Realtime besturingssysteem (RTOS): componenten, typen, voorbeelden

Wat is een realtime besturingssysteem (RTOS)?

Realtime besturingssysteem (RTOS) is een besturingssysteem dat bedoeld is om realtime-applicaties te bedienen die gegevens verwerken zodra deze binnenkomen, meestal zonder buffervertraging. De volledige vorm van RTOS is een realtime besturingssysteem.

In een RTOS wordt de vereiste verwerkingstijd berekend in stappen van tienden van seconden. Het is een tijdgebonden systeem dat kan worden gedefinieerd als vaste tijdsbeperkingen. In dit type systeem moet de verwerking plaatsvinden binnen de gespecificeerde beperkingen. Anders faalt het systeem.

In deze zelfstudie over het besturingssysteem leert u:

Waarom een ​​RTOS gebruiken?

Hier zijn belangrijke redenen om RTOS te gebruiken:

  • Het biedt op prioriteiten gebaseerde planning, waarmee u analytische verwerking kunt scheiden van niet-kritieke verwerking.
  • Het realtime besturingssysteem biedt API-functies die schonere en kleinere applicatiecode mogelijk maken.
  • Het abstraheren van tijdsafhankelijkheden en het op taken gebaseerde ontwerp resulteert in minder onderlinge afhankelijkheden tussen modules.
  • RTOS biedt modulaire taakgebaseerde ontwikkeling, die modulair taakgebaseerd testen mogelijk maakt.
  • De taakgebaseerde API stimuleert modulaire ontwikkeling als een taak, die doorgaans een duidelijk gedefinieerde rol zal hebben. Het stelt ontwerpers/teams in staat om onafhankelijk te werken aan hun onderdelen van het project.
  • Een RTOS is gebeurtenisgestuurd zonder tijdverspilling aan verwerkingstijd voor de gebeurtenis die niet plaatsvindt

Onderdelen van RTOS

Onderdelen van het realtime besturingssysteem

Hier zijn belangrijke componenten van RTOS

de planner : Dit onderdeel van RTOS vertelt dat in welke volgorde de taken kunnen worden uitgevoerd, wat over het algemeen gebaseerd is op de prioriteit.

Symmetrische multiprocessing (SMP) : Het is een aantal verschillende taken die door de RTOS kunnen worden afgehandeld, zodat parallelle verwerking kan worden uitgevoerd.

Functiebibliotheek : Het is een belangrijk element van RTOS dat fungeert als een interface die u helpt om kernel- en applicatiecode te verbinden. Met deze applicatie kun je de verzoeken naar de kernel sturen met behulp van een functiebibliotheek, zodat de applicatie de gewenste resultaten kan geven.

Geheugen management : dit element is nodig in het systeem om geheugen toe te wijzen aan elk programma, het belangrijkste element van de RTOS.

Snelle verzending latentie : Het is een interval tussen de beëindiging van de taak die kan worden geïdentificeerd door het besturingssysteem en de werkelijke tijd die nodig is voor de thread, die zich in de gereed-wachtrij bevindt, die is begonnen met verwerken.

Door de gebruiker gedefinieerde gegevensobjecten en klassen : RTOS-systeem maakt gebruik van programmeertalen zoals C of C++, die moeten worden georganiseerd volgens hun werking.

Soorten RTOS

Drie soorten RTOS-systemen zijn:

Harde realtime:

In Hard RTOS wordt de deadline zeer strikt gehanteerd, wat betekent dat een bepaalde taak op de gespecificeerde geplande tijd moet worden uitgevoerd en binnen de toegewezen tijdsduur moet worden voltooid.

Voorbeeld: Medisch kritieke zorgsysteem, vliegtuigsystemen, enz.

Vast Realtime:

Dit type RTOS moet zich ook aan de deadlines houden. Het missen van een deadline heeft misschien geen grote impact, maar kan ongewenste effecten veroorzaken, zoals een enorme vermindering van de kwaliteit van een product.

Voorbeeld: verschillende soorten multimediatoepassingen.

Zachte realtime:

Soft Realtime RTOS, accepteert enige vertragingen door het besturingssysteem. Bij dit type RTOS is er een deadline voor een specifieke taak, maar een korte vertraging is acceptabel. Deadlines worden dus zacht behandeld door dit type RTOS.

Voorbeeld: Online Transactiesysteem en Veeprijsopgave Systeem.

Termen die worden gebruikt in RTOS

Hier zijn essentiële termen die in RTOS worden gebruikt:

  • Taak - Een reeks gerelateerde taken die gezamenlijk in staat zijn om bepaalde systeemfunctionaliteit te bieden.
  • Functie - Een taak is een klein stukje werk dat aan een processor kan worden toegewezen en waarvoor al dan niet middelen nodig zijn.
  • Vrijgavetijd van een taak – Het is een tijd van een baan waarbij de baan klaar is voor uitvoering.
  • Uitvoeringstijd van een opdracht: Het kost tijd om de uitvoering ervan af te ronden.
  • Deadline van een baan: Het is tijd waarop een taak de uitvoering moet hebben voltooid.
  • verwerkers: Zij worden ook wel actieve bronnen genoemd. Ze zijn belangrijk voor de uitvoering van een taak.
  • Maximaal Het is de toegestane reactietijd van een baan wordt de relatieve deadline genoemd.
  • Reactietijd van een opdracht: Het is een tijdsduur vanaf de releasetijd van een taak wanneer het moment is voltooid.
  • Absolute deadline: Dit is de relatieve deadline, die ook de releasetijd omvat.

