เมื่อไม่กี่วันก่อน ฉันได้แนะนำตัว เกี่ยวกับ STRsระบบปฏิบัติการสำหรับหุ่นยนต์แม้ว่าจะไม่ใช่ OS ตรงตามที่เข้าใจในการคำนวณ แต่เป็นเฟรมเวิร์กสำหรับ นักพัฒนาหุ่นยนต์. ตอนนี้ถึงคราวของ RTOSซึ่งไม่ใช่ระบบปฏิบัติการ แต่เป็นระบบปฏิบัติการประเภทหนึ่งโดยเฉพาะ
ระบบปฏิบัติการเหล่านี้มีความสำคัญมากสำหรับ อุปกรณ์ฝังตัวหรือฝังตัว ที่มีความจุน้อยเนื่องจากมักจะถูกจัดการโดยพวกเขา นอกจากนี้ยังมีความสำคัญในการใช้งานทางอุตสาหกรรมสำหรับการควบคุมกระบวนการต่างๆ
RTOS คืออะไร?
Un RTOS (ระบบปฏิบัติการตามเวลาจริง) เป็นระบบปฏิบัติการตามเวลาจริงตามชื่อของมัน ซึ่งแตกต่างจากระบบปฏิบัติการแบบแบ่งเวลาที่คุณทำงานในสภาพแวดล้อมที่ทราบผลลัพธ์ของผลลัพธ์ตามอินพุตของระบบ และเกิดขึ้นในเวลาที่ทราบ ดังนั้นจึงคาดเดาได้และมีเสถียรภาพมากขึ้นในการควบคุมงานเฉพาะ และกระบวนการมักจะอยู่ในหน่วยความจำอย่างถาวร (ในกระบวนการแบ่งเวลา ตัวจัดกำหนดการจะโหลดและยกเลิกการโหลดจากหน่วยความจำหลักตามความจำเป็น)
ปอ ejemploลองนึกภาพ RTOS ที่ใช้สำหรับเครื่องจักรอุตสาหกรรมในสายการประกอบ มันจะรับผิดชอบในการดำเนินการซอฟต์แวร์เพื่อเจาะชิ้นส่วนเป็นครั้งคราว หากตัวกำหนดตารางเวลาของระบบปฏิบัติการไม่ทำงานตามเวลาจริง มีแนวโน้มว่ามันจะทำงานในเวลาคี่ ซึ่งจะทำให้การเจาะไม่เสร็จตามเวลา... ตามเวลาจริง RTOS สามารถดำเนินการโปรแกรมให้เสร็จสิ้นได้ ในเวลา X และทำซ้ำการดำเนินการเพื่อดำเนินการเจาะตรงเวลาทั้งหมด
แน่นอนว่าการเป็นระบบปฏิบัติการนั้นยังแบ่งปันพื้นฐานของ OS อื่นๆ อีกด้วย กล่าวคือ เป็นระบบที่มีความสามารถ จัดการฮาร์ดแวร์และให้บริการต่างๆ ไปที่แอพ
ประเภทของ RTOS
มีหลายแบบด้วยกัน ประเภท ระบบปฏิบัติการแบบเรียลไทม์หรือ RTOS:
- ฮาร์ดเรียลไทม์: เป็นระบบปฏิบัติการแบบเรียลไทม์ที่เข้มงวด ซึ่งกระบวนการต้องดำเนินการในเวลาที่กำหนด
- ซอฟท์เรียลไทม์: เรียลไทม์ที่ยืดหยุ่น ซึ่งเมื่อดำเนินการตามกระบวนการ ช่วงเวลาสั้นๆ ที่แทบไม่มีความสำคัญอาจสูญหายได้ในบางครั้ง กล่าวคือ ไม่ได้เข้มงวดเหมือนก่อนหน้านี้ นอกจากนี้ ยังได้รับการออกแบบเพื่อให้หลักสูตรเวลาเหล่านี้มีขนาดเล็กลงเรื่อยๆ
- บริษัทเรียลไทม์: SSOO แบบเรียลไทม์ของบริษัทเป็นอีกประเภทหนึ่งที่อาจสูญเสียเวลาได้ แต่การตอบกลับล่าช้าจะไม่ถูกต้อง
แอปพลิเคชันของ RTOS
RTOS เป็นระบบที่เรียบง่ายและน้ำหนักเบาซึ่งใช้สำหรับระบบจำกัดหรือระบบธรรมดา เช่น อุปกรณ์ฝังตัว นี้ทำให้พวกเขาสมบูรณ์แบบสำหรับ การใช้งาน เป็น:
- การควบคุมอุตสาหกรรม
- การสลับโทรศัพท์
- การควบคุมการบิน
- การจำลองตามเวลาจริง
- แอปพลิเคชันทางทหาร
- เครื่องใช้ในบ้าน.
- อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภคขั้นพื้นฐาน
- หุ่นยนต์
- เป็นต้น
ลักษณะของ RTOS
RTOS มีจำนวน ลักษณะเฉพาะ ซึ่งเป็นสิ่งที่ทำให้พวกเขามีข้อได้เปรียบเหนือส่วนที่เหลือสำหรับงานการจัดการที่เรียบง่ายเหล่านั้น เพื่อให้เข้าใจได้ดียิ่งขึ้น จำเป็นต้องรู้แนวคิดพื้นฐานหลายชุด:
- กระบวนการหรืองาน: เป็นโปรแกรมย่อยที่ทำงานควบคู่ไปกับ RTOS กระบวนการนี้สามารถทำงานหลายอย่าง ตั้งแต่การควบคุมอุปกรณ์ต่อพ่วงไปจนถึงการดำเนินการอื่นๆ
- ทำงาน: นี่คือชื่อที่กำหนดเวลาที่ใช้ในการดำเนินการตามกระบวนการ
- ผู้วางแผน: ตัวจัดกำหนดการ RTOS ช่วยให้คุณจัดการลำดับความสำคัญและเวลาของกระบวนการที่ดำเนินการ และมีสองประเภทหลัก:
- สหกรณ์: เรียกใช้กระบวนการที่มีลำดับความสำคัญสูงสุดก่อน และเมื่อกระบวนการสิ้นสุด จะมีการเรียกใช้กระบวนการอื่น หรือหากกระบวนการใช้เวลานานกว่าที่คาดไว้ ให้ฆ่ามันและเรียกกระบวนการถัดไป
- เวนคืน: บางครั้งจะเรียกกระบวนการโดยอัตโนมัติ แต่สิ่งนี้อาจนำไปสู่ข้อผิดพลาดเนื่องจากลำดับความสำคัญต่ำในกระบวนการหรือการขึ้นต่อกัน เพื่อหลีกเลี่ยงปัญหาเหล่านี้ แนวคิดของสัญญาณจึงถูกนำมาใช้
- ไฟจราจร: พวกเขาทำงานในลักษณะเดียวกันกับการรับส่งข้อมูล ควบคุมเมื่อกระบวนการอยู่ในระหว่างดำเนินการ และทำให้การเข้าสู่กระบวนการที่เหลือเป็นอัมพาต และเมื่อปล่อยทรัพยากรให้ว่าง ก็จะให้ "ไฟเขียว" สำหรับขั้นตอนถัดไป เข้าสู่. RTOS บางตัวมีเซมาฟอร์หลายตัว โดยแต่ละรายการจะเจาะจงสำหรับทรัพยากรที่ใช้ร่วมกัน
- โคลาส: ใช้เพื่อสื่อสารระหว่างกระบวนการ เป็นบัฟเฟอร์ ตัวอย่างเช่น สำหรับการจัดเก็บข้อมูลชั่วคราว หรือเมื่อมีองค์ประกอบหลายอย่างที่ส่งคืนข้อมูลไปยังเครื่องรับเดียว
- การขัดจังหวะ: ทำงานเหมือนกับระบบปฏิบัติการแบ่งเวลา แต่ใน RTOS มีลักษณะเฉพาะบางประการ การขัดจังหวะประเภทนี้ใช้สำหรับการจัดการเวลาโดยผู้ควบคุม
ตัวอย่างของ RTOS
หากคุณสงสัยอะไร ระบบปฏิบัติการ RTOS มีอยู่จริงมีจำนวนมากทั้งที่เป็นกรรมสิทธิ์และโอเพ่นซอร์ส:
- แขน OS: ระบบปฏิบัติการที่ออกแบบมาสำหรับ Cortex-M, Cortex-R, Cortex-A และได้รับอนุญาตภายใต้ใบอนุญาต Apache 2.0
