Reaalajas operatsioonisüsteem (RTOS): komponendid, tüübid, näited
Mis on reaalajas Operating System (RTOS)?
Reaalajas operatsioonisüsteem (RTOS) on operatsioonisüsteem, mis on mõeldud teenindama reaalajas rakendusi, mis töötlevad andmeid kohe, kui need saabuvad, enamasti ilma puhvri viivituseta. RTOS-i täisvorm on reaalajas operatsioonisüsteem.
RTOS-is arvutatakse töötlemisaja nõue kümnendikusekundiliste sammudega. See on ajaga piiratud süsteem, mida saab määratleda kui fikseeritud ajapiiranguid. Seda tüüpi süsteemis peab töötlemine toimuma määratud piirangute piires. Vastasel korral süsteem ebaõnnestub.
Miks kasutada RTOS-i?
Siin on olulised põhjused RTOS-i kasutamiseks:
- See pakub prioriteedipõhist ajastamist, mis võimaldab eraldada analüütilise töötlemise mittekriitilisest töötlemisest.
- Reaalajas OS pakub API funktsioone, mis võimaldavad puhtamat ja väiksemat rakenduskoodi.
- Ajastussõltuvuste ja ülesandepõhise disaini lahutamine vähendab moodulite vahelist sõltuvust.
- RTOS pakub modulaarset ülesandepõhist arendust, mis võimaldab modulaarset ülesandepõhist testimist.
- Ülesandepõhine API julgustab moodularendust kui ülesannet, millel on tavaliselt selgelt määratletud roll. See võimaldab disaineritel/meeskondadel oma projektiosade kallal iseseisvalt töötada.
- RTOS on sündmustepõhine ja ei raiska aega selle sündmuse töötlemise ajale, mida ei toimu
RTOS-i komponendid
Siin on RTOS-i olulised komponendid
Planeerija: see RTOS-i komponent ütleb, millises järjekorras saab ülesandeid täita, mis üldiselt põhineb prioriteedil.
Sümmeetriline mitmetöötlus (SMP): RTOS saab tegeleda mitme erineva ülesandega, nii et paralleeltöötlust saab teha.
Funktsioonide Raamatukogu: See on RTOS-i oluline element, mis toimib liidesena, mis aitab ühendada kerneli ja rakenduse koodi. See rakendus võimaldab teil saata päringuid kernelile funktsiooniteegi abil, et rakendus saaks soovitud tulemusi anda.
Mäluhaldus: seda elementi on süsteemis vaja igale programmile mälu eraldamiseks, mis on RTOS-i kõige olulisem element.
Kiire saatmise latentsus: see on intervall OS-i poolt tuvastatava ülesande lõpetamise ja töötlemist alustanud valmisjärjekorras oleva lõime tegeliku töötamise aja vahel.
Kasutaja määratud andmeobjektid ja -klassid: RTOS-süsteem kasutab programmeerimiskeeli nagu C või C++, mis tuleks korraldada vastavalt nende toimimisele.
RTOS-i tüübid
Kolme tüüpi RTOS-süsteeme on:
Raske reaalajas
Hard RTOS-is käsitletakse tähtaega väga rangelt, mis tähendab, et antud ülesanne peab hakkama täitma määratud ajastatud ajal ja tuleb täita määratud aja jooksul.
Näide: kriitilise meditsiini süsteem, lennukisüsteemid jne.
Kindel reaalajas
Seda tüüpi RTOS-id peavad samuti järgima tähtaegu. Tähtajast möödalaskmine ei pruugi aga suurt mõju avaldada, kuid võib põhjustada soovimatuid mõjusid, näiteks toote kvaliteedi tohutut langust.
Näide: erinevat tüüpi multimeediumirakendused.
