Was ist ein Echtzeitbetriebssystem (RTOS) und wie funktioniert es?

Wenn wir das Wort Betriebssystem hören, denken wir zuerst daran, welches Betriebssystem in den Laptops und Computern verwendet wird. Im Allgemeinen verwenden wir verschiedene Arten von Betriebssystemen wie Windows XP, Linux, Ubuntu, Windows 7, 8.8.1 und 10. Auf den Smartphones sind die Betriebssysteme KitKat, Jellybean, Marshmallow und Nougat. In einem digitalen elektronischen Gerät gibt es eine Art Betriebssystem, das von entwickelt wird das Mikrocontroller-Programm . Es gibt verschiedene Arten von Betriebssystemen für den Mikrocontroller zu entwickeln, aber hier haben wir das Echtzeit-Betriebssystem diskutiert.

Was ist ein Echtzeitbetriebssystem?

Das RTOS ist ein Betriebssystem, es ist ein Gehirn des Echtzeitsystems und seine Reaktion auf Eingaben sofort. Im RTOS wird die Aufgabe zum angegebenen Zeitpunkt und ihren Antworten auf vorhersehbare Weise auf unvorhersehbare Ereignisse abgeschlossen. Die Struktur des RTOS ist unten gezeigt.

Struktur von RTOS

Arten von RTOS

Es gibt drei verschiedene Arten von RTOS, die folgen

• Soft-Echtzeit-Betriebssystem
• Hartes Echtzeitbetriebssystem
• Festes Echtzeitbetriebssystem

Arten von RTOS

Soft-Echtzeit-Betriebssystem

Das Soft-Echtzeit-Betriebssystem hat bestimmte Fristen, kann übersehen werden und wird die Aktion zu einem Zeitpunkt t = 0 + ausführen. Das Soft-Echtzeit-Betriebssystem ist eine Art Betriebssystem und enthält keine auf extreme Regeln beschränkten Regeln. Die kritische Zeit dieses Betriebssystems ist teilweise verzögert. Beispiele für dieses Betriebssystem sind Digitalkameras, Mobiltelefone und Online-Daten usw.

Soft-Echtzeit-Betriebssystem

Hartes Echtzeit-Betriebssystem

Dies ist auch eine Art von Betriebssystem und wird durch eine Frist vorhergesagt. Die vorhergesagten Fristen reagieren zu einem Zeitpunkt t = 0. Einige Beispiele für dieses Betriebssystem sind die Airbagsteuerung in Autos, die Antiblockierbremse und das Motorsteuerungssystem usw.

Festes Echtzeit-Betriebssystem

In der festen Echtzeit hat ein Betriebssystem bestimmte Zeitbeschränkungen, diese sind nicht streng und können unerwünschte Auswirkungen haben. Beispiele für dieses Betriebssystem sind visuelle Überprüfungen in der industriellen Automatisierung.

Arbeiten mit dem Echtzeitbetriebssystem

Es gibt verschiedene Arten von Grundfunktionen eines RTOS

• Prioritätsbasierter Scheduler
• Systemuhr-Interrupt-Routine
• Deterministisches Verhalten
• Synchronisation und Messaging
• RTOS-Dienst

Prioritätsbasierter Scheduler

Im prioritätsbasierten Scheduler liegt der größte Teil des RTOS zwischen 32 und 256 möglichen Prioritäten für die einzelnen Aufgaben oder Prozesse. Dieser Scheduler führt den Prozess mit der höchsten Priorität aus. Wenn die Aufgabe auf der CPU ausgeführt wird, wird die Aufgabe mit der nächsthöheren Priorität ausgeführt und die Prozesse fortgesetzt.

Im System hat der Prozess mit der höchsten Priorität die CPU

• Es läuft zu schließen
• Wenn die ursprüngliche Aufgabe durch die neue vorbelegt wird, wird ein Prozess mit hoher Priorität vorbereitet.

Es gibt drei Zustände der Aufgaben oder Prozesse, die zur Ausführung bereit sind, und der andere ist blockiert, und die Beschreibung jedes Zustands ist unten angegeben.

Bereit zu rennen

Die Bereitschaftsbereitschaft wird angezeigt, wenn der Prozess über alle Ressourcen verfügt, die ausgeführt werden sollen, er sollte sich jedoch nicht im laufenden Zustand befinden. Dann wird es als betriebsbereit bezeichnet.

Laufen

Wenn die Aufgabe ausgeführt wird, wird sie als laufend bezeichnet.

verstopft

Wenn in diesem Status nicht genügend Ressourcen zum Ausführen vorhanden sind, wird es in den blockierten Status gesendet.

Drei Techniken werden geändert, um die Aufgabe zu planen. Es folgen die folgenden Beschreibungen.

Kooperierende Planung

Bei dieser Art der Planung wird die Aufgabe ausgeführt, bis die Ausführung abgeschlossen ist

Round Robin Scheduling

In dieser Planung wird jedem Prozess ein fester Zeitschlitz zugewiesen, und der Prozess muss seine Ausführung abschließen, sonst verliert die Aufgabe ihren Fluss und ihre Datengenerierung.