- อีคอส: ภายใต้ใบอนุญาต GNU GPL ที่แก้ไขแล้ว เป็นระบบปฏิบัติการโอเพ่นซอร์สอีกระบบหนึ่งสำหรับ ARM-XScale-Cortex-M, CalmRISC, 680×0-ColdFire, fr30, FR-V, H8, IA-32, MIPS, MN10300, OpenRISC, PowerPC , SPARC, SuperH และ V8xx
- ลายนูน: เป็นระบบ RTOS ที่เป็นกรรมสิทธิ์สำหรับ IoT และแอพพลิเคชั่นฝังตัวที่มี ARM7/9/11, ARM Cortex-A/R/M, AVR, AVR32, C16x, CR16C, ColdFire, H8, HCS12, M16C, M32C, MSP430, สถาปัตยกรรม NIOS2 , PIC18/24/32, R32C, R8C, RISC-V, RL78, RH850, RX100/200/600/700, RZ, SH2A, STM8, ST7, V850, 78K0 และ 8051
- ฟรี RTOS: ภายใต้ใบอนุญาตโอเพนซอร์ซของ MIT มีไว้สำหรับฝังด้วย ARM, AVR, AVR32, ColdFire, ESP32, HCS12, IA-32, Cortex-M3-M4-M7, Infineon XMC4000, MicroBlaze, MSP430, PIC, PIC32, Renesas สถาปัตยกรรม H8/S, RISC-V, RX100-200-600-700, 8052, STM32, TriCore และ EFM32
- สีแดงม่วง: เป็นระบบโอเพ่นซอร์สที่มีชื่อเสียงซึ่งสร้างโดย Google และออกแบบมาเพื่อทำงานบนทั้ง x86-64 และ ARM64
- นกฮัมมิ่งเบิร์ด: ระบบ RTOS สำหรับ x86 ภายใต้ใบอนุญาต GNU GPL ฟรี
- คมOS: RTOS อื่น แต่อันนี้เป็นกรรมสิทธิ์ และสำหรับสถาปัตยกรรมที่แตกต่างกันเช่น Motorola 68010, x86/IA-32, ARM, Freescale PowerPC, PowerPC 970 และ LEON นอกจากนี้ยังได้รับการรับรอง POSIX
- อนุภาคนิวทรีโน: ระบบเรียลไทม์ที่เป็นกรรมสิทธิ์สำหรับ ARM, MIPS, PPC, SH, x86 และ XScale
- ฟีนิกซ์-RTOS: ภายใต้ใบอนุญาต BSD ที่อนุญาต พร้อมรองรับสถาปัตยกรรม ARMv7 Cortex-M, ARMv7 Cortex-A, IA-32 และ RISC-V
- QNX: เป็นเจ้าของและได้รับความนิยมอย่างมาก ได้รับการออกแบบมาเพื่อรองรับ x86-64, ARM32, ARM64 และ MIPS รุ่นก่อนหน้า, PowerPC, SH-4, StrongARM, XScale
- ลินุกซ์: แม้ว่าโดยทั่วไปจะใช้ในโหมดแบ่งเวลา แต่เคอร์เนลยังสามารถทำงานเป็นค่าประมาณของ RTOS สำหรับการฝังตัว
- Windows CE y Windows 10 IoT: Microsoft ยังมีระบบปฏิบัติการที่เป็นกรรมสิทธิ์ในเวอร์ชันเรียลไทม์เหล่านี้ด้วย
- ลมอ่อน ๆ: ภายใต้ลิขสิทธิ์ Apache 2.0 ยังมีโอเพ่นซอร์ส RTOS สำหรับ ARM (Cortex-M, Cortex-R และ Cortex-A Series), x86, x86-64, ARC, RISC-V, Nios II, Xtensa และ SPARC .