Sistema operativo in tempo reale (RTOS): componenti, tipi, esempi

Che cos'è un tempo reale Operasistema operativo (RTOS)?

Sistema operativo in tempo reale (RTOS) è un sistema operativo concepito per servire applicazioni in tempo reale che elaborano i dati man mano che arrivano, per lo più senza buffer delay. La forma completa di RTOS è Real time operating system.

In un RTOS, i requisiti di tempo di elaborazione sono calcolati in incrementi di tempo di decimi di secondo. È un sistema vincolato al tempo che può essere definito come vincoli di tempo fissi. In questo tipo di sistema, l'elaborazione deve essere eseguita all'interno dei vincoli specificati. Altrimenti, il sistema fallirà.

Perché utilizzare un RTOS?

Ecco alcuni motivi importanti per utilizzare RTOS:

Offre una pianificazione basata sulle priorità, che consente di separare l'elaborazione analitica dall'elaborazione non critica.
Il sistema operativo Real Time fornisce funzioni API che consentono un codice applicativo più pulito e più piccolo.
L'astrazione delle dipendenze temporali e la progettazione basata sulle attività determinano meno interdipendenze tra i moduli.
RTOS offre uno sviluppo modulare basato su attività, che consente test modulari basati su attività.
L'API basata su attività incoraggia lo sviluppo modulare come attività, che in genere avrà un ruolo chiaramente definito. Consente ai progettisti/team di lavorare in modo indipendente sulle loro parti del progetto.
Un RTOS è guidato dagli eventi senza perdite di tempo nell'elaborazione dell'evento che non si verifica

Componenti dell'RTOS

Qui sono componenti importanti di RTOS

Il pianificatore: Questo componente di RTOS indica in quale ordine le attività possono essere eseguite, generalmente in base alla priorità.

Multielaborazione simmetrica (SMP): Si tratta di una serie di attività diverse che possono essere gestite dall'RTOS in modo da poter eseguire l'elaborazione parallela.

Libreria delle funzioni: È un elemento importante di RTOS che funge da interfaccia che aiuta a connettere il kernel e il codice dell'applicazione. Questa applicazione permette di inviare le richieste al Kernel utilizzando una libreria di funzioni in modo che l'applicazione possa dare i risultati desiderati.

Gestione della memoria: questo elemento è necessario nel sistema per allocare memoria a ogni programma, che è l'elemento più importante dell'RTOS.

Latenza di invio rapida: è un intervallo tra la conclusione dell'attività che può essere identificata dal sistema operativo e il tempo effettivo impiegato dal thread, che si trova nella coda pronta, che ha iniziato l'elaborazione.

Oggetti dati e classi definiti dall'utente: Il sistema RTOS fa uso di linguaggi di programmazione come C o C++, che dovrebbero essere organizzati in base al loro funzionamento.

Tipi di RTOS

Tre tipi di sistemi RTOS sono:

Tempo reale difficile

In Hard RTOS, la scadenza viene gestita in modo molto rigoroso, il che significa che l'esecuzione di una determinata attività deve iniziare all'orario pianificato specificato e deve essere completata entro il tempo assegnato.

Esempio: sistema di terapia intensiva medica, sistemi aeronautici, ecc.

Azienda in tempo reale

Anche questi tipi di RTOS devono rispettare le scadenze. Tuttavia, il mancato rispetto di una scadenza potrebbe non avere un grande impatto ma potrebbe causare effetti indesiderati, come un'enorme riduzione della qualità di un prodotto.

Esempio: vari tipi di applicazioni multimediali.

Morbido tempo reale

Soft RTOS in tempo reale, accetta alcuni ritardi da parte del Operasistema di ting. In questo tipo di RTOS, viene assegnata una scadenza per un lavoro specifico, ma è accettabile un ritardo per un breve periodo di tempo. Pertanto, le scadenze vengono gestite in modo graduale da questo tipo di RTOS.

Esempio: sistema di transazioni online e sistema di quotazione dei prezzi del bestiame.

Termini utilizzati in RTOS

Ecco i termini essenziali utilizzati in RTOS:

Compito - Un insieme di attività correlate che insieme sono in grado di fornire alcune funzionalità del sistema.
Lavoro - Un lavoro è una piccola parte di lavoro che può essere assegnata a un processore e che può richiedere o meno risorse.
Tempo di rilascio di un lavoro – È il momento di un lavoro in cui il lavoro diventa pronto per l'esecuzione.
Tempo di esecuzione di un lavoro: È tempo impiegato dal lavoro per completare la sua esecuzione.
Scadenza di un lavoro: È il momento entro il quale un lavoro dovrebbe terminare la sua esecuzione.
processori: Sono anche conosciute come risorse attive. Sono importanti per l'esecuzione di un lavoro.
Massimo È il il tempo di risposta consentito di un lavoro è chiamato scadenza relativa.
Tempo di risposta di un lavoro: È un periodo di tempo dal momento del rilascio di un lavoro al termine dell'istante.
Scadenza assoluta: Questa è la relativa scadenza, che comprende anche il suo tempo di rilascio.

Caratteristiche dell'RTOS

Ecco le caratteristiche importanti di RTOS:

Occupa molta meno memoria
Consumare meno risorse
I tempi di risposta sono altamente prevedibili
Ambiente imprevedibile
Il kernel salva lo stato dell'attività interrotta e quindi determina quale attività dovrà essere eseguita successivamente.
Il kernel ripristina lo stato dell'attività e passa il controllo della CPU per quell'attività.

