Razumevanje operacijskega sistema v realnem času (rtos) in kako ga uporabiti za vaš naslednji vdelani dizajn

Vgrajeni sistemi imajo široko paleto aplikacij v vseh elektronskih napravah okoli nas, očiten primer je mini prenosnik, ki ga ves čas nosimo s seboj, da, mislim na naše mobilne telefone.

Kadar koli se vgrajeni sistem pojavi, je to vedno kombinacija strojne opreme, kot so mikrokrmilniki ali mikroprocesorji, in programske opreme, kot je vdelana programska oprema ali operacijski sistem. Operacijski sistem je osnova vseh naprav, elektronike in upravlja tako strojne in programske opreme v vse elektronske naprave. Izraz operacijski sistem ni omejen samo na Unix in Windows za računalnike, temveč se lahko razširi tudi na mikrokrmilnike. Takšen operacijski sistem, ki se lahko izvaja na mikrokrmilnikih, se imenuje operacijski sistem v realnem času. Tu bomo spoznali RTOS in aplikacije operacijskega sistema v realnem času.

Kaj je RTOS?

Operacijski sistem v realnem času, znan tudi kot RTOS, krmilniku omogoča, da se odzove na vnos in dokonča naloge v določenem časovnem obdobju na podlagi prednostnih nalog. Na prvi pogled RTOS morda zveni kot kateri koli drugi vdelani program ali vdelana programska oprema, vendar je zgrajen na arhitekturi operacijskega sistema. Tako kot kateri koli operacijski sistem lahko tudi RTOS omogoči izvajanje več programov hkrati, ki podpirajo multipleksiranje. Kot vemo, da lahko jedro procesorja ali krmilnika naenkrat izvede samo eno navodilo, toda RTOS ima nekaj, kar se imenuje načrtovalnikki odloča, katero navodilo je treba najprej izvesti in tako izvrši navodila več programov enega za drugim. Tehnično RTOS ustvari iluzijo večkratnega sprejemanja samo z izvajanjem vzporednih navodil po vrsti.

Zaradi tega je RTOS primeren za različne aplikacije v resničnem svetu. V RTOS za kateri koli vhod, kadar koli je bila ocenjena logika, ki daje ustrezen izhod. Ta logika se meri na podlagi ne le logične kreativnosti, temveč tudi časovnega trajanja, v katerem je bila določena naloga opravljena. Če sistem v tem določenem času ne opravi naloge, je to znano kot okvara sistema.

Zakaj RTOS ??

• Razpoložljivost gonilnikov: V RTOS-u je na voljo veliko gonilnikov, ki nam omogočajo njihovo neposredno uporabo za različne aplikacije.
• Načrtovane datoteke: RTOS skrbi za razporejanje, zato se lahko namesto osredotočanja na razporejanje katerega koli sistema preprosto osredotočimo na razvoj aplikacije. Datoteke za razporejanje opravil se na primer uporabljajo za določanje določenih dejanj, kadar je izpolnjen nabor pogojev. RTOS uporablja določene napredne algoritme za razporejanje običajno delujočih, pripravljenih in blokiranih stanj, ki se med izvajanjem RTOS bolj osredotočajo na razvoj aplikacij kot na načrtovanje.
• Prilagodljivost dodajanja funkcij: v sistemu RTOS, tudi če ste pripravljeni dodati nove funkcije, ga lahko preprosto dodate, ne da bi motili obstoječe funkcije

Razlika med operacijskim sistemom v realnem času in operacijskim sistemom

Med operacijskim sistemom v realnem času in operacijskimi sistemi, kot so Windows, Linux itd., Obstajajo različne razlike. Poglejmo si jih eno za drugo s pomočjo tabele:

S. Št	Operacijski sistem	Sistem v realnem času
1.	Delitev časa je osnova za izvajanje procesov v operacijskem sistemu	Procesi se izvajajo na podlagi vrstnega reda njihove prioritete
2.	Operacijski sistem deluje kot vmesnik med strojno in programsko opremo sistema	Sistem v realnem času je zasnovan tako, da se izvaja za resnične probleme
3.	Upravljanje pomnilnika ni kritično vprašanje pri izvajanju operacijskega sistema	Upravljanje pomnilnika je težko, saj temelji na sprotnem dodeljevanju pomnilnika, kar je ključnega pomena
4.	Aplikacije: pisarna, podatkovni centri, sistem za dom itd	Uporaba: Nadzor letal ali jedrskega reaktorja, oprema za znanstvene raziskave
5.	Primeri: Microsoft Windows, Linux, OS	Primeri: Vx Works, QNX, Windows CE

