ระบบปฏิบัติการเรียลไทม์ (RTOS): ส่วนประกอบ ประเภท ตัวอย่าง
เรียลไทม์คืออะไร Operaระบบ Ting (RTOS)?
ระบบปฏิบัติการเรียลไทม์ (RTOS) เป็นระบบปฏิบัติการที่ออกแบบมาเพื่อรองรับแอปพลิเคชันแบบเรียลไทม์ที่ประมวลผลข้อมูลทันทีที่เข้ามา โดยส่วนใหญ่ไม่มีการหน่วงเวลาบัฟเฟอร์ RTOS ย่อมาจาก Real time operating system
ใน RTOS ข้อกำหนดเวลาในการประมวลผลจะคำนวณเป็นหน่วยเวลาที่เพิ่มขึ้นเป็นสิบวินาที เป็นระบบที่มีกรอบเวลาที่สามารถกำหนดให้มีข้อจำกัดเวลาที่แน่นอนได้ ในระบบประเภทนี้ การประมวลผลจะต้องดำเนินการภายในข้อจำกัดที่ระบุ มิฉะนั้น ระบบจะล้มเหลว
ทำไมต้องใช้ RTOS?
ต่อไปนี้เป็นเหตุผลสำคัญในการใช้ RTOS:
- มีการตั้งเวลาตามลำดับความสำคัญ ซึ่งช่วยให้คุณสามารถแยกการประมวลผลเชิงวิเคราะห์ออกจากการประมวลผลที่ไม่สำคัญได้
- ระบบปฏิบัติการแบบเรียลไทม์มีฟังก์ชัน API ที่ช่วยให้โค้ดแอปพลิเคชันสะอาดขึ้นและเล็กลง
- การสรุปการพึ่งพาด้านเวลาและการออกแบบตามงานส่งผลให้การพึ่งพาซึ่งกันและกันระหว่างโมดูลน้อยลง
- RTOS นำเสนอการพัฒนาตามงานแบบโมดูลาร์ ซึ่งช่วยให้สามารถทำการทดสอบตามงานแบบโมดูลาร์ได้
- API ตามงานสนับสนุนการพัฒนาแบบโมดูลาร์เป็นงาน โดยทั่วไปจะมีบทบาทที่กำหนดไว้อย่างชัดเจน ช่วยให้นักออกแบบ/ทีมทำงานได้อย่างอิสระในส่วนของตนของโครงการ
- RTOS ขับเคลื่อนด้วยเหตุการณ์โดยไม่เสียเวลาในการประมวลผลสำหรับเหตุการณ์ที่ไม่เกิดขึ้น
ส่วนประกอบของ RTOS
นี่คือส่วนประกอบที่สำคัญของ RTOS
ตัวกำหนดตารางเวลา: ส่วนประกอบนี้ของ RTOS บอกว่างานต่างๆ สามารถดำเนินการในลำดับใด ซึ่งโดยทั่วไปจะขึ้นอยู่กับลำดับความสำคัญ
การประมวลผลหลายส่วนแบบสมมาตร (SMP): เป็นงานต่างๆ มากมายที่ RTOS สามารถจัดการได้ เพื่อให้สามารถประมวลผลแบบขนานได้
ไลบรารีฟังก์ชัน: เป็นองค์ประกอบสำคัญของ RTOS ที่ทำหน้าที่เป็นอินเทอร์เฟซที่ช่วยให้คุณเชื่อมต่อเคอร์เนลและโค้ดแอปพลิเคชัน แอปพลิเคชันนี้ช่วยให้คุณสามารถส่งคำขอไปยังเคอร์เนลโดยใช้ไลบรารีฟังก์ชันเพื่อให้แอปพลิเคชันสามารถให้ผลลัพธ์ที่ต้องการได้
การจัดการหน่วยความจำ: องค์ประกอบนี้เป็นสิ่งจำเป็นในระบบเพื่อจัดสรรหน่วยความจำให้กับทุกโปรแกรมซึ่งเป็นองค์ประกอบที่สำคัญที่สุดของ RTOS
