RTOS: што такое аперацыйная сістэма ў рэжыме рэальнага часу

Некалькі дзён таму я зрабіў знаёмства пра НП, аперацыйная сістэма для робатаў, хоць гэта не зусім АС, як яе разумеюць у вылічальнай тэхніцы, а хутчэй рамка для распрацоўшчыкі робататэхнікі. Цяпер чарга АСРВ, якая таксама не з'яўляецца аперацыйнай сістэмай, а вельмі асобным тыпам аперацыйнай сістэмы.

Гэтыя аперацыйныя сістэмы вельмі важныя для убудаваныя або ўбудаваныя прылады невялікай магутнасці, так як звычайна імі кіруюць. Акрамя таго, яны таксама важныя ў прамысловых ужываннях, для кіравання многімі працэсамі.

Што такое RTOS?

Un RTOS (аперацыйная сістэма ў рэжыме рэальнага часу) Гэта, як вынікае з назвы, аперацыйная сістэма ў рэжыме рэальнага часу. Гэта адрозніваецца ад аперацыйных сістэм з сумесным выкарыстаннем часу тым, што вы працуеце ў асяроддзі, дзе вынікі вываду вядомыя на аснове сістэмных уводаў і адбываюцца ў вядомы час. Такім чынам, яны больш прадказальныя і стабільныя для кіравання канкрэтнымі задачамі, а працэсы звычайна пастаянна знаходзяцца ў памяці (у працэсах падзелу часу планавальнік загружае і выгружае з асноўнай памяці па меры неабходнасці).

Па EJEMPLO, уявіце сабе RTOS, які выкарыстоўваецца для прамысловай машыны на зборачнай лініі. Ён будзе адказваць за выкананне праграмнага забеспячэння для свідравання дэталяў час ад часу. Калі планавальнік аперацыйнай сістэмы не працаваў у рэжыме рэальнага часу, то, хутчэй за ўсё, ён будзе працаваць у няцотныя моманты, што прывядзе да таго, што свідраванне не будзе зроблена своечасова... Будучы ў рэжыме рэальнага часу, RTOS можа завяршыць выкананне праграмы праз X раз і паўтарыць яго выкананне, каб своечасова выканаць усё свідраванне.

Вядома, з'яўляючыся аперацыйнай сістэмай, яна таксама падзяляе асновы любой іншай АС, гэта значыць, гэта сістэма, здольная кіраваць абсталяваннем і аказваць шэраг паслуг да прыкладанняў.

Віды RTOS

некалькі тыпы аперацыйныя сістэмы рэальнага часу або RTOS:

• Жорсткі рэжым рэальнага часу: гэта строгая аперацыйная сістэма ў рэжыме рэальнага часу, дзе яе працэсы павінны выконвацца ў пэўны час.
• Мяккі рэжым рэальнага часу: гнуткі рэжым рэальнага часу, дзе пры выкананні працэсаў часам могуць губляцца амаль нікчэмныя моманты, гэта значыць не такі строгі, як папярэдні. Акрамя таго, яны распрацаваны так, што гэтыя часовыя курсы ўсё меншыя.
• Фірма ў рэжыме рэальнага часу: Фірмовыя SSOO ў рэжыме рэальнага часу - гэта яшчэ адзін тып, у якім час можна страціць, але запозненыя адказы не будуць сапраўднымі.

Прыкладанні RTOS

RTOS - гэта простая, лёгкая сістэма, якая выкарыстоўваецца для абмежаваных або простых сістэм, такіх як убудаваныя прылады. Гэта робіць іх ідэальнымі для прыкладанняў як:

• прамысловага кантролю.
• Пераключэнне тэлефона.
• Кіраванне палётам.
• Сімулятары ў рэжыме рэальнага часу.
• ваенныя прымяненні.
• Бытавая тэхніка.
• Базавыя прылады бытавой электронікі.
• Робаты.
• І г.д.

Характарыстыкі АСРВ

RTOS маюць шэраг асаблівасці якія даюць ім гэтыя перавагі перад астатнімі для гэтых простых задач кіравання. Каб лепш зразумець іх, неабходна ведаць шэраг асноўных паняццяў:

