Учебники

12) Операционная система реального времени (ОСРВ)

Что такое операционная система реального времени (ОСРВ)?

Операционная система реального времени (ОСРВ) – это операционная система, предназначенная для обслуживания приложений реального времени, которые обрабатывают данные по мере их поступления, в основном без задержки буфера. Полная форма RTOS – операционная система реального времени.

В ОСРВ требование времени обработки рассчитывается с шагом в десятые доли секунды. Это ограниченная во времени система, которая может быть определена как фиксированные временные ограничения. В этом типе системы обработка должна выполняться внутри указанных ограничений. В противном случае система выйдет из строя.

В этом руководстве по операционной системе вы изучите:

Зачем использовать ОСРВ?

Вот важные причины использования RTOS:

  • Он предлагает планирование на основе приоритетов, которое позволяет отделить аналитическую обработку от некритической обработки.
  • Операционная система реального времени предоставляет функции API, которые позволяют более чистый и меньший код приложения.
  • Абстрагирование временных зависимостей и проектирование на основе задач приводит к уменьшению взаимозависимостей между модулями.
  • RTOS предлагает модульную разработку на основе задач, которая позволяет проводить модульное тестирование на основе задач.
  • Основанный на задачах API поощряет модульную разработку как задачу, как правило, будет иметь четко определенную роль. Это позволяет дизайнерам / командам работать независимо над своими частями проекта.
  • ОСРВ управляется событиями без потери времени на обработку события, которое не происходит

Компоненты RTOS

Компоненты операционной системы реального времени

Здесь важны компоненты RTOS

Планировщик : этот компонент RTOS сообщает, в каком порядке могут выполняться задачи, что обычно основано на приоритете.

Симметричная многопроцессорная обработка (SMP) : это ряд различных задач, которые могут быть выполнены ОСРВ, чтобы можно было выполнять параллельную обработку.

Библиотека функций : это важный элемент ОСРВ, который действует как интерфейс, который помогает вам соединять код ядра и приложения. Это приложение позволяет отправлять запросы в Ядро с помощью библиотеки функций, чтобы приложение могло дать желаемые результаты.

Управление памятью : этот элемент необходим в системе для выделения памяти каждой программе, которая является наиболее важным элементом ОСРВ.

Задержка быстрой отправки : это интервал между завершением задачи, который может быть идентифицирован ОС, и фактическим временем, затраченным потоком, который находится в очереди готовности, который начал обработку.

Определяемые пользователем объекты данных и классы : система RTOS использует языки программирования, такие как C или C ++, которые должны быть организованы в соответствии с их работой.

Типы RTOS

Три типа систем RTOS:

Hard Real Time:

В Hard RTOS крайний срок обрабатывается очень строго, что означает, что данная задача должна начать выполняться в указанное запланированное время и должна быть выполнена в течение назначенного времени.

Пример: медицинская система интенсивной терапии, авиационные системы и т. Д.

Фирма в реальном времени:

Эти типы ОСРВ также должны соблюдать сроки. Однако несоблюдение сроков может не иметь большого влияния, но может привести к нежелательным последствиям, таким как значительное снижение качества продукта.

Пример: различные типы мультимедийных приложений.

Soft Real Time:

Soft RTOS реального времени, принимает некоторые задержки операционной системы. В этом типе ОСРВ существует определенный срок для конкретной работы, но допустима задержка на небольшое количество времени. Таким образом, сроки выполнения мягко обрабатываются этим типом ОСРВ.

Пример: система онлайн-транзакций и система котировок скота.

Термины, используемые в RTOS

Вот основные термины, используемые в ОСРВ:

  • Задача – набор связанных задач, которые совместно могут обеспечить некоторую функциональность системы.
  • Задание – задание – это небольшая часть работы, которая может быть назначена процессору и которая может требовать или не требовать ресурсов.
  • Время выпуска задания – это время задания, когда задание становится готовым к выполнению.
  • Время выполнения задания: время, затраченное заданием на завершение выполнения.
  • Срок выполнения задания: пора завершать выполнение задания.
  • Процессоры: они также известны как активные ресурсы. Они важны для выполнения работы.
  • Максимально допустимое время отклика задания называется его относительным сроком.
  • Время отклика задания: промежуток времени, прошедший с момента выпуска задания до момента его завершения.
  • Абсолютный крайний срок: это относительный крайний срок, который также включает время его выпуска.

Особенности RTOS

Вот важные особенности RTOS:

  • Занимают очень меньше памяти
  • Потреблять меньше ресурсов
  • Время отклика очень предсказуемо
  • Непредсказуемая среда
  • Ядро сохраняет состояние прерванной задачи, а затем определяет, какую задачу он должен выполнить следующим.
  • Ядро восстанавливает состояние задачи и передает управление процессором для этой задачи.

