Pred pár dňami som sa predstavil o STR, operačný systém pre roboty, aj keď to nie je presne OS, ako sa chápe vo výpočtovej technike, ale skôr rámec pre vývojárov robotiky. Teraz je na rade RTOS, čo tiež nie je operačný systém, ale skôr veľmi špecifický typ operačného systému.
Tieto operačné systémy sú veľmi dôležité pre vstavané alebo vstavané zariadenia s malou kapacitou, keďže ich zvyčajne riadia oni. Okrem toho sú dôležité aj v priemyselných aplikáciách, na riadenie mnohých procesov.
Čo je to RTOS?
Un RTOS (operačný systém v reálnom čase) Ako už názov napovedá, ide o operačný systém pracujúci v reálnom čase. To sa líši od operačných systémov s časovým zdieľaním v tom, že pracujete v prostredí, kde sú výstupné výsledky známe na základe systémových vstupov a vyskytujú sa v známom čase. Preto sú predvídateľnejšie a stabilnejšie na riadenie špecifických úloh a procesy sú zvyčajne trvalo uložené v pamäti (v procesoch timesharingu sa plánovač podľa potreby načítava a uvoľňuje z hlavnej pamäte).
Podľa ejemplo, predstavte si RTOS používaný pre priemyselný stroj na montážnej linke. Z času na čas by mal na starosti spustenie softvéru na vŕtanie dielov. Ak by plánovač operačného systému nefungoval v reálnom čase, je pravdepodobné, že by sa spustil v nepárnych časoch, čo by spôsobilo, že vŕtanie sa neuskutoční včas... V reálnom čase môže RTOS dokončiť vykonávanie programu v X-krát a zopakujte jeho vykonanie, aby sa všetko vŕtanie vykonalo včas.
Samozrejme, keďže ide o operačný systém, zdieľa aj základy akéhokoľvek iného OS, to znamená, že je to systém schopný spravovať hardvér a poskytovať sériu služieb do aplikácií.
Typy RTOS
Existuje niekoľko typ operačné systémy v reálnom čase alebo RTOS:
- Ťažký v reálnom čase: Ide o striktný operačný systém v reálnom čase, kde jeho procesy musia byť spustené v konkrétnom čase.
- Mäkký v reálnom čase: flexibilný reálny čas, kde sa pri vykonávaní procesov môžu niekedy stratiť takmer zanedbateľné okamihy, to znamená, že nie je taký prísny ako predchádzajúci. Navyše sú navrhnuté tak, že tieto časové priebehy sú čoraz menšie.
- Pevný v reálnom čase: Pevné SSOO v reálnom čase sú ďalším typom, pri ktorom sa môže stratiť čas, ale neskoré odpovede by neboli platné.
Aplikácie RTOS
RTOS je jednoduchý, ľahký systém používaný pre obmedzené alebo jednoduché systémy, ako sú napríklad vstavané zariadenia. Vďaka tomu sú ideálne pre aplikácie as:
- priemyselné ovládanie.
- Prepínanie telefónov.
- Riadenie letu.
- Simulácie v reálnom čase.
- vojenské aplikácie.
- Domáce spotrebiče.
- Základné zariadenia spotrebnej elektroniky.
- Roboti.
- Atď
Charakteristika RTOS
RTOS majú niekoľko zvláštnosti čo im dáva výhody oproti ostatným pri týchto jednoduchých úlohách riadenia. Aby sme im lepšie porozumeli, je potrebné poznať sériu základných pojmov:
- proces alebo úloha: je podprogram, ktorý beží paralelne s RTOS. Tento proces môže vykonávať mnoho úloh, od ovládania periférneho zariadenia až po vykonávanie iných akcií.
- Práce: Toto je názov času, ktorý je potrebný na vykonanie procesu.
- Plánovač: plánovač RTOS vám umožňuje spravovať priority a časy vykonávaných procesov. A existujú dva hlavné typy:
- Kooperatívny: volá najskôr procesy s najvyššou prioritou a keď sa proces skončí, zavolá ďalší, alebo ak proces trvá dlhšie, ako sa očakávalo, zabije ho a zavolá ďalší.