Vrste RTOS

Operacijski sistem v realnem času lahko kategoriziramo predvsem na tri dele

1. Trdi operacijski sistem v realnem času
2. Mehki operacijski sistem v realnem času
3. Trden operacijski sistem v realnem času

1. Trdi operacijski sistem v realnem času

Začnimo razumevanje te vrste operacijskega sistema na primeru, njegov primer v živo je sistem za nadzor letenja. Kakršne koli naloge, ki jih ima pilot v obliki sistema za nadzor leta, jih mora opraviti pravočasno. V težko realnem času operacijskega sistema lahko sistemske okvare dopustimo. Značilnosti trdega RTOS so:

• Za pravočasno izvajanje nalog
• Neupoštevanje roka je usodno
• Zagotovljen slabši odzivni čas
• Lahko povzroči okvaro sistema

2. Mehki operativni sistem v realnem času

Najlažji primer uporabe mehkega RTOS-a je spletna baza podatkov, saj je znotraj mehkega RTOS-a parameter, ki nas bolj skrbi, hitrost. Značilnosti mehkega RTOS-a so:

• Naloge je treba izvajati čim hitreje
• Pozno dokončanje nalog je nezaželeno, a ne usodno
• Obstaja možnost poslabšanja zmogljivosti
• Ne more povzročiti okvare sistema

3. Trden operacijski sistem v realnem času

Robotska roka, ki se uporablja za izbiro predmetov, lahko štejemo med primere trdnega RTOS-a. Tukaj, znotraj tega podjetja RTOS, tudi če se postopek zavleče, se to dopušča.

Prednosti uporabe brezplačnega sistema RTOS

Sledijo prednosti uporabe sistema RTOS v vaših aplikacijah.

• Ni težav s požarnim zidom
• Nizka pasovna širina za izboljšano zmogljivost
• Izboljšana varnost in zasebnost
• Nizki stroški zaradi zmanjšanja strojne in programske opreme, ki se uporablja za razvoj

Nekaj ​​glavnih vprašanj, povezanih z RTOS

Zdaj ima kljub številnim prednostim za RTOS v resničnih aplikacijah tudi različne slabosti. Tu so obravnavana nekatera vprašanja, povezana z njo.

• Prekinitve se običajno uporabljajo v programih za zaustavitev izvajanja programa za preusmeritev toka v drug pomemben del kode. Tukaj znotraj RTOS, ker je potreben hiter odzivni čas; Priporočljivo je, da se prekinitve za najmanj možen čas onemogočijo.
• Ker bi se moralo jedro odzivati ​​tudi na različne dogodke, mora imeti manjše velikosti jedra, da bi se pravilno prilegalo ROM-u
• Prefinjene funkcije sistema RTOS je treba odstraniti, saj v njem ni koncepta takšnega navideznega pomnilnika.

Kako uporabljati RTOS

Zdaj, ko veste, kaj je RTOS in kje ga lahko uporabljate, morate za začetek uporabe RTOS običajno uporabiti razvojno okolje Tornado ali FreeRTOS. Oglejmo si na kratko oba razvojna okolja.

Tornado - VxWorks

Tornado je integrirano okolje za razvoj vgrajenih aplikacij RTOS v realnem času na ciljnem sistemu. Tornado je sestavljen iz treh osnovnih elementov, ki so navedeni spodaj.

1) VxWorks

2) Orodja za ustvarjanje aplikacij (prevajalnik in z njimi povezani programi)

3) Integrirano razvojno okolje, ki lahko upravlja, odpravlja napake in nadzira aplikacijo VxWorks

VxWorks je omrežni operacijski sistem v realnem času. Za začetek z VxWorksom bi morali imeti en razvojni komplet (tarčo) skupaj z eno delovno postajo. Tu razvojni komplet ni nič drugega kot ciljni gostitelj ali komponenta, ki komunicira s ciljnim strežnikom na delovni postaji. Tukaj cilj povezuje tornado orodja, kot sta lupina in razhroščevalec. Zato bomo z uporabo VxWorks konfigurirali in zgradili sisteme, medtem ko nam Tornado ponuja grafični uporabniški vmesnik in orodja za ukazno vrstico za konfiguracijo in gradnjo.

Zelo pomembna točka, ki se tukaj pojavi, je, da mora namestitveni imenik med nameščanjem tornada v vašem sistemu uporabljati imena poti kot:

installDir / target. Na primer, če želite svoj tornado shraniti v C: \ tornado na gostitelju z operacijskim sistemom Windows, mora biti celotno ime poti v tem primeru označeno kot installDir / target / h / vxworks.h.

