Операційна система реального часу (RTOS): компоненти, типи, приклади

Що таке реальний час Operating System (RTOS)?

A операційна система реального часу (RTOS) є операційна система призначена для обслуговування програм реального часу, які обробляють дані в міру їх надходження, переважно без буферної затримки. Повна форма RTOS - це операційна система реального часу.

В RTOS вимоги до часу обробки обчислюються з кроком у десятих частках секунди. Це система з обмеженим часом та фіксованими часовими обмеженнями. У системі такого типу обробка повинна виконуватися в межах заданих обмежень. В іншому випадку система вийде з ладу.

Навіщо використовувати RTOS?

Ось важливі причини для використання RTOS:

• Він пропонує планування на основі пріоритетів, що дозволяє відокремити аналітичну обробку від некритичної обробки.
• ОС реального часу надає функції API, які дозволяють створювати чистіший та менший код програми.
• AbstracВизначення часових залежностей та проектування на основі завдань призводить до меншої кількості взаємозалежностей між модулями.
• ОСРВ пропонує модульну розробку на основі завдань, що дозволяє модульне тестування на основі завдань.
• API на основі завдань заохочує модульну розробку, оскільки завдання зазвичай має чітко визначену роль. Це дозволяє дизайнерам і командам працювати незалежно над своїми частинами проекту.
• ОСРВ керована подіями, не витрачаючи час на обробку подій, які не відбуваються.

Компоненти ОСРВ

Компоненти реального часу Operating System

Ось важливі компоненти RTOS:

Планувальник: Цей компонент RTOS визначає порядок виконання завдань, зазвичай на основі їх пріоритету.

Симетрична багатопроцесорна обробка (SMP): Це низка різних завдань, які може обробляти RTOS, щоб можна було виконувати паралельну обробку.

Бібліотека функцій: Це важливий елемент RTOS, який діє як інтерфейс для з'єднання ядра та коду програми. Програма надсилає свої запити до ядра за допомогою бібліотеки функцій, щоб воно могло отримати бажані результати.

Управління пам'яттю: Цей елемент потрібен системі для виділення пам'яті кожній програмі, і він є найважливішим елементом RTOS.

Швидка затримка відправлення: Це інтервал між завершенням завдання, який може ідентифікувати ОС, та фактичним часом, який потрібен потоку, що знаходиться в черзі готовності, для початку обробки.

Користувацькі об'єкти даних та класи: ОСРВ використовує мови програмування, такі як C або C++, які повинні бути організовані відповідно до їх функціонування.

Типи ОСРВ

Три типи RTOS:

Жорсткий режим реального часу

У жорсткій RTOS термін виконання обробляється дуже суворо, що означає, що виконання завдання має розпочатися у вказаний запланований час і бути завершеним протягом призначеного часу.

Приклад: медичні системи інтенсивної терапії, системи літаків тощо.

Фірма в реальному часі

Цей тип RTOS також повинен дотримуватися термінів. Однак пропуск терміну може не мати великого впливу, але може спричинити небажані наслідки, такі як значне зниження якості продукту.

Приклад: Різні типи мультимедійних програм.

М'який режим реального часу

М'яка RTOS реального часу приймає деякі затримки від операційної системи. У цьому типі RTOS для конкретного завдання призначено термін виконання, але затримка на невеликий проміжок часу є прийнятною. Отже, терміни обробляються м'яко цим типом RTOS.

Приклад: Системи онлайн-транзакцій та системи котирування цін на худобу.

Терміни, що використовуються в ОСРВ

Ось основні терміни, що використовуються в RTOS:

• Завдання: Група пов'язаних завдань, які разом забезпечують певну функціональність системи.
• Робота: Завдання — це невелика частина роботи, яку можна призначити процесору, яка може вимагати або не потребувати ресурсів.
• Час випуску завдання: Це час, коли завдання стає готовим до виконання.
• Термін виконання роботи: Це час, який потрібен роботі для завершення її виконання.
• Термін виконання роботи: Це час, до якого завдання має завершити своє виконання.
• Процесори: Вони також відомі як активні ресурси. Вони важливі для виконання роботи.
• Відносний термін: Максимально допустимий час відповіді на завдання називається його відносним терміном виконання.
• Час реагування на завдання: Це проміжок часу від моменту випуску завдання до моменту його завершення.
• Абсолютний термін: Це відносний термін, який також включає час випуску.

Особливості ОСРВ

Ось важливі функції RTOS:

• Займає дуже мало пам'яті
• Споживає менше ресурсів
• Час відповіді дуже передбачуваний
• Надійно працює навіть у непередбачуваних умовах
• Ядро зберігає стан перерваного завдання, а потім визначає, яке завдання слід виконати наступним.
• Ядро відновлює стан завдання та передає керування процесором цьому завданню.

Фактори вибору ОСРВ

Ось важливі фактори, які потрібно враховувати під час вибору RTOS:

• Продуктивність: Продуктивність є найважливішим фактором, який слід враховувати під час вибору RTOS.
• Проміжне програмне забезпечення: Якщо в операційній системі реального часу відсутня підтримка проміжного програмного забезпечення, то виникає проблема трудомісткої інтеграції процесів.
• Без помилок: Системи RTOS розроблені безпомилково, тому існує мінімальна ймовірність виникнення помилки під час виконання завдання.
• Використання вбудованої системи: Програми RTOS мають невеликий розмір, тому RTOS широко використовується для вбудовані системи.
• Максимальне використання: Операційна система в реальному часі (RTOS) допомагає досягти максимального використання системних ресурсів.
• Перенаправлення завдань: Час перенесення завдань дуже короткий.
• Унікальні можливості: Гарна RTOS повинна бути спроможною та пропонувати додаткові функції, такі як те, як вона виконує команди та наскільки ефективно вона захищає пам'ять системи.
• Цілодобова продуктивність: Операційна система в реальному часі (RTOS) ідеально підходить для програм, які повинні працювати цілодобово.

Різниця між GPOS та RTOS

Застосування реального часу Operating System

Системи реального часу використовуються в:

• Системи бронювання авіаквитків.
• Системи управління повітряним рухом.
• Системи, що забезпечують негайне оновлення.
• Будь-яка система, яка надає актуальну, найточнішу інформацію про ціни на акції.
• Системи оборонних прикладних програм, такі як RADAR.
• Мережеві мультимедійні системи.
• Системи командного управління.
• Інтернет-телефонія.
• Антиблокувальні гальмівні системи.
• Кардіостимулятори.

Недоліки RTOS

Ось недоліки використання RTOS:

• ОСРВ виконує мінімальну кількість завдань разом і зосереджується лише на тих програмах, які містять помилки, щоб уникнути їх.
• Операційна система реального часу (RTOS) зосереджена на кількох завданнях. Тому цим системам дуже важко виконувати багатозадачність.
• Для RTOS потрібні спеціальні драйвери, щоб вона могла забезпечувати швидкий час відгуку на сигнали переривання, що допомагає підтримувати її швидкодію.
• Операційна система реального часу використовує багато ресурсів, що робить її дорогою.
• Низькоспріоритетні завдання можуть потребувати тривалого очікування, оскільки RTOS надає пріоритет точності виконуваних програм.
• В операційних системах реального часу відбувається мінімальне перемикання завдань.
• Він використовує складні алгоритми, які важко зрозуміти.
• ОСРВ використовує багато ресурсів, що іноді не підходить для системи.

Поширені запитання