Факторы выбора RTOS

Вот основные факторы, которые необходимо учитывать при выборе ОСРВ:

  • Производительность : Производительность является наиболее важным фактором, который необходимо учитывать при выборе ОСРВ .
  • Промежуточное программное обеспечение: если в операционной системе реального времени отсутствует поддержка промежуточного программного обеспечения, возникает проблема интеграции процессов с затратами времени.
  • Без ошибок : системы RTOS без ошибок. Следовательно, при выполнении задачи нет вероятности получения ошибки.
  • Использование встроенной системы : Программы RTOS имеют небольшие размеры. Поэтому мы широко используем ОСРВ для встроенных систем.
  • Максимальное потребление : мы можем достичь максимального потребления с помощью ОСРВ.
  • Перенос задач : время смены задач очень меньше.
  • Уникальные возможности : хорошая RTS должна быть способной, и она имеет некоторые дополнительные функции, такие как то, как она работает для выполнения команды, эффективная защита памяти системы и т. Д.
  • Производительность 24/7 : RTOS идеально подходит для приложений, требующих круглосуточной работы.

Разница между GPOS и RTOS

Вот важные различия между GPOS и RTOS:

Операционная система общего назначения (GPOS) Операционная система реального времени (ОСРВ)
Он используется для настольных ПК и ноутбуков. Он применяется только к встроенному приложению.
Планирование на основе процессов. Планирование на основе времени используется как циклическое планирование.
Задержка прерывания не считается такой важной, как в ОСРВ. Задержка прерывания минимальна и измеряется за несколько микросекунд.
В системе отсутствует механизм инверсии приоритетов. Механизм инверсии приоритетов является текущим. Так что это не может быть изменено системой.
Работа ядра может быть или не быть прервана. Работа ядра может быть прервана.
Приоритет инверсии остается незамеченным Нет гарантий предсказуемости

Приложения операционной системы реального времени

Системы реального времени используются в:

  • Система бронирования авиабилетов.
  • Система управления воздушным движением.
  • Системы, которые обеспечивают немедленное обновление.
  • Используется в любой системе, которая предоставляет актуальную и точную информацию о ценах на акции.
  • Системы защиты приложений, такие как RADAR.
  • Сетевые мультимедийные системы
  • Системы командного управления
  • Интернет-телефония
  • Антиблокировочная система тормозов
  • Кардиостимулятор

Недостатки RTOS

Вот недостатки / недостатки использования системы RTOS:

  • Система RTOS может выполнять минимальные задачи вместе, и она концентрируется только на тех приложениях, которые содержат ошибки, чтобы избежать их.
  • RTOS – это система, которая концентрируется на нескольких задачах. Поэтому этим системам действительно сложно выполнять многозадачность.
  • Для ОСРВ необходимы специальные драйверы, чтобы обеспечить быстрое время отклика на сигналы прерывания, что помогает поддерживать его скорость.
  • RTOS использует много ресурсов, что делает эту систему дорогой.
  • Задачи с низким приоритетом нужно долго ждать, так как ОСРВ поддерживает точность программы, которая выполняется.
  • Минимальное переключение задач выполняется в операционных системах реального времени.
  • Он использует сложные алгоритмы, которые трудно понять.
  • ОСРВ использует много ресурсов, которые иногда не подходят для системы.

Резюме:

  • RTOS – это операционная система, предназначенная для обслуживания приложений реального времени, которые обрабатывают данные по мере их поступления, в основном без задержки буфера.
  • Он предлагает планирование на основе приоритетов, которое позволяет отделить аналитическую обработку от некритической обработки.
  • Важными компонентами системы RTOS являются: 1) планировщик, 2) симметричная многопроцессорная обработка, 3) библиотека функций, 4) управление памятью, 5) задержка быстрой отправки и 6) определенные пользователем объекты данных и классы.
  • Три типа ОСРВ: 1) трудное время 2) мягкое время и 3) твердое время
  • Система RTOS занимает очень меньше памяти и потребляет меньше ресурсов
  • Производительность является наиболее важным фактором, который необходимо учитывать при выборе ОСРВ.
  • Операционная система общего назначения (GPOS) используется для настольных ПК и ноутбуков, в то время как операционная система реального времени (RTOS) применяется только к встроенному приложению.
  • Системы реального времени используются в системе бронирования Авиакомпаний, системе управления воздушным движением и т. Д.
  • Самый большой недостаток ОСРВ заключается в том, что система концентрируется только на нескольких задачах.