Vor ein paar Tagen habe ich eine Vorstellung gemacht über STRs, ein Betriebssystem für Roboter, obwohl es nicht genau ein Betriebssystem ist, wie es in der Computertechnik verstanden wird, sondern eher ein Framework für Robotik-Entwickler. Jetzt ist es an der Reihe RTOS, das ebenfalls kein Betriebssystem ist, sondern eine ganz bestimmte Art von Betriebssystem.
Diese Betriebssysteme sind sehr wichtig für eingebettete oder eingebettete Geräte von geringer Kapazität, da sie in der Regel von ihnen verwaltet werden. Darüber hinaus sind sie auch in industriellen Anwendungen für die Steuerung vieler Prozesse wichtig.
Was ist ein Echtzeitbetriebssystem?
Un RTOS (Echtzeit-Betriebssystem) Es ist, wie der Name schon sagt, ein Echtzeit-Betriebssystem. Dies unterscheidet sich von Time-Sharing-Betriebssystemen darin, dass Sie in einer Umgebung arbeiten, in der Ausgabeergebnisse basierend auf Systemeingaben bekannt sind und zu einem bekannten Zeitpunkt auftreten. Daher sind sie vorhersehbarer und stabiler, um bestimmte Aufgaben zu steuern, und die Prozesse befinden sich normalerweise dauerhaft im Speicher (bei Timesharing-Prozessen lädt und entlädt der Scheduler nach Bedarf aus dem Hauptspeicher).
von ejemploStellen Sie sich ein RTOS vor, das für eine Industriemaschine an einem Fließband verwendet wird. Es würde von Zeit zu Zeit eine Software ausführen, um Teile zu bohren. Wenn der Scheduler des Betriebssystems nicht in Echtzeit arbeiten würde, würde er wahrscheinlich zu ungeraden Zeiten ausgeführt, was dazu führen würde, dass die Bohrungen nicht rechtzeitig durchgeführt werden ... Da das RTOS in Echtzeit ist, kann es die Ausführung des Programms beenden in X-Zeit und wiederholen Sie die Ausführung, um alle Bohrungen rechtzeitig durchzuführen.
Als Betriebssystem teilt es natürlich auch die Grundlagen mit jedem anderen Betriebssystem, dh es ist ein System, das dazu in der Lage ist Verwaltung der Hardware und Bereitstellung einer Reihe von Diensten zu Apps.
Arten von RTOS
Es gibt mehrere Typ Echtzeitbetriebssysteme oder RTOS:
- Harte Echtzeit: Es ist ein reines Echtzeitbetriebssystem, dessen Prozesse zu einem bestimmten Zeitpunkt ausgeführt werden müssen.
- Weiche Echtzeit: eine flexible Echtzeit, bei der bei der Ausführung der Prozesse manchmal fast vernachlässigbare Momente verloren gehen können, das heißt, es ist nicht so streng wie die vorherige. Außerdem sind sie so ausgelegt, dass diese Zeitverläufe immer kleiner werden.
- Feste Echtzeit: Feste Echtzeit-SSOOs sind ein weiterer Typ, bei dem Zeit verloren gehen kann, aber verspätete Antworten wären nicht gültig.
Anwendungen eines RTOS
Ein RTOS ist ein einfaches, leichtgewichtiges System, das für begrenzte oder einfache Systeme wie eingebettete Geräte verwendet wird. Das macht sie perfekt für Anwendungen als:
- industrielle Kontrolle.
- Telefonumschaltung.
- Flugkontrolle.
- Simulationen in Echtzeit.
- militärische Anwendungen.
- Appliances.
- Grundlegende Unterhaltungselektronikgeräte.
- Roboter.
- Usw.
Eigenschaften des RTOS
RTOS haben eine Reihe von Besonderheiten was ihnen diese Vorteile gegenüber den anderen für diese einfachen Verwaltungsaufgaben verschafft. Um sie besser zu verstehen, ist es notwendig, eine Reihe grundlegender Konzepte zu kennen:
- Prozess oder Aufgabe: ist ein Unterprogramm, das parallel zum RTOS läuft. Dieser Prozess kann viele Aufgaben ausführen, von der Steuerung eines Peripheriegeräts bis hin zur Ausführung anderer Aktionen.
- Arbeiten: Dies ist die Bezeichnung für die Zeit, die zum Ausführen eines Prozesses benötigt wird.
- Planer: Mit dem RTOS-Scheduler können Sie die Prioritäten und Zeiten der ausgeführten Prozesse verwalten. Und es gibt zwei Haupttypen:
- Genossenschaft: Ruft zuerst die Prozesse mit der höchsten Priorität auf und wenn der Prozess endet, ruft er einen anderen auf oder beendet ihn, wenn der Prozess länger als erwartet dauert, und ruft den nächsten auf.