Tu ne bomo podrobneje razpravljali o značilnostih del Vx (to bomo pustili za naslednjo vadnico), ampak o tem, kako je mogoče razvoj razviti s pomočjo C ++ znotraj Vxworks z uporabo WindRiver GNU. WindRiver GNU nam pomaga pri grafični analizi prekinitve med izvajanjem in poročila o uporabi pomnilnika.

Na primer, zgoraj navedeni pogled WindRiver pojasnjuje povezano številko procesorja skupaj s prednostnimi nalogami (tLowPri & tHighPri). V stanju mirovanja, tj. V zeleni barvni črti je navedeno časovno obdobje, ko procesor ni v svojem delovnem stanju, ki je opaženo po nekaj sekundah. t1, t7, t8 & t9 niso nič drugega kot različni uporabljeni procesorji. Tu izberemo samo procesor t7.

Ta Windriver torej lahko prikliče VxWorks in podprograme aplikacijskega modula. Aplikacijo Windriver lahko zaženete bodisi iz orodne vrstice za zagon tornada (-> gumb i), nato kliknite meni in nato lupino. Nazadnje v ukazni poziv vnesite »> windsh target server«.

Zdaj za programiranje z uporabo C ++ je pomembno, da vključite komponento INCLUDE_CPLUS_DEMANGLER, ta komponenta demangler omogoča, da ciljni lupinski simboli vrnejo človeško berljive oblike imen simbolov C ++. Preden naložite modul C ++ na cilj Vxworks, sledite postopku, imenovanem munching. Tu se munching nanaša na dodatni korak obdelave gostitelja.

Sestavite izvorni program aplikacije C ++ in pridobite na primer datoteko hello.cpp. Pozneje ga zaženite, da greste.o in prevedete ustvarjeno datoteko ctdt.c. Nadalje povežite aplikacijo s ctdt.o, da ustvarite prenosljiv modul, hello.out znotraj VxWorks. Rezultat po izvedbi tega VxWorksa bo datoteka make, ki bo uporabljena na nekem cilju.

Brezplačen RTOS

Na splošno imamo vedno prednost pri VOS Works RTOS, kadar začnemo z RTOS. Tukaj pa na kratko razpravljamo o brezplačnem RTOS-u, ki ga lahko tudi začetniki uporabljajo za koncept operacijskega sistema v realnem času. Free RTOS sta razvila Richard Barry in ekipa FreeRTOS, prav tako je v lasti Real time engineers ltd, vendar je brezplačen za uporabo in ga lahko preprosto prenesete s klikom na spodnjo povezavo

Prenesite brezplačne ROTS

Najnovejša različica brezplačnega sistema RTOS, ki se uporablja v času tega članka, je različica 10, navedena kot FreeRTOS V10.

Največja prednost brezplačnega RTOS-a, zaradi česar je boljši od ostalih RTOS-ov, je njegovo neodvisno vedenje od platforme glede strojne opreme, tj. Koda c, ki jo bomo uporabili za izvajanje operacijskega sistema, se lahko izvaja na različnih platformah z različno arhitekturo. Zato bo ne glede na to, ali uporabljate mikrokrmilnik 8051 ali kakšen najnovejši mikrokrmilnik ARM, koda, ki ste jo napisali skupaj s postopkom izvajanja, podobna za oba.

Uporaba brezplačnega sistema RTOS over Vx in drugih orodij za upravljanje RTOS-a ima še veliko drugih prednosti. Nekatere od njih lahko navedemo kot:

1. Omogoča lažje testiranje
2. Spodbuja koncept ponovne uporabe kode
3. Manj prostega teka
4. Enostavno vzdrževanje
5. Povzetek časovnih informacij

Tudi osnovno jedro, kjer se jedro nanaša na osrednjo komponento operacijskega sistema, ki je prisotna v brezplačnem RTOS-u, omogoča njegovo uporabo za različne aplikacije. Ker je na operacijske sisteme enostavno pritrditi razširjene module, da bi dobili več aplikacij, postane RTOS močnejši.

Enega od primerov uporabe brezplačnega RTOS-a je mogoče razložiti s konceptom kombiniranja brezplačnega RTOS-a z Nabto. Nabto je brezplačna spletna naprava, ki se uporablja za prenos podatkov iz naprave v brskalnik.

Zato je zaradi združitve brezplačnega RTOS-a z Nabto majhen delček kode C, kot je razloženo na sliki a. Zdaj je Internet of Things (IOT) v trendu in vsaka naprava IOT, do katere bomo dostopali, ima edinstven URL prek interneta, tehnologija pa omogoča varne in izredno nizke pasovne širine povezave od točke do točke. Če ni internetne povezave, je ta kombinacija lahko v pomoč. Zato je brezplačni RTOS priljubljena izbira pri uvajanju IOT.