- Što je RTOS?
- Zašto RTOS ??
- Razlika između operativnog sustava i operativnog sustava u stvarnom vremenu
- Vrste RTOS-a
- Prednosti korištenja besplatnog RTOS-a
- Neka glavna pitanja vezana uz RTOS
- Kako se koristi RTOS
Ugrađeni sustavi imaju širok spektar primjene u svim elektroničkim uređajima oko nas, očit je primjer mini prijenosno računalo koje stalno nosimo sa sobom, da, mislim na naše mobilne telefone.
Kad god ugrađeni sustav dođe u sliku, to je uvijek kombinacija hardvera poput mikrokontrolera ili mikroprocesora i softvera poput firmvera ili operativnog sustava. Operativni sustav je baza svih elektroničkih uređaja u i upravlja hardvera i softvera unutar bilo koji elektronski uređaj. Pojam operativni sustav nije ograničen samo na Unix i Windows za računala već se može proširiti i na mikrokontrolere. Jedan takav operativni sustav koji se može pokretati na mikrokontrolerima naziva se operativni sustav u stvarnom vremenu. Ovdje ćemo naučiti o RTOS-u i aplikacijama operativnog sustava u stvarnom vremenu.
Što je RTOS?
Operativni sustav u stvarnom vremenu, popularno poznat kao RTOS, pruža kontroloru mogućnost da odgovori na unos i izvrši zadatke u određenom vremenskom periodu na temelju prioriteta. Na prvi pogled, RTOS može zvučati poput bilo kojeg drugog ugrađenog programa ili firmvera, ali izgrađen je na arhitekturi operativnog sustava. Stoga, kao i svaki operativni sustav, RTOS može omogućiti izvršavanje više programa istovremeno podržavajući multipleksiranje. Kao što znamo, jezgra procesora ili kontrolera može istodobno izvršavati samo jednu naredbu, ali RTOS ima nešto što se naziva planerkoja odlučuje koju će naredbu prvo izvršiti i tako izvršava upute više programa jedan za drugim. Tehnički RTOS samo stvara iluziju višestrukog uzimanja izvršavajući paralelne upute jednu po jednu.
To čini RTOS pogodnim za razne primjene u stvarnom svijetu. U RTOS-u za bilo koji ulaz kad god se procjenjuje logika koja daje odgovarajući izlaz. Ta se logika mjeri na temelju ne samo logičke kreativnosti već i vremenskog trajanja u kojem je određeni zadatak izveden. Ako sustav ne uspije izvršiti zadatak u tom određenom vremenskom razdoblju, poznat je kao neuspjeh sustava.
Zašto RTOS ??
- Dostupnost upravljačkih programa: Unutar RTOS-a dostupno je mnogo upravljačkih programa, što nam omogućuje da ih izravno koristimo za razne programe.
- Planirane datoteke: RTOS se brine o zakazivanju pa se umjesto da se usredotočimo na zakazivanje bilo kojeg sustava, možemo jednostavno usredotočiti na razvoj aplikacije. Na primjer, datoteke rasporeda zadataka koriste se za definiranje određenih radnji kad god je ispunjen skup uvjeta. RTOS koristi određene napredne algoritme za raspoređivanje koji se obično izvode, spremna i blokirana stanja koja tijekom izvođenja RTOS-a više usredotočuju na razvoj aplikacije nego na zakazivanje.
- Fleksibilnost dodavanja značajki: Unutar RTOS-a, čak i ako ste spremni dodati nove značajke, možete ga jednostavno dodati bez ometanja postojećih značajki
Razlika između operativnog sustava i operativnog sustava u stvarnom vremenu
Postoje razne razlike između operativnog sustava u stvarnom vremenu i operativnih sustava poput Windows, Linux itd. Pogledajmo ih jedan po jedan uz pomoć formata tablice:
| S.Br | Operacijski sustav | Sustav u stvarnom vremenu |
| 1 | Dijeljenje vremena je osnova izvršavanja procesa u operacijskom sustavu | Procesi se izvršavaju na temelju redoslijeda njihovog prioriteta |
| 2 | Operativni sustav djeluje kao sučelje između hardvera i softvera sustava | Sustav u stvarnom vremenu osmišljen je tako da se izvršava za probleme iz stvarnog svijeta |
| 3 | Upravljanje memorijom nije kritično pitanje kada je u pitanju izvršavanje operativnog sustava | Upravljanje memorijom je teško jer se temelji na izdvajanju memorije u stvarnom vremenu, što je samo po sebi kritično |
| 4 | Primjene: Ured, Data centri, Sustav za kuću itd | Primjene: Upravljanje zrakoplovom ili nuklearnim reaktorom, oprema za znanstvena istraživanja |
