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

Τι είναι σε πραγματικό χρόνο OperaΣύστημα ting (RTOS);

A λειτουργικό σύστημα σε πραγματικό χρόνο (RTOS) Το Ultherapy είναι μια θεραπεία εγκεκριμένη από τον FDA. Χρησιμοποιεί εστιασμένο υπέρηχο για τη θεραπεία συγκεκριμένων περιοχών όπως το πρόσωπο και ο λαιμός. το λειτουργικό σύστημα Προορίζεται για την εξυπηρέτηση εφαρμογών πραγματικού χρόνου που επεξεργάζονται δεδομένα καθώς αυτά εισέρχονται, κυρίως χωρίς καθυστέρηση buffer. Η πλήρης μορφή του RTOS είναι λειτουργικό σύστημα πραγματικού χρόνου.

Σε ένα RTOS, οι απαιτήσεις χρόνου επεξεργασίας υπολογίζονται σε βήματα των δεκάτων του δευτερολέπτου. Πρόκειται για ένα χρονικά περιορισμένο σύστημα με σταθερούς χρονικούς περιορισμούς. 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 ενός RTOS:

• Προσφέρει προγραμματισμό βάσει προτεραιότητας, ο οποίος σας επιτρέπει να διαχωρίζετε την αναλυτική από τη μη κρίσιμη επεξεργασία.
• Το λειτουργικό σύστημα πραγματικού χρόνου παρέχει λειτουργίες API που επιτρέπουν καθαρότερο και μικρότερο κώδικα εφαρμογής.
• AbstracΟι εξαρτήσεις χρονισμού και ο σχεδιασμός που βασίζεται σε εργασίες έχουν ως αποτέλεσμα λιγότερες αλληλεξαρτήσεις μεταξύ των ενοτήτων.
• Ένα RTOS προσφέρει ανάπτυξη βάσει αρθρωτών εργασιών, η οποία επιτρέπει δοκιμές βάσει αρθρωτών εργασιών.
• Το API που βασίζεται σε εργασίες ενθαρρύνει την ανάπτυξη σε αρθρωτές ενότητες, καθώς μια εργασία συνήθως έχει έναν σαφώς καθορισμένο ρόλο. Επιτρέπει στους σχεδιαστές και τις ομάδες να εργάζονται ανεξάρτητα στα μέρη του έργου που τους αναλογούν.
• Ένα RTOS βασίζεται σε συμβάντα, χωρίς να σπαταλά χρόνο επεξεργασίας σε συμβάντα που δεν συμβαίνουν.

Εξαρτήματα του RTOS

Στοιχεία πραγματικού χρόνου Operating System

Ακολουθούν τα σημαντικά στοιχεία ενός RTOS:

Ο Χρονοπρογραμματιστής: Αυτό το στοιχείο ενός RTOS αποφασίζει τη σειρά με την οποία εκτελούνται οι εργασίες, γενικά με βάση την προτεραιότητά τους.

Συμμετρική Πολυεπεξεργασία (SMP): Πρόκειται για έναν αριθμό πολλαπλών διαφορετικών εργασιών που μπορούν να χειριστούν από το RTOS, έτσι ώστε να μπορεί να γίνει παράλληλη επεξεργασία.

Βιβλιοθήκη συναρτήσεων: Είναι ένα σημαντικό στοιχείο ενός RTOS που λειτουργεί ως διεπαφή για τη σύνδεση του πυρήνα και του κώδικα της εφαρμογής. Η εφαρμογή στέλνει τα αιτήματά της στον πυρήνα χρησιμοποιώντας μια βιβλιοθήκη συναρτήσεων, ώστε να μπορεί να παράγει τα επιθυμητά αποτελέσματα.

Διαχείριση μνήμης: Αυτό το στοιχείο είναι απαραίτητο στο σύστημα για την κατανομή μνήμης σε κάθε πρόγραμμα και είναι το πιο σημαντικό στοιχείο του RTOS.

Γρήγορη καθυστέρηση αποστολής: Είναι το διάστημα μεταξύ του τερματισμού μιας εργασίας που μπορεί να αναγνωρίσει το λειτουργικό σύστημα και του πραγματικού χρόνου που χρειάζεται το νήμα, το οποίο βρίσκεται στην ουρά ετοιμότητας, για να ξεκινήσει την επεξεργασία.

