- Čo je RTOS?
- Prečo RTOS ??
- Rozdiel medzi operačným systémom v reálnom čase a operačným systémom
- Typy RTOS
- Výhody používania bezplatného RTOS
- Niektoré hlavné problémy týkajúce sa RTOS
- Ako používať RTOS
Vstavané systémy majú širokú škálu použitia vo všetkých elektronických zariadeniach okolo nás, evidentným príkladom je mini notebook, ktorý nosíme stále so sebou, áno, mám na mysli naše mobilné telefóny.
Kedykoľvek sa vstavaný systém dostane do obrazu, vždy ide o kombináciu hardvéru, ako sú mikrokontroléry alebo mikroprocesory, a softvéru, ako je firmvér alebo operačný systém. Operačný systém tvorí základ všetkých zariadení elektroniky a spravuje hardware aj software v rámci ľubovoľného elektronického zariadenia. Pojem operačný systém sa neobmedzuje iba na Unix a Windows pre počítače, ale môže sa rozšíriť aj na mikrokontroléry. Jeden taký operačný systém, ktorý môže bežať na mikrokontroléroch, sa nazýva operačný systém v reálnom čase. Tu sa dozvieme o RTOS a aplikáciách operačného systému v reálnom čase.
Čo je RTOS?
Operačný systém v reálnom čase ľudovo známy ako RTOS poskytuje radiču schopnosť reagovať na vstupy a plniť úlohy v konkrétnom časovom období na základe priority. Na prvý pohľad môže RTOS znieť ako akýkoľvek iný vložený program alebo firmvér, ale je postavený na architektúre operačného systému. Preto ako každý operačný systém, RTOS môže umožniť vykonávanie viacerých programov súčasne s podporou multiplexovania. Ako vieme, jadro procesora alebo radiča môže vykonávať iba jednu inštrukciu súčasne, ale RTOS má niečo, čo sa nazýva plánovačktorý rozhoduje, ktorá inštrukcia sa vykoná ako prvá, a tak vykoná pokyny viacerých programov jeden za druhým. Z technického hľadiska RTOS vytvára ilúziu multi-takeho vykonávania paralelných pokynov po jednom.
Vďaka tomu je RTOS vhodný pre rôzne aplikácie v reálnom svete. V RTOS pre akýkoľvek vstup, kedykoľvek bola vyhodnotená logika, ktorá poskytuje zodpovedajúci výstup. Táto logika sa meria nielen na základe logickej tvorivosti, ale aj na základe času, počas ktorého bola konkrétna úloha vykonaná. Ak systém zlyhá pri vykonávaní úlohy v danom konkrétnom čase, je to známe ako zlyhanie systému.
Prečo RTOS ??
- Dostupnosť ovládačov: V rámci RTOS je k dispozícii veľa ovládačov, čo nám umožňuje ich priame použitie pre rôzne aplikácie.
- Naplánované súbory: O plánovanie sa stará RTOS, takže namiesto sústredenia sa na plánovanie ľubovoľného systému sa môžeme jednoducho sústrediť na vývoj aplikácií. Napríklad súbory na plánovanie úloh sa používajú na definovanie určitých akcií vždy, keď je splnená množina podmienok. RTOS používa na plánovanie zvyčajne spustené, pripravené a blokované stavy určité pokročilé algoritmy, ktoré sa pri spustení RTOS viac zameriavajú na vývoj aplikácií než na plánovanie.
