Izpratne par reāllaika operētājsistēmu (rtos) un kā to izmantot nākamajam iegultajam dizainam

Iegultās sistēmas ir plaši pielietojamas visās apkārt esošajās elektroniskajās ierīcēs, uzskatāms piemērs ir mini klēpjdators, kuru mēs visu laiku nēsājam līdzi, jā, es atsaucos uz mūsu mobilajiem tālruņiem.

Ikreiz, kad iegultā sistēma nonāk attēlā, tā vienmēr ir aparatūras, piemēram, mikrokontrolleru vai mikroprocesoru, un programmatūras, piemēram, programmaparatūras vai operētājsistēmas, kombinācija. Operētājsistēma veido bāzi visām elektronikas ierīcēm un pārvalda gan aparatūru un programmatūru lietošanu jebkurā elektronisku ierīci. Termins operētājsistēma attiecas ne tikai uz Unix un Windows datoriem, bet arī uz mikrokontrolleriem. Viena šāda operētājsistēma, kas var darboties ar mikrokontrolleriem, tiek dēvēta par reāllaika operētājsistēmu. Šeit mēs uzzināsim par RTOS un reāllaika operētājsistēmas lietojumprogrammām.

Kas ir RTOS?

Reālā laika operētājsistēma, ko tautā dēvē par RTOS, nodrošina kontrolierim iespēju reaģēt uz ievadi un izpildīt uzdevumus noteiktā laika periodā, pamatojoties uz prioritāti. Pirmajā skatījumā RTOS varētu izklausīties tāpat kā jebkura cita iegultā programma vai programmaparatūra, taču tā ir veidota uz operētājsistēmas arhitektūras. Tādējādi, tāpat kā jebkura operētājsistēma, arī RTOS var ļaut vienlaikus izpildīt vairākas programmas, atbalstot multipleksēšanu. Kā mēs zinām, procesora vai kontroliera kodols vienlaikus var izpildīt tikai vienu instrukciju, bet RTOS ir kaut kas, ko sauc par plānotājukas izlemj, kuru instrukciju vispirms izpildīt, un tādējādi viens pēc otra izpilda vairāku programmu instrukcijas. Tehniski RTOS rada tikai ilūziju par vairāku uzņemšanu, izpildot paralēlus norādījumus pa vienam.

Tas padara RTOS piemērotu dažādām lietojumprogrammām reālajā pasaulē. RTOS jebkurai ieejai ikreiz, kad tiek novērtēta loģika, kas dod atbilstošo izvadi. Šī loģika tiek mērīta, balstoties ne tikai uz loģisko radošumu, bet arī uz laika ilgumu, kurā konkrētais uzdevums ir veikts. Ja sistēma neizdodas izpildīt uzdevumu konkrētajā laika periodā, to sauc par sistēmas kļūmi.

Kāpēc RTOS ??

• Draiveru pieejamība: RTOS ir pieejami daudzi draiveri, kas ļauj tos tieši izmantot dažādām lietojumprogrammām.
• Plānotie faili: RTOS rūpējas par plānošanu, tāpēc tā vietā, lai koncentrētos uz jebkuras sistēmas plānošanu, mēs vienkārši varam koncentrēties uz lietojumprogrammu izstrādi. Piemēram, uzdevumu plānošanas faili tiek izmantoti noteiktu darbību noteikšanai, kad tiek izpildīts nosacījumu kopums. RTOS izmanto noteiktus uzlabotus algoritmus, parasti plānojot darbojošos, gatavos un bloķētos stāvokļus, kas, darbojoties RTOS, vairāk koncentrējas uz lietojumprogrammu izstrādi, nevis plānošanu.
• Funkciju pievienošanas elastība: RTOS pat tad, ja vēlaties pievienot jaunas funkcijas, varat to vienkārši pievienot, netraucējot esošās funkcijas

