Memahami sistem operasi masa nyata (rtos) dan cara menggunakannya untuk reka bentuk terbenam anda yang seterusnya

Sistem embedded mempunyai berbagai aplikasi di semua alat elektronik di sekitar kita, contoh yang jelas adalah komputer riba mini yang selalu kita bawa bersama, ya saya merujuk pada telefon bimbit kita.

Bila-bila masa sistem embedded menjadi gabungan, ia selalu merupakan gabungan perkakasan seperti Mikrokontroler atau Mikropemproses dan perisian seperti firmware atau sistem Operasi. An Sistem pengendalian membentuk asas semua peranti elektronik dan menguruskan kedua-dua perkakasan dan perisian dalam mana-mana peranti elektronik. Istilah sistem operasi tidak hanya terhad pada Unix dan Windows untuk komputer tetapi juga boleh meluas ke mikrokontroler. Salah satu sistem operasi yang boleh dijalankan pada Mikrokontroler disebut sebagai Sistem operasi masa nyata. Di sini kita akan belajar mengenai RTOS dan aplikasi sistem operasi masa nyata.

Apa itu RTOS?

Sistem operasi masa nyata yang dikenali sebagai RTOS menyediakan pengawal kemampuan untuk bertindak balas terhadap input dan menyelesaikan tugas dalam jangka masa tertentu berdasarkan keutamaan. Pada pandangan pertama, RTOS mungkin terdengar seperti program atau firmware tertanam yang lain, tetapi dibina berdasarkan seni bina sistem Operasi. Oleh itu, seperti mana-mana sistem operasi, RTOS boleh membenarkan pelbagai program dijalankan pada masa yang sama menyokong multiplexing. Seperti yang kita tahu teras pemproses atau pengawal hanya boleh melaksanakan satu arahan pada satu masa, tetapi RTOS mempunyai sesuatu yang dinamakan penjadualyang menentukan arahan mana yang harus dilaksanakan terlebih dahulu dan dengan demikian melaksanakan arahan pelbagai program satu demi satu. Secara teknikal, RTOS hanya menimbulkan ilusi pengambilan pelbagai dengan melaksanakan arahan selari satu demi satu.

Ini menjadikan RTOS sesuai untuk pelbagai aplikasi di dunia nyata. Dalam RTOS untuk setiap input apabila logik telah dinilai yang memberikan output yang sesuai. Logik ini diukur berdasarkan bukan hanya kreativiti logik tetapi juga pada jangka masa di mana tugas tertentu telah dilakukan. Sekiranya sistem gagal menjalankan tugas dalam jangka waktu tertentu itu dikenali sebagai kegagalan sistem.

Mengapa RTOS ??

Ketersediaan pemacu: Terdapat banyak pemacu yang tersedia dalam RTOS, yang membolehkan kami menggunakannya secara langsung untuk pelbagai aplikasi.
Fail berjadual: RTOS mengurus penjadwalan jadi, bukannya fokus pada penjadwalan sistem apa pun, kita hanya dapat fokus pada pengembangan aplikasi. Sebagai contoh, fail penjadualan tugas digunakan untuk menentukan tindakan tertentu setiap kali satu set syarat dipenuhi. RTOS menggunakan algoritma lanjutan tertentu untuk penjadualan yang biasanya dijalankan, keadaan siap dan disekat yang semasa menjalankan RTOS lebih memusatkan perhatian pada pengembangan aplikasi daripada penjadualan.
Fleksibiliti menambahkan ciri: Dalam RTOS walaupun anda ingin menambahkan ciri baru, anda boleh menambahkannya tanpa mengganggu ciri yang ada

Perbezaan antara Sistem Operasi Masa Nyata & Sistem Operasi

Terdapat pelbagai perbezaan antara sistem operasi masa nyata dan sistem operasi seperti Windows, Linux dan lain-lain. Mari kita perhatikan satu persatu dengan bantuan format jadual:

S.No	Sistem operasi	Sistem masa nyata
1	Perkongsian masa adalah asas pelaksanaan proses dalam sistem operasi	Proses dijalankan berdasarkan urutan keutamaannya
2	Sistem operasi bertindak sebagai antara muka antara perkakasan dan perisian sistem	Sistem masa nyata dirancang untuk melaksanakannya untuk masalah dunia nyata
3	Menguruskan memori bukanlah masalah kritikal ketika menjalankan sistem operasi	Pengurusan memori sukar kerana berdasarkan memori masa nyata, peruntukan itu diperuntukkan, yang mana ia sangat penting
4	Aplikasi: Pejabat, Pusat data, Sistem untuk rumah dll	Aplikasi: Mengendalikan pesawat udara atau reaktor nuklear, peralatan penyelidikan saintifik
5	Contoh: Microsoft Windows, Linux, OS	Contoh: Vx Works, QNX, Windows CE

Jenis RTOS

Kita dapat mengkategorikan sistem operasi masa nyata terutamanya kepada tiga bahagian iaitu

Sistem operasi masa nyata yang sukar
Sistem operasi masa nyata yang lembut
Sistem operasi masa nyata yang kukuh

