Realtidsoperativsystem (RTOS): Komponenter, typer, exempel

Vad är en realtid Operatingssystem (RTOS)?

A realtidsoperativsystem (RTOS) är en operativsystem avsedd att betjäna realtidsapplikationer som bearbetar data allt eftersom de kommer in, mestadels utan buffertfördröjning. Den fullständiga formen av RTOS är ett realtidsoperativsystem.

I ett RTOS beräknas bearbetningstidskraven i steg om tiondels sekunder. Det är ett tidsbundet system med fasta tidsbegränsningar. I den här typen av system måste bearbetningen ske inom de angivna begränsningarna. Annars kommer systemet att sluta fungera.

Varför använda en RTOS?

Här är viktiga skäl till att använda en RTOS:

• Den erbjuder prioritetsbaserad schemaläggning, vilket gör att du kan skilja analytisk bearbetning från icke-kritisk bearbetning.
• Realtidsoperativsystemet tillhandahåller API-funktioner som möjliggör renare och mindre applikationskod.
• AbstracAtt begränsa tidsberoenden och den uppgiftsbaserade designen resulterar i färre beroenden mellan moduler.
• En RTOS erbjuder modulär uppgiftsbaserad utveckling, vilket möjliggör modulär uppgiftsbaserad testning.
• Det uppgiftsbaserade API:et uppmuntrar modulär utveckling, eftersom en uppgift vanligtvis har en tydligt definierad roll. Det gör det möjligt för designers och team att arbeta självständigt med sina delar av projektet.
• En RTOS är händelsedriven och slösar ingen bearbetningstid på händelser som inte inträffar.

Komponenter i RTOS

Komponenter i realtid Operating System

Här är de viktiga komponenterna i en RTOS:

Schemaläggaren: Denna komponent i ett RTOS bestämmer i vilken ordning uppgifter utförs, vanligtvis baserat på deras prioritet.

Symmetrisk multiprocessing (SMP): Det är ett antal olika uppgifter som kan hanteras av RTOS så att parallell bearbetning kan utföras.

Funktionsbibliotek: Det är ett viktigt element i ett RTOS som fungerar som ett gränssnitt för att koppla samman kärnan och applikationskoden. Applikationen skickar sina förfrågningar till kärnan med hjälp av ett funktionsbibliotek så att den kan producera önskade resultat.

Minneshantering: Detta element behövs i systemet för att allokera minne till varje program, och det är det viktigaste elementet i RTOS.

Snabb leveransfördröjning: Det är intervallet mellan avslutandet av en uppgift som operativsystemet kan identifiera och den faktiska tid det tar för tråden, som befinner sig i redokön, att börja bearbetas.

Användardefinierade dataobjekt och klasser: Ett RTOS använder programmeringsspråk som C eller C++, som bör organiseras efter deras verksamhet.

Typer av RTOS

Tre typer av RTOS är:

Hård realtid

I en hård RTOS hanteras deadline mycket strikt, vilket innebär att en given uppgift måste börja köras vid den angivna schemalagda tiden och måste slutföras inom den tilldelade tidsperioden.

Exempel: Medicinska intensivvårdssystem, flygplanssystem etc.

Fast realtid

Denna typ av RTOS måste också följa deadlines. Att missa en deadline kanske dock inte har någon stor inverkan men kan orsaka oönskade effekter, som en enorm minskning av en produkts kvalitet.

Exempel: Olika typer av multimediaapplikationer.

Mjuk realtid

En mjuk realtids-RTOS accepterar vissa fördröjningar från operativsystemet. I den här typen av RTOS finns det en deadline tilldelad för ett specifikt jobb, men en fördröjning under en kort tidsperiod är acceptabel. Så deadlines hanteras mjukt av den här typen av RTOS.

Exempel: Online-transaktionssystem och offertsystem för boskap.

