Sistem de operare în timp real (RTOS): Componente, Tipuri, Exemple

Ce este un timp real Operating System (RTOS)?

Sistem de operare în timp real (RTOS) este un sistem de operare menit să servească aplicații în timp real care procesează datele pe măsură ce intră, de cele mai multe ori fără întârziere în memoria tampon. Forma completă a RTOS este sistemul de operare în timp real.

Într-un RTOS, necesarul de timp de procesare este calculat în trepte de timp în zecimi de secunde. Este un sistem limitat în timp care poate fi definit ca constrângeri de timp fixe. În acest tip de sistem, procesarea trebuie făcută în interiorul constrângerilor specificate. În caz contrar, sistemul va eșua.

De ce să folosiți un RTOS?

Iată motivele importante pentru utilizarea RTOS:

Oferă o programare bazată pe priorități, care vă permite să separați procesarea analitică de procesarea necritică.
Sistemul de operare în timp real oferă funcții API care permit un cod de aplicație mai curat și mai mic.
Abstracția dependențelor de sincronizare și proiectarea bazată pe sarcini are ca rezultat mai puține interdependențe între module.
RTOS oferă dezvoltare modulară bazată pe sarcini, care permite testarea modulară bazată pe sarcini.
API-ul bazat pe sarcini încurajează dezvoltarea modulară ca sarcină, va avea de obicei un rol clar definit. Le permite designerilor/echipelor să lucreze independent la părțile lor din proiect.
Un RTOS este condus de evenimente, fără pierderi de timp pentru procesarea timpului pentru evenimentul care nu are loc

Componentele RTOS

Aici, sunt componente importante ale RTOS

Programatorul: Această componentă a RTOS spune că în ce ordine pot fi executate sarcinile, care se bazează, în general, pe prioritate.

Multiprocesare simetrică (SMP): Este un număr de sarcini diferite care pot fi gestionate de RTOS, astfel încât procesarea paralelă să poată fi efectuată.

Bibliotecă de funcții: Este un element important al RTOS care acționează ca o interfață care vă ajută să conectați codul nucleului și al aplicației. Această aplicație vă permite să trimiteți cererile către Kernel folosind o bibliotecă de funcții, astfel încât aplicația să poată da rezultatele dorite.

Managementul memoriei: acest element este necesar în sistem pentru a aloca memorie fiecărui program, care este cel mai important element al RTOS.

Latență de expediere rapidă: Este un interval între terminarea sarcinii care poate fi identificată de sistemul de operare și timpul efectiv luat de firul de execuție, care se află în coada de așteptare, care a început procesarea.

Obiecte și clase de date definite de utilizator: Sistemul RTOS folosește limbaje de programare precum C sau C++, care ar trebui organizate în funcție de funcționarea lor.

Tipuri de RTOS

Trei tipuri de sisteme RTOS sunt:

Timp real greu

În Hard RTOS, termenul limită este tratat foarte strict, ceea ce înseamnă că sarcina dată trebuie să înceapă să se execute la ora programată specificată și trebuie finalizată în timpul stabilit.

Exemplu: sistem medical de îngrijire critică, sisteme aeronave etc.

Firm în timp real

Aceste tipuri de RTOS trebuie, de asemenea, să respecte termenele limită. Cu toate acestea, ratarea unui termen limită poate să nu aibă un impact mare, dar ar putea provoca efecte nedorite, cum ar fi o reducere uriașă a calității unui produs.

Exemplu: diverse tipuri de aplicații multimedia.

Soft RealTime

Soft RTOS în timp real, acceptă unele întârzieri de către Operasistem de ting. În acest tip de RTOS, există un termen limită alocat pentru un anumit loc de muncă, dar o întârziere pentru o perioadă mică de timp este acceptabilă. Deci, termenele limită sunt gestionate ușor de acest tip de RTOS.

Exemplu: Sistemul de tranzacții online și Sistemul de cotație a prețului animalelor.

Termenii utilizați în RTOS

Iată termenii esențiali utilizați în RTOS:

Sarcina – Un set de sarcini conexe care sunt capabile împreună să ofere unele funcționalități ale sistemului.
Loc de munca - Un job este o mică parte de lucru care poate fi atribuită unui procesor și care poate sau nu necesita resurse.
Timpul de eliberare a unui loc de muncă – Este un moment al unui job în care jobul devine gata de execuție.
Timpul de executare a unui job: Este timpul necesar lucrării pentru a-și termina execuția.
Termenul limită al unui loc de muncă: Este timpul până la care o lucrare ar trebui să-și termine execuția.
Procesoare: Ele sunt cunoscute și ca resurse active. Sunt importante pentru executarea unui loc de muncă.
Maximum Este timpul de răspuns admisibil al unui job se numește termenul limită relativ.
Timpul de răspuns al unui loc de muncă: Este o perioadă de timp de la momentul lansării unei lucrări când instanta se termină.
Termen absolut: Acesta este termenul limită relativ, care include și timpul de lansare.

Caracteristicile RTOS

Iată caracteristicile importante ale RTOS:

Ocupă foarte puțină memorie
Consumați mai puține resurse
Timpii de răspuns sunt foarte previzibili
Mediu imprevizibil
Kernel-ul salvează starea anunțului de activitate întreruptă, apoi determină ce sarcină ar trebui să ruleze în continuare.
Kernel-ul restabilește starea sarcinii și trece controlul CPU pentru acea sarcină.