เวลาแฝงในการจัดส่งที่รวดเร็ว: เป็นช่วงเวลาระหว่างการยุติภารกิจที่ OS สามารถระบุได้ และเวลาจริงที่เธรดใช้ ซึ่งอยู่ในคิวที่พร้อมใช้งาน ซึ่งได้เริ่มการประมวลผลแล้ว
วัตถุและคลาสข้อมูลที่ผู้ใช้กำหนด: ระบบ RTOS ใช้ภาษาการเขียนโปรแกรมเช่น C หรือ C++ซึ่งควรจัดตามลักษณะการดำเนินงานของตน
ประเภทของ RTOS
ระบบ RTOS สามประเภทคือ:
ฮาร์ดเรียลไทม์
ใน Hard RTOS กำหนดเวลาจะได้รับการจัดการอย่างเคร่งครัด ซึ่งหมายความว่างานที่กำหนดจะต้องเริ่มดำเนินการตามเวลาที่กำหนด และจะต้องเสร็จสิ้นภายในระยะเวลาที่กำหนด
ตัวอย่าง: ระบบการดูแลผู้ป่วยวิกฤตทางการแพทย์ ระบบเครื่องบิน ฯลฯ
บริษัทเรียลไทม์
RTOS ประเภทเหล่านี้ต้องเป็นไปตามกำหนดเวลาด้วย อย่างไรก็ตาม การพลาดกำหนดเวลาอาจไม่ส่งผลกระทบใหญ่หลวง แต่อาจก่อให้เกิดผลกระทบที่ไม่พึงประสงค์ เช่น คุณภาพของผลิตภัณฑ์ลดลงอย่างมาก
ตัวอย่าง: แอปพลิเคชั่นมัลติมีเดียประเภทต่างๆ
ซอฟท์เรียลไทม์
RTOS แบบเรียลไทม์แบบ Soft ยอมรับความล่าช้าบางประการโดย Operaระบบติ้ง ในระบบปฏิบัติการ RTOS ประเภทนี้ มีกำหนดเวลาสำหรับงานเฉพาะเจาะจง แต่การล่าช้าเป็นระยะเวลาเล็กน้อยก็เป็นที่ยอมรับได้ ดังนั้นกำหนดเวลาจะได้รับการจัดการอย่างนุ่มนวลโดย RTOS ประเภทนี้
ตัวอย่าง: ระบบธุรกรรมออนไลน์และระบบเสนอราคาราคาปศุสัตว์
ข้อกำหนดที่ใช้ใน RTOS
ต่อไปนี้เป็นคำศัพท์สำคัญที่ใช้ใน RTOS:
- งาน - ชุดของงานที่เกี่ยวข้องซึ่งสามารถร่วมกันจัดเตรียมฟังก์ชันการทำงานของระบบบางอย่างได้
- งาน - งานคืองานชิ้นเล็กๆ ที่สามารถมอบหมายให้กับโปรเซสเซอร์ได้ และอาจต้องใช้ทรัพยากรหรือไม่ก็ได้
- เวลาที่ออกงาน – เป็นเวลาของงานที่งานพร้อมสำหรับการดำเนินการ
- เวลาดำเนินการของงาน: ถึงเวลาที่งานต้องดำเนินการให้เสร็จสิ้น
- กำหนดเวลางาน: ถึงเวลาที่งานควรจะเสร็จสิ้นการดำเนินการ
- หน่วยประมวลผล: เรียกอีกอย่างว่าทรัพยากรที่ใช้งานอยู่ มีความสำคัญต่อการปฏิบัติงาน
- สูงสุด มันคือ เวลาตอบสนองที่อนุญาตของงานเรียกว่ากำหนดเวลาสัมพัทธ์
- เวลาตอบสนองของงาน: เป็นระยะเวลานับจากเวลาที่ปล่อยงานเมื่อสิ้นสุดการทำงานทันที
- กำหนดเวลาที่แน่นอน: นี่คือกำหนดเวลาที่เกี่ยวข้อง ซึ่งรวมถึงเวลาวางจำหน่ายด้วย
คุณสมบัติของ RTOS
คุณสมบัติที่สำคัญของ RTOS มีดังนี้:
- ใช้หน่วยความจำน้อยมาก
- ใช้ทรัพยากรน้อยลง
