Mis on reaalajas töötav operatsioonisüsteem (RTOS) ja kuidas see töötab?

Sõna operatsioonisüsteem kuuldes tuleb kõigepealt meelde, et operatsioonisüsteem, mida kasutatakse sülearvutites ja arvutites. Üldiselt kasutame erinevat tüüpi operatsioonisüsteeme nagu Windows XP, Linux, Ubuntu, Windows 7,8.8.1 ja 10. Nutitelefonides on opsüsteemid nagu KitKat, Jellybean, marshmallow ja Nougat. Digitaalses elektroonikaseadmes on mingisugune operatsioonisüsteem, mille on välja töötanud mikrokontrolleri programm . Seal on erinevat tüüpi operatsioonisüsteemid mikrokontrolleri jaoks väljatöötamiseks, kuid siin oleme arutanud reaalajas opsüsteemi.

Mis on reaalajas operatsioonisüsteem?

RTOS on operatsioonisüsteem, see on reaalajasüsteemi aju ja selle reageerimine sisenditele kohe. RTOS-is täidetakse ülesanne määratud ajaks ja selle reaktsioonid ennustataval viisil ettearvamatutele sündmustele. RTOS-i struktuur on näidatud allpool.

RTOS-i struktuur

RTOS-i tüübid

Järgneb kolm erinevat tüüpi RTOS-e

• Pehme reaalajas opsüsteem
• Kõva reaalajas opsüsteem
• Kindel reaalajas opsüsteem

RTOS-i tüübid

Pehme reaalajas operatsioonisüsteem

Pehmel reaalajas opsüsteemil on kindlad tähtajad, need võivad vahele jääda ja nad võtavad toimingu vastu ajal t = 0 +. Pehme reaalajas töötav operatsioonisüsteem on teatud tüüpi operatsioonisüsteem ja see ei sisalda äärmusreeglitega seotud piiranguid. Selle operatsioonisüsteemi kriitiline aeg viibib teatud määral. Selle operatsioonisüsteemi näideteks on digikaamera, mobiiltelefonid ja veebiandmed jne.

Pehme reaalajas operatsioonisüsteem

Kõva reaalajas operatsioonisüsteem

See on ka operatsioonisüsteemi tüüp ja seda ennustatakse tähtajaks. Prognoositavad tähtajad reageerivad ajahetkel t = 0. Selle operatsioonisüsteemi mõned näited on turvapadja juhtimine autodes, mitteblokeeruv pidur ja mootori juhtimissüsteem jne.

Kindel reaalajas operatsioonisüsteem

Kindlas reaalajas on opsüsteemil teatud ajapiirangud, need ei ole ranged ja võivad põhjustada soovimatuid tagajärgi. Selle operatsioonisüsteemi näited on visuaalne kontroll tööstusautomaatikas.

Töötamine reaalajas opsüsteemiga

RTOS-i põhifunktsioonid on erinevad

• Prioriteedipõhine ajakava
• Süsteemi kella katkestamine
• Deterministlik käitumine
• Sünkroonimine ja sõnumside
• RTOS-teenus

Prioriteedipõhine ajakava

Prioriteedipõhises ajakavas on suurem osa RTOS-ist vahemikus 32 kuni 256 võimalikku prioriteeti üksikute ülesannete või protsesside jaoks. See ajakava käivitab protsessi kõrgeima prioriteediga. Kui ülesanne töötab keskseadmel, töötab järgmine prioriteetne ülesanne ja jätkab protsesse.

Süsteemis on kõrgeima prioriteediga protsessoril protsessor

• See jookseb sulgema
• Kui algne ülesanne on uue poolt ära hoitud, tehakse valmis kõrge prioriteediga protsess.

Toimingutel või protsessidel on kolm olekut, mis on nagu käivitamiseks valmis ja teine ​​on blokeeritud ning iga oleku kirjeldus on toodud allpool.

Valmis jooksma

Käivitamiseks valmisolek on siis, kui protsessil on kõik ressursid käivitamiseks, kuid see ei tohiks olla jooksvas olekus. Siis nimetatakse seda jooksuvalmis.

Jooksmine

Kui ülesanne on käivitamisel, siis öeldakse, et sellel on jooksev olek.

Blokeeritud

Selles olekus, kui tal pole käitamiseks piisavalt ressursse, saadetakse see blokeeritud olekusse.

Ülesande ajastamiseks on muudetud kolme tehnikat, nende kirjeldusega on järgmised.

