρήνας αποθηκεύει την κατάσταση της διαφήμισης εργασίας που έχει διακοπεί και στη συνέχεια καθορίζει ποια εργασία θα εκτελεστεί στη συνέχεια.
• Ο πυρήνας επαναφέρει την κατάσταση της εργασίας και μεταβιβάζει τον έλεγχο της CPU για αυτήν την εργασία.

Παράγοντες για την επιλογή ενός RTOS

Ακολουθούν βασικοί παράγοντες που πρέπει να λάβετε υπόψη για την επιλογή RTOS:

• επίδοση: Η απόδοση είναι ο πιο σημαντικός παράγοντας που πρέπει να λαμβάνεται υπόψη κατά την επιλογή ενός RTOS.
• Middleware: εάν δεν υπάρχει υποστήριξη ενδιάμεσου λογισμικού στο λειτουργικό σύστημα σε πραγματικό χρόνο, τότε προκύπτει το ζήτημα της χρονοβόρας ενοποίησης των διαδικασιών.
• Χωρίς σφάλματα: Τα συστήματα RTOS είναι χωρίς σφάλματα. Επομένως, δεν υπάρχει πιθανότητα να εμφανιστεί σφάλμα κατά την εκτέλεση της εργασίας.
• Χρήση ενσωματωμένου συστήματος: Τα προγράμματα του RTOS είναι μικρού μεγέθους. Έτσι χρησιμοποιούμε ευρέως το RTOS για ενσωματωμένα συστήματα.
• Μέγιστη Κατανάλωση: μπορούμε να επιτύχουμε τη μέγιστη κατανάλωση με τη βοήθεια του RTOS.
• Μετατόπιση εργασιών: ShiftΟ χρόνος εκτέλεσης των εργασιών είναι πολύ μικρότερος.
• Μοναδικά χαρακτηριστικά: Ένα καλό RTS θα πρέπει να είναι ικανό και έχει κάποια επιπλέον χαρακτηριστικά όπως το πώς λειτουργεί για την εκτέλεση μιας εντολής, αποτελεσματική προστασία της μνήμης του συστήματος κ.λπ.
• 24/7 απόδοση: Το RTOS είναι ιδανικό για τις εφαρμογές που χρειάζονται να εκτελούνται 24/7.

Διαφορά μεταξύ GPOS και RTOS

Ακολουθούν σημαντικές διαφορές μεταξύ GPOS και RTOS:

Γενικού σκοπού OperaΣύστημα ting (GPOS)	Στατιστικά OperaΣύστημα ting (RTOS)
Χρησιμοποιείται για επιτραπέζιο υπολογιστή και φορητό υπολογιστή.	Εφαρμόζεται μόνο στην ενσωματωμένη εφαρμογή.
Προγραμματισμός με βάση τη διαδικασία.	Χρονοπρογραμματισμός που χρησιμοποιείται όπως ο προγραμματισμός κυκλικής ροής.
Η καθυστέρηση διακοπής δεν θεωρείται τόσο σημαντική όσο στο RTOS.	Η καθυστέρηση διακοπής είναι ελάχιστη, η οποία μετράται σε λίγα μικροδευτερόλεπτα.
Δεν υπάρχει μηχανισμός αντιστροφής προτεραιότητας στο σύστημα.	Ο μηχανισμός αντιστροφής προτεραιότητας είναι τρέχων. Άρα δεν μπορεί να τροποποιηθεί από το σύστημα.
Η λειτουργία του πυρήνα μπορεί να είναι προκαταρκτική ή όχι.	Η λειτουργία του πυρήνα μπορεί να προληφθεί.
Η αντιστροφή προτεραιότητας παραμένει απαρατήρητη	Καμία εγγύηση προβλεψιμότητας

Εφαρμογές σε πραγματικό χρόνο Operating System

Τα συστήματα σε πραγματικό χρόνο χρησιμοποιούνται σε:

• Σύστημα κρατήσεων αεροπορικών εταιρειών.
• Σύστημα ελέγχου εναέριας κυκλοφορίας.
• Συστήματα που παρέχουν άμεση ενημέρωση.
• Χρησιμοποιείται σε οποιοδήποτε σύστημα που παρέχει ενημερωμένες και μικρές πληροφορίες για τις τιμές των μετοχών.
• Αμυντικά συστήματα εφαρμογών όπως το RADAR.
• Δικτυωμένα Συστήματα Πολυμέσων
• Συστήματα ελέγχου εντολών
• Τηλεφωνία μέσω Διαδικτύου
• Συστήματα αντιμπλοκαρίσματος φρένων
• Καρδιακό βηματοδότη