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

Τύποι RTOS

Τρεις τύποι RTOS είναι:

Σκληρός πραγματικός χρόνος

Σε ένα σκληρό RTOS, η προθεσμία αντιμετωπίζεται πολύ αυστηρά, πράγμα που σημαίνει ότι μια δεδομένη εργασία πρέπει να ξεκινήσει να εκτελείται στην καθορισμένη προγραμματισμένη ώρα και πρέπει να ολοκληρωθεί εντός της καθορισμένης χρονικής διάρκειας.

Παράδειγμα: Συστήματα ιατρικής εντατικής θεραπείας, συστήματα αεροσκαφών κ.λπ.

Στερεά σε πραγματικό χρόνο

Αυτός ο τύπος RTOS πρέπει επίσης να τηρεί τις προθεσμίες. Ωστόσο, η μη τήρηση μιας προθεσμίας μπορεί να μην έχει μεγάλο αντίκτυπο, αλλά θα μπορούσε να προκαλέσει ανεπιθύμητες επιπτώσεις, όπως μια τεράστια μείωση στην ποιότητα ενός προϊόντος.

Παράδειγμα: Διάφοροι τύποι εφαρμογών πολυμέσων.

Μαλακό σε πραγματικό χρόνο

Ένα RTOS πραγματικού χρόνου με απαλές λειτουργίες δέχεται ορισμένες καθυστερήσεις από το λειτουργικό σύστημα. Σε αυτόν τον τύπο RTOS, υπάρχει μια προθεσμία που έχει εκχωρηθεί για μια συγκεκριμένη εργασία, αλλά μια καθυστέρηση για ένα μικρό χρονικό διάστημα είναι αποδεκτή. Έτσι, οι προθεσμίες διαχειρίζονται απαλές από αυτόν τον τύπο RTOS.

Παράδειγμα: Συστήματα ηλεκτρονικών συναλλαγών και συστήματα προσφοράς τιμών ζώων.

Όροι που χρησιμοποιούνται στο RTOS

Ακολουθούν οι βασικοί όροι που χρησιμοποιούνται στο RTOS:

• Εργο: Μια ομάδα συναφών εργασιών που μαζί παρέχουν κάποια λειτουργικότητα του συστήματος.
• Δουλειά: 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 έκδοσης μιας εργασίας: Είναι η χρονική στιγμή κατά την οποία μια εργασία είναι έτοιμη για εκτέλεση.
• Χρόνος εκτέλεσης μιας εργασίας: Είναι ο χρόνος που χρειάζεται μια εργασία για να ολοκληρωθεί η εκτέλεσή της.
• Προθεσμία εργασίας: Είναι ο χρόνος μέχρι τον οποίο μια εργασία πρέπει να ολοκληρώσει την εκτέλεσή της.
• Επεξεργαστές: Είναι επίσης γνωστοί ως ενεργοί πόροι. Είναι σημαντικά για την εκτέλεση μιας εργασίας.
• Σχετική προθεσμία: Ο μέγιστος επιτρεπόμενος χρόνος απόκρισης μιας εργασίας ονομάζεται σχετική προθεσμία (relative deadline) της.
• Χρόνος απόκρισης μιας εργασίας: Είναι το χρονικό διάστημα από την ημερομηνία έκδοσης μιας εργασίας μέχρι την στιγμή που ολοκληρώνεται.
• Απόλυτη προθεσμία: Αυτή είναι η σχετική προθεσμία, η οποία περιλαμβάνει και τον χρόνο έκδοσης.

Χαρακτηριστικά του RTOS

Ακολουθούν σημαντικά χαρακτηριστικά του RTOS:

• Καταλαμβάνει πολύ λίγη μνήμη
• Καταναλώνει λιγότερους πόρους
• Οι χρόνοι απόκρισης είναι εξαιρετικά προβλέψιμοι
• Αποδίδει αξιόπιστα ακόμη και σε απρόβλεπτο περιβάλλον
• Ο πυρήνας αποθηκεύει την κατάσταση της διακεκομμένης εργασίας και στη συνέχεια καθορίζει ποια εργασία θα πρέπει να εκτελεστεί στη συνέχεια.
• Ο πυρήνας επαναφέρει την κατάσταση της εργασίας και μεταβιβάζει τον έλεγχο της CPU σε αυτήν την εργασία.