- enteignend: Es ruft ab und zu automatisch einen Prozess auf, was aber zu Fehlern durch schlechte Priorität in den Prozessen oder Abhängigkeiten führen kann. Um diese Probleme zu vermeiden, wird das Konzept von Semaphoren eingeführt.
- Ampeln: Sie funktionieren ähnlich wie die Traffic-Prozesse, kontrollieren, wann ein Prozess in Bearbeitung ist, und lähmen den Eintritt der restlichen Prozesse, und wenn sie die Ressourcen frei lassen, geben sie "grünes Licht" für den nächsten Eintreten. Einige RTOS haben mehrere Semaphore, die jeweils spezifisch für eine gemeinsam genutzte Ressource sind.
- Drives: Sie werden zur Kommunikation zwischen Prozessen verwendet, als Puffer, zum Beispiel zur temporären Datenspeicherung oder wenn mehrere Elemente Daten an einen einzigen Empfänger zurücksenden.
- Unterbrechungen: Sie funktionieren wie die von Time-Sharing-Betriebssystemen, aber in einem RTOS gibt es einige Besonderheiten. Diese Arten von Interrupts werden für die Zeitverwaltung durch eine Steuerung verwendet.
Beispiele für RTOS
Wenn Sie sich fragen, was RTOS-Betriebssysteme existieren, die Wahrheit ist, dass es eine große Anzahl gibt, sowohl proprietär als auch Open Source:
- Arm-Betriebssystem: ein Betriebssystem, das für Cortex-M, Cortex-R, Cortex-A entwickelt und unter der Apache 2.0-Lizenz lizenziert ist.
- Ökos: Unter modifizierter GNU GPL-Lizenz ist es ein weiteres Open-Source-Betriebssystem für ARM-XScale-Cortex-M, CalmRISC, 680×0-ColdFire, fr30, FR-V, H8, IA-32, MIPS, MN10300, OpenRISC, PowerPC , SPARC, SuperH und V8xx.
- prägen: ist ein proprietäres RTOS-System für IoT- und eingebettete Anwendungen mit ARM7/9/11-, ARM Cortex-A/R/M-, AVR-, AVR32-, C16x-, CR16C-, ColdFire-, H8-, HCS12-, M16C-, M32C-, MSP430- und NIOS2-Architekturen , PIC18/24/32, R32C, R8C, RISC-V, RL78, RH850, RX100/200/600/700, RZ, SH2A, STM8, ST7, V850, 78K0 und 8051.
- FreeRTOS: unter MIT-Open-Source-Lizenz ist es für Embedded mit ARM, AVR, AVR32, ColdFire, ESP32, HCS12, IA-32, Cortex-M3-M4-M7, Infineon XMC4000, MicroBlaze, MSP430, PIC, PIC32, Renesas vorgesehen Architekturen H8/S, RISC-V, RX100-200-600-700, 8052, STM32, TriCore und EFM32.
- Fuchsia: Es ist das berühmte Open-Source-System, das von Google entwickelt wurde und sowohl auf x86-64 als auch auf ARM64 funktioniert.
- KolibriOS: ein RTOS-System für x86 unter der freien GNU GPL-Lizenz.
- lynxOS: ein anderes RTOS, aber dieses proprietäre und für so unterschiedliche Architekturen wie Motorola 68010, x86/IA-32, ARM, Freescale PowerPC, PowerPC 970 und LEON. Darüber hinaus ist es POSIX-zertifiziert.
- Neutrino: ein proprietäres Echtzeitsystem für ARM, MIPS, PPC, SH, x86 und XScale.
- Phoenix-RTOS: unter einer freizügigen BSD-Lizenz, mit Unterstützung für ARMv7 Cortex-M-, ARMv7 Cortex-A-, IA-32- und RISC-V-Architekturen.
- QNX: besitzt, und war sehr beliebt. Es wurde entwickelt, um x86-64, ARM32, ARM64 und früher MIPS, PowerPC, SH-4, StrongARM, XScale zu unterstützen.
- LinuxHinweis: Obwohl der Kernel im Allgemeinen im Timesharing-Modus verwendet wird, kann er auch als Annäherung an ein RTOS für Embedded arbeiten.
- Windows CE y Windows 10 IoT: Microsoft hat auch diese Echtzeitversionen seines proprietären Betriebssystems.
- Zephyr: Unter der Apache 2.0-Lizenz gibt es auch dieses andere Open-Source-RTOS für ARM (Cortex-M-, Cortex-R- und Cortex-A-Serie), x86, x86-64, ARC, RISC-V, Nios II, Xtensa und SPARC .