Một vài ngày trước, tôi đã giới thiệu về STRs, một hệ điều hành cho rô bốt, mặc dù nó không chính xác là một hệ điều hành như nó được hiểu trong máy tính, mà là một khuôn khổ cho nhà phát triển người máy. Bây giờ đến lượt Tiện ích mở rộng RTOS, đây cũng không phải là một hệ điều hành, mà là một loại hệ điều hành rất cụ thể.
Các hệ điều hành này rất quan trọng đối với thiết bị nhúng hoặc nhúng dung lượng nhỏ, vì chúng thường do họ quản lý. Ngoài ra, chúng cũng rất quan trọng trong các ứng dụng công nghiệp, để kiểm soát nhiều quy trình.
RTOS là gì?
Un RTOS (Hệ điều hành thời gian thực) Đúng như tên gọi của nó, nó là một hệ điều hành thời gian thực. Điều này khác với các hệ điều hành chia sẻ thời gian ở chỗ bạn làm việc trong môi trường mà kết quả đầu ra được biết trước dựa trên đầu vào của hệ thống và xảy ra tại một thời điểm đã biết. Do đó, chúng dễ dự đoán và ổn định hơn để kiểm soát các tác vụ cụ thể và các quá trình thường nằm vĩnh viễn trong bộ nhớ (trong các quá trình chia sẻ thời gian, bộ lập lịch tải và dỡ hàng từ bộ nhớ chính khi cần).
qua ejemplo, hãy tưởng tượng một RTOS được sử dụng cho một máy công nghiệp trên dây chuyền lắp ráp. Nó sẽ phụ trách thực thi một phần mềm để khoan các bộ phận theo thời gian. Nếu bộ lập lịch của hệ điều hành không hoạt động trong thời gian thực, rất có thể nó sẽ chạy vào những thời điểm kỳ lạ, điều này sẽ khiến việc khoan không được thực hiện đúng thời hạn ... Theo thời gian thực, RTOS có thể hoàn thành việc thực thi chương trình trong thời gian X và lặp lại quá trình thực hiện của nó để thực hiện tất cả các công việc khoan đúng thời gian.
Tất nhiên, là một hệ điều hành, nó cũng chia sẻ các nguyên tắc cơ bản của bất kỳ hệ điều hành nào khác, nghĩa là, nó là một hệ thống có khả năng quản lý phần cứng và cung cấp một loạt dịch vụ cho các ứng dụng.
Các loại RTOS
Khác nhau các loại hệ điều hành thời gian thực hoặc RTOS:
- Thời gian thực khó: Nó là một hệ điều hành thời gian thực nghiêm ngặt, nơi các quy trình của nó phải được thực thi tại một thời điểm cụ thể.
- Thời gian thực mềm: thời gian thực linh hoạt, trong đó khi thực hiện các quy trình, các thể hiện hầu như không đáng kể đôi khi có thể bị mất, tức là nó không nghiêm ngặt như trước đó. Ngoài ra, chúng được thiết kế để các khóa học thời gian này ngày càng nhỏ hơn.
- Thời gian thực vững chắc: SSOO thời gian thực của công ty là một loại khác trong đó thời gian có thể bị mất, nhưng phản hồi muộn sẽ không hợp lệ.
Các ứng dụng của RTOS
RTOS là một hệ thống đơn giản, nhẹ được sử dụng cho các hệ thống hạn chế hoặc đơn giản, chẳng hạn như các thiết bị nhúng. Điều này làm cho chúng hoàn hảo cho ứng dụng như:
- kiểm soát công nghiệp.
- Chuyển mạch điện thoại.
- Điều khiển bay.
- Mô phỏng trong thời gian thực.
- ứng dụng quân sự.
- Đồ gia dụng.
- Các thiết bị điện tử tiêu dùng cơ bản.
- Rô bốt
- Vv
Đặc điểm của RTOS
RTOS có một số đặc thù đó là những gì mang lại cho họ những lợi thế so với phần còn lại đối với những nhiệm vụ quản lý đơn giản đó. Để hiểu rõ hơn về chúng, cần phải biết một loạt các khái niệm cơ bản:
- quy trình hoặc nhiệm vụ: là chương trình con chạy song song với RTOS. Quá trình này có thể thực hiện nhiều tác vụ, từ điều khiển một thiết bị ngoại vi đến thực hiện các hành động khác.
- Làm việc: Đây là tên được đặt cho thời gian cần thiết để thực hiện một tiến trình.