Termer som används i RTOS

Här är viktiga termer som används i RTOS:

• Uppgift: En grupp relaterade uppgifter som tillsammans tillhandahåller viss systemfunktionalitet.
• Jobb: Ett jobb är ett litet arbete som kan tilldelas en processor, och som kanske kräver resurser eller inte.
• Frigivningstid för ett jobb: Det är den tidpunkt då ett jobb blir klart för utförande.
• Utförandetid för ett jobb: Det är den tid det tar för ett jobb att slutföra sitt utförande.
• Deadline för ett jobb: Det är den tidpunkt då ett jobb ska vara klart.
• processorer: De är också kända som aktiva resurser. De är viktiga för utförandet av ett jobb.
• Relativ deadline: Den maximala tillåtna svarstiden för ett jobb kallas dess relativa deadline.
• Svarstid för ett jobb: Det är tiden som går från det att ett jobb släpps till det ögonblick det slutförs.
• Absolut deadline: Detta är den relativa tidsfristen, som även inkluderar utgivningstiden.

Funktioner hos RTOS

Här är viktiga funktioner i RTOS:

• Tar upp väldigt lite minne
• Förbrukar färre resurser
• Svarstider är mycket förutsägbara
• Fungerar tillförlitligt även i en oförutsägbar miljö
• Kärnan sparar tillståndet för den avbrutna uppgiften och bestämmer sedan vilken uppgift den ska köra härnäst.
• Kärnan återställer uppgiftens tillstånd och överför kontrollen över processorn till den uppgiften.

Faktorer för att välja en RTOS

Här är viktiga faktorer att tänka på när du väljer en RTOS:

• Prestanda: Prestanda är den viktigaste faktorn att beakta när man väljer en RTOS.
• Mellanvaror: Om det inte finns stöd för mellanprogramvara i ett realtidsoperativsystem uppstår problemet med tidskrävande integration av processer.
• Felfri: RTOS-system är utformade för att vara felfria, så det finns minimal risk att få ett fel när man utför en uppgift.
• Användning av inbyggt system: Program i ett RTOS är små i storlek, så RTOS används ofta för inbyggda system.
• Maximal utnyttjandegrad: En RTOS hjälper dig att utnyttja systemresurserna maximalt.
• Uppgiftsförskjutning: Förskjutningstiden för uppgifterna är mycket kort.
• Unika funktioner: En bra RTOS bör vara kapabel och erbjuda extra funktioner, till exempel hur den utför ett kommando och hur effektivt den skyddar systemets minne.
• Prestanda dygnet runt: En RTOS är idealisk för applikationer som behöver köras dygnet runt.

Skillnaden mellan GPOS och RTOS

Tillämpningar av realtid Operating System

Realtidssystem används i:

• Flygbokningssystem.
• Flygtrafikkontrollsystem.
• System som ger omedelbar uppdatering.
• Alla system som tillhandahåller aktuell, minutiös information om aktiekurser.
• Försvarsapplikationssystem som RADAR.
• Nätverksanslutna multimediasystem.
• Kommandokontrollsystem.
• Internettelefoni.
• Låsningsfria bromssystem.
• Hjärtpacemakers.

Nackdelar med RTOS

Här är nackdelarna med att använda en RTOS:

• Ett RTOS kör ett minimalt antal uppgifter tillsammans och koncentrerar sig endast på de applikationer som innehåller ett fel, så att den kan undvika dem.
• En RTOS koncentrerar sig på ett fåtal uppgifter. Därför är det verkligen svårt för dessa system att utföra flera uppgifter samtidigt.
• Specifika drivrutiner krävs för en RTOS så att den kan erbjuda en snabb svarstid på avbrottssignaler, vilket hjälper till att bibehålla dess hastighet.
• Ett RTOS använder mycket resurser, vilket gör systemet dyrt.
• Lågprioriterade uppgifter kan behöva vänta länge, eftersom RTOS prioriterar noggrannheten hos de program som körs.
• Minimal växling av uppgifter görs i realtidsoperativsystem.
• Den använder komplexa algoritmer som är svåra att förstå.
• En RTOS använder mycket resurser, vilket ibland inte är lämpligt för systemet.

Vanliga frågor