Какво представлява операционната система в реално време (RTOS) и как работи?

Какво представлява операционната система в реално време (RTOS) и как работи?

Когато чуем думата операционна система, първо в ума ни идва, че операционната система, използвана в лаптопите и компютрите. Като цяло използваме различни видове операционни системи като Windows XP, Linux, Ubuntu, Windows 7,8.8.1 и 10. В смартфоните операционните системи са като KitKat, Jellybean, marshmallow и Nougat. В цифровото електронно устройство има някаква операционна система, която е разработена от програмата за микроконтролер . Има различни видове операционни системи да се разработи за микроконтролера, но тук обсъдихме операционната система в реално време.



Какво представлява операционната система в реално време?

RTOS е операционна система, тя е мозък на системата в реално време и нейната реакция на входовете незабавно. В RTOS задачата ще бъде изпълнена до определеното време и нейните отговори по предсказуем начин на непредсказуеми събития. Структурата на RTOS е показана по-долу.


Структура на RTOS

Структура на RTOS





Видове RTOS

Следват три различни типа RTOS

  • Мека операционна система в реално време
  • Твърда операционна система в реално време
  • Твърда операционна система в реално време
Видове RTOS

Видове RTOS



Мека операционна система в реално време

Меката операционна система в реално време има определени срокове, може да бъде пропусната и те ще предприемат действия в момент t = 0 +. Меката операционна система в реално време е вид операционна система и не съдържа ограничени до екстремни правила. Критичното време на тази операционна система се забавя до известна степен. Примерите за тази операционна система са цифров фотоапарат, мобилни телефони и онлайн данни и др.

Мека операционна система в реално време

Мека операционна система в реално време

Твърда операционна система в реално време

Това също е тип операционна система и се предвижда с краен срок. Прогнозираните срокове ще реагират в момент t = 0. Някои примери за тази операционна система са управление на въздушните възглавници в автомобилите, антиблокираща спирачка и система за управление на двигателя и т.н.

Твърда операционна система в реално време

Във фирмата в реално време операционната система има определени ограничения във времето, те не са строги и това може да доведе до нежелани ефекти. Примери за тази операционна система са визуална проверка в индустриалната автоматизация.


Работа с операционна система в реално време

Следват различни видове основни функционалности на RTOS

  • Планировчик, базиран на приоритет
  • Процедура за прекъсване на системния часовник
  • Детерминирано поведение
  • Синхронизация и съобщения
  • RTOS услуга

Планировчик, базиран на приоритет

В планировчика, базиран на приоритети, по-голямата част от RTOS е между 32 и 256 възможни приоритета за отделните задачи или процеси. Този планировчик ще стартира процеса с най-висок приоритет. Ако задачата се изпълнява на процесора, следващата задача с най-висок приоритет се изпълнява и продължава процесите.

В системата процесът с най-висок приоритет ще има процесорът

  • Тече, за да се затвори
  • Ако първоначалната задача е изпреварвана от новата, тогава е готов процес с висок приоритет.

Има три състояния на задачите или процесите, които са като готови за изпълнение, а другото е блокирано и описанието на всяко състояние е дадено по-долу.

Готови за бягане

Готовото за стартиране се казва, когато процесът има всички ресурси за стартиране, но не трябва да е в работещо състояние. След това се извиква като готов за изпълнение.

Бягане

Ако задачата се изпълнява, тогава се казва, че тя има работещо състояние.

Блокиран

В това състояние, ако няма достатъчно ресурси за изпълнение, то се изпраща в блокирано състояние.

Три техники са модифицирани за планиране на задачата, има следните с тяхното описание.

Планиране на сътрудничество

При този тип планиране задачата ще се изпълнява, докато изпълнението не завърши

График на кръг Робин

При това планиране на всеки процес се присвоява фиксиран интервал от време и процесът трябва да завърши изпълнението си, иначе задачата губи своя поток и генериране на данни.

Предварително планиране

Предварителното планиране включва в приоритетното разпределение на времето, зависещо от времето. Обикновено се използват 256 нива на приоритет и всяка задача има уникално ниво на приоритет. Има някои системи, които поддържат по-приоритетно ниво и множество задачи имат някои приоритети.

Рутинно прекъсване на системния часовник

За да извърши чувствителната към времето операция, RTOS ще осигури някакъв вид системни часовници. Ако има 1ms системен часовник, тогава трябва да изпълните задачата за 50ms. Обикновено има API, който ви следва, за да кажете „След 50 секунди ме събудете“. Следователно задачата ще бъде в спящо положение, докато RTOS не се събуди. Имаме две известия, че събуденото няма да гарантира, че ще работи точно по това време, това зависи от приоритета и ако по-високият приоритет работи в момента, той ще бъде забавен.

Детерминирано поведение

RTOS се движи с голяма дължина, за да защити, че независимо дали сте взели 100 задачи или 10 задачи, това не прави разлика в разстоянието за превключване на контекста и определя следващата задача с най-висок приоритет. В основната област, детерминирана, RTOS е обработката на прекъсванията, когато линията за прекъсване им бъде сигнализирана, RTOS незабавно предприема действието на правилната рутинна услуга за прекъсване и прекъсването се обработва без никакво забавяне.

Трябва да шумим, че разработчиците на проекта ще напишат специфични за хардуера ISR. Преди това RTOS дава ISR за серийни портове, системни часовници и може да е мрежов хардуер, но ако има нещо специализирано като пейсмейкър сигнали, изпълнителни механизми и т.н., не са част от RTOS.

Това е всичко за грубите обобщения и в RTOS има голямо разнообразие. Някои от RTOS се експлоатират по различен начин и горното описание е в състояние за голямата част от съществуващите RTOS.

Синхронизация и съобщения

Синхронизацията и съобщенията осигуряват комуникацията между задачата на една система с друга система и услугите за съобщения, които следват. За синхронизиране на вътрешните дейности се използва флага на събитието и за изпращане на текстовите съобщения, които можем да използваме в пощенската кутия, каналите и опашките за съобщения. В общите области с данни се използват семафорите.

  • Семафори
  • Флагове за събития
  • Пощенски кутии
  • Тръби
  • Опашки за съобщения

RTOS услуга

Най-важната част от операционната система е ядрото. За наблюдение на хардуера задачата трябва да бъде облекчена, а ядрото отговорности управлява и разпределя ресурсите. Ако задачата не може да привлече вниманието на процесора за всеки път, тогава има някои други услуги, предоставяни от ядрото. Следните са

  • Услуги по време
  • Услуги за обработка на прекъсвания
  • Услуги за управление на устройства
  • Услуги за управление на паметта
  • Входно-изходни услуги

Предимства на RTOS

  • Когато всички ресурси и устройства са неактивни, тогава RTOS дава максимална консумация на системата и повече изход.
  • Когато дадена задача се изпълнява, няма шанс да получите грешката, защото RTOS е без грешки.
  • Разпределението на паметта е най-добрият тип за управление в този тип система.
  • При този тип система времето за смяна е много по-малко.
  • Поради малкия размер на програмата, RTOS се използва в вградена система като транспорт и други.

В тази статия обсъдихме как ще работи операционната система в реално време. Надявам се, че четейки това, сте получили някаква основна информация. Ако имате някакви въпроси относно тази статия или за изпълнение на електрически проекти , моля не се колебайте да коментирате в раздела по-долу. Ето въпроса към вас, какви са функциите на RTOS?