Präventive Planung

Die präventive Planung beinhaltet die vorrangige zeitabhängige Zeitzuweisung. Im Allgemeinen werden 256 Prioritätsstufen verwendet, und jede Aufgabe hat eine eindeutige Prioritätsstufe. Es gibt einige Systeme, die die höhere Prioritätsstufe unterstützen, und mehrere Aufgaben haben einige Prioritäten.

System Clock Interrupt Routine

Um den zeitkritischen Betrieb auszuführen, stellt das RTOS eine Art Systemuhren bereit. Wenn es eine 1ms Systemuhr gibt, müssen Sie die Aufgabe in 50ms erledigen. Normalerweise gibt es eine API, die Ihnen folgt und sagt: 'In 50 ms weck mich auf'. Daher wäre die Aufgabe in der Schlafposition, bis das RTOS aufwacht. Wir haben zwei Hinweise, dass das Aufwecken nicht sicherstellt, dass es genau zu diesem Zeitpunkt ausgeführt wird. Dies hängt von der Priorität ab. Wenn die höhere Priorität derzeit ausgeführt wird, wird dies verzögert.

Deterministisches Verhalten

Das RTOS ist sehr umfangreich, um zu schützen, dass unabhängig davon, ob Sie 100 oder 10 Aufgaben erledigt haben, die Entfernung zum Kontextwechsel keinen Unterschied macht und die Aufgabe mit der nächsthöheren Priorität bestimmt wird. Im deterministischen Hauptbereich ist das RTOS die Interrupt-Behandlung. Wenn die Interrupt-Leitung ihnen signalisiert wird, ergreift das RTOS sofort die Aktion der richtigen Interrupt-Serviceroutine und der Interrupt wird ohne Verzögerung behandelt.

Wir müssen uns darüber im Klaren sein, dass die Entwickler des Projekts die hardwarespezifischen ISRs schreiben werden. Bisher gibt das RTOS die ISRs für die seriellen Schnittstellen, Systemuhren und möglicherweise eine Netzwerkhardware an. Wenn jedoch spezielle Funktionen wie Schrittmachersignale, Aktuatoren usw. vorhanden sind, sind diese nicht Teil des RTOS.

Hier dreht sich alles um die groben Verallgemeinerungen und es gibt eine große Vielfalt an Implementierungen im RTOS. Einige der RTOS werden unterschiedlich betrieben und die obige Beschreibung ist für den großen Teil des vorhandenen RTOS geeignet.

Synchronisation und Messaging

Die Synchronisation und das Messaging stellen die Kommunikation zwischen der Aufgabe eines Systems und einem anderen System bereit, und die Messaging-Dienste folgen. Um die internen Aktivitäten zu synchronisieren, wird das Ereignisflag verwendet und um die Textnachrichten zu senden, die wir in der Mailbox, den Pipes und den Nachrichtenwarteschlangen verwenden können. In den gemeinsamen Datenbereichen werden die Semaphoren verwendet.

• Semaphoren
• Ereignisflags
• Postfächer
• Rohre
• Nachrichtenwarteschlangen

RTOS-Dienst

Der wichtigste Teil des Betriebssystems ist der Kernel. Um die Hardware zu überwachen, sollte die Aufgabe entlastet und die Verantwortlichkeiten des Kernels verwaltet und die Ressourcen zugewiesen werden. Wenn die Aufgabe nicht jedes Mal die CPU-Aufmerksamkeit erhalten kann, werden vom Kernel einige andere Dienste bereitgestellt. Die Folgenden sind

• Zeitdienste
• Interrupt-Handling-Services
• Geräteverwaltungsdienste
• Speicherverwaltungsdienste
• Eingabe-Ausgabe-Dienste

Vorteile von RTOS

• Wenn alle Ressourcen und Geräte inaktiv sind, bietet das RTOS einen maximalen Systemverbrauch und mehr Leistung.
• Wenn eine Aufgabe ausgeführt wird, besteht keine Chance, den Fehler zu erhalten, da das RTOS fehlerfrei ist.
• Die Speicherzuweisung ist der beste Typ für die Verwaltung in diesem Systemtyp.
• Bei diesem Systemtyp ist die Schaltzeit sehr viel kürzer.
• Aufgrund der geringen Größe des Programms wird das RTOS in der verwendet Eingebettetes System wie Transport und andere.

In diesem Artikel haben wir erläutert, wie das Echtzeitbetriebssystem funktioniert. Ich hoffe, dass Sie durch das Lesen einige grundlegende Informationen erhalten haben. Wenn Sie Fragen zu diesem Artikel haben oder elektrische Projekte umzusetzen Bitte zögern Sie nicht, im folgenden Abschnitt zu kommentieren. Hier ist die Frage für Sie, welche Funktionen hat das RTOS?