A valós idejű operációs rendszer (rtos) és annak használatának megismerése a következő beágyazott tervhez

A beágyazott rendszerek széles körben alkalmazhatók a körülöttünk lévő összes elektronikus eszközben, szembetűnő példa erre a mini laptop, amelyet állandóan magunkkal hordunk, igen, a mobiltelefonjainkra utalok.

Amikor a beágyazott rendszer képbe kerül, mindig olyan hardver, mint mikrokontrollerek vagy mikroprocesszorok, valamint szoftverek, például firmware vagy operációs rendszer kombinációja. Az operációs rendszer képezi az összes elektronikai eszköz alapját, és kezeli a hardvert és a szoftvert bármely elektronikus eszközön belül. Az operációs rendszer kifejezés nem csak a számítógépekre szánt Unix és Windows rendszerre korlátozódik, hanem kiterjedhet a mikrovezérlőkre is. Az egyik ilyen operációs rendszert, amely képes futtatni a mikrokontrollereket, valós idejű operációs rendszernek hívják. Itt megismerhetjük az RTOS-t és a valós idejű operációs rendszerek alkalmazását.

Mi az RTOS?

A köznapi nevén RTOS néven ismert valós idejű operációs rendszer lehetővé teszi a vezérlő számára, hogy a prioritások alapján adott időn belül reagáljon a bemenetekre és a feladatokra. Első pillantásra egy RTOS úgy hangozhat, mint bármely más beágyazott program vagy firmware, de az operációs rendszer architektúrájára épül. Ennélfogva, mint bármely más operációs rendszer esetében, az RTOS is lehetővé teszi több program egyidejű végrehajtását, támogatva a multiplexelést. Mint tudjuk, a processzor vagy a vezérlő magja egyszerre csak egyetlen utasítást hajthat végre, de az RTOS-nak van valami, amelyet ütemezőnek hívnakamely eldönti, hogy melyik utasítást hajtsa végre először, és így egymás után hajtsa végre több program utasításait. Gyakorlatilag egy RTOS csak a többszörös felvétel illúzióját hozza létre, ha párhuzamos utasításokat hajt végre egyenként.

Ez teszi az RTOS-t a valós világ különböző alkalmazásaihoz megfelelővé. Az RTOS-ban minden bemenetre, amikor kiértékelik a megfelelő kimenetet adó logikát. Ezt a logikát nemcsak a logikai kreativitás, hanem az időtartam is méri, amelyben az adott feladatot elvégezték. Ha egy rendszer nem teljesíti a feladatot az adott időtartam alatt, akkor rendszerhibának nevezzük.

Miért RTOS ??

• A rendelkezésre álló vezetők: Sok vezetők belül elérhető RTOS, amely lehetővé teszi számunkra, hogy használja őket közvetlenül a különböző alkalmazásokhoz.
• Ütemezett fájlok: Az RTOS gondoskodik az ütemezésről, így ahelyett, hogy bármelyik rendszer ütemezésére összpontosítanánk, egyszerűen az alkalmazás fejlesztésére összpontosíthatunk. Például a feladatütemezési fájlok bizonyos műveletek meghatározására szolgálnak, amikor egy feltétel teljesül. Az RTOS bizonyos fejlett algoritmusokat használ általában futó, kész és blokkolt állapotok ütemezéséhez, amelyek az RTOS futtatása közben nagyobb hangsúlyt fektetnek az alkalmazás fejlesztésére, nem pedig az ütemezésre.
• A funkciók hozzáadásának rugalmassága: Az RTOS-on belül, még ha hajlandó is új funkciókat felvenni, egyszerűen hozzáadhatja a meglévő szolgáltatások megzavarása nélkül

Különbség a valós idejű operációs rendszer és az operációs rendszer között

Különböző különbségek vannak a valós idejű operációs rendszerek és az olyan operációs rendszerek között, mint a Windows, Linux stb. Nézzük meg őket egyenként a táblázat formátumának segítségével:

S.No	Operációs rendszer	Valós idejű rendszer
1	Az időmegosztás az operációs rendszer folyamatainak végrehajtásának alapja	A folyamatokat prioritásuk sorrendje alapján hajtják végre
2	Az operációs rendszer interfészként működik a rendszer hardvere és szoftvere között	A valós idejű rendszert úgy tervezték, hogy a valós világ problémáira fusson
3	A memória kezelése nem kritikus kérdés az operációs rendszer futtatásakor	A memóriakezelés bonyolult, mivel a valós idejű probléma alapján a memória fel van osztva, ami maga is kritikus
4	Alkalmazások: Iroda, adatközpontok, otthoni rendszer stb	Alkalmazások: Repülőgép vagy atomreaktor vezérlése, tudományos kutatóeszközök
5.	Példák: Microsoft Windows, Linux, OS	Példák: Vx Works, QNX, Windows CE

