- Co je RTOS?
- Proč RTOS ??
- Rozdíl mezi operačním systémem v reálném čase a operačním systémem
- Typy RTOS
- Výhody používání bezplatného RTOS
- Některé hlavní problémy související s RTOS
- Jak používat RTOS
Vestavěné systémy mají širokou škálu použití ve všech elektronických zařízeních kolem nás, evidentním příkladem je mini notebook, který neustále nosíme s sebou, ano, mám na mysli naše mobilní telefony.
Kdykoli se integrovaný systém dostane do obrazu, vždy jde o kombinaci hardwaru, jako jsou mikrokontroléry nebo mikroprocesory, a softwaru, jako je firmware nebo operační systém. Operační systém tvoří základ všech zařízení elektroniky a spravuje hardware i software v rámci libovolného elektronického zařízení. Pojem operační systém se neomezuje pouze na Unix a Windows pro počítače, ale může se rozšířit i na mikrokontroléry. Jeden takový operační systém, který může běžet na mikrokontrolérech, se nazývá operační systém v reálném čase. Zde se dozvíme o RTOS a aplikacích operačního systému v reálném čase.
Co je RTOS?
Operační systém v reálném čase, známý jako RTOS, poskytuje řadiči schopnost reagovat na vstupy a plnit úkoly v konkrétním časovém období na základě priority. Na první pohled může RTOS znít jako jakýkoli jiný vložený program nebo firmware, ale je postaven na architektuře operačního systému. Jako každý operační systém tedy RTOS může umožnit spuštění více programů současně podporujících multiplexování. Jak víme, jádro procesoru nebo řadiče může provádět pouze jednu instrukci najednou, ale RTOS má něco, co se nazývá plánovačkterý rozhoduje o tom, kterou instrukci provést jako první, a provede tak instrukce více programů jeden po druhém. Technicky RTOS vytváří iluzi vícenásobného provádění pouze prováděním paralelních pokynů po jedné.
Díky tomu je RTOS vhodný pro různé aplikace v reálném světě. V RTOS pro jakýkoli vstup, kdykoli byla vyhodnocena logika, která poskytuje odpovídající výstup. Tato logika se měří nejen na základě logické kreativity, ale také na základě doby trvání konkrétního úkolu. Pokud systém selže při provádění úkolu v dané konkrétní době, je to známé jako selhání systému.
Proč RTOS ??
- Dostupnost ovladačů: V RTOS je k dispozici mnoho ovladačů, což nám umožňuje používat je přímo pro různé aplikace.
- Naplánované soubory: O plánování se stará RTOS, takže místo toho, abychom se soustředili na plánování jakéhokoli systému, se můžeme jednoduše zaměřit na vývoj aplikace. Například soubory plánování úkolů se používají k definování určitých akcí, kdykoli je splněna sada podmínek. RTOS používá určité pokročilé algoritmy pro plánování typicky spuštěných, připravených a blokovaných stavů, které se při běhu RTOS více soustředí na vývoj aplikace než na plánování.
- Flexibilita přidávání funkcí: V rámci RTOS, i když jste ochotni přidat nové funkce, můžete je jednoduše přidat bez narušení stávajících funkcí
Rozdíl mezi operačním systémem v reálném čase a operačním systémem
Mezi operačním systémem v reálném čase a operačními systémy jako Windows, Linux atd. Existují různé rozdíly. Pojďme se na ně podívat jeden po druhém pomocí tabulkového formátu:
| S.No | Operační systém | Systém v reálném čase |
| 1 | Sdílení času je základem provádění procesů v operačním systému | Procesy jsou prováděny na základě pořadí podle jejich priority |
| 2 | Operační systém funguje jako rozhraní mezi hardwarem a softwarem systému | Systém v reálném čase je navržen tak, aby umožňoval jeho provádění pro problémy v reálném světě |
| 3 | Správa paměti není kritickým problémem, pokud jde o provedení operačního systému | Správa paměti je obtížná, protože vychází z alokace paměti v reálném čase, což je samo o sobě kritické |
| 4 | Aplikace: kancelář, datová centra, systém pro domácnost atd | Aplikace: Řízení letadel nebo jaderných reaktorů, zařízení pro vědecký výzkum |
| 5 | Příklady: Microsoft Windows, Linux, OS | Příklady: Vx Works, QNX, Windows CE |
Typy RTOS
