リアルタイム オペレーティング システム (RTOS): コンポーネント、タイプ、例

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リアルタイムとは Operaティングシステム(RTOS)?

リアルタイム オペレーティング システム (RTOS) RTOS は、バッファ遅延なしで、データが入力されるとすぐに処理するリアルタイム アプリケーションを提供することを目的としたオペレーティング システムです。RTOS の完全な形式は、Real time Operating System です。

RTOS では、処理時間要件は 10 分の 1 秒単位の時間で計算されます。これは、固定時間制約として定義できる時間制限付きシステムです。このタイプのシステムでは、指定された制約内で処理を実行する必要があります。そうしないと、システムは失敗します。

RTOS を使用する理由

RTOS を使用する重要な理由は次のとおりです。

  • 優先順位ベースのスケジューリングを提供するため、分析処理を重要でない処理から分離できます。
  • リアルタイム OS は、よりクリーンで小さなアプリケーション コードを可能にする API 関数を提供します。
  • タイミング依存関係の抽象化とタスクベースの設計により、モジュール間の相互依存関係が少なくなります。
  • RTOS はモジュール型のタスクベースの開発を提供し、モジュール型のタスクベースのテストを可能にします。
  • タスクベースの API はタスクとしてのモジュール開発を促進し、通常は明確に定義された役割を持ちます。 これにより、デザイナー/チームがプロジェクトの各部分で独立して作業できるようになります。
  • RTOS はイベント駆動型であり、発生しないイベントの処理時間による時間の無駄がありません。

RTOS のコンポーネント

RTOS のコンポーネント
リアルタイムのコンポーネント Operaティングシステム

ここに、RTOSの重要なコンポーネントがあります

スケジューラー: RTOS のこのコンポーネントは、一般に優先度に基づいてタスクを実行できる順序を示します。

対称型マルチプロセッシング (SMP): RTOS で処理できる複数の異なるタスクの数であり、並列処理を行うことができます。

関数ライブラリ: カーネルとアプリケーション コードを接続するのに役立つインターフェイスとして機能する、RTOS の重要な要素です。 このアプリケーションを使用すると、関数ライブラリを使用してカーネルに要求を送信できるため、アプリケーションは目的の結果を得ることができます。

メモリ管理: この要素は、RTOS の最も重要な要素であるすべてのプログラムにメモリを割り当てるためにシステムで必要です。

高速ディスパッチ レイテンシ：OSが認識できるタスクの終了から、レディキューにあるスレッドが実際に処理を開始した時間までの間隔です。

ユーザー定義のデータ オブジェクトとクラス: RTOSシステムはCや C++、操作に応じて整理する必要があります。

RTOSの種類

RTOSシステムには次のXNUMX種類があります。

ハードリアルタイム

ハード RTOS では、期限は非常に厳密に処理されます。つまり、指定されたタスクは、指定されたスケジュール時刻に実行を開始し、割り当てられた期間内に完了する必要があります。

例：救命救急システム、航空機システムなど

しっかりとしたリアルタイム

この種の RTOS も期限を守る必要があります。 ただし、期限を過ぎても大きな影響はありませんが、製品の品質が大幅に低下するなど、望ましくない影響が生じる可能性があります。

例: さまざまなタイプのマルチメディア アプリケーション。

ソフトリアルタイム

ソフト リアルタイム RTOS。 Operaティングシステム。このタイプの RTOS では、特定のジョブに割り当てられた期限がありますが、短時間の遅延は許容されます。したがって、このタイプの RTOS では期限がソフトに処理されます。

例：オンライン取引システム、家畜価格見積システム。

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RTOS で使用される用語

ここでは、RTOS で使用される重要な用語を示します。

  • タスク - いくつかのシステム機能を共同で提供できる一連の関連タスク。
  • 仕事 - ジョブは、プロセッサに割り当てることができる小さな作業であり、リソースを必要とする場合と必要としない場合があります。
  • ジョブのリリース時間 – ジョブが実行可能になる時間です。
  • ジョブの実行時間: ジョブが実行を完了するのにかかる時間です。
  • 仕事の締め切り: ジョブの実行が終了する時刻です。
  • プロセッサ： これらはアクティブ リソースとも呼ばれます。 それらはジョブの実行にとって重要です。
  • 最大です ジョブの許容応答時間は、相対期限と呼ばれます。
  • ジョブの応答時間: インスタントが終了するジョブのリリース時刻からの時間の長さです。
  • 絶対期限: これは相対的な期限であり、リリース時間も含まれます。

RTOSの特徴

RTOS の重要な機能は次のとおりです。

  • 占有メモリが非常に少ない
  • リソースの消費量を減らす
  • 応答時間は非常に予測可能です
  • 予測不可能な環境
  • カーネルは中断されたタスクの状態を保存し、次にどのタスクを実行するかを決定します。
  • カーネルはタスクの状態を復元し、そのタスクに CPU の制御を渡します。