Fattori per la selezione di un RTOS

Ecco i fattori essenziali che devi considerare per selezionare RTOS:

Cookie di prestazione: Le prestazioni sono il fattore più importante da considerare durante la scelta di un RTOS.
middleware: se non è presente il supporto middleware nel sistema operativo in tempo reale, si verifica il problema dell'integrazione dei processi nel tempo necessario.
Senza errori: I sistemi RTOS sono privi di errori. Pertanto, non vi è alcuna possibilità di ricevere un errore durante l'esecuzione dell'attività.
Utilizzo del sistema incorporato: I programmi di RTOS sono di piccole dimensioni. Pertanto utilizziamo ampiamente RTOS per i sistemi embedded.
Consumo massimo: possiamo ottenere il massimo consumo con l'aiuto di RTOS.
Spostamento dei compiti: Shiftil tempo di esecuzione delle attività è molto inferiore.
Caratteristiche uniche: Un buon RTS dovrebbe essere capace e avere alcune caratteristiche extra come il modo in cui opera per eseguire un comando, una protezione efficiente della memoria del sistema, ecc.
Prestazioni 24/7: RTOS è ideale per quelle applicazioni che richiedono l'esecuzione 24 ore su 7, XNUMX giorni su XNUMX.

Differenza tra in GPOS e RTOS

Ecco le differenze importanti tra GPOS e RTOS:

Scopo generale Operasistema di gestione dati (GPOS)	Real-Time Operasistema di sincronizzazione (RTOS)
Utilizzato per PC desktop e laptop.	Viene applicato solo all'applicazione incorporata.
Programmazione basata sui processi.	Pianificazione basata sul tempo utilizzata come la pianificazione round robin.
La latenza degli interrupt non è considerata importante come in RTOS.	Il ritardo di interruzione è minimo, misurato in pochi microsecondi.
Nel sistema non è presente alcun meccanismo di inversione di priorità.	Attuale il meccanismo di inversione delle priorità. Quindi non può essere modificato dal sistema.
L'operazione del kernel può essere anticipata o meno.	L'operazione del kernel può essere anticipata.
L'inversione di priorità rimane inosservata	Nessuna garanzia di prevedibilità

Applicazioni del tempo reale Operasistema di ting

I sistemi in tempo reale sono utilizzati in:

Sistema di prenotazione delle compagnie aeree.
Sistema di controllo del traffico aereo.
Sistemi che garantiscono un aggiornamento immediato.
Utilizzato in qualsiasi sistema che fornisce informazioni aggiornate e minute sui prezzi delle azioni.
Sistemi applicativi per la difesa come RADAR.
Sistemi multimediali in rete
Sistemi di controllo del comando
Telefonia Internet
Sistemi frenanti antibloccaggio
Pacemaker cardiaco

Svantaggi dell'RTOS

Ecco gli svantaggi/contro dell'utilizzo del sistema RTOS:

Il sistema RTOS può eseguire attività minime insieme e si concentra solo su quelle applicazioni che contengono un errore in modo da poterle evitare.
RTOS è il sistema che si concentra su pochi compiti. Pertanto, è davvero difficile per questi sistemi eseguire il multitasking.
Per l'RTOS sono necessari driver specifici in modo che possa offrire tempi di risposta rapidi ai segnali di interruzione, il che aiuta a mantenerne la velocità.
Molte risorse vengono utilizzate da RTOS, il che rende questo sistema costoso.
I compiti che hanno una priorità bassa necessitano di attendere a lungo poiché l'RTOS mantiene la precisione del programma, che è in esecuzione.
La commutazione minima delle attività viene eseguita nei sistemi operativi in tempo reale.
Utilizza algoritmi complessi, difficili da comprendere.
RTOS utilizza molte risorse, che a volte non sono adatte al sistema.

Sommario

RTOS è un sistema operativo concepito per applicazioni in tempo reale che elaborano i dati man mano che arrivano, per lo più senza ritardi nel buffer.
Offre una pianificazione basata sulle priorità, che consente di separare l'elaborazione analitica dall'elaborazione non critica.
Componenti importanti del sistema RTOS sono: 1) Lo scheduler, 2) Multiprocessing simmetrico, 3) Libreria di funzioni, 4) Gestione della memoria, 5) Latenza di invio veloce e 6) Oggetti dati e classi definiti dall'utente
Tre tipi di RTOS sono 1) Tempo difficile, 2) Tempo morbido e 3) Tempo fisso
Il sistema RTOS occupa molta meno memoria e consuma meno risorse
Le prestazioni sono il fattore più importante da considerare durante la scelta di un RTOS.
Scopo generale Operating System (GPOS) viene utilizzato per PC desktop e laptop mentre è in tempo reale Operating System (RTOS) applicato solo all'applicazione incorporata.
I sistemi in tempo reale vengono utilizzati nel sistema di prenotazione delle compagnie aeree, nel sistema di controllo del traffico aereo, ecc.
Il più grande svantaggio di RTOS è che il sistema si concentra solo su poche attività.

è una raccolta di informazioni correlate registrate su dispositivi di archiviazione secondari o non volatili come dischi magnetici, dischi ottici e nastri. È un metodo di raccolta dati utilizzato come mezzo per fornire input e ricevere output da quel programma.

In generale, un file è una sequenza di bit, byte o record il cui significato è definito dal creatore e dall'utente del file. Ogni file ha una posizione logica in cui si trova per l'archiviazione e il recupero.