- מה זה RTOS?
- למה RTOS ??
- ההבדל בין מערכת הפעלה בזמן אמת לבין מערכת הפעלה
- סוגי RTOS
- יתרונות השימוש ב- RTOS בחינם
- כמה נושאים עיקריים הקשורים ל- RTOS
- כיצד להשתמש ב- RTOS
למערכות משובצות יש מגוון רחב של יישומים בכל המכשירים האלקטרוניים סביבנו, דוגמה ניכרת היא המחשב הנייד המיני שאנו נושאים איתנו כל הזמן, כן אני מתייחס לטלפונים הניידים שלנו.
בכל פעם שמערכת משובצת נכנסת לתמונה זה תמיד שילוב של חומרה כמו מיקרו-בקרים או מיקרו-מעבדים ותוכנה כמו קושחה או מערכת הפעלה. מערכת הפעלה מהווה את הבסיס של כל התקני האלקטרוניקה ומנהלת הן את החומרה ואת התוכנה בתוך כל מכשיר אלקטרוני. המונח מערכת הפעלה אינו מוגבל רק ליוניקס וחלונות למחשבים אלא יכול להרחיב גם למיקרו-בקרים. מערכת הפעלה אחת כזו שיכולה לפעול על מיקרו-בקרים נקראת מערכת הפעלה בזמן אמת. כאן נלמד על RTOS ויישומים של מערכת הפעלה בזמן אמת.
מה זה RTOS?
מערכת הפעלה בזמן אמת הידועה בכינויו RTOS מספקת לבקר את היכולת להגיב לקלט ולהשלים משימות בפרק זמן מסוים על סמך עדיפות. במבט ראשון, RTOS אולי נשמע כמו כל תוכנית או קושחה משובצת אחרת, אך הוא בנוי על הארכיטקטורה של מערכת הפעלה. לפיכך, כמו כל מערכת הפעלה, RTOS יכול לאפשר לבצע מספר תוכניות במקביל לתמיכה בריבוב. כידוע הליבה של מעבד או בקר יכולה לבצע רק הוראה אחת בכל פעם, אך ל- RTOS יש משהו שנקרא מתזמן.אשר מחליט איזו הוראה לבצע קודם וכך מבצע את ההוראות של מספר תוכניות אחת אחרי השנייה. מבחינה טכנית RTOS יוצר רק אשליה של לקיחת רב על ידי ביצוע הוראות מקבילות אחת בכל פעם.
זה הופך את RTOS למתאים ליישומים שונים בעולם האמיתי. ב- RTOS לכל קלט בכל פעם שהוערך לוגיקה שנותנת את הפלט המתאים. הגיון זה נמדד על בסיס לא רק היצירתיות ההגיונית אלא גם על משך הזמן בו בוצעה המשימה הספציפית. אם מערכת נכשלת בביצוע משימה בפרק הזמן הספציפי הזה היא מכונה כשל במערכת.
למה RTOS ??
- זמינות מנהלי התקנים: ישנם מספר רב של מנהלי התקנים זמינים בתוך RTOS, מה שמאפשר לנו להשתמש בהם ישירות ליישומים שונים.
- קבצים מתוזמנים: RTOS דואג לתזמון ולכן במקום להתמקד בתזמון כל מערכת נוכל פשוט להתמקד בפיתוח אפליקציה. לדוגמה, קבצי תזמון משימות משמשים להגדרת פעולות מסוימות בכל פעם שמתקיימים במערך התנאים. RTOS משתמש באלגוריתמים מתקדמים מסוימים לתזמון בדרך כלל מצבים פועלים, מוכנים וחסומים אשר תוך כדי הפעלת RTOS שומרת יותר על פיתוח יישום ולא על תזמון.