Atšķirība starp reāllaika operētājsistēmu un operētājsistēmu

Pastāv dažādas atšķirības starp reāllaika operētājsistēmu un operētājsistēmām, piemēram, Windows, Linux utt. Apskatīsim tos pa vienam, izmantojot tabulas formātu:

S.No	Operētājsistēma	Reālā laika sistēma
1	Laika koplietošana ir operētājsistēmas procesu izpildes pamats	Procesi tiek veikti, pamatojoties uz to prioritātes secību
2	Operētājsistēma darbojas kā saskarne starp sistēmas aparatūru un programmatūru	Reālā laika sistēma ir paredzēta tā izpildei reālās pasaules problēmām
3	Atmiņas pārvaldība nav kritiska problēma operētājsistēmas izpildē	Atmiņas pārvaldība ir sarežģīta, jo, pamatojoties uz reālā laika problēmu, tiek piešķirta atmiņa, kas pati par sevi ir kritiska
4	Lietojumprogrammas: birojs, datu centri, mājas sistēma utt	Pielietojums: Lidmašīnu vai kodolreaktoru vadība, zinātniskās izpētes iekārtas
5	Piemēri: Microsoft Windows, Linux, OS	Piemēri: Vx Works, QNX, Windows CE

RTOS veidi

Reālā laika operētājsistēmu mēs varam kategorizēt galvenokārt trīs daļās

1. Cieta reāllaika operētājsistēma
2. Mīkstā reāllaika operētājsistēma
3. Stingra reāllaika operētājsistēma

1. Cieta reāllaika operētājsistēma

Sāksim izprast šāda veida operētājsistēmu, izmantojot piemēru, tās tiešais piemērs ir lidojuma vadības sistēma. Lidojuma vadības sistēmā neatkarīgi no tā, kādus uzdevumus pilots izvirza kā ievadi, tie būtu jāveic laikā. Sarežģītā reālā laika operētājsistēmā var pieļaut sistēmas kļūmes. Cietās RTOS funkcijas ir:

• Lai izpildītu uzdevumus laikā
• Termiņa neievērošana ir letāla
• Garantēts sliktāks reakcijas laiks
• Var izraisīt sistēmas kļūmi

2. Mīkstā reāllaika operētājsistēma

Vieglākais piemērs mīkstās RTOS izmantošanai ir tiešsaistes datu bāze, jo mīkstajā RTOS parametrs, par kuru mēs vairāk uztraucamies, ir ātrums. Tādējādi mīkstās RTOS funkcijas ir:

• Uzdevumi jāveic pēc iespējas ātrāk
• Novēlota uzdevumu izpilde ir nevēlama, bet nav letāla
• Ir iespējama veiktspējas pasliktināšanās
• Nevar izraisīt sistēmas kļūmi

3. Stingra reāllaika operētājsistēma

Robotu roku, ko izmanto objektu atlasīšanai, var uzskatīt par vienu no stingra RTOS piemēra. Pat ja process tiek aizkavēts, šajā uzņēmumā RTOS tas ir pieļaujams.

Bezmaksas RTOS izmantošanas priekšrocības

Šīs ir RTOS izmantošanas priekšrocības jūsu lietojumprogrammās.

• Nav ugunsmūra problēmu
• Zems joslas platums uzlabotai veiktspējai
• Uzlabota drošība un privātums
• Zemas izmaksas, pateicoties izstrādei izmantoto aparatūras un programmatūras komponentu samazinājumam

Daži galvenie jautājumi, kas saistīti ar RTOS

Neskatoties uz to, ka tam ir daudz priekšrocību RTOS reālajā dzīvē, tam ir arī dažādi trūkumi. Daži ar to saistītie jautājumi tiek apspriesti šeit.