- vyvlastňovacie: Z času na čas automaticky volá proces, ale to môže viesť k chybám v dôsledku nízkej priority v procesoch alebo závislosti. Aby sa predišlo týmto problémom, zavádza sa koncept semaforov.
- Semafory: fungujú podobne ako tie dopravné, kontrolujú, kedy je proces v procese a paralyzujú vstup zvyšku procesov, a keď ponechajú voľné zdroje, dajú „zelenú“ ďalšiemu vstúpiť. Niektoré RTOS majú viacero semaforov, z ktorých každý je špecifický pre zdieľaný zdroj.
- Fronty: používajú sa na komunikáciu medzi procesmi, ako vyrovnávacia pamäť, napríklad na dočasné ukladanie údajov alebo keď existuje niekoľko prvkov, ktoré vracajú údaje jednému prijímaču.
- Prerušenia: fungujú podobne ako operačné systémy na zdieľanie času, ale v RTOS sú určité zvláštnosti. Tieto typy prerušení sa používajú na riadenie času kontrolérom.
Príklady RTOS
Ak vás zaujíma, čo Operačné systémy RTOS existujú, pravdou je, že existuje veľké množstvo, proprietárne aj open source:
- Arm OS: operačný systém navrhnutý pre Cortex-M, Cortex-R, Cortex-A a licencovaný pod licenciou Apache 2.0.
- eCos: pod upravenou licenciou GNU GPL ide o ďalší open source operačný systém pre ARM-XScale-Cortex-M, CalmRISC, 680×0-ColdFire, fr30, FR-V, H8, IA-32, MIPS, MN10300, OpenRISC, PowerPC , SPARC, SuperH a V8xx.
- embosovať: je proprietárny systém RTOS pre IoT a vstavané aplikácie s architektúrami ARM7/9/11, ARM Cortex-A/R/M, AVR, AVR32, C16x, CR16C, ColdFire, H8, HCS12, M16C, M32C, MSP430, NIOS2 , PIC18/24/32, R32C, R8C, RISC-V, RL78, RH850, RX100/200/600/700, RZ, SH2A, STM8, ST7, V850, 78K0 a 8051.
- FreeRTOS: pod licenciou MIT open-source je určený pre embedded s ARM, AVR, AVR32, ColdFire, ESP32, HCS12, IA-32, Cortex-M3-M4-M7, Infineon XMC4000, MicroBlaze, MSP430, PIC, PIC32, Renesas architektúry H8/S, RISC-V, RX100-200-600-700, 8052, STM32, TriCore a EFM32.
- Fuchsie: Je to slávny systém s otvoreným zdrojovým kódom vytvorený spoločnosťou Google a navrhnutý tak, aby fungoval na x86-64 aj ARM64.
- Kolibríky: systém RTOS pre x86 pod bezplatnou licenciou GNU GPL.
- lynxOS: ďalší RTOS, ale tento proprietárny a pre tak odlišné architektúry ako Motorola 68010, x86/IA-32, ARM, Freescale PowerPC, PowerPC 970 a LEON. Navyše je certifikovaný POSIX.
- neutríno: proprietárny systém v reálnom čase pre ARM, MIPS, PPC, SH, x86 a XScale.
- Phoenix-RTOS: pod povolenou licenciou BSD, s podporou pre architektúry ARMv7 Cortex-M, ARMv7 Cortex-A, IA-32 a RISC-V.
- QNX: vlastní a bol veľmi populárny. Je navrhnutý tak, aby podporoval x86-64, ARM32, ARM64 a staršie MIPS, PowerPC, SH-4, StrongARM, XScale.
- Linux: Hoci sa jadro všeobecne používa v režime zdieľania času, môže fungovať aj ako aproximácia RTOS pre embedded.
- Windows CE y Windows 10 IoT: Microsoft má tiež tieto verzie svojho vlastného operačného systému v reálnom čase.
- vánok: pod licenciou Apache 2.0 existuje aj tento ďalší open source RTOS pre ARM (Cortex-M, Cortex-R a Cortex-A Series), x86, x86-64, ARC, RISC-V, Nios II, Xtensa a SPARC .