قبل أيام قليلة قدمت مقدمة حول المعاملات المشبوهة، وهو نظام تشغيل للروبوتات ، على الرغم من أنه ليس بالضبط نظام تشغيل كما هو مفهوم في الحوسبة ، ولكنه بالأحرى إطار عمل مطوري الروبوتات. الآن حان دور RTOS، وهو ليس نظام تشغيل أيضًا ، ولكنه نوع خاص جدًا من أنظمة التشغيل.
أنظمة التشغيل هذه مهمة جدًا لـ الأجهزة المضمنة أو المدمجة ذات سعة صغيرة ، حيث يتم إدارتها عادة من قبلهم. بالإضافة إلى ذلك ، فهي مهمة أيضًا في التطبيقات الصناعية ، للتحكم في العديد من العمليات.
ما هو نظام RTOS؟
Un RTOS (نظام تشغيل في الوقت الفعلي) إنه ، كما يوحي اسمه ، نظام تشغيل في الوقت الفعلي. يختلف هذا عن أنظمة تشغيل مشاركة الوقت من حيث أنك تعمل في بيئة تُعرف فيها نتائج المخرجات بناءً على مدخلات النظام ، وتحدث في وقت معروف. لذلك ، فهي أكثر قابلية للتنبؤ بها واستقرارًا للتحكم في مهام محددة ، وعادة ما تكون العمليات موجودة بشكل دائم في الذاكرة (في عمليات مشاركة الوقت ، يقوم المجدول بتحميل وتفريغ الذاكرة الرئيسية حسب الحاجة).
من قبل مثال، تخيل استخدام RTOS لآلة صناعية على خط تجميع. سيكون مسؤولاً عن تنفيذ برنامج لحفر الأجزاء من وقت لآخر. إذا لم يعمل برنامج جدولة نظام التشغيل في الوقت الفعلي ، فمن المحتمل أن يتم تشغيله في أوقات غريبة ، مما قد يتسبب في عدم إجراء الحفر في الوقت المحدد ... يمكن لـ RTOS إنهاء تنفيذ البرنامج في الوقت الفعلي في X مرة وكرر تنفيذها لأداء جميع عمليات الحفر في الوقت المحدد.
بالطبع ، لكونه نظام تشغيل ، فإنه يشارك أيضًا أساسيات أي نظام تشغيل آخر ، أي أنه نظام قادر على إدارة الأجهزة وتقديم سلسلة من الخدمات للتطبيقات.
أنواع RTOS
عدة نوع أنظمة التشغيل في الوقت الفعلي أو RTOS:
- الوقت الحقيقي الصعب: إنه نظام تشغيل صارم في الوقت الفعلي ، حيث يجب تنفيذ عملياته في وقت محدد.
- الوقت الحقيقي الناعم: وقت حقيقي مرن ، حيث عند تنفيذ العمليات يمكن أن تضيع لحظات تكاد لا تذكر في بعض الأحيان ، أي أنها ليست صارمة مثل سابقتها. بالإضافة إلى ذلك ، فقد تم تصميمها بحيث تصبح الدورات الزمنية هذه أصغر بشكل متزايد.
- شركة الوقت الحقيقي: SSOOs الثابتة في الوقت الفعلي هي نوع آخر يمكن أن يضيع فيه الوقت ، لكن الردود المتأخرة لن تكون صالحة.
تطبيقات RTOS
نظام RTOS هو نظام بسيط وخفيف الوزن يستخدم لأنظمة محدودة أو بسيطة ، مثل الأجهزة المدمجة. هذا يجعلها مثالية ل تطبيقات على النحو التالي:
- التحكم الصناعي.
- تبديل الهاتف.
- التحكم في الطيران.
- المحاكاة في الوقت الحقيقي.
- التطبيقات العسكرية.
- الأجهزة المنزلية.
- أجهزة الإلكترونيات الاستهلاكية الأساسية.
- الروبوتات.
- إلخ
خصائص نظام RTOS
لدى RTOS عدد من الخصائص وهو ما يمنحهم تلك المزايا مقارنة بالباقي لمهام الإدارة البسيطة هذه. لفهمها بشكل أفضل ، من الضروري معرفة سلسلة من المفاهيم الأساسية:
- عملية أو مهمة: هو برنامج فرعي يعمل بالتوازي مع RTOS. يمكن أن تؤدي هذه العملية العديد من المهام ، من التحكم في الجهاز المحيطي إلى تنفيذ الإجراءات الأخرى.
- عمل: هذا هو الاسم الذي يطلق على الوقت الذي يستغرقه تنفيذ العملية.
- مخطط: يتيح لك برنامج جدولة RTOS إدارة أولويات وأوقات العمليات المنفذة. وهناك نوعان رئيسيان:
- تعاوني: يستدعي العمليات ذات الأولوية القصوى أولاً وعندما تنتهي العملية ، تستدعي عملية أخرى ، أو إذا استغرقت العملية وقتًا أطول من المتوقع ، تقتلها وتستدعي العملية التالية.