• Pārtraukumus parasti izmanto programmās, lai apturētu izpildes programmu, lai novirzītu plūsmu uz kādu citu svarīgu koda daļu. Šeit, RTOS ietvaros, jo ir nepieciešams ātrs reakcijas laiks; ieteicams pārtraukt traucējumus uz minimālo iespējamo laiku.
• Tā kā kodolam vajadzētu reaģēt arī uz dažādiem notikumiem, ir nepieciešams mazāks kodola lielums, lai tas pareizi iekļautos ROM
• Būtu jānoņem sarežģītas RTOS funkcijas, jo tajā nav tādas virtuālās atmiņas jēdziena.

Kā izmantot RTOS

Tagad, kad jūs zināt, kas ir RTOS un kur to varat izmantot, lai sāktu darbu ar RTOS, parasti jāizmanto Tornado vai FreeRTOS izstrādes vide. Īsi apskatīsim abas šīs attīstības vides.

Tornado - VxWorks

Tornado ir integrēta vide, lai mērķa sistēmā izstrādātu ar reāllaiku saistītas iegultās RTOS lietojumprogrammas. Tornado sastāv no trim pamatelementiem, kas ir uzskaitīti zemāk.

1) VxWorks

2) Lietojumprogrammu veidošanas rīki (kompilators un saistītās programmas)

3) Integrēta izstrādes vide, kas var pārvaldīt, atkļūdot un uzraudzīt VxWorks lietojumprogrammu

VxWorks ir tīklā savienota reāllaika operētājsistēma. Lai sāktu ar VxWorks, mums vajadzētu būt vienam izstrādes komplektam (mērķim) kopā ar vienu darbstaciju. Šeit izstrādes komplekts ir nekas cits kā mērķa resursdators vai komponents, kas sazinās ar mērķa serveri darbstacijā. Mērķis šeit savieno tornado rīkus, piemēram, čaulu un atkļūdotāju. Tāpēc, izmantojot VxWorks, mēs konfigurēsim un izveidosim sistēmas, savukārt Tornado nodrošina grafisku lietotāja saskarni un komandrindas rīkus konfigurēšanai un izveidošanai.

Ļoti svarīgs jautājums, kas šeit parādās, ir tāds, ka, instalējot tornado savā sistēmā, instalācijas direktorijā

ceļu nosaukumi jāizmanto kā: installDir / target. Piemēram, ja jūs vēlaties glabāt savu tornado C: \ tornado uz Windows resursdatora, šajā gadījumā pilns ceļa nosaukums ir jāidentificē kā installDir / target / h / vxworks.h.

Šeit mēs detalizēti neapspriedīsim par Vx darbu funkcijām (mēs to atstāsim nākamajai apmācībai), bet mēs apspriedīsim, kā izstrādi var veikt, izmantojot C ++ Vxworks, izmantojot WindRiver GNU. WindRiver GNU palīdz mums sniegt grafisku analīzi par pārtraukumu, kas saistīts ar izpildi, kā arī atmiņas izmantošanas ziņojumu.

Piemēram, iepriekš norādītais WindRiver skats izskaidro saistītā procesora numuru kopā ar uzdevumu prioritāti (tLowPri & tHighPri). Dīkstāves stāvoklī, ti, zaļā krāsu līnija norāda laika periodu, kurā procesors nav darba stāvoklī, kas tiek novērots ik pēc dažām sekundēm. t1, t7, t8 un t9 nav nekas cits kā dažādi izmantotie procesori. Šeit mēs izvēlamies tikai t7 procesoru.

Tādējādi šī Windriver spēj izsaukt gan VxWorks, gan lietojumprogrammu moduļu apakšprogrammas. Windriver lietojumprogrammu var palaist vai nu no tornado palaišanas rīkjoslas (-> i poga), vēlāk noklikšķiniet uz izvēlnes un pēc tam uz čaulas. Visbeidzot, no komandrindas ierakstiet “> windsh target server”.