RTOS を選択するための要素

RTOS を選択する際に考慮する必要がある重要な要素を次に示します。

  • パフォーマンス: パフォーマンスは、RTOS を選択する際に考慮する必要がある最も重要な要素です。
  • ミドルウェア: リアルタイム オペレーティング システムにミドルウェアのサポートがない場合、プロセスの統合に時間がかかるという問題が発生します。
  • エラーなし: RTOS システムにはエラーがありません。 したがって、タスクの実行中にエラーが発生する可能性はありません。
  • 組み込みシステムの使用法：RTOSのプログラムはサイズが小さいです。 そのため、組み込みシステムには RTOS が広く使用されています。
  • 最大消費量: RTOS の助けを借りて最大の消費量を達成できます。
  • タスクシフティング: Shiftタスクにかかる時間が非常に短くなります。
  • ユニークな特徴: 優れた RTS は、機能が豊富で、コマンドを実行するための動作方法やシステムのメモリの効率的な保護などの追加機能を備えている必要があります。
  • 24時間7日のパフォーマンス: RTOS は、24 時間年中無休で実行する必要があるアプリケーションに最適です。

GPOS と RTOS の違い

GPOS と RTOS の重要な違いは次のとおりです。

一般的用途 Operaティングシステム（GPOS） リアルタイム Operaティングシステム（RTOS）
デスクトップPCとラップトップに使用されます。 組み込みアプリケーションにのみ適用されます。
プロセスベースのスケジューリング。 ラウンドロビン スケジューリングのように使用される時間ベースのスケジューリング。
割り込みレイテンシーは、RTOS ほど重要とは考えられていません。 割り込み遅延は最小限であり、数マイクロ秒で測定されます。
システムには優先度逆転メカニズムは存在しません。 優先順位逆転メカニズムは最新のものです。 したがって、システムによって変更することはできません。
カーネルの操作はプリエンプトされる場合とされない場合があります。 カーネルの操作はプリエンプトされる可能性があります。
優先順位の逆転は気づかれずに残る 予測可能性の保証はない

リアルタイムの応用 Operaティングシステム

リアルタイム システムは次の用途で使用されます。

  • 航空会社の予約システム。
  • 航空交通管制システム。
  • 即時更新を提供するシステム。
  • 株価に関する最新かつ詳細な情報を提供するシステムで使用されます。
  • RADARのような防衛アプリケーションシステム。
  • ネットワーク化されたマルチメディア システム
  • コマンド制御システム
  • インターネットテレフォニー
  • アンチロック ブレーキ システム
  • 心臓ペースメーカー

RTOSの欠点

RTOS システムを使用する場合の欠点/短所は次のとおりです。

  • RTOS システムは最小限のタスクを同時に実行でき、エラーを含むアプリケーションのみに集中してエラーを回避します。
  • RTOS は、いくつかのタスクに集中するシステムです。 したがって、これらのシステムがマルチタスクを実行することは非常に困難です。
  • RTOS が割り込み信号に対して高速な応答時間を提供できるようにするには、RTOS の速度を維持するのに役立つ特定のドライバーが必要です。
  • RTOS では大量のリソースが使用されるため、このシステムは高価になります。
  • 優先度の低いタスクは、RTOSが実行中のプログラムの精度を保つために長時間待つ必要があります。
  • リアルタイム オペレーティング システムでは、タスクの切り替えが最小限に抑えられます。
  • 理解するのが難しい複雑なアルゴリズムを使用しています。
  • RTOS は大量のリソースを使用するため、システムに適さない場合があります。

まとめ

  • RTOS は、バッファ遅延なしで、入力されたデータをすぐに処理するリアルタイム アプリケーションを提供することを目的としたオペレーティング システムです。
  • 優先順位ベースのスケジューリングを提供するため、分析処理を重要でない処理から分離できます。
  • RTOS システムの重要なコンポーネントは次のとおりです: 1) スケジューラ、2) 対称マルチプロセッシング、3) 関数ライブラリ、4) メモリ管理、5) 高速ディスパッチ レイテンシー、6) ユーザー定義のデータ オブジェクトとクラス
  • RTOS には 1) ハード タイム、2) ソフト タイム、3) ファーム タイムの XNUMX つのタイプがあります。
  • RTOS システムが占有するメモリとリソースの消費量が非常に少ない
  • パフォーマンスは、RTOS を選択する際に考慮する必要がある最も重要な要素です。
  • 一般的用途 Operaティング システム (GPOS) はデスクトップ PC とラップトップに使用され、リアルタイム Operating System (RTOS) は組み込みアプリケーションにのみ適用されます。
  • リアルタイムシステムは航空予約システムや航空管制システムなどに利用されています。
  • RTOS の最大の欠点は、システムが少数のタスクのみに集中していることです。

磁気ディスク、光ディスク、テープなどの二次ストレージまたは不揮発性ストレージに記録される、相関情報のコレクションです。 これは、プログラムからの入力と出力の受信のための媒体として使用されるデータ収集方法です。

一般に、ファイルは一連のビット、バイト、またはレコードであり、その意味はファイルの作成者とユーザーによって定義されます。 すべてのファイルには、保管および取得のために配置される論理的な場所があります。

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