- גמישות להוסיף תכונות: בתוך RTOS גם אם אתה מוכן להוסיף תכונות חדשות, אתה יכול פשוט להוסיף את זה מבלי להפריע לתכונות הקיימות
ההבדל בין מערכת הפעלה בזמן אמת לבין מערכת הפעלה
יש הבדלים שונים בין מערכת הפעלה בזמן אמת לבין מערכות הפעלה כמו Windows, Linux וכו '. בואו נסתכל עליהם אחד אחד בעזרת פורמט הטבלה:
| S.No | מערכת הפעלה | מערכת בזמן אמת |
| 1 | שיתוף זמן הוא הבסיס לביצוע תהליכים במערכת ההפעלה | תהליכים מבוצעים על פי סדר העדיפות שלהם |
| 2 | מערכת ההפעלה משמשת כממשק בין החומרה והתוכנה של המערכת | מערכת בזמן אמת נועדה לבצע את הבעיות בעולם האמיתי |
| 3 | ניהול זיכרון אינו נושא קריטי בכל הנוגע לביצוע מערכת ההפעלה | ניהול הזיכרון קשה שכן בהתבסס על זיכרון ההקצאה בזמן אמת, וזה עצמו קריטי |
| 4 | יישומים: משרד, מרכזי נתונים, מערכת לבית וכו ' | יישומים: בקרת מטוסים או כור גרעיני, ציוד מחקר מדעי |
| 5 | דוגמאות: Microsoft Windows, Linux, OS | דוגמאות: Vx Works, QNX, Windows CE |
סוגי RTOS
אנו יכולים לסווג מערכת הפעלה בזמן אמת בעיקר לשלושה חלקים
- מערכת הפעלה קשה בזמן אמת
- מערכת הפעלה רכה בזמן אמת
- מערכת הפעלה איתנה בזמן אמת
1. מערכת הפעלה קשה בזמן אמת
נתחיל להבין סוג זה של מערכת הפעלה באמצעות דוגמה, הדוגמה החיה לה היא מערכת בקרת טיסה. בתוך מערכת בקרת הטיסה, אילו משימות ניתנות על ידי הטייס בצורת קלט, יש לבצע בזמן. במערכת הפעלה קשה בזמן אמת, ניתן לסבול כשלים במערכת. התכונות של RTOS קשיח הן:
- לביצוע משימות בזמן
- אי עמידה במועד האחרון הוא קטלני
- מובטחת זמן תגובה רע יותר למקרה
- יכול להוביל לכשל במערכת
2. מערכת הפעלה רכה בזמן אמת
הדוגמה הקלה ביותר לשימוש ב- RTOS רך היא בסיס נתונים מקוון, שכן בתוך RTOS רך הפרמטר שאנחנו מודאגים יותר ממנו הוא מהירות. לפיכך, התכונות של RTOS רך הן:
- יש לבצע משימות במהירות האפשרית
- סיום משימות מאוחר אינו רצוי אך אינו קטלני
- קיימת אפשרות של השפלה בביצועים
- לא יכול להוביל לכשל במערכת
3. מערכת הפעלה איתנה בזמן אמת
זרוע רובוט המשמשת לאיסוף חפצים יכולה להיחשב כאחת הדוגמאות של חברת RTOS. כאן, בתוך חברת RTOS זו, גם אם התהליך מתעכב, הוא נסבל.
יתרונות השימוש ב- RTOS בחינם
להלן היתרונות של שימוש ב- RTOS ביישומים שלך.
- אין בעיות חומת אש
- רוחב פס נמוך לשיפור הביצועים
- שיפור האבטחה והפרטיות
- עלות נמוכה, עקב צמצום ברכיבי החומרה והתוכנה המשמשים לפיתוח
כמה נושאים עיקריים הקשורים ל- RTOS
כעת, למרות שיש לו יתרונות רבים עבור RTOS ביישום העולם האמיתי, יש לו גם חסרונות שונים. חלק מהנושאים הקשורים אליו נדונים כאן.