Tagad, lai programmētu, izmantojot C ++, ir svarīgi iekļaut INCLUDE_CPLUS_DEMANGLER komponentu, šis demangler komponents ļauj mērķa čaulas simboliem atgriezt cilvēkiem lasāmas C ++ simbolu formas. Pirms C ++ moduļa lejupielādes Vxworks mērķī sekojiet procesam, kas pazīstams kā munching. Šeit munching attiecas uz papildu resursdatora apstrādes posmu.

Apkopojiet C ++ lietojumprogrammas avota programmu un iegūstiet, piemēram, hello.cpp failu. Vēlāk palaidiet to, lai kodinātu.o un apkopotu izveidoto failu ctdt.c. Tālāk saistiet lietojumprogrammu ar ctdt.o, lai ģenerētu lejupielādējamu moduli hello.out VxWorks. Izeja pēc šī VxWorks izpildes būs izveidošanas fails, kas tiks izmantots kādam mērķim.

Bezmaksas RTOS

Parasti, kad mēs sākam ar RTOS, mēs parasti dodam priekšroku Vx Works RTOS. Bet šeit pieņemsim īsu diskusiju par bezmaksas RTOS, kuru iesācēji var izmantot arī reāllaika operētājsistēmas koncepcijai. Bezmaksas RTOS ir izstrādājuši Ričards Barijs un FreeRTOS komanda, kā arī tas pieder reālā laika inženieriem ltd, taču tas ir brīvi lietojams un to var vienkārši lejupielādēt, noklikšķinot uz zemāk esošās saites

Lejupielādēt bezmaksas ROTS

Jaunākā bezmaksas RTOS versija, kas tiek izmantota šī raksta laikā, ir 10. versija, kas norādīta kā FreeRTOS V10.

Lielākā bezmaksas RTOS priekšrocība, kas padara to pārāku salīdzinājumā ar citiem RTOS, ir tā platformas neatkarīga izturēšanās attiecībā uz aparatūru, ti, c kods, kuru mēs izmantosim operētājsistēmas izpildei, var darboties dažādās platformās ar atšķirīgu arhitektūru. Tāpēc neatkarīgi no tā, vai izmantojat mikrokontrolleru 8051 vai kādu citu jaunāko ARM mikrokontrolleru, kods, kuru rakstījāt kopā ar izpildes procesu, būs līdzīgs abiem.

Ir daudz citu priekšrocību, izmantojot bezmaksas RTOS, salīdzinot ar Vx darbiem un citiem RTOS darbības rīkiem. Dažus no tiem var apgalvot kā:

1. Nodrošina vieglāku testēšanu
2. Veicina koda atkārtotas izmantošanas jēdzienu
3. Mazāks dīkstāves laiks
4. Viegla uzturēšana
5. Abonējiet informāciju par laika plānošanu

Arī pamata kodols, kur kodols attiecas uz operētājsistēmas centrālo komponentu, kas atrodas bezmaksas RTOS, padara to pieejamu dažādām lietojumprogrammām. Tā kā operētājsistēmās ir viegli pievienot paplašinātus moduļus, lai iegūtu vairāk lietojumprogrammu, RTOS kļūst jaudīgāka.

Vienu no bezmaksas RTOS izmantošanas piemēriem var izskaidrot, izmantojot bezmaksas RTOS apvienošanas ar Nabto koncepciju. Nabto ir bezmaksas tīmekļa ierīce, ko izmanto informācijas pārsūtīšanai no ierīces uz pārlūku.

Tāpēc, apvienojot bezmaksas RTOS ar Nabto, tas kļūst par nelielu C koda gabalu, kā paskaidrots a attēlā. Tagad dienu laikā lietu internets (IOT) ir tendence, un katrai IOT ierīcei, kurai mēs piekļūsim, ir unikāls URL, izmantojot internetu, un tehnoloģija ļauj nodrošināt drošus un ļoti zemas joslas platuma savienojumus starp punktu un punktu. Ja nav savienojuma ar internetu, šī kombinācija var būt noderīga. Tāpēc bezmaksas RTOS ir populāra izvēle IOT ieviešanā.