- เวลาตอบสนองสามารถคาดเดาได้สูง
- สภาพแวดล้อมที่คาดเดาไม่ได้
- เคอร์เนลจะบันทึกสถานะของโฆษณางานที่ขัดจังหวะ จากนั้นกำหนดว่าควรทำงานใดต่อไป
- เคอร์เนลจะคืนค่าสถานะของงานและผ่านการควบคุม CPU สำหรับงานนั้น
ปัจจัยในการเลือก RTOS
นี่คือปัจจัยสำคัญที่คุณต้องพิจารณาในการเลือก RTOS:
- ประสิทธิภาพ: ประสิทธิภาพเป็นปัจจัยที่สำคัญที่สุดที่ต้องพิจารณาขณะเลือก RTOS
- มิดเดิ้ล:หากไม่มีการรองรับมิดเดิลแวร์ในระบบปฏิบัติการแบบเรียลไทม์ ก็จะเกิดปัญหาเกี่ยวกับการใช้เวลานานในการรวมกระบวนการเข้าด้วยกัน
- ปราศจากข้อผิดพลาด: ระบบ RTOS ปราศจากข้อผิดพลาด ดังนั้นจึงไม่มีโอกาสได้รับข้อผิดพลาดขณะปฏิบัติงาน
- การใช้งานระบบสมองกลฝังตัว: โปรแกรมของ RTOS มีขนาดเล็ก ดังนั้นเราจึงใช้ RTOS สำหรับระบบฝังตัวอย่างกว้างขวาง
- การบริโภคสูงสุด: เราสามารถบรรลุการบริโภคสูงสุดด้วยความช่วยเหลือของ RTOS
- การเปลี่ยนงาน: Shiftเวลาของงานก็น้อยลงมาก
- คุณสมบัติที่เป็นเอกลักษณ์:RTS ที่ดีควรมีความสามารถ และมีฟีเจอร์พิเศษ เช่น วิธีการดำเนินการคำสั่ง การป้องกันหน่วยความจำของระบบที่มีประสิทธิภาพ เป็นต้น
- ประสิทธิภาพตลอด 24 ชั่วโมงทุกวัน: RTOS เหมาะสำหรับแอปพลิเคชันที่ต้องการทำงานตลอด 24 ชั่วโมงทุกวัน
ความแตกต่างระหว่าง GPOS และ RTOS
ความแตกต่างที่สำคัญระหว่าง GPOS และ RTOS มีดังนี้
วัตถุประสงค์ทั่วไป Operaระบบติ้ง (GPOS) | Real-Time Operaระบบการติง (RTOS) |
---|---|
ใช้สำหรับเดสก์ท็อปพีซีและแล็ปท็อป | ใช้กับแอปพลิเคชันแบบฝังเท่านั้น |
การจัดกำหนดการตามกระบวนการ | การตั้งเวลาตามเวลาที่ใช้เหมือนกับการตั้งเวลาแบบวนซ้ำ |
ความล่าช้าในการขัดจังหวะไม่ถือว่ามีความสำคัญเท่ากับใน RTOS | ความล่าช้าในการขัดจังหวะมีน้อยมาก ซึ่งวัดได้ภายในไม่กี่ไมโครวินาที |
ไม่มีกลไกการกลับลำดับความสำคัญอยู่ในระบบ | กลไกการกลับลำดับความสำคัญเป็นปัจจุบัน จึงไม่สามารถแก้ไขได้ตามระบบ |
การทำงานของเคอร์เนลอาจถูกหรือไม่ถูกแย่งชิงไปก่อน | การทำงานของเคอร์เนลสามารถถูกขัดจังหวะได้ |
การกลับลำดับความสำคัญยังคงไม่มีใครสังเกตเห็น | ไม่มีการรับประกันความสามารถในการคาดการณ์ |
การประยุกต์ใช้เรียลไทม์ Operaระบบ ting
ระบบเรียลไทม์ถูกใช้ใน:
- ระบบจองสายการบิน.