Koostöö planeerimine

Seda tüüpi ajastamise korral töötab ülesanne kuni täitmise lõpuleviimiseni

Ümmarguse Robini ajakava

Selles ajastamises määratakse igale protsessile kindel ajavahemik ja protsess peab selle täitmise lõpule viima, vastasel juhul kaotab ülesanne oma voo ja andmete genereerimise.

Ennetav ajakava

Eelnev ajakava hõlmab prioriteetset ajast sõltuvat ajajaotust. Üldiselt kasutatakse 256 prioriteeditaset ja igal ülesandel on ainulaadne prioriteetide tase. Mõned süsteemid toetavad prioriteetsemat taset ja mitmel ülesandel on mõned prioriteedid.

Süsteemi kella katkestamise rutiin

Aeg-tundliku toimingu sooritamiseks pakub RTOS mingisuguseid süsteemikellasid. Kui süsteemikell on 1 ms, peate ülesande täitma 50 ms jooksul. Tavaliselt on olemas API, mis järgneb teile ja ütleb „50 minuti pärast äratage mind üles“. Seega oleks ülesanne magamisasendis, kuni RTOS ärkab. Meil on kaks teadet, et ärganud ei taga sel ajal täpselt jooksmist, see sõltub prioriteedist ja kui kõrgem prioriteet töötab praegu, siis see viibiks.

Deterministlik käitumine

RTOS liigub suure pikkusega, et kaitsta, et olenemata sellest, kas olete võtnud 100 ülesannet või 10 ülesannet, pole konteksti vahetamisel vahemaades mingit vahet ja see määrab järgmise prioriteediga järgmise ülesande. Põhideterministlikus piirkonnas on RTOS katkestuste käitlemine, kui katkestusliinile antakse sellest signaal, võtab RTOS koheselt õige katkestusteenuse rutiini ja katkestust käsitletakse viivitamata.

Peame lärmama, et projekti arendajad kirjutavad riistvarale vastavad ISR-id. Enne seda annab RTOS ISR-i jadaportide, süsteemikellade jaoks ja see võib olla võrguriistvara, kuid kui midagi on spetsialiseerunud, näiteks südamestimulaatori signaalid, ei ole ajamid jms RTOS-i osa.

See kõik on seotud üldiste üldistustega ja RTOS-is on palju erinevaid rakendusi. Mõnda RTOS-i käitatakse erinevalt ja ülaltoodud kirjeldus sobib suure osa olemasolevate RTOS-ide jaoks.

Sünkroonimine ja sõnumside

Sünkroonimine ja sõnumside võimaldavad suhelda ühe süsteemi ülesande vahel teise süsteemiga ja järgitakse sõnumside teenuseid. Sisemiste tegevuste sünkroonimiseks kasutatakse sündmuse lippu ja tekstisõnumite saatmiseks, mida saame postkastis, torudes ja sõnumijärjekordades kasutada. Üldlevinud andmealadel kasutatakse semafoore.

• Semafoorid
• Ürituse lipud
• Postkastid
• Torud
• Sõnumijärjekorrad

RTOS-teenus

Operatsioonisüsteemi kõige olulisem osa on kernel. Riistvara jälgimiseks tuleks ülesandest vabaneda ning vastutuse kernel haldab ja jaotab ressursse. Kui ülesanne ei saa iga kord protsessori tähelepanu pälvida, on kernelil mõned muud teenused. Järgnevad

• Ajateenused
• Katkestuste käitlemise teenused
• Seadmehaldusteenused
• Mäluhaldusteenused
• Sisend-väljund teenused

RTOS-i eelised

• Kui kõik ressursid ja seadmed on passiivsed, annab RTOS süsteemi maksimaalse tarbimise ja suurema väljundi.
• Ülesande täitmisel pole viga saada, kuna RTOS on tõrgeteta.
• Mälu eraldamine on seda tüüpi süsteemis parim haldamise tüüp.
• Seda tüüpi süsteemides on nihke aeg väga lühike.
• Programmi väiksuse tõttu kasutatakse programmis RTOS sisseehitatud süsteem nagu transport ja teised.

Selles artiklis oleme arutanud, kuidas reaalajas opsüsteem töötab. Loodan, et olete seda lugedes saanud põhiteavet. Kui teil on selle artikli kohta küsimusi või elektriprojektide elluviimiseks , palun kommenteerige allpool jaotises. Siin on teile küsimus, millised on RTOS-i funktsioonid?