Pehme reaalajas
Pehme reaalajas RTOS, aktsepteerib mõningaid viivitusi Operatingimise süsteem. Seda tüüpi RTOS-i puhul on konkreetsele tööle määratud tähtaeg, kuid väike viivitus on vastuvõetav. Niisiis käsitletakse seda tüüpi RTOS-ide puhul tähtaegu pehmelt.
Näide: veebitehingute süsteem ja kariloomade hinnapakkumise süsteem.
RTOS-is kasutatud terminid
Siin on RTOS-is kasutatavad olulised terminid:
- Ülesanne – Seotud ülesannete kogum, mis koos suudavad pakkuda teatud süsteemi funktsioone.
- Töö - Töö on väike töö, mida saab protsessorile määrata ja mis võib, kuid ei pruugi nõuda ressursse.
- Töökoha vabastamise aeg - See on töö aeg, mil töö saab täitmiseks valmis.
- Töö teostamise aeg: Tööl kulub selle täitmise lõpuleviimiseks aega.
- Töö tähtaeg: On aeg, milleks töö peaks lõpetama.
- Töötlejad: Neid tuntakse ka aktiivsete ressurssidena. Need on töö teostamisel olulised.
- Maksimaalne See on töö lubatud reageerimisaega nimetatakse selle suhteliseks tähtajaks.
- Tööle reageerimise aeg: See on ajavahemik töö vabastamise ajast, mil instant lõpeb.
- Absoluutne tähtaeg: See on suhteline tähtaeg, mis sisaldab ka selle vabastamise aega.
RTOS-i omadused
Siin on RTOS-i olulised omadused:
- Hüüavad väga vähem mälu
- Tarbi vähem ressursse
- Reageerimisajad on väga etteaimatavad
- Ettearvamatu keskkond
- Kernel salvestab katkestatud ülesande reklaami oleku ja seejärel määrab, millist ülesannet see järgmisena käivitada.
- Kernel taastab ülesande oleku ja edastab selle ülesande jaoks CPU juhtimise.
RTOS-i valimise tegurid
Siin on olulised tegurid, mida peate RTOS-i valimisel arvesse võtma.
- jõudlus: jõudlus on kõige olulisem tegur, mida tuleb RTOS-i valimisel arvestada.
- Middleware: kui reaalajas operatsioonisüsteemis vahevara tugi puudub, siis tekib protsesside ajavõtu integreerimise probleem.
- Vigadeta: RTOS-süsteemid on veatud. Seetõttu pole ülesande täitmisel viga saada.
- Manussüsteemi kasutamine: RTOS-i programmid on väikese suurusega. Seega kasutame manustatud süsteemide jaoks laialdaselt RTOS-i.
- Maksimaalne tarbimine: RTOS-i abil saavutame maksimaalse tarbimise.
- Ülesande nihutamine: Shiftülesannete täitmise aeg on väga lühem.
- Ainulaadsed elemendid: Hea RTS peaks olema võimeline ja sellel on mõned lisafunktsioonid, nagu see, kuidas see käsu täitmiseks töötab, süsteemi mälu tõhus kaitse jne.
- 24/7 esitus: RTOS on ideaalne rakenduste jaoks, mis nõuavad ööpäevaringset töötamist.
Erinevus GPOS-i ja RTOS-i vahel
Siin on olulised erinevused GPOS-i ja RTOS-i vahel:
Üldine otstarve Operating System (GPOS) | Real-Time Operating System (RTOS) |
---|---|
Seda kasutatakse lauaarvutite ja sülearvutite jaoks. | Seda rakendatakse ainult manustatud rakendusele. |
Protsessipõhine ajakava. | Ajapõhine ajakava, mida kasutatakse nagu ring-robin ajakava. |
Katkestuse latentsust ei peeta nii oluliseks kui RTOS-is. | Katkestuse viivitus on minimaalne, seda mõõdetakse mõne mikrosekundiga. |
Süsteemis ei ole prioriteetse inversiooni mehhanismi. | Prioriteetne inversioonimehhanism on praegune. Seega ei saa süsteem seda muuta. |
Kerneli toimimine võib olla ennetav, kuid ei pruugi olla. | Kerneli tegevust saab ennetada. |
Prioriteedi inversioon jääb märkamatuks | Ettenähtavus ei garanteeri |
Reaalajas rakendused Operating System
Reaalajas süsteeme kasutatakse:
- Lennufirmade broneerimissüsteem.