Factori pentru selectarea unui RTOS

Iată factorii esențiali pe care trebuie să îi luați în considerare pentru selectarea RTOS:

Performanţă: Performanța este cel mai important factor care trebuie luat în considerare atunci când alegeți un RTOS.
middleware: dacă nu există suport middleware în sistemul de operare în timp real, atunci apare problema integrării proceselor în timp.
Fără erori: Sistemele RTOS sunt fără erori. Prin urmare, nu există nicio șansă de a obține o eroare în timpul efectuării sarcinii.
Utilizarea sistemului încorporat: Programele RTOS sunt de dimensiuni reduse. Deci folosim pe scară largă RTOS pentru sistemele încorporate.
Consum maxim: putem atinge consumul maxim cu ajutorul RTOS.
Schimbarea sarcinilor: Shifttimpul de utilizare al sarcinilor este foarte mic.
Caracteristici unice: Un RTS bun ar trebui să fie capabil și are câteva caracteristici suplimentare, cum ar fi modul în care funcționează pentru a executa o comandă, protecția eficientă a memoriei sistemului etc.
Performanță 24/7: RTOS este ideal pentru acele aplicații care necesită să ruleze 24/7.

Diferența dintre în GPOS și RTOS

Iată diferențele importante dintre GPOS și RTOS:

Scop general OperaSistem de tingere (GPOS)	În timp real OperaSistem de tingere (RTOS)
Este folosit pentru PC desktop și laptop.	Se aplică numai aplicației încorporate.
Programare bazată pe proces.	Programarea bazată pe timp folosită ca programarea round-robin.
Latența întreruperii nu este considerată la fel de importantă ca în RTOS.	Lag-ul de întrerupere este minim, care este măsurat în câteva microsecunde.
Nu este prezent niciun mecanism de inversare a priorității în sistem.	Mecanismul de inversare prioritară este actual. Deci nu se poate modifica de către sistem.
Operația kernelului poate fi sau nu anticipată.	Operația Kernel-ului poate fi anticipată.
Inversarea priorității rămâne neobservată	Fără garanții de predictibilitate

Aplicații ale timpului real Operating System

Sistemele în timp real sunt utilizate în:

Sistem de rezervare a companiilor aeriene.
Sistem de control al traficului aerian.
Sisteme care asigură actualizare imediată.
Folosit în orice sistem care oferă informații actualizate și minute despre prețurile acțiunilor.
Sisteme de aplicații de apărare precum RADAR.
Sisteme multimedia în rețea
Sisteme de control al comenzilor
Telefonie prin Internet
Sisteme de frânare antiblocare
Heart Pacemaker

Dezavantajele RTOS

Iată dezavantajele/dezavantajele utilizării sistemului RTOS:

Sistemul RTOS poate rula sarcini minime împreună și se concentrează numai pe acele aplicații care conțin o eroare, astfel încât să le poată evita.
RTOS este sistemul care se concentrează pe câteva sarcini. Prin urmare, este foarte greu pentru aceste sisteme să facă multitasking.
Sunt necesare drivere specifice pentru RTOS, astfel încât să poată oferi timp de răspuns rapid la semnalele de întrerupere, ceea ce ajută la menținerea vitezei sale.
RTOS folosește o mulțime de resurse, ceea ce face ca acest sistem să fie scump.
Sarcinile care au o prioritate scăzută trebuie să aștepte mult timp, deoarece RTOS menține acuratețea programului, care sunt în execuție.
Comutarea minimă a sarcinilor se face în sistemele de operare în timp real.
Utilizează algoritmi complecși care sunt greu de înțeles.
RTOS folosește o mulțime de resurse, care uneori nu sunt potrivite pentru sistem.

Rezumat

RTOS este un sistem de operare menit să servească aplicații în timp real care procesează datele pe măsură ce intră, de cele mai multe ori fără întârziere în buffer.
Oferă o programare bazată pe priorități, care vă permite să separați procesarea analitică de procesarea necritică.
Componentele importante ale sistemului RTOS sunt: 1) Planificatorul, 2) Multiprocesarea simetrică, 3) Biblioteca de funcții, 4) Gestionarea memoriei, 5) Latența de expediere rapidă și 6) Obiecte și clase de date definite de utilizator
Trei tipuri de RTOS sunt: 1) Timp greu 2) Timp soft și 3) Timp ferm
Sistemul RTOS ocupă foarte puțină memorie și consumă mai puține resurse
Performanța este cel mai important factor care trebuie luat în considerare atunci când alegeți un RTOS.
Scop general Operating System (GPOS) este utilizat pentru PC desktop și laptop în timp real Operating System (RTOS) aplicat numai aplicației încorporate.
Sistemele în timp real sunt utilizate în sistemul de rezervare a companiilor aeriene, sistemul de control al traficului aerian etc.
Cel mai mare dezavantaj al RTOS este că sistemul se concentrează doar pe câteva sarcini.

este o colecție de informații corelate care sunt înregistrate pe stocare secundară sau nevolatilă, cum ar fi discuri magnetice, discuri optice și benzi. Este o metodă de colectare a datelor care este folosită ca mediu pentru a da intrare și a primi rezultate din acel program.

În general, un fișier este o secvență de biți, octeți sau înregistrări a căror semnificație este definită de către creatorul și utilizatorul fișierului. Fiecare fișier are o locație logică în care se află pentru stocare și recuperare.