Operacijski sustav u stvarnom vremenu (RTOS): komponente, vrste, primjeri
Nathaniel Brooks
โก Pametni saลพetak
Operativni sustav u stvarnom vremenu (RTOS) opsluลพuje aplikacije koje moraju obraฤivati โโpodatke i reagirati na dogaฤaje unutar strogih, predvidljivih vremenskih ograniฤenja, koristeฤi rasporeฤivanje temeljeno na prioritetima i brzu, deterministiฤku promjenu zadataka kako se kritiฤni rokovi nikada ne propuste.
ล to je stvarno vrijeme Operating sustav (RTOS)?
A operativni sustav u stvarnom vremenu (RTOS) je operativni sustav namijenjen je za koriลกtenje aplikacija u stvarnom vremenu koje obraฤuju podatke ฤim pristignu, uglavnom bez kaลกnjenja meฤuspremnika. Puni oblik RTOS-a je operativni sustav u stvarnom vremenu.
U RTOS-u, potrebno vrijeme obrade izraฤunava se u koracima od desetinki sekunde. To je vremenski ograniฤen sustav s fiksnim vremenskim ograniฤenjima. U ovoj vrsti sustava, obrada se mora obaviti unutar odreฤenih ograniฤenja. Inaฤe ฤe sustav zakazati.
Zaลกto koristiti RTOS?
Evo vaลพnih razloga za koriลกtenje RTOS-a:
- Nudi rasporeฤivanje temeljeno na prioritetima, ลกto vam omoguฤuje odvajanje analitiฤke obrade od nekritiฤne obrade.
- OS u stvarnom vremenu pruลพa API funkcije koje omoguฤuju ฤiลกฤi i manji kod aplikacije.
- KormilartracUtvrฤivanje vremenskih ovisnosti i dizajn temeljen na zadacima rezultira manjim brojem meฤuovisnosti izmeฤu modula.
- RTOS nudi modularni razvoj temeljen na zadacima, ลกto omoguฤuje modularno testiranje temeljeno na zadacima.
- API temeljen na zadacima potiฤe modularni razvoj, jer zadatak obiฤno ima jasno definiranu ulogu. Omoguฤuje dizajnerima i timovima da samostalno rade na svojim dijelovima projekta.
- RTOS je voฤen dogaฤajima, ne gubeฤi vrijeme obrade na dogaฤaje koji se ne dogaฤaju.
Komponente RTOS-a
Komponente stvarnog vremena Operating sustav
Evo vaลพnih komponenti RTOS-a:
Raspored: Ova komponenta RTOS-a odreฤuje redoslijed izvrลกavanja zadataka, opฤenito na temelju njihovog prioriteta.
Simetriฤna multiprocesna obrada (SMP): To je niz razliฤitih zadataka koje RTOS moลพe obraditi kako bi se mogla izvrลกiti paralelna obrada.
Biblioteka funkcija: To je vaลพan element RTOS-a koji djeluje kao suฤelje za povezivanje kernela i aplikacijskog koda. Aplikacija ลกalje svoje zahtjeve kernelu pomoฤu biblioteke funkcija kako bi mogla proizvesti ลพeljene rezultate.
Upravljanje memorijom: Ovaj element je potreban u sustavu za dodjeljivanje memorije svakom programu i najvaลพniji je element RTOS-a.
Brza latencija otpreme: To je interval izmeฤu zavrลกetka zadatka koji OS moลพe identificirati i stvarnog vremena koje je potrebno niti, koja se nalazi u redu ฤekanja, da zapoฤne obradu.
Korisniฤki definirani podatkovni objekti i klase: RTOS koristi programske jezike poput C-a ili C++, koja bi trebala biti organizirana prema njihovom djelovanju.
Vrste RTOS-a
Tri vrste RTOS-a su:
Teลกko stvarno vrijeme
U hard RTOS-u, rok se vrlo strogo obraฤuje, ลกto znaฤi da odreฤeni zadatak mora zapoฤeti s izvrลกavanjem u odreฤeno planirano vrijeme i mora biti dovrลกen unutar zadanog vremenskog trajanja.
Primjer: Sustavi za medicinsku intenzivnu njegu, zrakoplovni sustavi itd.
Firma u stvarnom vremenu
Ova vrsta RTOS-a takoฤer mora poลกtivati โโrokove. Meฤutim, propuลกtanje roka moลพda neฤe imati veliki utjecaj, ali moลพe uzrokovati neลพeljene uฤinke, poput ogromnog smanjenja kvalitete proizvoda.
Primjer: Razne vrste multimedijskih aplikacija.
Soft RealTime
Meki RTOS u stvarnom vremenu prihvaฤa neka kaลกnjenja od operativnog sustava. U ovoj vrsti RTOS-a postoji rok dodijeljen za odreฤeni zadatak, ali kaลกnjenje na malo vrijeme je prihvatljivo. Dakle, rokovi se obraฤuju meko od strane ove vrste RTOS-a.
Primjer: Online transakcijski sustavi i sustavi za kotaciju cijena stoke.
Izrazi koji se koriste u RTOS-u
Evo bitnih pojmova koji se koriste u RTOS-u:
- Zadatak: Grupa povezanih zadataka koji zajedno pruลพaju neku funkcionalnost sustava.
- Posao: Posao je mali dio posla koji se moลพe dodijeliti procesoru i koji moลพe ili ne mora zahtijevati resurse.
- Vrijeme objave posla: To je vrijeme u kojem posao postaje spreman za izvrลกenje.