- Flexibilita pridávania funkcií: V rámci RTOS, aj keď ste ochotní pridať nové funkcie, môžete ich jednoducho pridať bez narušenia existujúcich funkcií
Rozdiel medzi operačným systémom v reálnom čase a operačným systémom
Medzi operačným systémom v reálnom čase a operačnými systémami ako Windows, Linux atď. Sú rôzne rozdiely. Pozrime sa na ne jeden po druhom pomocou tabuľkového formátu:
| S.No | Operačný systém | Systém v reálnom čase |
| 1 | Zdieľanie času je základom vykonávania procesov v operačnom systéme | Procesy sa vykonávajú na základe poradia ich priority |
| 2 | Operačný systém funguje ako rozhranie medzi hardvérom a softvérom systému | Systém v reálnom čase je navrhnutý tak, aby sa dal realizovať pre problémy v reálnom svete |
| 3 | Správa pamäte nie je kritickým problémom, pokiaľ ide o vykonávanie operačného systému | Správa pamäte je zložitá, pretože je založená na pridelení pamäte v reálnom čase, čo je samo o sebe kritické |
| 4 | Aplikácie: kancelária, dátové centrá, systém pre domácnosť atď | Aplikácie: Ovládanie lietadla alebo jadrového reaktora, zariadenia vedeckého výskumu |
| 5 | Príklady: Microsoft Windows, Linux, OS | Príklady: Vx Works, QNX, Windows CE |
Typy RTOS
Operačný systém v reálnom čase môžeme rozdeliť hlavne na tri časti
- Tvrdý operačný systém v reálnom čase
- Mäkký operačný systém v reálnom čase
- Pevný operačný systém v reálnom čase
1. Tvrdý operačný systém v reálnom čase
Začnime tento typ operačného systému chápať na príklade, ktorého živým príkladom je systém riadenia letu. V rámci systému riadenia letu by mali byť akékoľvek úlohy, ktoré pilot zadá vo forme vstupu, vykonané včas. V náročnom operačnom systéme v reálnom čase možno zlyhania systému tolerovať. Vlastnosti pevného RTOS sú:
- Plniť úlohy včas
- Nedodržanie termínu je fatálne
- Zaručene horší čas odozvy
- Môže viesť k zlyhaniu systému
2. Mäkký operačný systém v reálnom čase
Najjednoduchším príkladom použitia mäkkého RTOS je online databáza, pretože v rámci mäkkého RTOS je parametrom, ktorého sa viac obávame, rýchlosť. Vlastnosti mäkkého RTOS preto sú:
- Úlohy by sa mali plniť čo najrýchlejšie
- Neskoré dokončenie úloh je nežiaduce, ale nie fatálne
- Existuje možnosť zníženia výkonu
- Nemôže viesť k zlyhaniu systému
3. Pevný operačný systém v reálnom čase
Robotické rameno, ktoré sa používa na vyberanie predmetov, možno považovať za jeden z príkladov firmy RTOS. Tu je v rámci tejto firmy RTOS tolerovaná, aj keď je proces oneskorený.
Výhody používania bezplatného RTOS
Nasledujú výhody používania RTOS vo vašich aplikáciách.
- Žiadne problémy s bránou firewall
- Nízka šírka pásma pre lepší výkon
- Vylepšená bezpečnosť a ochrana osobných údajov
- Nízke náklady z dôvodu redukcie hardvérových a softvérových komponentov použitých na vývoj
Niektoré hlavné problémy týkajúce sa RTOS
Teraz má mnoho výhod pre RTOS v reálnej aplikácii, ale má aj rôzne nevýhody. Tu sa diskutuje o niektorých problémoch, ktoré s tým súvisia.
- Prerušenia sa v programoch bežne používajú na zastavenie vykonávacieho programu na presmerovanie toku do inej dôležitej časti kódu. Tu, v rámci RTOS, pretože sa vyžaduje rýchla doba odozvy; odporúča sa, aby boli prerušenia deaktivované na minimálny možný čas.
- Pretože jadro by malo reagovať aj na rôzne udalosti, vyžaduje sa menšia veľkosť jadra, aby sa správne zmestil do pamäte ROM
- Sofistikované funkcie RTOS by mali byť odstránené, pretože v nich nie je žiadny koncept virtuálnej pamäte.
Ako používať RTOS
Teraz, keď viete, čo je RTOS a kde ho môžete použiť, aby ste mohli začať s RTOS, musíte zvyčajne používať vývojové prostredie Tornado alebo FreeRTOS. Pozrime sa stručne na obe tieto vývojové prostredia.
Tornádo - VxWorks
Tornado je integrované prostredie na vývoj zabudovaných aplikácií RTOS v reálnom čase v cieľovom systéme. Tornádo sa skladá z troch základných prvkov, ktoré sú uvedené nižšie.
1) VxWorks
2) Nástroje na vytváranie aplikácií (kompilátor a súvisiace programy)
3) Integrované vývojové prostredie, ktoré dokáže spravovať, ladiť a monitorovať aplikáciu VxWorks
VxWorks je sieťový operačný systém v reálnom čase. Na začiatok s VxWorks by sme mali mať jednu vývojovú súpravu (cieľ) spolu s jednou pracovnou stanicou. Vývojová súprava nie je ničím iným ako cieľovým hostiteľom alebo komponentom, ktorý komunikuje s cieľovým serverom na pracovnej stanici. Cieľ tu spája tornádo nástroje ako shell a debugger. Preto pomocou VxWorks nakonfigurujeme a postavíme systémy, zatiaľ čo Tornado nám poskytuje grafické užívateľské rozhranie a nástroje príkazového riadku pre konfiguráciu a zostavenie.
Veľmi dôležité je tu uviesť, že pri inštalácii tornáda vo vašom systéme by mal inštalačný adresár používať názvy
ciest ako: installDir / target. Napríklad ak chcete uložiť svoje tornádo v C: \ tornádo na hostiteľovi systému Windows, celá cesta by mala byť v takom prípade identifikovaná ako installDir / target / h / vxworks.h.