1. Sistem operasi masa nyata yang sukar

Mari mula memahami jenis sistem operasi ini dengan menggunakan contoh, contoh langsungnya ialah sistem kawalan penerbangan. Dalam sistem kawalan penerbangan apa sahaja tugas yang diberikan oleh juruterbang dalam bentuk input, ia harus dilakukan tepat pada waktunya. Dalam sistem Operasi masa nyata yang sukar, kegagalan sistem dapat ditoleransi. Ciri-ciri RTOS keras adalah:

Untuk menjalankan tugas tepat pada waktunya
Kegagalan untuk memenuhi tarikh akhir adalah membawa maut
Dijamin masa tindak balas kes lebih teruk
Boleh mengakibatkan kegagalan sistem

2. Sistem operasi masa nyata yang lembut

Contoh termudah menggunakan RTOS lembut adalah pangkalan data dalam talian, kerana dalam RTOS lembut parameter yang kita lebih bimbangkan adalah kelajuan. Oleh itu, ciri RTOS lembut adalah:

Tugas harus dilaksanakan secepat mungkin
Selesai tugas tidak diingini tetapi tidak membawa maut
Terdapat kemungkinan penurunan prestasi
Tidak boleh menyebabkan kegagalan sistem

3. Sistem operasi masa nyata yang kukuh

Lengan robot yang digunakan untuk memilih objek dapat dianggap sebagai salah satu contoh RTOS yang tegas. Di sini, di dalam RTOS firma ini walaupun prosesnya ditangguhkan, ia boleh diterima.

Faedah menggunakan RTOS percuma

Berikut adalah kelebihan menggunakan RTOS dalam aplikasi anda.

Tiada masalah firewall
Lebar jalur rendah untuk peningkatan prestasi
Keselamatan dan privasi yang lebih baik
Kos rendah, kerana pengurangan komponen perkakasan dan perisian yang digunakan untuk pembangunan

Beberapa masalah utama yang berkaitan dengan RTOS

Sekarang, walaupun mempunyai banyak kelebihan untuk RTOS dalam aplikasi dunia nyata, ia juga mempunyai berbagai kekurangan. Beberapa perkara yang berkaitan dengannya dibincangkan di sini.

Gangguan biasanya digunakan dalam program untuk menghentikan program yang dijalankan untuk mengalihkan aliran ke bahagian penting lain dari kod. Di sini, dalam RTOS kerana masa tindak balas cepat diperlukan; disyorkan bahawa gangguan harus dilumpuhkan untuk masa minimum yang mungkin.
Oleh kerana, kernel juga harus merespon berbagai peristiwa yang diperlukan untuk memiliki ukuran kernel yang lebih kecil sehingga harus sesuai dengan baik dalam ROM
Ciri-ciri canggih RTOS harus dikeluarkan kerana tidak ada konsep seperti memori maya di dalamnya.

Cara menggunakan RTOS

Sekarang setelah anda mengetahui apa itu RTOS dan di mana anda boleh menggunakannya, untuk memulakan RTOS, anda biasanya harus menggunakan Tornado atau persekitaran pengembangan FreeRTOS. Marilah kita melihat secara ringkas kedua-dua persekitaran pembangunan ini.

Tornado - VxWorks

Tornado adalah persekitaran terpadu untuk mengembangkan aplikasi RTOS tertanam yang berkaitan dengan masa nyata pada sistem sasaran. Tornado terdiri daripada tiga elemen asas yang disenaraikan di bawah.

1) VxWorks

2) Alat pembinaan aplikasi (penyusun dan program yang berkaitan)

3) Persekitaran pembangunan bersepadu, yang dapat mengurus, debug dan memantau aplikasi VxWorks

VxWorks adalah sistem operasi masa nyata berangkaian. Untuk memulakan dengan VxWorks kita harus mempunyai satu kit pengembangan (target) bersama dengan satu stesen kerja. Di sini, kit pengembangan tidak lain hanyalah host sasaran atau komponen yang berkomunikasi dengan pelayan sasaran di stesen kerja. Sasaran di sini menghubungkan alat puting beliung seperti shell dan debugger. Oleh itu, menggunakan VxWorks kami akan mengkonfigurasi dan membina sistem sementara Tornado menyediakan kami antara muka pengguna grafik dan alat baris perintah untuk konfigurasi dan binaan.

Perkara yang sangat penting yang terdapat dalam gambar di sini adalah bahawa semasa memasang puting beliung dalam sistem anda, direktori pemasangan harus menggunakan nama jalan seperti:

installDir / target. Contohnya jika anda ingin menyimpan puting beliung anda dalam C: \ tornado pada hos tetingkap, nama jalan penuh harus dikenal pasti dalam kes itu sebagai installDir / target / h / vxworks.h.