Operační systém v reálném čase můžeme rozdělit hlavně na tři části
- Tvrdý operační systém v reálném čase
- Měkký operační systém v reálném čase
- Pevný operační systém v reálném čase
1. Hard operační systém v reálném čase
Začněme rozumět tomuto typu operačního systému pomocí příkladu, živým příkladem je systém řízení letu. V rámci systému řízení letu by jakékoli úkoly zadané pilotem ve formě vstupu mělo být provedeno včas. V tvrdém operačním systému v reálném čase lze selhání systému tolerovat. Funkce pevného RTOS jsou:
- Plnit úkoly včas
- Nedodržení termínu je fatální
- Zaručeně horší doba odezvy případu
- Může vést k selhání systému
2. Měkký operační systém v reálném čase
Nejjednodušším příkladem použití soft RTOS je online databáze, protože v rámci soft RTOS je parametrem, o který se více obáváme, rychlost. Funkce měkkého RTOS jsou tedy:
- Úkoly by měly být prováděny co nejrychleji
- Pozdní dokončení úkolů je nežádoucí, ale není fatální
- Existuje možnost snížení výkonu
- Nelze vést k selhání systému
3. Pevný operační systém v reálném čase
Robotické rameno, které se používá k vychystávání předmětů, lze považovat za jeden z příkladů firmy RTOS. Tady, v rámci této firmy RTOS, i když je proces zpožděn, je to tolerováno.
Výhody používání bezplatného RTOS
Níže jsou uvedeny výhody používání RTOS ve vašich aplikacích.
- Žádné problémy s bránou firewall
- Nízká šířka pásma pro lepší výkon
- Vylepšené zabezpečení a soukromí
- Nízké náklady, kvůli snížení hardwarových a softwarových komponent použitých pro vývoj
Některé hlavní problémy související s RTOS
Nyní, navzdory tomu, že má mnoho výhod pro RTOS v reálných aplikacích, má také různé nevýhody. Zde jsou diskutovány některé problémy související s tímto tématem.
- Přerušení se běžně používají v programech k zastavení provádějícího programu k odklonění toku do jiné důležité části kódu. Zde, v rámci RTOS, protože je vyžadována rychlá doba odezvy; doporučuje se, aby přerušení byla deaktivována po minimální možnou dobu.
- Jelikož by jádro mělo reagovat i na různé události, je nutné mít menší velikost jádra, aby správně zapadalo do ROM
- Sofistikované funkce RTOS by měly být odstraněny, protože v nich neexistuje koncept takové virtuální paměti.
Jak používat RTOS
Nyní, když víte, co je RTOS a kde jej můžete použít, abyste mohli začít s RTOS, musíte obvykle použít vývojové prostředí Tornado nebo FreeRTOS. Pojďme se krátce podívat na obě tato vývojová prostředí.
Tornado - VxWorks
Tornado je integrované prostředí pro vývoj integrovaných aplikací RTOS v reálném čase v cílovém systému. Tornado se skládá ze tří základních prvků, které jsou uvedeny níže.
1) VxWorks
2) Nástroje pro vytváření aplikací (kompilátor a související programy)
3) Integrované vývojové prostředí, které může spravovat, ladit a sledovat aplikaci VxWorks
VxWorks je síťový operační systém v reálném čase. Pro začátek VxWorks bychom měli mít jednu vývojovou sadu (cíl) spolu s jednou pracovní stanicí. Zde vývojová sada není nic jiného než cílový hostitel nebo komponent, který komunikuje s cílovým serverem na pracovní stanici. Cíl zde spojuje tornádo nástroje, jako je shell a debugger. Proto pomocí VxWorks nakonfigurujeme a postavíme systémy, zatímco Tornado nám poskytne grafické uživatelské rozhraní a nástroje příkazového řádku pro konfiguraci a sestavení.
Zde je velmi důležité si uvědomit, že při instalaci tornáda ve vašem systému by měl instalační adresář používat názvy cest jako:
installDir / target. Chcete-li například uložit tornádo v C: \ tornádo na hostiteli Windows, měla by být v tomto případě identifikována úplná cesta jako installDir / target / h / vxworks.h.
Zde nebudeme podrobně diskutovat o vlastnostech prací Vx (necháme to pro další výukový program), ale budeme diskutovat o tom, jak lze vývoj provést pomocí C ++ v rámci Vxworks pomocí WindRiver GNU. WindRiver GNU nám pomáhá při poskytování grafické analýzy týkající se přerušení během provádění, jakož i zprávy o využití paměti.