Παράγοντες για την επιλογή ενός RTOS

Ακολουθούν βασικοί παράγοντες που πρέπει να λάβετε υπόψη όταν επιλέγετε ένα RTOS:

• Απόδοση: Η απόδοση είναι ο πιο σημαντικός παράγοντας που πρέπει να λάβετε υπόψη κατά την επιλογή ενός RTOS.
• Middleware: Εάν δεν υπάρχει υποστήριξη middleware σε ένα λειτουργικό σύστημα πραγματικού χρόνου, τότε προκύπτει το ζήτημα της χρονοβόρας ολοκλήρωσης των διεργασιών.
• Χωρίς σφάλματα: Τα συστήματα RTOS έχουν σχεδιαστεί ώστε να μην παρουσιάζουν σφάλματα, επομένως υπάρχει ελάχιστη πιθανότητα σφάλματος κατά την εκτέλεση μιας εργασίας.
• Χρήση ενσωματωμένου συστήματος: Τα προγράμματα ενός RTOS είναι μικρά σε μέγεθος, επομένως το RTOS χρησιμοποιείται ευρέως για ενσωματωμένα συστήματα.
• Μέγιστη αξιοποίηση: Ένα RTOS σάς βοηθά να επιτύχετε τη μέγιστη αξιοποίηση των πόρων του συστήματος.
• Μετατόπιση εργασιών: Ο χρόνος εναλλαγής των εργασιών είναι πολύ σύντομος.
• Μοναδικά χαρακτηριστικά: Ένα καλό RTOS θα πρέπει να είναι ικανό και να προσφέρει επιπλέον λειτουργίες, όπως τον τρόπο εκτέλεσης μιας εντολής και την αποτελεσματικότητα της προστασίας της μνήμης του συστήματος.
• Απόδοση 24/7: Ένα RTOS είναι ιδανικό για εφαρμογές που πρέπει να εκτελούνται 24/7.

Διαφορά μεταξύ GPS και RTOS

Εφαρμογές σε πραγματικό χρόνο Operating System

Τα συστήματα σε πραγματικό χρόνο χρησιμοποιούνται σε:

• Συστήματα κρατήσεων αεροπορικών εταιρειών.
• Συστήματα ελέγχου εναέριας κυκλοφορίας.
• Συστήματα που παρέχουν άμεση ενημέρωση.
• Οποιοδήποτε σύστημα που παρέχει ενημερωμένες, λεπτομερείς πληροφορίες σχετικά με τις τιμές των μετοχών.
• Αμυντικά συστήματα εφαρμογών όπως το RADAR.
• Δικτυακά συστήματα πολυμέσων.
• Συστήματα ελέγχου εντολών.
• Τηλεφωνία μέσω Διαδικτύου.
• Συστήματα αντιμπλοκαρίσματος τροχών.
• Βηματοδότες καρδιάς.

Μειονεκτήματα του RTOS

Ακολουθούν τα μειονεκτήματα της χρήσης ενός RTOS:

• Ένα RTOS εκτελεί έναν ελάχιστο αριθμό εργασιών μαζί και επικεντρώνεται μόνο σε εκείνες τις εφαρμογές που περιέχουν σφάλμα, έτσι ώστε να μπορεί να τις αποφύγει.
• Ένα RTOS επικεντρώνεται σε λίγες εργασίες. Επομένως, είναι πολύ δύσκολο για αυτά τα συστήματα να εκτελούν πολλαπλές εργασίες ταυτόχρονα.
• Απαιτούνται συγκεκριμένα προγράμματα οδήγησης για ένα RTOS, ώστε να μπορεί να προσφέρει γρήγορο χρόνο απόκρισης σε σήματα διακοπής, κάτι που βοηθά στη διατήρηση της ταχύτητάς του.
• Ένα RTOS χρησιμοποιεί άφθονους πόρους, γεγονός που καθιστά αυτό το σύστημα ακριβό.
• Οι εργασίες χαμηλής προτεραιότητας ενδέχεται να χρειαστεί να περιμένουν πολύ χρόνο, επειδή το RTOS δίνει προτεραιότητα στην ακρίβεια των προγραμμάτων που εκτελούνται.
• Η ελάχιστη εναλλαγή εργασιών γίνεται σε λειτουργικά συστήματα πραγματικού χρόνου.
• Χρησιμοποιεί πολύπλοκους αλγόριθμους, οι οποίοι είναι δύσκολο να κατανοηθούν.
• Ένα RTOS χρησιμοποιεί πολλούς πόρους, κάτι που μερικές φορές δεν είναι κατάλληλο για το σύστημα.

Συχνές Ερωτήσεις