Az RTOS típusai

A valós idejű operációs rendszert főként három részre kategorizálhatjuk

1. Kemény, valós idejű operációs rendszer
2. Lágy, valós idejű operációs rendszer
3. Hatékony, valós idejű operációs rendszer

1. Kemény, valós idejű operációs rendszer

Kezdjük megérteni az ilyen típusú operációs rendszert egy példával, amelynek élő példája a repülésirányító rendszer. A repülésirányító rendszeren belül, bármilyen feladatot is megad a pilóta input formájában, azt időben el kell végezni. Nehéz valós idejű operációs rendszerben a rendszerhibák elviselhetők. A kemény RTOS jellemzői:

• A feladatok időben történő elvégzéséhez
• A határidő elmulasztása végzetes
• Garantáltan rosszabb esetben reagál az idő
• Rendszerhibához vezethet

2. Lágy, valós idejű operációs rendszer

A soft RTOS használatának legkönnyebb példája az online adatbázis, mivel a soft RTOS-on belül az a paraméter, amelyet jobban aggódunk, a sebesség. Ezért a soft RTOS jellemzői:

• A feladatokat a lehető leggyorsabban el kell végezni
• A feladatok késői végrehajtása nem kívánatos, de nem végzetes
• Lehetséges a teljesítmény romlása
• Nem vezethet rendszerhibához

3. Változatos valós idejű operációs rendszer

Az objektumok szedésére használt robotkar a cég RTOS egyik példájának tekinthető. Itt, ezen a cégen belül az RTOS még akkor is tolerálja a folyamatot, ha késik.

Az ingyenes RTOS használatának előnyei

Az alábbiakban bemutatjuk az RTOS alkalmazásainak előnyeit.

• Nincs tűzfalprobléma
• Alacsony sávszélesség a nagyobb teljesítmény érdekében
• Javított biztonság és adatvédelem
• Alacsony költség, a fejlesztéshez használt hardver és szoftver alkatrészek csökkenése miatt

Néhány fő kérdés az RTOS-szal kapcsolatban

Annak ellenére, hogy számos előnye van az RTOS számára a való alkalmazásban, számos hátránya is van. A vele kapcsolatos néhány kérdést itt tárgyalunk.

• A megszakításokat általában a programokban használják a végrehajtó program leállítására, hogy az áramlást a kód más fontos részére tereljék. Itt, az RTOS-on belül, mivel gyors válaszidő szükséges; ajánlott a megszakításokat a lehető legkisebb időre letiltani.
• Mivel a rendszermagnak különféle eseményekre is válaszolnia kell, ezért kisebb méretű rendszermag szükséges, hogy megfelelően illeszkedjen a ROM-ba
• Az RTOS kifinomult funkcióit el kell távolítani, mivel nincs ilyen virtuális memória fogalma.

Az RTOS használata

Most, hogy tudod, mi az RTOS, és hol használhatod, az RTOS használatának megkezdéséhez általában a Tornado vagy a FreeRTOS fejlesztői környezetet kell használnod. Vessünk egy rövid pillantást mindkét fejlesztési környezetre.

Tornado - VxWorks

A Tornado egy integrált környezet a valós idejű kapcsolódó beágyazott RTOS alkalmazások fejlesztésére a célrendszeren. A Tornado három alapelemből áll, amelyeket az alábbiakban sorolunk fel.

1) VxWorks

2) Alkalmazásépítő eszközök (fordító és társított programok)

3) Integrált fejlesztői környezet, amely képes kezelni, hibakeresni és figyelemmel kísérni a VxWorks alkalmazást

A VxWorks egy hálózatba kapcsolt valós idejű operációs rendszer. A VxWorks kezdeteként rendelkeznünk kell egy fejlesztőkészlettel (cél) egy munkaállomással együtt. Itt a fejlesztőkészlet nem más, mint a célállomás vagy összetevő, amely kommunikál a munkaállomás célkiszolgálójával. A cél itt összeköti a tornádó eszközöket, például a shellt és a hibakeresőt. Ezért a VxWorks használatával konfiguráljuk és felépítjük a rendszereket, míg a Tornado egy grafikus felhasználói felületet és parancssori eszközöket biztosít számunkra a konfiguráláshoz és a felépítéshez.

Nagyon fontos szempont, ami itt képbe kerül, hogy a tornado telepítése közben a rendszerbe a telepítési könyvtárnak a következő útvonalneveket kell használnia:

installDir / target. Például, ha a tornádót a C: \ tornado könyvtárban szeretné tárolni egy Windows gazdagépen, akkor a teljes elérési útnevet ebben az esetben az installDir / target / h / vxworks.h néven kell megadni.