Například výše uvedený pohled na WindRiver vysvětluje číslo přidruženého procesoru spolu s prioritou úkolů (tLowPri & tHighPri). Klidový stav, tj. Zelená barevná čára, udával dobu, po kterou procesor není ve svém provozním stavu, což je pozorováno po každých několika sekundách. t1, t7, t8 & t9 nejsou nic jiného než různé použité procesory. Zde vybíráme pouze procesor t7.
Proto je tento Windriver schopen vyvolat jak VxWorks, tak podprogramy aplikačních modulů. Aplikaci Windriver můžete spustit buď z lišty nástrojů pro spuštění tornáda (-> tlačítko i), později klikněte na nabídku a poté na shell. Nakonec z příkazového řádku zadejte „> windsh target server“.
Nyní, když programujeme pomocí C ++, je důležité zahrnout komponentu INCLUDE_CPLUS_DEMANGLER, tato demanglerová komponenta umožňuje cílovým shell symbolům vrátit lidské čitelné formy názvů symbolů C ++. Před stažením modulu C ++ do cíle Vxworks postupujte podle postupu známého jako žvýkání. Zde se munchování týká dalšího kroku zpracování hostitele.
Zkompilujte zdrojový program aplikace C ++ a získejte například soubor hello.cpp. Později jej spusťte, abyste vytvořili soubor.o a zkompilovali vygenerovaný soubor ctdt.c. Dále propojte aplikaci s ctdt.o a vygenerujte stahovatelný modul, hello.out v rámci VxWorks. Výstupem po provedení tohoto VxWorks bude soubor make, který bude použit na nějakém cíli.
Zdarma RTOS
Obecně platí, že kdykoli začneme s RTOS, obecně dáváme přednost Vx Works RTOS. Zde však pojďme stručně diskutovat o Free RTOS, na které si začátečníci mohou zvyknout také při procházení konceptem operačního systému v reálném čase. Free RTOS je vyvíjen Richardem Barrym a týmem FreeRTOS, rovněž jej vlastní společnost Real time engineers ltd, ale je zdarma k použití a lze jej jednoduše stáhnout kliknutím na odkaz níže
Stáhněte si ROTY zdarma
Nejnovější verze bezplatného RTOS používaného v době tohoto článku je verze 10, uváděná jako FreeRTOS V10.
Největší výhodou bezplatného RTOS, díky kterému je lepší ve srovnání s ostatními RTOS, je jeho chování nezávislé na platformě, pokud jde o hardware, tj. Kód c, který použijeme k provedení operačního systému, může běžet na různých platformách s odlišnou architekturou. Proto bez ohledu na to, zda používáte mikrokontrolér 8051 nebo nějaký nejnovější mikrokontrolér ARM, bude kód, který jste napsali spolu s procesem provádění, pro oba podobný.
Existuje mnoho dalších výhod používání bezplatného RTOS přes Vx funguje a dalších operačních nástrojů RTOS. Některé z nich lze uvést jako:
- Poskytuje snazší testování
- Podporuje koncept opětovného použití kódu
- Menší doba nečinnosti
- Snadná údržba
- Vyčerpejte informace o načasování
Také základní jádro, kde jádro označuje centrální komponentu operačního systému, která je přítomna ve volném RTOS, umožňuje přístup k použití pro různé aplikace. Vzhledem k tomu, že je snadné připojit rozšířené moduly na operační systémy, abyste získali více aplikací, RTOS se stává výkonnějším.
Jeden z příkladů používání bezplatných RTOS lze vysvětlit použitím konceptu kombinování bezplatných RTOS s Nabto. Nabto je bezplatné webové zařízení sloužící k přenosu informací ze zařízení do prohlížeče.
Proto při kombinaci Free RTOS s Nabto z něj dělá malý kousek C kódu, jak je vysvětleno na obrázku a. Nyní je v trendu internet věcí (IOT) a každé zařízení IOT, ke kterému budeme přistupovat, má jedinečnou adresu URL přes internet a tato technologie umožňuje zabezpečené a extrémně nízké šířky pásma mezi body. Při absenci připojení k internetu může být tato kombinace užitečná. Bezplatný RTOS je proto populární volbou, pokud jde o implementaci IOT.