Tu nebudeme podrobne diskutovať o vlastnostiach diel Vx (necháme to pre ďalší tutoriál), ale budeme diskutovať o tom, ako je možné vývoj uskutočniť pomocou C ++ v rámci Vxworks pomocou WindRiver GNU. WindRiver GNU nám pomáha pri poskytovaní grafickej analýzy týkajúcej sa prerušenia počas vykonávania, ako aj správy o využití pamäte.
Napríklad vyššie uvedený pohľad na WindRiver vysvetľuje číslo asociovaného procesora spolu s prioritou úloh (tLowPri & tHighPri). Nečinný stav, tj. Zelená farebná čiara, udával časový úsek, počas ktorého procesor nie je v pracovnom stave, čo je pozorované každých pár sekúnd. t1, t7, t8 & t9 nie sú nič iné ako rôzne použité procesory. Tu vyberáme iba procesor t7.
Preto je tento Windriver schopný vyvolať VxWorks aj podprogramy aplikačných modulov. Aplikáciu Windriver môžete spustiť buď z lišty nástrojov pre spustenie tornáda (-> tlačidlo i), neskôr kliknite na ponuku a potom na shell. Nakoniec zadajte z príkazového riadka príkaz „> windsh target server“.
Teraz, keď programujeme pomocou C ++, je dôležité zahrnúť komponentu INCLUDE_CPLUS_DEMANGLER. Táto demonštračná komponenta umožňuje cieľovým symbolom shellu vrátiť ľuďom čitateľné formy mien symbolov C ++. Pred stiahnutím modulu C ++ do cieľa Vxworks postupujte podľa postupu známeho ako munching. Tu sa porovnanie týka ďalšieho kroku spracovania hostiteľa.
Zostavte zdrojový program aplikácie C ++ a získajte napríklad súbor hello.cpp. Neskôr ho spustite, aby ste našli súbor.o a skompilovali vygenerovaný súbor ctdt.c. Ďalej prepojte aplikáciu s ctdt.o a vygenerujte stiahnuteľný modul, hello.out vo VxWorks. Výstupom po vykonaní tohto VxWorks bude súbor make, ktorý sa použije na nejakom cieli.
Zadarmo RTOS
Všeobecne platí, že kedykoľvek začneme s RTOS, všeobecne uprednostňujeme Vx Works RTOS. Ale poďme si tu v skratke pohovoriť o Free RTOS, na ktoré si môžu začiatočníci zvyknúť tiež pri koncepcii operačného systému v reálnom čase. Free RTOS je vyvíjaný Richardom Barrym a tímom FreeRTOS. Vlastníkom je spoločnosť Real time engineers ltd. Používanie je však bezplatné a dá sa jednoducho stiahnuť kliknutím na odkaz nižšie.
Stiahnite si ROTY zadarmo
Poslednou verziou bezplatného RTOS, ktorá sa v čase tohto článku používa, je verzia 10 uvedená ako FreeRTOS V10.
Najväčšou výhodou bezplatného RTOS, ktorý ho robí lepším v porovnaní s ostatnými RTOS, je jeho nezávislé na platforme z hľadiska hardvéru, tj. Kód c, ktorý použijeme na spustenie operačného systému, môže bežať na rôznych platformách s odlišnou architektúrou. Preto bez ohľadu na to, či používate mikrokontrolér 8051 alebo nejaký najnovší mikrokontrolér ARM, bude kód, ktorý ste napísali spolu s procesom vykonania, pre oba podobné.
Existuje mnoho ďalších výhod plynúcich z používania bezplatných RTOS nad Vx a iných operačných nástrojov RTOS. Niektoré z nich možno uviesť ako:
- Poskytuje jednoduchšie testovanie
- Presadzuje koncepciu opätovného použitia kódu
- Menší čas nečinnosti
- Ľahká údržba
- Vyčerpajte informácie o načasovaní
Tiež základné jadro, kde jadro označuje centrálnu súčasť operačného systému, ktorá je prítomná v bezplatnom RTOS, umožňuje prístup k použitiu pre rôzne aplikácie. Pretože je ľahké pripojiť rozšírené moduly k operačným systémom, aby ste získali viac aplikácií, stáva sa RTOS výkonnejším.
Jeden z príkladov použitia bezplatných RTOS možno vysvetliť použitím konceptu kombinácie bezplatných RTOS s Nabto. Nabto je bezplatné webové zariadenie, ktoré sa používa na prenos informácií zo zariadenia do prehľadávača.
Preto pri kombinácii Free RTOS s Nabto z neho robí malý kúsok C kódu, ako je vysvetlené na obrázku a. Teraz je v trende internet vecí (IOT) a každé zariadenie IOT, ku ktorému budeme pristupovať, má jedinečnú adresu URL cez internet a táto technológia umožňuje bezpečné a extrémne nízke spojenia medzi dvoma bodmi. Ak chýba pripojenie na internet, môže byť táto kombinácia užitočná. Bezplatný RTOS je preto populárnou voľbou, pokiaľ ide o implementáciu IOT.