Kenmerken van RTOS

Hier zijn belangrijke kenmerken van RTOS:

  • Veel minder geheugen in beslag nemen
  • Verbruik minder middelen
  • Reactietijden zijn zeer voorspelbaar
  • Onvoorspelbare omgeving
  • De kernel slaat de status van de onderbroken taakadvertentie op en bepaalt vervolgens welke taak deze vervolgens moet uitvoeren.
  • De kernel herstelt de status van de taak en geeft de controle over de CPU voor die taak.

Factoren voor het selecteren van een RTOS

Hier zijn essentiële factoren waarmee u rekening moet houden bij het selecteren van RTOS:

  • Uitvoering : Prestaties zijn de belangrijkste factor waarmee rekening moet worden gehouden bij het selecteren voor een RTOS .
  • Middleware : als er geen middleware-ondersteuning is in het Realtime-besturingssysteem, doet zich het probleem voor van de tijdrovende integratie van processen.
  • Foutloos : RTOS-systemen zijn foutloos. Daarom is er geen kans op een fout tijdens het uitvoeren van de taak.
  • Gebruik van ingebed systeem : Programma's van RTOS zijn klein van formaat. Daarom gebruiken we RTOS veel voor embedded systemen.
  • Maximaal verbruik : met behulp van RTOS kunnen we maximaal Verbruik bereiken.
  • Taakverschuiving : De schakeltijd van de taken is zeer kort.
  • Unieke kenmerken : Een goede RTS moet in staat zijn, en het heeft een aantal extra functies, zoals hoe het werkt om een ​​opdracht uit te voeren, efficiënte bescherming van het geheugen van het systeem, enz.
  • 24/7 prestaties : RTOS is ideaal voor die toepassingen die 24/7 moeten draaien.

Verschil tussen in GPOS en RTOS

Hier zijn belangrijke verschillen tussen GPOS en RTOS:

Algemeen gebruik besturingssysteem (GPOS) Realtime besturingssysteem (RTOS)
Het werd gebruikt voor desktop-pc en laptop.Het wordt alleen toegepast op de embedded applicatie.
Procesgebaseerde planning.Tijdgebaseerde planning gebruikt zoals round-robin planning.
Interrupt latency wordt niet zo belangrijk geacht als in RTOS.Interrupt lag is minimaal, gemeten in een paar microseconden.
Er is geen prioriteitsinversiemechanisme in het systeem aanwezig.Het prioriteitsinversiemechanisme is actueel. Het kan dus niet door het systeem worden gewijzigd.
De werking van de kernel kan al dan niet worden voorkomen.De werking van de kernel kan worden voorkomen.
Prioriteitsinversie blijft onopgemerktGeen voorspelbaarheidsgaranties

Toepassingen van realtime besturingssysteem

Realtime systemen worden gebruikt in:

  • Reserveringssysteem van luchtvaartmaatschappijen.
  • Luchtverkeersleidingssysteem.
  • Systemen die zorgen voor onmiddellijke updates.
  • Gebruikt in elk systeem dat up-to-date en minutieuze informatie geeft over aandelenkoersen.
  • Defensietoepassingssystemen zoals RADAR.
  • Genetwerkte multimediasystemen
  • Commando-besturingssystemen
  • Internettelefonie
  • Antiblokkeerremsystemen
  • Hartpacemaker

Nadelen van RTOS

Hier zijn de nadelen/nadelen van het gebruik van het RTOS-systeem:

  • Het RTOS-systeem kan minimale taken samen uitvoeren en concentreert zich alleen op die toepassingen die een fout bevatten, zodat het deze kan vermijden.
  • RTOS is het systeem dat zich concentreert op een paar taken. Daarom is het voor deze systemen erg moeilijk om te multitasken.
  • Er zijn specifieke stuurprogramma's vereist voor de RTOS, zodat deze een snelle responstijd kan bieden om signalen te onderbreken, wat helpt om de snelheid te behouden.
  • Er worden door RTOS veel middelen gebruikt, wat dit systeem duur maakt.
  • De taken die een lage prioriteit hebben, moeten lang wachten omdat de RTOS de nauwkeurigheid van het programma handhaaft, dat wordt uitgevoerd.
  • Minimale wisseling van taken gebeurt in realtime besturingssystemen.
  • Het maakt gebruik van complexe algoritmen die moeilijk te begrijpen zijn.
  • RTOS gebruikt veel bronnen, die soms niet geschikt zijn voor het systeem.

Samenvatting:

  • RTOS is een besturingssysteem dat bedoeld is om realtime-applicaties te bedienen die gegevens verwerken zodra deze binnenkomen, meestal zonder buffervertraging.
  • Het biedt op prioriteiten gebaseerde planning, waarmee u analytische verwerking kunt scheiden van niet-kritieke verwerking.
  • Belangrijke componenten van het RTOS-systeem zijn: 1) de planner, 2) symmetrische multiprocessing, 3) functiebibliotheek, 4) geheugenbeheer, 5) snelle verzendingslatentie en 6) door de gebruiker gedefinieerde gegevensobjecten en klassen
  • Drie soorten RTOS zijn 1) Harde tijd 2) Zachte tijd en 3) Vaste tijd
  • RTOS-systeem neemt minder geheugen in beslag en verbruikt minder bronnen
  • Prestaties zijn de belangrijkste factor waarmee rekening moet worden gehouden bij het selecteren voor een RTOS.
  • General-Purpose Operating System (GPOS) wordt gebruikt voor desktop-pc's en laptops, terwijl Real-Time Operating System (RTOS) alleen wordt toegepast op de embedded applicatie.
  • Real-time systemen worden gebruikt in het reserveringssysteem van luchtvaartmaatschappijen, het luchtverkeersleidingssysteem, enz.
  • Het grootste nadeel van RTOS is dat het systeem zich maar op een paar taken concentreert.