- Vrijeme izvrลกenja posla: To je vrijeme koje je potrebno poslu da se zavrลกi njegovo izvrลกenje.
- Rok izvrลกenja posla: To je vrijeme do kojeg bi izvrลกenje posla trebalo biti zavrลกeno.
- procesori: Oni su takoฤer poznati kao aktivni resursi. Oni su vaลพni za izvrลกenje posla.
- Relativni rok: Maksimalno dopuลกteno vrijeme odgovora zadatka naziva se njegov relativni rok.
- Vrijeme odgovora na posao: To je vrijeme od trenutka objave zadatka do trenutka njegovog zavrลกetka.
- Apsolutni rok: Ovo je relativni rok, koji takoฤer ukljuฤuje vrijeme objave.
Znaฤajke RTOS-a
Evo vaลพnih znaฤajki RTOS-a:
- Zauzima vrlo malo memorije
- Troลกi manje resursa
- Vremena odgovora su vrlo predvidljiva
- Pouzdano radi ฤak i u nepredvidivom okruลพenju
- Jezgra sprema stanje prekinutog zadatka, a zatim odreฤuje koji zadatak treba sljedeฤi pokrenuti.
- Jezgra vraฤa stanje zadatka i predaje kontrolu nad CPU-om tom zadatku.
ฤimbenici za odabir RTOS-a
Evo bitnih ฤimbenika koje trebate uzeti u obzir pri odabiru RTOS-a:
- Performance: Performanse su najvaลพniji faktor koji treba uzeti u obzir pri odabiru RTOS-a.
- Meฤuopreme: Ako u operativnom sustavu stvarnog vremena ne postoji podrลกka za middleware, tada se javlja problem dugotrajne integracije procesa.
- Bez greลกaka: RTOS sustavi su dizajnirani da budu bez greลกaka, tako da postoji minimalna vjerojatnost da ฤe se pojaviti greลกka tijekom izvrลกavanja zadatka.
- Upotreba ugraฤenog sustava: Programi RTOS-a su male veliฤine, pa se RTOS ลกiroko koristi za ugraฤeni sustavi.
- Maksimalna iskoriลกtenost: RTOS vam pomaลพe da postignete maksimalno iskoriลกtenje sistemskih resursa.
- Premjeลกtanje zadataka: Vrijeme premjeลกtanja zadataka je vrlo kratko.
- Jedinstvene znaฤajke: Dobar RTOS trebao bi biti sposoban i nuditi dodatne znaฤajke, poput naฤina izvrลกavanja naredbe i koliko uฤinkovito ลกtiti memoriju sustava.
- Performanse 24/7: RTOS je idealan za aplikacije koje moraju raditi 24/7.
Razlika izmeฤu GPOS-a i RTOS-a
| Opฤa namjena Operating sustav (GPOS) | U stvarnom vremenu Operating sustav (RTOS) |
| Koristi se za stolna raฤunala i prijenosna raฤunala. | Primjenjuje se samo na ugraฤenu aplikaciju. |
| Rasporeฤivanje temeljeno na procesima. | Koristi se vremensko rasporeฤivanje, poput kruลพnog rasporeฤivanja. |
| Latencija prekida se ne smatra toliko vaลพnom kao u RTOS-u. | Kaลกnjenje prekida je minimalno, ลกto se mjeri u nekoliko mikrosekundi. |
| U sustavu nije prisutan mehanizam inverzije prioriteta. | Mehanizam inverzije prioriteta je prisutan, tako da ga sustav ne moลพe mijenjati. |
| Rad kernela moลพe, ali i ne mora biti preemptiran. | Rad kernela moลพe biti preemptan. |
| Inverzija prioriteta ostaje nezapaลพena. | Nema jamstava predvidljivosti. |
Primjene u stvarnom vremenu Operating sustav
Sustavi u stvarnom vremenu koriste se u:
- Sustavi za rezervaciju avio karata.
- Sustavi kontrole zraฤnog prometa.
- Sustavi koji omoguฤuju trenutno aลพuriranje.
- Bilo koji sustav koji pruลพa aลพurne, minutne informacije o cijenama dionica.
- Sustavi primjene obrane kao ลกto je RADAR.
- Umreลพeni multimedijski sustavi.
- Sustavi upravljanja komandama.
- Internetska telefonija.
- Sustavi protiv blokiranja koฤnica.
- Pacemakeri srca.
Nedostaci RTOS-a
Evo nedostataka koriลกtenja RTOS-a:
- RTOS izvrลกava minimalan broj zadataka zajedno i koncentrira se samo na one aplikacije koje sadrลพe pogreลกke, kako bi ih mogao izbjeฤi.
- RTOS se koncentrira na nekoliko zadataka. Stoga je tim sustavima stvarno teลกko obavljati viลกe zadataka istovremeno.
- Za RTOS su potrebni specifiฤni upravljaฤki programi kako bi mogao ponuditi brzo vrijeme odziva na prekidne signale, ลกto pomaลพe u odrลพavanju njegove brzine.
- RTOS koristi mnogo resursa, ลกto ovaj sustav ฤini skupim.
- Zadaci niskog prioriteta mogu morati dugo ฤekati jer RTOS daje prioritet toฤnosti programa koji se izvrลกavaju.
- U operativnim sustavima u stvarnom vremenu vrลกi se minimalno prebacivanje zadataka.
- Koristi sloลพene algoritme koje je teลกko razumjeti.
- RTOS koristi puno resursa, ลกto ponekad nije prikladno za sustav.