- הפרעות משמשות בדרך כלל בתוכניות כדי לעצור את תוכנית ההפעלה כדי להסיט את הזרימה לחלק חשוב אחר בקוד. כאן, בתוך RTOS שכן נדרש זמן תגובה מהיר; מומלץ להשבית הפרעות לזמן מינימלי אפשרי.
- מכיוון שהגרעין צריך להגיב גם לאירועים שונים, הוא נדרש שיהיה לו פחות גרעין של הגרעין כך שהוא יתאים כראוי ל- ROM
- יש להסיר תכונות מתוחכמות של RTOS מכיוון שאין בתוכו מושג של זיכרון וירטואלי כזה.
כיצד להשתמש ב- RTOS
עכשיו שאתה יודע מה זה RTOS והיכן אתה יכול להשתמש בו, כדי להתחיל עם RTOS אתה צריך בדרך כלל להשתמש בטורנדו או בסביבת הפיתוח FreeRTOS. הבה נבחן בקצרה את שתי סביבות הפיתוח הללו.
טורנדו - VxWorks
טורנדו היא סביבה משולבת לפיתוח יישומי RTOS מוטמעים בזמן אמת במערכת היעד. טורנדו מורכב משלושה אלמנטים בסיסיים המפורטים להלן.
1) VxWorks
2) כלים לבניית יישומים (מהדר ותוכניות נלוות)
3) סביבת פיתוח משולבת, שיכולה לנהל, לנקות באגים ולפקח על יישום VxWorks
VxWorks היא מערכת הפעלה מרושתת בזמן אמת. ראשית עם VxWorks עלינו לקבל ערכת פיתוח אחת (יעד) יחד עם תחנת עבודה אחת. כאן, ערכת הפיתוח אינה אלא מארח היעד או רכיב המתקשר עם שרת היעד בתחנת העבודה. היעד כאן מתחבר כלים טורנדו כמו פגז ואת הבאגים. לכן, באמצעות VxWorks אנו מגדירים ונבנה את המערכות ואילו טורנדו מספק לנו ממשק משתמש גרפי וכלי שורת פקודה לתצורה ובנייה.
נקודה חשובה מאוד שנכנסת לתמונה כאן היא
שבעת התקנת טורנדו במערכת שלך, על ספריית ההתקנה להשתמש בשמות הנתיבים כ: installDir / target. לדוגמה, אם ברצונך לאחסן את הטורנדו שלך ב- C: \ טורנדו במארח Windows, יש לזהות את שם הנתיב המלא במקרה זה installDir / target / h / vxworks.h.
כאן לא נדון בפירוט בקשר לתכונות של עבודות Vx (נעזוב זאת להדרכה הבאה), אך נדון כיצד ניתן לבצע את הפיתוח באמצעות C ++ בתוך Vxworks באמצעות WindRiver GNU. WindRiver GNU עוזר לנו לספק ניתוח גרפי לגבי ההפרעה הכרוכה במהלך הביצוע, כמו גם את דוח השימוש בזיכרון.
לדוגמה, התצוגה המפורטת לעיל של WindRiver מסבירה את מספר המעבד המשויך יחד עם עדיפות המשימות (tLowPri & tHighPri). מצב סרק כלומר קו צבע ירוק קבע את פרק הזמן בו המעבד אינו נמצא במצב העבודה שלו, שנצפה כמידי כמה שניות. t1, t7, t8 & t9 אינם אלא המעבדים השונים המשמשים. כאן אנו בוחרים רק מעבד t7.
לפיכך, Windriver זה מסוגל להפעיל הן תוכניות משנה של VxWorks והן של מודולי היישום. תוכל להפעיל את יישום Windriver או ליצור את סרגל הכלים להפעלת טורנדו (-> כפתור i) לאחר מכן לחץ על התפריט ואז לחץ על מעטפת. לבסוף, משורת הפקודה הקלד "> שרת יעד רוח".