- ระบบควบคุมการจราจรทางอากาศ
- ระบบที่ให้การอัพเดททันที
- ใช้ในระบบใด ๆ ที่ให้ข้อมูลที่เป็นปัจจุบันและนาทีเกี่ยวกับราคาหุ้น
- ระบบแอปพลิเคชั่นป้องกันเช่น RADAR
- ระบบมัลติมีเดียแบบเครือข่าย
- ระบบควบคุมคำสั่ง
- โทรศัพท์ทางอินเตอร์เน็ต
- ระบบเบรกป้องกันล้อล็อก
- Heart Pacemaker
ข้อเสียของ RTOS
ข้อเสีย/ข้อเสียของการใช้ระบบ RTOS มีดังนี้
- ระบบ RTOS สามารถทำงานเล็กๆ น้อยๆ ร่วมกันได้ และจะเน้นไปที่แอปพลิเคชันที่มีข้อผิดพลาดเท่านั้น จึงสามารถหลีกเลี่ยงได้
- RTOS คือระบบที่เน้นไปที่งานบางอย่าง ดังนั้นจึงเป็นเรื่องยากสำหรับระบบเหล่านี้ที่จะทำงานหลายอย่างพร้อมกัน
- RTOS จำเป็นต้องมีไดรเวอร์เฉพาะเพื่อให้สามารถให้เวลาตอบสนองที่รวดเร็วในการขัดจังหวะสัญญาณ ซึ่งจะช่วยรักษาความเร็ว
- RTOS ใช้ทรัพยากรจำนวนมาก ซึ่งทำให้ระบบนี้มีราคาแพง
- งานที่มีลำดับความสำคัญต่ำต้องรอเป็นเวลานานเนื่องจาก RTOS จะรักษาความแม่นยำของโปรแกรมซึ่งอยู่ระหว่างดำเนินการ
- การสลับงานน้อยที่สุดจะทำได้ในระบบปฏิบัติการเรียลไทม์
- มันใช้อัลกอริทึมที่ซับซ้อนซึ่งยากต่อการเข้าใจ
- RTOS ใช้ทรัพยากรจำนวนมาก ซึ่งบางครั้งก็ไม่เหมาะกับระบบ
สรุป
- RTOS เป็นระบบปฏิบัติการที่ออกแบบมาเพื่อรองรับแอปพลิเคชันแบบเรียลไทม์ที่ประมวลผลข้อมูลทันทีที่เข้ามา โดยส่วนใหญ่ไม่มีการหน่วงเวลาบัฟเฟอร์
- มีการตั้งเวลาตามลำดับความสำคัญ ซึ่งช่วยให้คุณสามารถแยกการประมวลผลเชิงวิเคราะห์ออกจากการประมวลผลที่ไม่สำคัญได้
- องค์ประกอบที่สำคัญของระบบ RTOS ได้แก่: 1) ตัวกำหนดเวลา 2) การประมวลผลหลายแบบสมมาตร 3) ไลบรารีฟังก์ชัน 4) การจัดการหน่วยความจำ 5) เวลาแฝงในการจัดส่งที่รวดเร็ว และ 6) ออบเจ็กต์และคลาสข้อมูลที่ผู้ใช้กำหนด
- RTOS มี 1 ประเภทคือ 2) เวลาที่ยาก 3) เวลาที่นุ่มนวล และ XNUMX) เวลาที่แน่นหนา
- ระบบ RTOS ใช้หน่วยความจำน้อยมากและใช้ทรัพยากรน้อยลง
- ประสิทธิภาพเป็นปัจจัยที่สำคัญที่สุดที่ต้องพิจารณาขณะเลือก RTOS
- วัตถุประสงค์ทั่วไป Operating System (GPOS) ใช้สำหรับเดสก์ท็อปพีซีและแล็ปท็อปในขณะเรียลไทม์ Operaระบบ Ting (RTOS) ใช้กับแอปพลิเคชันแบบฝังเท่านั้น
- ระบบเรียลไทม์ถูกนำมาใช้ในระบบการจองสายการบิน ระบบควบคุมการจราจรทางอากาศ ฯลฯ
- ข้อเสียเปรียบที่ใหญ่ที่สุดของ RTOS คือระบบจะเน้นไปที่งานเพียงไม่กี่อย่างเท่านั้น
คือชุดของข้อมูลที่สัมพันธ์กันซึ่งบันทึกไว้ในที่จัดเก็บข้อมูลรองหรือไม่ลบเลือน เช่น ดิสก์แม่เหล็ก ดิสก์ออปติคัล และเทป เป็นวิธีการรวบรวมข้อมูลที่ใช้เป็นสื่อกลางในการรับเข้าและส่งออกจากโปรแกรมนั้น
โดยทั่วไป ไฟล์คือลำดับของบิต ไบต์ หรือบันทึกที่ผู้สร้างไฟล์และผู้ใช้กำหนดความหมาย ไฟล์ทุกไฟล์มีตำแหน่งทางลอจิคัลสำหรับจัดเก็บและเรียกค้นข้อมูล