- مصادرة: من وقت لآخر ، تستدعي عملية ما تلقائيًا ، لكن هذا قد يؤدي إلى أخطاء بسبب الأولوية الضعيفة في العمليات أو التبعيات. لتجنب هذه المشاكل ، تم تقديم مفهوم الإشارات.
- إشارات المرور: تعمل بطريقة مشابهة لتلك التي تعمل بها حركة المرور ، وتتحكم في وقت إجراء العملية وتشل دخول بقية العمليات ، وعندما تترك الموارد مجانية ، فإنها تعطي "الضوء الأخضر" للعملية التالية أدخل. تحتوي بعض أنظمة تشغيل RTOS على عدة إشارات ، كل منها خاص بمورد مشترك.
- الكولا: يتم استخدامها للتواصل بين العمليات ، كمخزن مؤقت ، على سبيل المثال لتخزين البيانات المؤقتة أو عندما يكون هناك العديد من العناصر التي تعيد البيانات إلى جهاز استقبال واحد.
- الانقطاعات: إنها تعمل مثل تلك الخاصة بأنظمة التشغيل التي تشارك الوقت ، ولكن في RTOS هناك بعض الخصائص المميزة. يتم استخدام هذه الأنواع من المقاطعات لإدارة الوقت بواسطة وحدة تحكم.
أمثلة على RTOS
إذا كنت تتساءل ماذا أنظمة تشغيل RTOS موجود ، الحقيقة هي أن هناك عددًا كبيرًا ، مملوكًا ومصدرًا مفتوحًا:
- ذراع OS: نظام تشغيل مصمم لـ Cortex-M و Cortex-R و Cortex-A ومرخص بموجب ترخيص Apache 2.0.
- eCos: بموجب ترخيص GNU GPL المعدل ، فهو نظام تشغيل مفتوح المصدر آخر لـ ARM-XScale-Cortex-M و CalmRISC و 680 × 0-ColdFire و fr30 و FR-V و H8 و IA-32 و MIPS و MN10300 و OpenRISC و PowerPC و SPARC و SuperH و V8xx.
- زخرف: هو نظام RTOS مملوك لإنترنت الأشياء والتطبيقات المدمجة مع ARM7 / 9/11 و ARM Cortex-A / R / M و AVR و AVR32 و C16x و CR16C و ColdFire و H8 و HCS12 و M16C و M32C و MSP430 و NIOS2 ، PIC18 / 24/32 ، R32C ، R8C ، RISC-V ، RL78 ، RH850 ، RX100 / 200/600/700 ، RZ ، SH2A ، STM8 ، ST7 ، V850 ، 78K0 ، و 8051.
- FreeRTOS: بموجب ترخيص MIT مفتوح المصدر ، فهو مُدمج مع ARM و AVR و AVR32 و ColdFire و ESP32 و HCS12 و IA-32 و Cortex-M3-M4-M7 و Infineon XMC4000 و MicroBlaze و MSP430 و PIC و PIC32 و Renesas البنيات H8 / S و RISC-V و RX100-200-600-700 و 8052 و STM32 و TriCore و EFM32.
- فوشيا: إنه النظام الشهير مفتوح المصدر الذي أنشأته Google وصمم للعمل على كل من x86-64 و ARM64.
- كوليبريوس: نظام RTOS لـ x86 بموجب ترخيص GNU GPL المجاني.
- الوشق: RTOS آخر ، ولكن هذا أحد الملكية ، وللمعماريات متباينة مثل Motorola 68010 و x86 / IA-32 و ARM و Freescale PowerPC و PowerPC 970 و LEON. بالإضافة إلى ذلك ، فهي معتمدة من POSIX.
- نيوترينو: نظام في الوقت الحقيقي مملوك لـ ARM و MIPS و PPC و SH و x86 و XScale.
- فينيكس- RTOS: بموجب ترخيص BSD المسموح به ، مع دعم معماريات ARMv7 Cortex-M و ARMv7 Cortex-A و IA-32 و RISC-V.
- QNX: يملك ، وكان يحظى بشعبية كبيرة. إنه مصمم لدعم x86-64 و ARM32 و ARM64 والإصدارات الأقدم من MIPS و PowerPC و SH-4 و StrongARM و XScale.
- لينكس: على الرغم من استخدامها بشكل عام في وضع المشاركة الزمنية ، إلا أن النواة يمكن أن تعمل أيضًا كتقريب لـ RTOS للتضمين.
- ويندوز CE y نظام التشغيل Windows 10 IoT: تمتلك Microsoft أيضًا هذه الإصدارات في الوقت الفعلي من نظام التشغيل الخاص بها.
- نسيم عليل: بموجب ترخيص Apache 2.0 ، يوجد أيضًا نظام RTOS مفتوح المصدر آخر لـ ARM (سلسلة Cortex-M و Cortex-R و Cortex-A) و x86 و x86-64 و ARC و RISC-V و Nios II و Xtensa و SPARC .