- Lennujuhtimissüsteem.
- Süsteemid, mis pakuvad kohest värskendust.
- Kasutatakse igas süsteemis, mis pakub värsket ja hetkelist teavet aktsiahindade kohta.
- Kaitserakendussüsteemid nagu RADAR.
- Võrku ühendatud multimeediumisüsteemid
- Käskude juhtimissüsteemid
- Interneti-telefon
- Mitteblokeeruvad pidurisüsteemid
- Südamestimulaator
RTOS-i puudused
Siin on RTOS-süsteemi kasutamise puudused/miinused:
- RTOS-süsteem suudab koos käivitada minimaalseid ülesandeid ja see keskendub ainult nendele rakendustele, mis sisaldavad viga, et saaks neid vältida.
- RTOS on süsteem, mis keskendub mõnele ülesandele. Seetõttu on nende süsteemide jaoks tõesti raske teha mitut toimingut.
- RTOS-i jaoks on vaja spetsiaalseid draivereid, et see saaks pakkuda katkestussignaalidele kiiret reageerimisaega, mis aitab kiirust säilitada.
- RTOS kasutab palju ressursse, mis muudab selle süsteemi kulukaks.
- Madala prioriteediga ülesanded peavad ootama pikka aega, kuna RTOS säilitab programmi täpsuse, mis on täitmisel.
- Minimaalne ülesannete vahetamine toimub reaalajas operatsioonisüsteemides.
- See kasutab keerulisi algoritme, millest on raske aru saada.
- RTOS kasutab palju ressursse, mis mõnikord süsteemile ei sobi.
kokkuvõte
- RTOS on operatsioonisüsteem, mis on mõeldud teenindama reaalajas rakendusi, mis töötlevad andmeid niipea, kui need saabuvad, enamasti ilma puhvri viivituseta.
- See pakub prioriteedipõhist ajastamist, mis võimaldab eraldada analüütilise töötlemise mittekriitilisest töötlemisest.
- RTOS-süsteemi olulised komponendid on: 1) ajakava, 2) sümmeetriline mitmetöötlus, 3) funktsioonide raamatukogu, 4) mäluhaldus, 5) kiire saatmise latentsus ja 6) kasutaja määratud andmeobjektid ja -klassid.
- Kolm tüüpi RTOS-e on 1) raske aeg 2) pehme aeg ja 3) kindel aeg
- RTOS-süsteem võtab väga vähem mälu ja tarbib vähem ressursse
- Jõudlus on kõige olulisem tegur, mida tuleb RTOS-i valimisel arvestada.
- Üldine otstarve Operating System (GPOS) kasutatakse lauaarvutite ja sülearvutite jaoks reaalajas Operating System (RTOS) rakendatakse ainult manustatud rakendusele.
- Reaalajas süsteeme kasutatakse Airlinesi broneerimissüsteemis, lennujuhtimissüsteemis jne.
- RTOS-i suurim puudus on see, et süsteem keskendub vaid mõnele ülesandele.
on korrelatsiooniteabe kogum, mis salvestatakse sekundaarsele või püsimällu, nagu magnetkettad, optilised kettad ja lintid. See on andmete kogumise meetod, mida kasutatakse selle programmi sisendi andmiseks ja väljundi vastuvõtmiseks.
Üldiselt on fail bittide, baitide või kirjete jada, mille tähenduse määratlevad faili looja ja kasutaja. Igal failil on loogiline asukoht, kus need asuvad salvestamiseks ja hankimiseks.