Μειονεκτήματα του RTOS

Ακολουθούν τα μειονεκτήματα/μειονεκτήματα της χρήσης του συστήματος RTOS:

• Το σύστημα RTOS μπορεί να εκτελέσει ελάχιστες εργασίες μαζί και επικεντρώνεται μόνο σε εκείνες τις εφαρμογές που περιέχουν ένα σφάλμα, ώστε να μπορεί να τις αποφύγει.
• Το RTOS είναι το σύστημα που επικεντρώνεται σε μερικές εργασίες. Επομένως, είναι πραγματικά δύσκολο για αυτά τα συστήματα να κάνουν πολλαπλές εργασίες.
• Απαιτούνται συγκεκριμένα προγράμματα οδήγησης για το RTOS, ώστε να μπορεί να προσφέρει γρήγορο χρόνο απόκρισης για τη διακοπή σημάτων, κάτι που βοηθά στη διατήρηση της ταχύτητάς του.
• Πολλοί πόροι χρησιμοποιούνται από το RTOS, γεγονός που καθιστά αυτό το σύστημα ακριβό.
• Οι εργασίες που έχουν χαμηλή προτεραιότητα πρέπει να περιμένουν για μεγάλο χρονικό διάστημα καθώς το RTOS διατηρεί την ακρίβεια του προγράμματος, οι οποίες είναι υπό εκτέλεση.
• Η ελάχιστη εναλλαγή εργασιών γίνεται σε λειτουργικά συστήματα σε πραγματικό χρόνο.
• Χρησιμοποιεί πολύπλοκους αλγόριθμους που είναι δύσκολο να κατανοηθούν.
• Το RTOS χρησιμοποιεί πολλούς πόρους, οι οποίοι μερικές φορές δεν είναι κατάλληλοι για το σύστημα.

Σύνοψη

• Το RTOS είναι ένα λειτουργικό σύστημα που προορίζεται να εξυπηρετεί εφαρμογές σε πραγματικό χρόνο που επεξεργάζονται δεδομένα όπως εισέρχονται, κυρίως χωρίς καθυστέρηση buffer.
• Προσφέρει προγραμματισμό βάσει προτεραιότητας, ο οποίος σας επιτρέπει να διαχωρίζετε την αναλυτική από τη μη κρίσιμη επεξεργασία.
• Σημαντικά στοιχεία του συστήματος RTOS είναι: 1) Ο Προγραμματιστής, 2) Συμμετρική Πολυεπεξεργασία, 3) Βιβλιοθήκη λειτουργιών, 4) Διαχείριση Μνήμης, 5) Γρήγορη καθυστέρηση αποστολής και 6) Αντικείμενα και κλάσεις δεδομένων που ορίζονται από τον χρήστη
• Τρεις τύποι RTOS είναι 1) σκληρός χρόνος 2) μαλακός χρόνος και 3) σταθερός χρόνος
• Το σύστημα RTOS καταλαμβάνει πολύ λιγότερη μνήμη και καταναλώνει λιγότερους πόρους
• Η απόδοση είναι ο πιο σημαντικός παράγοντας που πρέπει να λαμβάνεται υπόψη κατά την επιλογή ενός RTOS.
• Γενικού σκοπού OperaΤο σύστημα ting (GPOS) χρησιμοποιείται για επιτραπέζιους υπολογιστές και φορητούς υπολογιστές σε πραγματικό χρόνο OperaΣύστημα ting (RTOS) εφαρμόζεται μόνο στην ενσωματωμένη εφαρμογή.
• Τα συστήματα σε πραγματικό χρόνο χρησιμοποιούνται στο σύστημα κρατήσεων αεροπορικών εταιρειών, στο σύστημα ελέγχου εναέριας κυκλοφορίας κ.λπ.
• Το μεγαλύτερο μειονέκτημα του RTOS είναι ότι το σύστημα επικεντρώνεται μόνο σε λίγες εργασίες.

είναι μια συλλογή συσχετισμένων πληροφοριών που καταγράφονται σε δευτερεύουσα ή μη πτητική αποθήκευση όπως μαγνητικούς δίσκους, οπτικούς δίσκους και ταινίες. Είναι μια μέθοδος συλλογής δεδομένων που χρησιμοποιείται ως μέσο για την παροχή εισόδου και λήψης εξόδου από αυτό το πρόγραμμα.

Γενικά, ένα αρχείο είναι μια ακολουθία από bit, bytes ή εγγραφές των οποίων η σημασία ορίζεται από τον δημιουργό και τον χρήστη του αρχείου. Κάθε Αρχείο έχει μια λογική τοποθεσία όπου βρίσκονται για αποθήκευση και ανάκτηση.