| 5 | Primjeri: Microsoft Windows, Linux, OS | Primjeri: Vx Works, QNX, Windows CE |
Vrste RTOS-a
Operativni sustav u stvarnom vremenu možemo svrstati u tri dijela, naime
- Tvrdi operativni sustav u stvarnom vremenu
- Mekani operativni sustav u stvarnom vremenu
- Čvrst operativni sustav u stvarnom vremenu
1. Tvrdi operativni sustav u stvarnom vremenu
Počnimo razumijevanje ove vrste operativnog sustava na primjeru, živi primjer toga je sustav kontrole leta. Unutar sustava kontrole leta, bilo koje zadatke koje pilot zada u obliku ulaznih podataka, treba ih izvršiti na vrijeme. U teškom operativnom sustavu u stvarnom vremenu mogu se tolerirati kvarovi sustava. Značajke tvrdog RTOS-a su:
- Za izvršavanje zadataka na vrijeme
- Nepoštivanje roka je kobno
- Zajamčeno lošije vrijeme odgovora na slučaj
- Može dovesti do kvara sustava
2. Mekani operativni sustav u stvarnom vremenu
Najlakši primjer korištenja soft RTOS-a je internetska baza podataka, jer je unutar soft RTOS-a parametar koji nas više brine brzina. Stoga su značajke soft RTOS-a sljedeće:
- Zadaće treba izvoditi što je brže moguće
- Kasno izvršavanje zadataka je nepoželjno, ali nije kobno
- Postoji mogućnost pogoršanja performansi
- Ne može dovesti do kvara sustava
3. Čvrst operativni sustav u stvarnom vremenu
Robotska ruka koja se koristi za odabir predmeta može se smatrati jednim od primjera čvrstog RTOS-a. Ovdje, unutar ove tvrde RTOS, čak i ako je postupak odgođen, tolerira se.
Prednosti korištenja besplatnog RTOS-a
Slijede prednosti uporabe RTOS-a u vašim aplikacijama.
- Nema problema s vatrozidom
- Niska širina pojasa za poboljšane performanse
- Poboljšana sigurnost i privatnost
- Niska cijena, zbog smanjenja hardverskih i softverskih komponenata koje se koriste za razvoj
Neka glavna pitanja vezana uz RTOS
Sada, iako ima mnogo prednosti za RTOS u stvarnom svijetu, on ima i razne nedostatke. Ovdje se raspravlja o nekim pitanjima u vezi s tim.
- Prekidi se obično koriste u programima za zaustavljanje izvršnog programa kako bi se tok preusmjerio na neki drugi važan dio koda. Ovdje, unutar RTOS-a, jer je potrebno brzo vrijeme odziva; preporuča se onemogućavanje prekida na minimalno moguće vrijeme.
- Budući da bi jezgra također trebala odgovarati na različite događaje, potrebno je imati manju veličinu jezgre kako bi se mogla pravilno uklopiti u ROM
- Sofisticirane značajke RTOS-a treba ukloniti jer u njemu ne postoji koncept takve virtualne memorije.
Kako se koristi RTOS
Sad kad znate što je RTOS i gdje ga možete koristiti, za početak rada s RTOS-om obično morate koristiti Tornado ili razvojno okruženje FreeRTOS. Kratko ćemo pogledati oba ova razvojna okruženja.
Tornado - VxWorks
Tornado je integrirano okruženje za razvoj ugrađenih RTOS aplikacija u realnom vremenu na ciljnom sustavu. Tornado se sastoji od tri osnovna elementa koja su navedena u nastavku.
1) VxWorks
2) Alati za izgradnju aplikacija (kompajler i pridruženi programi)
3) Integrirano razvojno okruženje, koje može upravljati, otklanjati pogreške i nadzirati VxWorks aplikaciju
VxWorks je umreženi operativni sustav u stvarnom vremenu. Za početak s VxWorksom trebali bismo imati jedan razvojni komplet (cilj) zajedno s jednom radnom stanicom. Ovdje razvojni komplet nije ništa drugo do ciljni domaćin ili komponenta koja komunicira s ciljnim poslužiteljem na radnoj stanici. Cilj ovdje povezuje tornado alate kao što su ljuska i program za ispravljanje pogrešaka. Stoga ćemo pomoću VxWorksa konfigurirati i izgraditi sustave, dok nam Tornado pruža grafičko korisničko sučelje i alate za naredbene retke za konfiguraciju i izgradnju.
Vrlo važna stvar koja ovdje dolazi do slike je da tijekom instalacije tornada u vašem sustavu instalacijski direktorij treba koristiti
staze kao: installDir / target. Na primjer, ako svoj tornado želite pohraniti u C: \ tornado na Windows računalu, puni naziv puta u tom bi slučaju trebao biti identificiran kao installDir / target / h / vxworks.h.