עכשיו לתוכנית באמצעות C ++, חשוב לכלול רכיב INCLUDE_CPLUS_DEMANGLER, זה מרכיב demangler מאפשר סימני פגז היעד לחזור צורות אנושיות קריאות של שמות הסמלים ++ C. לפני שתוריד את מודול C ++ למטרת Vxworks, עקוב אחר התהליך המכונה ללעוס. כאן, ללעוס מתייחס לשלב עיבוד מארח נוסף.
הידר את תוכנית המקור של יישום C ++ וקבל למשל קובץ hello.cpp. מאוחר יותר הפעל אותו כדי ללעוס את ה-.o ולהרכיב את קובץ ctdt.c שנוצר. יתר על כן, קשר את היישום עם ctdt.o כדי ליצור מודול להורדה, hello.out בתוך VxWorks. הפלט לאחר ביצוע VxWorks זה יהיה קובץ make אשר ישמש על יעד כלשהו.
RTOS בחינם
באופן כללי, בכל פעם שאנחנו מתחילים עם RTOS, אנו מעדיפים בדרך כלל את VX Works RTOS. אבל, בואו נערוך דיון בקצרה בנוגע ל- RTOS החינמי, שניתן להשתמש בו גם על ידי מתחילים לעבור את הרעיון של מערכת הפעלה בזמן אמת. RTOS חינם פותח על ידי ריצ'רד בארי וצוות FreeRTOS, כמו כן הוא בבעלות מהנדסים בזמן אמת בע"מ, אך הוא חופשי לשימוש וניתן להוריד אותו פשוט על ידי לחיצה על הקישור למטה
הורד ROTS בחינם
הגרסה האחרונה של RTOS החינמי שנמצאת בשימוש בזמן מאמר זה היא גרסה 10, המוצהרת FreeRTOS V10.
היתרון הגדול ביותר של RTOS החינמי שהופך אותו למעולה מבחינת ה- RTOS האחר הוא התנהגות בלתי תלויה בפלטפורמה מבחינת חומרה, כלומר קוד ה- c בו נשתמש כדי להפעיל מערכת הפעלה יכול לרוץ בפלטפורמות שונות בעלות ארכיטקטורה שונה. לכן, לא משנה אם אתה משתמש במיקרו-בקר 8051 או במיקרו-בקר אחרון של ARM, הקוד שכתבת יחד עם תהליך הביצוע יהיה דומה עבור שניהם.
ישנם יתרונות רבים אחרים של שימוש בחינם של RTOS על עבודות Vx וכלי הפעלה אחרים של RTOS. ניתן לציין כמה מהם כ:
- מספק בדיקות קלות יותר
- מקדם את הרעיון של שימוש חוזר בקוד
- זמן סרק פחות
- יכולת תחזוקה קלה
- תקציר מידע על תזמון
כמו כן, הגרעין הבסיסי, שבו ליבה מתייחס לרכיב המרכזי של מערכת הפעלה הקיימת בתוך ה- RTOS החינמי הופך אותו לנגיש לשימוש עבור יישומים שונים. מכיוון שקל לחבר מודולים מורחבים למערכות הפעלה כדי להשיג יותר יישומים בחינם, RTOS הופך להיות חזק יותר.
ניתן להסביר את אחת הדוגמאות לשימוש ב- RTOS בחינם באמצעות הרעיון של שילוב RTOS חינם עם Nabto. Nabto הוא מכשיר אינטרנט חינמי המשמש להעברת המידע מהמכשיר לדפדפן.
לכן בשילוב RTOS חינם עם Nabto הופך אותו לחתיכת קוד C קטנה כמוסבר באיור א. כעת ימים של Internet of Things (IOT) נמצא במגמה ולכל מכשיר IOT אליו ניגש יש כתובת URL ייחודית דרך האינטרנט והטכנולוגיה מאפשרת חיבורי נקודה לנקודה מאובטחים ונמוכים במיוחד. בהיעדר קישוריות לאינטרנט שילוב זה יכול להועיל. לכן, RTOS חינם הוא בחירה פופולרית בכל הנוגע ליישום IOT.