Di sini, kita tidak akan membincangkan secara terperinci mengenai ciri-ciri karya Vx (kita akan meninggalkannya untuk tutorial seterusnya) tetapi kita akan membincangkan bagaimana pembangunan dapat dilakukan dengan menggunakan C ++ di dalam Vxworks menggunakan WindRiver GNU. WindRiver GNU membantu kami dalam menyediakan analisis grafik mengenai gangguan yang berlaku semasa pelaksanaan dan juga laporan penggunaan memori.

Sebagai contoh, pandangan WindRiver yang dinyatakan di atas menerangkan nombor pemproses yang berkaitan dengan keutamaan tugas (tLowPri & tHighPri). Keadaan idle iaitu garis warna hijau menyatakan jangka masa pemproses tidak berada dalam keadaan kerjanya, yang diperhatikan berlaku setiap beberapa saat. t1, t7, t8 & t9 tidak lain adalah pelbagai pemproses yang digunakan. Di sini, kami memilih pemproses t7 sahaja.

Oleh itu, Windriver ini mampu menggunakan VrWorks dan subrutin modul aplikasi. Anda boleh melancarkan aplikasi Windriver sama ada dari bar alat pelancaran tornado (butang -> i) kemudian klik pada menu dan kemudian klik pada shell. Terakhir, dari command prompt, ketik “> Windsh Target Server”.

Sekarang untuk program menggunakan C ++, penting untuk memasukkan komponen INCLUDE_CPLUS_DEMANGLER, komponen demangler ini membolehkan simbol shell sasaran untuk mengembalikan bentuk nama simbol C ++ yang dapat dibaca oleh manusia. Sebelum, memuat turun modul C ++ ke sasaran Vxworks, ikuti proses yang dikenali sebagai munching. Di sini, mengunyah merujuk kepada langkah pemprosesan tuan rumah tambahan.

Kumpulkan program sumber aplikasi C ++ dan dapatkan misalnya fail hello.cpp. Kemudian jalankan untuk mengunyah.o dan menyusun fail ctdt.c yang dihasilkan. Selanjutnya, hubungkan aplikasi dengan ctdt.o untuk menghasilkan modul yang boleh dimuat turun, hello.out dalam VxWorks. Output setelah melaksanakan VxWorks ini akan menjadi file make yang akan digunakan pada beberapa sasaran.

RTOS percuma

Secara amnya, setiap kali kita memulakan dengan RTOS kita biasanya lebih suka VT Works RTOS. Tetapi, di sini mari kita bahas secara ringkas mengenai RTOS Percuma, yang juga dapat digunakan oleh pemula untuk melalui konsep sistem operasi masa nyata. RTOS percuma dikembangkan oleh Richard Barry dan pasukan FreeRTOS, juga dimiliki oleh jurutera Real Time ltd tetapi ia boleh digunakan secara percuma dan boleh dimuat turun dengan mengklik pautan di bawah

Muat turun ROT percuma

Versi terbaru RTOS percuma yang digunakan pada saat artikel ini adalah versi 10, dinyatakan sebagai FreeRTOS V10.

Kelebihan terbesar RTOS percuma yang menjadikannya unggul dari segi RTOS yang lain adalah tingkah laku bebas platformnya dari segi perkakasan iaitu kod c yang akan kita gunakan untuk melaksanakan sistem operasi dapat dijalankan pada pelbagai platform yang mempunyai seni bina yang berbeza. Oleh itu, tidak kira sama ada anda menggunakan 8051 mikrokontroler atau beberapa mikrokontroler ARM terkini, kod yang anda tulis bersama dengan proses pelaksanaan akan serupa untuk kedua-duanya.

Terdapat banyak faedah lain menggunakan RTOS percuma berbanding karya Vx dan alat operasi RTOS lain. Sebahagian daripadanya dapat dinyatakan sebagai:

Memberi ujian yang lebih mudah
Menggalakkan konsep penggunaan semula kod
Masa terbiar yang lebih sedikit
Pemeliharaan yang mudah
Abstrak maklumat masa

Juga, Kernel asas, di mana Kernel merujuk kepada komponen pusat sistem operasi yang terdapat dalam RTOS percuma menjadikannya mudah digunakan untuk pelbagai aplikasi. Oleh kerana mudah untuk melampirkan modul diperluas pada sistem operasi untuk mendapatkan lebih banyak aplikasinya, RTOS percuma menjadi lebih kuat.

Salah satu contoh penggunaan RTOS percuma dapat dijelaskan dengan menggunakan konsep menggabungkan RTOS Percuma dengan Nabto. Nabto adalah peranti web percuma yang digunakan untuk memindahkan maklumat dari peranti ke penyemak imbas.

Oleh itu, dengan menggabungkan RTOS Percuma dengan Nabto menjadikannya sekeping kecil kod C seperti yang dijelaskan dalam gambar a. Kini Internet of Things (IOT) sedang dalam trend dan setiap peranti IOT yang akan kita akses mempunyai URL unik melalui internet dan teknologi ini membolehkan sambungan jalur ke titik jalur lebar yang selamat dan sangat rendah. Sekiranya tiada sambungan internet, kombinasi ini dapat membantu. Oleh itu, RTOS percuma adalah pilihan yang popular ketika melaksanakan IOT.