• працэс або задача: гэта падпраграма, якая працуе паралельна з RTOS. Гэты працэс можа выконваць мноства задач, ад кіравання перыферыйнай прыладай да выканання іншых дзеянняў.
• Працаваць: Гэта назва часу, неабходнага для выканання працэсу.
• Планіроўшчык: планавальнік RTOS дазваляе кіраваць прыярытэтамі і часам выкананых працэсаў. І ёсць два асноўных тыпу:
  • Кааператыўная: спачатку выклікае працэсы з самым высокім прыярытэтам, а калі працэс завяршаецца, ён выклікае іншы або, калі працэс займае больш часу, чым чакалася, забівае яго і выклікае наступны.
  • экспрапрыятыўная: Час ад часу ён аўтаматычна выклікае працэс, але гэта можа прывесці да памылак з-за дрэннага прыярытэту ў працэсах або залежнасцях. Каб пазбегнуць гэтых праблем, уводзіцца паняцце семафораў.
• Святлафор: яны працуюць падобным чынам, што і транспартныя, кантралюючы, калі працэс знаходзіцца ў працэсе, і паралізуючы ўваход астатніх працэсаў і, калі пакідае рэсурсы свабоднымі, дае «зялёнае святло» для наступнага увайсці. Некаторыя RTOS маюць некалькі семафораў, кожны з якіх характэрны для агульнага рэсурсу.
• Кола: яны выкарыстоўваюцца для сувязі паміж працэсамі, у якасці буфера, напрыклад, для часовага захоўвання даных або калі ёсць некалькі элементаў, якія вяртаюць дадзеныя аднаму прыёмніку.
• Перапынкі: яны працуюць як аперацыйныя сістэмы сумеснага выкарыстання часу, але ў RTOS ёсць некаторыя асаблівасці. Гэтыя тыпы перапынення выкарыстоўваюцца кантролерам для кіравання часам.

Прыклады RTOS

Калі вам цікава, што Аперацыйныя сістэмы RTOS існуюць, праўда ў тым, што існуе вялікая колькасць, як запатэнтаваных, так і з адкрытым зыходным кодам:

• Arm OS: аперацыйная сістэма, распрацаваная для Cortex-M, Cortex-R, Cortex-A і ліцэнзаваная пад ліцэнзіяй Apache 2.0.
• эка: пад мадыфікаванай ліцэнзіяй GNU GPL гэта яшчэ адна аперацыйная сістэма з адкрытым зыходным кодам для ARM-XScale-Cortex-M, CalmRISC, 680×0-ColdFire, fr30, FR-V, H8, IA-32, MIPS, MN10300, OpenRISC, PowerPC , SPARC, SuperH і V8xx.
• цісненне: гэта запатэнтаваная сістэма RTOS для IoT і ўбудаваных прыкладанняў з архітэктурай ARM7/9/11, ARM Cortex-A/R/M, AVR, AVR32, C16x, CR16C, ColdFire, H8, HCS12, M16C, M32C, MSP430, NIOS , PIC2/18/24, R32C, R32C, RISC-V, RL8, RH78, RX850/100/200/600, RZ, SH700A, STM2, ST8, V7, 850K78 і 0.
• FreeRTOS: паводле ліцэнзіі MIT з адкрытым зыходным кодам, ён прызначаны для ўбудоўвання з ARM, AVR, AVR32, ColdFire, ESP32, HCS12, IA-32, Cortex-M3-M4-M7, Infineon XMC4000, MicroBlaze, MSP430, PIC, PIC32, Renes архітэктуры H8/S, RISC-V, RX100-200-600-700, 8052, STM32, TriCore і EFM32.
• Фуксія: Гэта вядомая сістэма з адкрытым зыходным кодам, створаная Google і прызначаная для працы як на x86-64, так і на ARM64.
• KolibriOS: сістэма RTOS для x86 пад бясплатнай ліцэнзіяй GNU GPL.
• lynxOS: іншая RTOS, але гэтая запатэнтаваная, і для такіх розных архітэктур, як Motorola 68010, x86/IA-32, ARM, Freescale PowerPC, PowerPC 970 і LEON. Акрамя таго, ён сертыфікаваны POSIX.
• Нейтрына: запатэнтаваная сістэма рэальнага часу для ARM, MIPS, PPC, SH, x86 і XScale.
• Фенікс-RTOS: па дазволенай ліцэнзіі BSD з падтрымкай архітэктур ARMv7 Cortex-M, ARMv7 Cortex-A, IA-32 і RISC-V.
• QNX: валодае, і быў вельмі папулярны. Ён прызначаны для падтрымкі x86-64, ARM32, ARM64 і больш ранніх MIPS, PowerPC, SH-4, StrongARM, XScale.
• Linux: Нягледзячы на ​​тое, што звычайна выкарыстоўваецца ў рэжыме сумеснага выкарыстання часу, ядро ​​таксама можа працаваць як набліжэнне да RTOS для ўбудаванага.
• Windows CE y Вокны 10 IoT: Microsoft таксама мае гэтыя версіі сваёй уласнай аперацыйнай сістэмы ў рэжыме рэальнага часу.
• Зефір: пад ліцэнзіяй Apache 2.0 таксама ёсць іншая RTOS з адкрытым зыходным кодам для ARM (серыі Cortex-M, Cortex-R і Cortex-A), x86, x86-64, ARC, RISC-V, Nios II, Xtensa і SPARC .