Itt nem részletesen tárgyaljuk a Vx munkák funkcióit (ezt a következő oktatóanyagra hagyjuk), hanem megvitatjuk, hogyan lehet a fejlesztést végrehajtani a C ++ használatával a Vxworks-en belül a WindRiver GNU segítségével. A WindRiver GNU segít a grafikus elemzésben a végrehajtás során bekövetkezett megszakításról, valamint a memóriahasználati jelentésről.

Például a WindRiver fent említett nézete megmagyarázza a társított processzor számát a feladatok prioritásával együtt (tLowPri & tHighPri). A tétlen állapot, azaz a zöld színvonal határozza meg azt az időtartamot, amelyig a processzor nem működik, ami néhány másodpercenként megfigyelhető. A t1, t7, t8 és t9 nem más, mint a különféle használt processzorok. Itt csak a t7 processzort választjuk.

Ezért ez a Windriver képes mind a VxWorks, mind az alkalmazás modul szubrutinok meghívására. Indíthatja a Windriver alkalmazást akár a tornádó indító eszköztárból (-> i gomb), majd később kattintson a menüre, majd a shellre. Végül a parancssorba írja be a „> windsh target server” parancsot.

A C ++ használatával történő programozáshoz fontos az INCLUDE_CPLUS_DEMANGLER összetevő felvétele, ez a demangler komponens lehetővé teszi a célhéj szimbólumok számára, hogy a C ++ szimbólumnevek ember által olvasható formákat adjanak vissza. Mielőtt a C ++ modult letöltené a Vxworks célba, kövesse a csámcsogásnak nevezett folyamatot. Itt a csámcsogás további gazdagép-feldolgozási lépésre utal.

Fordítsa le a C ++ alkalmazás forrásprogramját, és szerezzen be például hello.cpp fájlt. Később futtassa az.o rágcsálására és a létrehozott ctdt.c fájl fordítására. Csatlakoztassa továbbá az alkalmazást a ctdt.o-hoz, hogy létrehozza a hello.out letölthető modult a VxWorks alkalmazásban. A kimenet a VxWorks végrehajtása után egy make fájl lesz, amelyet valamilyen célponton használnak.

Ingyenes RTOS

Általában, amikor az RTOS-szal kezdjük, általában a Vx Works RTOS-t részesítjük előnyben. De itt folytassunk egy rövid beszélgetést az ingyenes RTOS-ról, amelyet a kezdők is használhatnak a valós idejű operációs rendszer koncepciójának áttekintésére. Az ingyenes RTOS-t Richard Barry és a FreeRTOS csapata fejlesztette ki, továbbá a Real Time Engineers Ltd. tulajdonában van, de ingyenesen használható, és egyszerűen letölthető az alábbi linkre kattintva

Ingyenes ROTS letöltése

A cikk elkészítésekor használt ingyenes RTOS legújabb verziója a 10. verzió, amely FreeRTOS V10 néven szerepel.

Az ingyenes RTOS legnagyobb előnye, amely kiválóbbá teszi a többi RTOS szempontjából, a platformtól független viselkedése a hardver szempontjából, vagyis az a c kód, amelyet egy operációs rendszer végrehajtásához fogunk használni, különféle architektúrájú platformokon futtatható. Ezért, függetlenül attól, hogy 8051 mikrovezérlőt vagy valamilyen legújabb ARM mikrovezérlőt használ, a végrehajtás folyamatával együtt írt kód hasonló lesz mindkettőhöz.

Az ingyenes RTOS használatának számos más előnye van a Vx művekhez és más RTOS operációs eszközökhöz képest. Néhány közülük kijelenthető:

1. Könnyebb tesztelést biztosít
2. Elősegíti a kód újrafelhasználhatóságának koncepcióját
3. Kevesebb üresjárat
4. Könnyű karbantarthatóság
5. Absztrakt időzítési információk

Ezenkívül az alapvető kernel, ahol a kern egy operációs rendszer központi elemére utal, amely az ingyenes RTOS-ban található, hozzáférhetővé teszi különböző alkalmazások számára. Mivel könnyebb kibővített modulokat csatolni az operációs rendszerekhez, hogy minél több alkalmazást kapjon, az RTOS erősebbé válik.

Az ingyenes RTOS használatának egyik példája a Free RTOS és a Nabto kombinálásának koncepciójával magyarázható. A Nabto egy ingyenes webeszköz, amelyet az információknak az eszközről a böngészőbe történő átvitelére használnak.

Ezért a Free RTOS és a Nabto kombinálásakor egy kis darab C kód lesz belőle, amint az az a. Ábrán látható. Napok óta trendben van a tárgyak internete (IOT), és minden IOT-eszköznek egyedi URL-je van az interneten keresztül, és a technológia biztonságos és rendkívül alacsony sávszélességű pont-pont kapcsolatot kínál. Internetkapcsolat hiányában ez a kombináció hasznos lehet. Ezért az ingyenes RTOS népszerű választás az IOT megvalósításakor.