Ovdje nećemo detaljno raspravljati o značajkama Vx djela (to ćemo ostaviti za sljedeći vodič), već ćemo razgovarati o tome kako se razvoj može izvršiti pomoću C ++ u Vxworksu pomoću WindRiver GNU. WindRiver GNU pomaže nam u pružanju grafičke analize u vezi s prekidom tijekom izvršenja, kao i izvješća o korištenju memorije.
Na primjer, gore navedeni pogled na WindRiver objašnjava pridruženi broj procesora zajedno s prioritetom zadataka (tLowPri & tHighPri). Stanje mirovanja, odnosno linija zelene boje, navodi vremensko razdoblje za koje procesor nije u svom radnom stanju, koje se opaža nakon svakih nekoliko sekundi. t1, t7, t8 & t9 nisu ništa drugo doli različiti procesori koji se koriste. Ovdje odabiremo samo t7 procesor.
Stoga ovaj Windriver može pozvati i VxWorks i potprograme aplikacijskog modula. Možete pokrenuti aplikaciju Windriver bilo s alatne trake za pokretanje tornada ((-> gumb i)) kasnije kliknite izbornik, a zatim kliknite ljusku. I na kraju, iz naredbenog retka upišite “> vjetrovni ciljni poslužitelj”.
Sada za programiranje koristeći C ++, važno je uključiti komponentu INCLUDE_CPLUS_DEMANGLER, ova komponenta demangler omogućuje ciljnim simbolima ljuske da vrate ljudsko čitljive oblike naziva C ++ simbola. Prije preuzimanja C ++ modula na Vxworks target, slijedite postupak poznat pod nazivom munching. Ovdje se munching odnosi na dodatni korak obrade hosta.
Sastavite izvorni program aplikacije C ++ i nabavite na primjer datoteku hello.cpp. Kasnije ga pokrenite za munch na.o i kompajlirajte generiranu ctdt.c datoteku. Nadalje, povežite aplikaciju s ctdt.o kako biste generirali modul za preuzimanje, hello.out unutar VxWorksa. Rezultat nakon izvršavanja ovog VxWorksa bit će datoteka izrade koja će se koristiti na nekom cilju.
Besplatni RTOS
Općenito, kad god započnemo s RTOS-om, uglavnom preferiramo Vx Works RTOS. Ali, hajde da ukratko razgovaramo o besplatnom RTOS-u, koji početnici mogu koristiti i za prolazak kroz koncept operativnog sustava u stvarnom vremenu. Besplatni RTOS razvili su Richard Barry i FreeRTOS tim, također je u vlasništvu Real time engineers ltd, ali je besplatan za upotrebu i može se jednostavno preuzeti klikom na donju poveznicu
Preuzmite besplatni ROTS
Najnovija verzija besplatnog RTOS-a koja se koristila u vrijeme ovog članka je verzija 10, navedena kao FreeRTOS V10.
Najveća prednost besplatnog RTOS-a koji ga čini superiornim u odnosu na drugi RTOS je njegovo neovisno ponašanje od platforme u smislu hardvera, tj. C kod koji ćemo koristiti za izvršavanje operativnog sustava može se izvoditi na različitim platformama različite arhitekture. Stoga, bez obzira koristite li mikrokontroler 8051 ili neki najnoviji ARM mikrokontroler, kod koji ste napisali zajedno s postupkom izvršavanja bit će sličan za oboje.
Mnogo je drugih prednosti korištenja besplatnog RTOS-a preko Vx djela i drugih RTOS-ovih radnih alata. Neki od njih mogu se navesti kao:
- Pruža lakše testiranje
- Promovira koncept ponovne upotrebe koda
- Manje vrijeme praznog hoda
- Jednostavno održavanje
- Sažetak informacija o vremenu
Također, osnovni kernel, gdje se kernel odnosi na središnju komponentu operativnog sustava koja je prisutna u besplatnom RTOS-u, čini ga dostupnim za upotrebu u raznim aplikacijama. Budući da je jednostavno priložiti proširene module na operativne sustave kako bi se dobilo više aplikacija, besplatni RTOS postaje sve moćniji.
Jedan od primjera korištenja besplatnog RTOS-a može se objasniti uporabom koncepta kombiniranja besplatnog RTOS-a s Nabto-om. Nabto je besplatni web uređaj koji se koristi za prijenos podataka s uređaja u preglednik.
Stoga ga kombiniranje besplatnog RTOS-a s Nabto čini malim dijelom C koda kako je objašnjeno na slici a. Sada je Internet of Things (IOT) u trendu i svaki IOT uređaj kojem ćemo pristupiti ima jedinstveni URL preko interneta, a tehnologija omogućuje sigurne i izuzetno niske propusnosti veze od točke do točke. U nedostatku internetske povezanosti ova kombinacija može biti korisna. Stoga je besplatni RTOS popularan izbor kada je riječ o implementaciji IOT-a.