- Người lập kế hoạch: bộ lập lịch RTOS cho phép bạn quản lý các mức độ ưu tiên và thời gian của các quá trình được thực thi. Và có hai loại chính:
- Hợp tác xã: gọi các quy trình có mức độ ưu tiên cao nhất trước tiên và khi quá trình kết thúc, nó sẽ gọi một quy trình khác hoặc nếu quy trình mất nhiều thời gian hơn dự kiến, hãy giết nó và gọi quy trình tiếp theo.
- chiếm đoạt: Đôi khi nó tự động gọi một quy trình, nhưng điều này có thể dẫn đến lỗi do mức độ ưu tiên thấp trong các quy trình hoặc phụ thuộc. Để tránh những vấn đề này, khái niệm semaphores được giới thiệu.
- Đèn giao thông: chúng hoạt động theo cách tương tự với lưu lượng truy cập, kiểm soát thời điểm một quá trình đang trong quá trình xử lý và làm tê liệt mục nhập của các quá trình còn lại và khi nó không còn tài nguyên, nó sẽ "bật đèn xanh" cho quá trình tiếp theo đi vào. Một số RTOS có nhiều semaphores, mỗi semaphores cụ thể cho một tài nguyên được chia sẻ.
- Than cốc: chúng được sử dụng để giao tiếp giữa các tiến trình, như một bộ đệm, ví dụ để lưu trữ dữ liệu tạm thời hoặc khi có một số phần tử trả về dữ liệu cho một bộ thu duy nhất.
- Gián đoạn: chúng hoạt động giống như các hệ điều hành chia sẻ thời gian, nhưng trong RTOS có một số điểm đặc biệt. Các loại ngắt này được sử dụng để quản lý thời gian bởi bộ điều khiển.
Ví dụ về RTOS
Nếu bạn tự hỏi điều gì Hệ điều hành RTOS tồn tại, sự thật là có một số lượng lớn, cả độc quyền và mã nguồn mở:
- Hệ điều hành Arm: hệ điều hành được thiết kế cho Cortex-M, Cortex-R, Cortex-A và được cấp phép theo giấy phép Apache 2.0.
- sinh thái: theo giấy phép GNU GPL đã sửa đổi, nó là một hệ điều hành mã nguồn mở khác cho ARM-XScale-Cortex-M, CalmRISC, 680 × 0-ColdFire, fr30, FR-V, H8, IA-32, MIPS, MN10300, OpenRISC, PowerPC , SPARC, SuperH và V8xx.
- chạm nổi: là hệ thống RTOS độc quyền, dành cho IoT và các ứng dụng nhúng với kiến trúc 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 và 8051.
- Miễn phíRTOS: theo giấy phép nguồn mở MIT, nó được thiết kế để nhúng với ARM, AVR, AVR32, ColdFire, ESP32, HCS12, IA-32, Cortex-M3-M4-M7, Infineon XMC4000, MicroBlaze, MSP430, PIC, PIC32, Renesas kiến trúc H8 / S, RISC-V, RX100-200-600-700, 8052, STM32, TriCore và EFM32.
- Cây khoa vản anh: Đây là hệ thống mã nguồn mở nổi tiếng do Google tạo ra và được thiết kế để hoạt động trên cả x86-64 và ARM64.
- Chim ruồi: một hệ thống RTOS cho x86 theo giấy phép GNU GPL miễn phí.
- lynxOS: một RTOS khác, nhưng cái này độc quyền và dành cho các kiến trúc khác nhau như Motorola 68010, x86 / IA-32, ARM, Freescale PowerPC, PowerPC 970 và LEON. Ngoài ra, nó được chứng nhận POSIX.
- neutrino: một hệ thống thời gian thực độc quyền cho ARM, MIPS, PPC, SH, x86 và XScale.
- Phượng Hoàng-RTOS: theo giấy phép BSD cho phép, với sự hỗ trợ cho kiến trúc ARMv7 Cortex-M, ARMv7 Cortex-A, IA-32 và RISC-V.
- QNX: sở hữu, và rất phổ biến. Nó được thiết kế để hỗ trợ x86-64, ARM32, ARM64 và MIPS trước đó, PowerPC, SH-4, StrongARM, XScale.
- Linux: Mặc dù thường được sử dụng trong chế độ chia sẻ thời gian, hạt nhân cũng có thể hoạt động gần đúng với RTOS để nhúng.
- Windows CE y Windows 10 IoT: Microsoft cũng có các phiên bản thời gian thực này của hệ điều hành độc quyền của mình.
- Gió tây: theo giấy phép Apache 2.0, còn có mã nguồn mở RTOS khác dành cho ARM (Cortex-M, Cortex-R và Cortex-A Series), x86, x86-64, ARC, RISC-V, Nios II, Xtensa và SPARC .